Nanoscale Characterization and simulation of advanced CMOS and Emerging Devices variability

Resumen

Durante las últimas décadas, los dispositivos electrónicos se han vuelto esenciales para nuestra sociedad y se pueden encontrar a nuestro alrededor en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana. Un exponente paradigmático de ello es el Internet de las Cosas (IoT), que va desde los electrodomésticos inteligentes de nuestras casas hasta aplicaciones y dispositivos sanitarios. Efectivamente, esto ha sido posible gracias al avance tecnológico en las técnicas de fabricación; lo que ha permitido, siguiendo la tendencia de la Ley de Moore, mayores niveles de integración. Esto último ha dado lugar al desarrollo de diversos dispositivos y/o tecnologías (por ejemplo: smartphones, realidad virtual, superordenadores…), que ha cambiado nuestra forma de vida en todo el mundo y ha llevado a la humanidad a niveles de confort inimaginables unos hace unas décadas. No obstante, el requisito de niveles de integración aún más altos para mantenerse al día con los de Moore está llevando la tecnología actual a su límite fundamental, es decir, el tamaño atómico. Es en ese contexto, que para salvar la ley de Moore, además del escalado continuo de las dimensiones de los MOSFET, se están explorando nuevas estructuras y materiales (como dispositivos emergentes), como los basados en grafeno y/o materiales orgánicos. Sin embargo, la variabilidad encontrada en estos dispositivos y los problemas de fiabilidad se han vuelto cada vez más importantes con cada nodo tecnológico y, especialmente, con los dispositivos emergentes. Finalmente, es importante señalar que las fuentes de variabilidad y los mecanismos de envejecimiento suelen estar relacionados con las propiedades a nanoescala de los materiales, por lo que se requieren herramientas a nanoescala para su análisis, como técnicas relacionadas con la microscopía de fuerza atómica (AFM). Esta tesis se centra en este tema. Hemos desarrollado/mejorado diferentes configuraciones y/o metodologías para correlacionar fuentes de variabilidad a nanoescala (observadas con técnicas relacionadas con AFM) o mecanismos de envejecimiento con su impacto en las características del nivel del dispositivo de los dispositivos correspondientes. En particular, se han aplicado a MOSFET y dispositivos emergentes tales como el grafeno-FET y el orgánico TFT. La tesis se estructura de la siguiente manera; El Capítulo 1 presenta los conceptos fundamentales para comprender los resultados presentados en la tesis. En el Capítulo 2, presentamos en detalle las técnicas avanzadas de caracterización utilizadas a lo largo de esta tesis, como la microscopía Kelvin Prove Force (KPFM) y la Microscopía de Fuerza Atómica Conductiva (CAFM), que se utilizan para obtener información a nanoescala. El Capítulo 3 está dedicado a la evaluación del efecto de la policristalinidad de los metales de compuerta y los dieléctricos de alta k sobre la variabilidad de los MOSFET, mediante la combinación de datos experimentales obtenidos a nanoescala, con CAFM y KPFM, y simulaciones. En el Capítulo 4, presentamos una nueva configuración experimental inteligente y flexible que combina medidas a nivel de dispositivo y a nanoescala en dispositivos completamente procesados, mediante el uso de un analizador de parámetros de semiconductores y CAFM, que se aplica para evaluar tanto a nivel de nanoescala como a nivel de dispositivo los efectos de tensión eléctrica en transistores basados en grafeno. Finalmente, en el Capítulo 5 presentamos un estudio a nivel de dispositivo y KPFM del impacto del estrés eléctrico en las propiedades de los OTFT.

Fecha de lectura	24 nov 2022
Idioma original	Español
Supervisor	Marc Porti Pujal (Director/a)