Le concept d'automate cellulaire quantique (QCA) introduit en 1993 représente un changement de paradigme dans la microélectronique moderne.
Introduite en 1993, cette technologie utilise la position de quelques électrons plutôt que la quantité d'électrons dans un condensateur pour encoder l'information. Ce paradigme réduit grandement la consommation énergétique de ces dispositifs électroniques et pourrait permettre de repousser les limites rencontrées avec les technologies classiques.
Plusieurs réalisations expérimentales de ce concept ont été réalisées, mais ne fonctionnent qu'à très basse température (1,5 K).
Les développements réalisés à l'aide du procédé nanodamascène à l'Université de Sherbrooke ont permis de démontrer la faisabilité de fabrication des transistors monoélectroniques fonctionnant à haute température (> 400 K).
Ces transistors sont sensibles à des variations de la configuration de charges plus faible que la charge d'un électron et peuvent donc servir de détecteurs de charge.
Cette fonctionnalité en fait un outil indispensable pour la détection de l'état de sortie d'un circuit QCA.
Les travaux de cette thèse portent sur la combinaison de ces deux technologies avec l'objectif de pouvoir élever la température d'opération des QCA électrostatiques.
L'architecture d'une demi-cellule QCA bistable pour l'encodage de l'information binaire et des transistors monoélectroniques comme détecteurs de l'état de charge de la demi-cellule est conçue afin de fabriquer ces deux parties en utilisant le procédé nanodamascène.
À terme, la combinaison des deux concepts pourrait donner une technologie compatible avec les technologies actuelles et fonctionnant à haute température.
Le document présente une méthode de simulation innovante permettant d'utiliser la géométrie réelle du dispositif et d'obtenir les caractéristiques électriques en tenant compte des effets parasites.
Cette méthode est utilisée pour optimiser le dessin du dispositif, pour corréler les résultats attendus avec les mesures expérimentales, puis pour en extraire certains paramètres comme les résistances tunnel et les permittivités diélectriques des matériaux de barrière tunnel.
Une étude démontrant l'impact de l'utilisation de structures sacrificielles pour le polissage mécano chimique a permis d'optimiser leur taille et leur densité pour améliorer l'uniformité du polissage.
Les résultats obtenus de jonctions tunnel MIM ont permis d'améliorer la stabilité dans le temps des dispositifs.
Finalement, les caractérisations de transistors monoélectroniques individuels et couplés permettent de démontrer le fonctionnement des dispositifs, leur correspondance aux valeurs attendues et la possibilité de les utiliser comme détecteur de charge.
Les résultats présentés dans ces travaux permettent de conclure que tous les éléments nécessaires sont en place pour permettre la fabrication d'une cellule QCA en procédé nanodamascène.
Les travaux représentent un premier grand pas vers la démonstration de QCA nanodamascène fonctionnant à haute température.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/8380 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Droulers, Gabriel |
| Contributors | Pioro-Ladrière, Michel, Drouin, Dominique |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Gabriel Droulers, Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modification 2.5 Canada, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ca/ |
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