Les travaux menés pendant cette thèse se concentrent sur l'étude de technologies avancées de MOSFET, plus précisément de FinFET à triple-grille et de nanofils à grille enrobante. Ils ont été fabriqués pour le nœud technologique 10 nm, suivant le même procédé de fabrication à l'exception de la fabrication d'une quatrième grille pour les nanofils. Ces composants sont étudiés en régime statique afin de déterminer les principaux paramètres de leur modèle électrique. Des études à très faible température (< 10 K) et faible tension de drain (< 1 mV) montrent la présence de transport quantique dû aux niveaux d'énergie discrets dans les bandes de conduction et de valence. L'étude du bruit électrique en 1/f montre une bonne maîtrise du procédé d'oxydation de la grille ainsi que le changement de mécanisme de bruit sous l'effet de transport quantique. Différentes spectroscopies de bruit basse fréquence (i.e. étude du bruit de génération-recombinaison en fonction de la température) ont permis d'identifier les pièges contenus dans le film de silicium, donnant ainsi la possibilité d'incriminer les étapes de fabrications les plus critiques. / The work led within this thesis focuses on the study of advanced MOSFET technologies, more precisely of triple-gate FinFETs and Gate-All-Around nanowire FETs. They were fabricated for the 10-nm technological node, following the same recipe except for the build of a fourth gate in nanowire devices.The devices have been studied in static regime in order to determine the main parameters of their electrical model. Low temperature (<10 K) and low drain voltage (1mV) studies highlighted the existence of quantum transport that is due to discrete energy levels within the conduction and valence bands. The study of the 1/f noise testifies the good control of the gate oxidation process and evidences a change in the noise mecanism under quantum transport.Numerous low frequency noise spectroscopies (i.e. study of the generation-recombination noise as a function of the temperature) let us identify silicon film traps, thus giving indication of the critical process steps that are responsible for the generation-recombination noise.

Les travaux réalisés pendant cette thèse se focalisent sur l'étude de transistors double grille UTBOX complètement délpétés fabriqués pour le nœud technologique 16 nm. Les performances de ces composants en courant continu et en fonction de la température ont été évaluées. Les pièges localisés dans le film de silicium ont été identifiés à l’aide de la spectroscopie de bruit basse fréquence, donnant ainsi la possibilité d'évaluer les étapes de fabrications afin de les optimiser. Un pic inhabituel de transconductance a été observé dans les caractéristiques de transfert obtenues à faibles températures (77 K et 10 K). Ce phénomène est plus probablement lié à un effet tunnel à travers des dopants diffusés à partir des extensions de source et drain dans le canal. Le mécanisme de transport quantique relié à la dégénérescence de niveaux d'énergie dans la bande de conduction a été mis en évidence à température cryogéniques et à très faibles polarisations. Une nouvelle approche théorique valide en inversion modérée a été développée pour les modèles de fluctuations de mobilité et de fluctuations de mobilité corrélés aux fluctuations du nombre de porteurs. Les résultats indiquent que le changement du mécanisme de transport des porteurs est accompagné par un changement du mécanisme du bruit en 1/f . / The work done during this thesis focuses on the study of fully depleted double gate UTBOX transistors manufactured for the 16 nm technology node. The performances of these components in DC and as a function of temperature were evaluated. The traps located in the silicon film have been identified using low frequency noise spectroscopy, giving the possibility of evaluating the manufacturing steps in order to optimize them. An unusual peak of transconductance was observed in the transfer characteristics obtained at low temperatures (77 K and 10 K). This phenomenon is most likely related to a tunneling effect through dopants scattered from the source and drain extensions in the channel. The quantum transport mechanism related to the degeneracy of energy levels in the conduction band has been demonstrated at cryogenic temperatures and at very low polarizations. A new theoretical approach valid in moderate inversion has been developed for models of mobility fluctuations and mobility fluctuations correlated with the number of carriers fluctuations. The results indicate that the change in carrier transport mechanism is accompanied by a change in the 1 / f noise mechanism.

Les matériaux de faible dimensionnalité, tels que les nanotubes de carbone, le graphène, les nanofils de semi-conducteurs ou d'oxydes métalliques, présentent des propriétés intéressantes telles qu'un rapport surface/ volume important, des mobilités électroniques élevées, des propriétés thermiques et électriques particulières, avec la possibilité de constituer une alternatives à certaines fonctions CMOS ou d'intégrer de nouvelles fonctions comme la récupération d'énergie ou des capteurs. Pour la bio-détection, les nanofils permettent par exemple d'obtenir une grande sensibilité à la présence de biomolécules cibles grâce à la modification de charge qui accompagne leur hybridation sur des biomolécules sondes greffées à la surface du nanofil et au fort couplage électrostatique de cette charge de surface avec le cœur du nanofil. La fabrication de ce type de structure suit différentes voies: une voie dite "top-down" qui est utilisée par la production microélectronique de masse et qui permet un excellent contrôle technologique grâce à l'utilisation d'équipements, notamment de lithographie, extrêmement performants; une seconde voie moins coûteuse mais moins contrôlée dite "bottom-up" dont un exemple répandu est la réalisation de réseaux aléatoires, obtenus par dispersion de nanostructures réalisées directement sous forme 1D par croissance et en général relativement dopés de façon non nécessairement contrôlée. Dans les deux cas, le mécanisme de base est le contrôle électrostatique du canal par effet de champ d'un ensemble (organisé ou non) de nanostructures. Dans cette thèse, trois types de transistors différents sont explorées ; des transistors à nanofils SnO2, des réseaux aléatoires de nanotubes de carbone, des transistors à nanofil à canal uniformément dopé, dits "junctionless transistors" ou JLTs). Par rapport à la configuration classique d'un transistor MOS à inversion, le contrôle demande en général à être reconsidéré pour tenir compte des spécificités de ce type de structures: topologie du canal, isolants non standards (résines), effets de percolation dans les réseaux désordonné, contrôle électrostatique dans les nanofils fortement dopés, rôle crucial des états d'interface. Le travail s'appuie sur (i) une caractérisation approfondie de ces composants en statique (contrôle du courant), en petit signal (contrôle de la charge) et en bruit (pièges et états d'interfaces), (ii) une analyse critique des méthodologies d'extraction de paramètres et des modèles utilisés pour analyser ce fonctionnement avec dans certains cas l'appui de simulations et (iii) le développement, lorsque cela s'avère nécessaire, de nouvelles méthodologies d'extraction. / In this dissertation, the electrical characterization of heavily-doped junctionless transistors (JLTs) and individual tin-oxide (SnO2) nanowire field-effect transistors (FETs) and single-walled carbon nanotube (SWCNT) random network thin film transistors (RN-TFTs) are presented in terms of I-V, C-V, low frequency noise (LFN), and low temperature measurement including a numerical simulation, respectively. As a potential emerging candidate for more than Moore, recently developed heavily doped JLTs were studied in low-temperature (77K ~ 350K) with double gate mode to have physical insights of carrier scattering mechanism with account for both the position of flat-band voltage and doping concentration, respectively. Besides, as a nano-scaled bottom-up device, polymethyl methacrylate passivated individual SnO2 nanowire FET was discussed. A large contribution of channel access resistance to carrier mobility and LFN behavior was found as same as in nano-structure devices. Furthermore, various electrical characteristics of percolation dominant N-type SWCNT RN-TFTs were demonstrated by taking into account for I-V, C-V, LFN and a numerical percolation simulation.

The master’s thesis deals with the noise diagnostic in the solar cells. Describes the main kinds of noises. The samples were quality and reliability screened using noise reliability indicators. The samples were surveyed by measuring the I-V characteristics, the noise spectral density as a function of forward voltage and frequency. It was calculated the noise spectral density as a function of forward current.