Le transistor MOSFET atteint aujourd'hui des dimensions déca nanométriques pour lesquelles les effets de balisticité ne peuvent plus être négligés. Le challenge actuel est d'être capable d'introduire le transport (quasi-)balistique dans la modélisation des dispositifs innovants et d'évaluer son impact au niveau système. Dans ce contexte, notre travail porte sur l'introduction du transport (quasi-)balistique dans une modélisation analytique des transistors MOS multigrilles pour la simulation d'éléments de circuit. Dans un premier temps, la redécouverte de la méthode de McKelvey appliquée au transistor MOSFET a permis de synthétiser l'ensemble des travaux concernant la modélisation analytique du transport balistique/quasi-balistique. Nous avons alors construit une modélisation appelée « mobilité quasi-balistique » (à partir des travaux de Rhew et al), issue du rapprochement entre la méthode des moments et la méthode de McKelvey permettant de décrire le transport (quasi-)balistique de façon macroscopique dans un environnement TCAD. L'ensemble des résultats issus de cette première modélisation nous a dirigé dans la construction de notre modèle analytique de courant (quasi-)balistique en adaptant ou en créant de nouvelles approches pour prendre en compte les divers effets des dispositifs nanométriques : les effets de canal court, le confinement quantique et la description des interactions. Nous avons donc pu quantifier l'impact des propriétés de transport électronique sur le fonctionnement d'éléments de circuit et cela en fonction du type d'architecture.

Dans le contexte actuel d'optimisation des performances des dispositifs de microélectronique, le transistor MOSFET, brique de base, est soumis à des contraintes géométriques telles que son architecture même est remise en cause. L'augmentation du nombre de grille afin d'accentuer le contrôle électrostatique de la grille sur le canal a mis en avant des architectures ultimes telles que le nanofil dont la grille enrobe totalement le canal. Dans ce travail, une étude du nanofil de silicium a été réalisée afin d'estimer les potentialités de cette architecture au niveau transistor jusqu'à l'étude de petits circuits. Pour cela, un modèle analytique en courant a été mis en place et implémenté en Verilog-A afin de simuler des petits circuits dans un environnement de type ELDO. Toutefois, les paramètres du modèle telles que les masses effectives de transport (ou de confinement) ou le transport dans le film sont la clé de la prédictibilité au niveau circuit. C'est pourquoi des simulations avancées de type liaisons fortes ou Kubo-Greenwood ont été développées afin d'étudier finement l'évolution des caractéristiques du nanofil notamment vis-à-vis de son intégration géométriques. Issues de ces approches numériques, des expressions analytiques ont été établies afin d'inclure dans le modèle toute la physique observée en amont. Des effets comme l'évolution de la structure de bande ou l'impact des mécanismes d'interaction ont ainsi pu être apportés jusqu'au niveau circuit. Les résultats en courant acquièrent une certaine pertinence en créant un lien entre simulations numériques et données expérimentales.