Caractérisation et modélisation du bruit basse fréquence et télégraphique sur des technologies imageurs CMOS avancées

Soutenance de thèse de Owen GAUTHIER , pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " NANO ELECTRONIQUE et NANO TECHNOLOGIES   "

Résumé :
Suite à la réduction de la taille des transistors CMOS, le bruit basse fréquence dû aux piégeages/dépiégeages des charges dans le diélectrique de grille prend de plus en plus d'importance. Il est en effet inversement proportionnel à la surface d'oxyde de grille. Cela conduit aussi à une forte augmentation de la variabilité dynamique, perturbe de plus en plus le fonctionnement des circuits électriques et réduit la marge de design des circuits. C'est particulièrement le cas pour les circuits de lecture des applications « imagers » ; notamment pour de faible illumination où le bruit limite la sensibilité du capteur. Pour des transistors de petites dimensions, cette variabilité du bruit se traduit aussi par un bruit spécifique dit « Random Telegraph Noise » (RTN) qui a des propriétés temporelles et fréquentielles spécifiques. L'objet ce cette thèse sera la caractérisation et la modélisation de ce bruit dans les technologies imagers. Ainsi, la thèse sera consacrée dans un premier temps à l'étude expérimentale du bruit RTN en fonction des paramètres géométriques, de la polarisation (Vgs, Vds) et de la température. Cela permettra de couvrir l'ensemble du domaine d'utilisation du transistor MOS. La recherche et l'extraction des paramètres du bruit RTN n'est pas une tâche aisée, surtout lorsqu'il y a plusieurs évènements RTN qui se superposent. Pour cela, différentes méthodes d'extraction (à base d'histogramme, de Time-Lag-Plot ou des chaines de Markov) seront évaluées pour identifier une méthode d'extraction fiable et automatisable. Des nouvelles méthodes d'extraction pourraient également être développées, si nécessaire. Enfin, une modélisation de ce bruit sera proposée en vue d'une possible implémentation dans un simulateur.

Membres du jury :

• Quentin RAFHAY, Maître de conférence HDR, Grenoble INP - UGA, CROMA : Directeur de thèse
• Christoforos THEODOROU, Chercheur CNRS, CROMA : Co-encadrant
• Sébastien HAENDLER, Ingénieur docteur, STMicroelectronics : Co-encadrant, superviseur industriel
• Fabien PASCAL, Professeur des universités, Université de Montpellier, IES : Rapporteur
• Matthias BUCHER, Professeur, School of Electrical and Computer Engineering Technical University of Crete : Rapporteur
• Giorgio DI NATALE, Directeur de recherche CNRS, TIMA : Examinateur, Président du jury
• Irina IONICA, Maîtresse de conférences HDR, Grenoble INP - UGA, CROMA :Examinatrice, Représentante UGA