Soutenance de thèse de Thibault HAFFNER

Depuis les années 60, le développement technologique est principalement porté par la miniaturisation des composants et suit la fameuse conjoncture de Moore. En effet, la miniaturisation apportait, au début, de nombreux avantages. Temps de commutation plus faible, systèmes plus compacts, tension d'alimentation plus faible, et donc, transistors consommant moins, etc. Seulement, cette approche a commencé à s'essouffler ces dernières années. En effet , les limites de la miniaturisation ont commencés à apparaitre et la puissance consommée globale des circuits a commencé à augmenter ce qui limite la réalisation des systèmes. Il devient alors nécessaire de développer des composants basse consommation, tels que les transistors à effet tunnel. Ces transistors ont, à ce jour, un défaut majeur qui est leurs courants à l'état passant, bien plus faible que les MOSFET. Ce courant dépend majoritairement de l'architecture du transistor ainsi que de la largeur de la bande interdite du matériau de l'électrode "source".
Nous proposons dans cette thèse d'élaborer et d'étudier des nanofils et des hétérostructures à base de l'alliage germanium-étain. Le $Ge_{1-x}Sn_x$ est un alliage de la colonne IV qui possède un gap très faible, inférieur à 0,66 eV avec la particularité de passer d'un gap indirect à un gap direct à partir d'une concentration de 10% d'étain, ce qui est favorable aux transistors à effet tunnel. Les nanofils ont été élaborés par dépôt chimique en phase vapeur en utilisant le mécanisme vapeur-liquide-solide et des analyses physico-chimiques telles la spectroscopie à rayon X et la spectroscopie par nano-Auger ont été mises en œuvre pour les caractériser. Des hypothèses ont été émises afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la croissance de nanofils GeSn et d'en maitriser au mieux l'élaboration. Des hétérostructures axiales qui serviront comme matériaux de base pour la réalisation de transistors à effet tunnel sont présentées et détaillées. Nous présentons par la suite l'étude de l'interface GeSn/diélectrique dans le but d'améliorer les performances des capacités MOS sur GeSn, et donc d'améliorer les dispositifs nanoélectroniques. Des traitements chimiques ont été appliqués sur la surface du GeSn, et des analyses XPS et pAR-XPS ont été menées afin de déterminer l'efficacité des traitements. Afin d'améliorer les performances des capacités MOS, nous avons déposé un empilement formée d'une couche interfaciale suivie d'un diélectrique à forte permittivité, tel que le $HfO_2$, dans le but d'obtenir une densité d'états d'interface la plus faible possible. Enfin, l'intégration et l'étude de transistors à effet tunnel à base d'hétérostructures sont présentées. Nous présentons dans un premiers temps les étapes de développement technologiques développées afin de réaliser les dispositifs nanoélectroniques. Les niveaux de dopage des hétérostructures ont été évalués par le biais de mesures de résistivités. Les performances des transistors à effet tunnel ont été évaluées à l'aide de mesures électriques et ont été confrontées à l'état de l'art actuel.