Fabrication d'un détecteur de charge basé sur un transistor monoélectronique métallique damascène

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Publication date
2018Author(s)
Plourde, Maxime
Subject
Détection de chargeAbstract
Les transistors monoélectroniques (SET : Single Electron Transistor ) sont des dispositifs
similaires aux transistors FET (Field Effect Transistor ) conventionnels. Ce qui distingue
le SET d'un transistor FET est la présence d'un îlot ou boîte quantique séparée par une
couche d'isolant entre la source et le drain. Cette particularité rend le transistor mono-
électronique très sensible aux variations de potentiel dans son environnement et en fait
un des détecteurs de charge les plus sensibles qui existe. Historiquement, ces dispositifs
étaient considérés comme des candidats potentiels pour remplacer les transistors conventionnels
en raison de leur faible consommation énergétique et leurs petites dimensions.
Cependant, aujourd'hui, les progrès énormes de l'industrie ont amélioré les performances
des transistors FET à un point où les avantages des SET sont marginales. Néanmoins, la
recherche continue de s'effectuer sur ce type de dispositif, non plus avec la prétention de
remplacer l'électronique moderne, mais avec la perspective d'être utilisé dans des applications
quantiques et en recherche scientifique et de complémenter la technologie CMOS
par l'intégration 3D de dispositifs sous forme de capteur ultra-sensible.
Dans cette perspective, le procédé de fabrication doit donc être compatible avec les techniques
de fabrication utilisées en industrie afin de faciliter le transfert technologique vers
l'industrie de la microélectronique. Cependant, les travaux sur les SET compatibles avec
les procédé utilisé dans le BEOL (Back end of line ) des techniques industrielles n'ont
jamais démontré de fonctionnement à température ambiante. Les résultats de cette maî-
trise montrent qu'il est possible d'augmenter la température d'opération d'un détecteur de
charge basé sur un transistor monoélectronique tout en respectant les contraintes imposé
par les procédés industrielles. Cette démonstration est effectuée avec des simulations de
dispositifs par élément aini ainsi que par des validation expérimentale de la faisabilité du
procédé de fabrication.
La fabrication et la caractérisation électrique de SET ont permis de valider la reproductibilit
é du procédé de fabrication du prédécesseur, Gabriel Droulers. Un dispositif composé
de deux transistors monoélectroniques couplé par l'îlot est utilisé afin de simuler la détection
de charge avec un fonctionnement théorique à la température de l'azote liquide (77
K). Le développement et la caractérisation de procédés de déposition par couche atomique
ALD (Atomic Layer Deposition ) ont été effectués pour atteindre cet objectif. Finalement,
chaque étape du procédé de fabrication a été caractérisée et validée indépendamment.
Collection
- Moissonnage BAC [3168]
- Génie – Mémoires [1850]