17 research outputs found
Cryogenic Characterization of 16 nm FinFET Technology for Quantum Computing
No full textThis study presents the first in depth characterization of deep cryogenic electrical behavior of a commercial 16 nm CMOS FinFET technology. This technology is well suited for a broad range of applications, including quantum computing, quantum sensing, and quantum communications. Cryogenic DC measurements and physical parameters extraction were carried out on this commercial FinFET technology, operating at room temperature, i.e., 300 K, and down to 2.95 K for different device types and geometries. This represents the main step towards cryogenic compact modeling and optimization of three-dimensional CMOS structures for quantum computations.ICLABAQUAAlso presented at ESSDERC 2021 - IEEE 51st European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC
Gate Performance by Forming Gas Anneal
No full textThe improvement of forming gas anneal (10 % H-2 in N-2) at 400 degrees C on electrical properties of Ge/GeOx/Tm2O3/HfO2 gate stacks is investigated. It is found that forming gas anneal effectively suppresses fixed charge density, oxide trap density and interface state density. Hydrogen is demonstrated to efficiently passivate the negative fixed charge density and reduce the global variability of the Hatband voltage down to 90 mV over a safer. A forming gas anneal is also found to reduce equivalent oxide thickness in scaled gate stacks.</p
Improving Ge-rich GST ePCM reliability through BEOL engineering
No full textThis paper discusses the effect of back-end of line (BEOL) process on cell performance for a Phase-Change Memory embedded in a 28nm FD-SOI platform (ePCM). The impact of BEOL is first shown by describing the microscopic evolution of the active Ge-rich GST alloy during process. Ge clustering has been proven to occur during the fabrication process, impacting the pristine resistance and the after forming cell performance. Two different BEOL processes are then benchmarked in terms of key performance. An optimized process is then identified, and an extensive electrical characterization of array performance and reliability is performed on the full 16MB chip. The optimized BEOL process results in a memory cell fully compatible with the requirements for demanding automotive applications
High-Temperature Characterization of Novel Silicon-Based Substrate Solutions for RF-IC Applications
No full textThis paper focuses on the comparison of various advanced substrates such as trap-rich (TR), porous silicon (PSi), gold-doped (Au-Si) and smart-implants PN-junction (DP) in terms of RF performances. Both small- and large-signal measurements were performed, including the study of the influence of temperature and bias voltage. The purpose of this paper is to provide an overview of the characteristics of these multiple substrates to facilitate design choices for RF-IC applications
Modélisation avancée des imageurs nanostructurés
No full textThis thesis focuses on the numerical methodology for the optical improvement of SPADs devices through the increase of the light absorption. In particular, we study three method-ological aspects: about materials, about solvers, and about the process to obtain the best performing device. The first chapter investigates the usage of innovative material, with a focus on Silicion, Germanium and their alloys (SiGe). In the absence of permittivity data from the literature, we provide a semi-empirical model for the permittivity of SiGe as a function of both temperature and Ge content. A specific attention has been paid on the comparison with the usual methodology applied when facing a lack of measured data, the linear interpolation method. The permittivity model provided relies on usual permittivity models found in litterature. However, specific parameters of these models, both direct and indirect bandgaps,are extracted from band structure computation by Tight-Binding, hence our model is said semi-empirical. This methodology was published in the 51st European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC 2021) [1]. In the second chapter, we compare the reference numerical method for solving the Maxwell's equations, the FDTD, and two alternatives, the DGTD and the RCWA, to simulate the optical response of SPADs device fabricated by STMicroelectronics. A benchmark on the structure of increasing complexity is performed. The resulting absorption spectra of the three numerical methods are compared, as well as their time execution. The main contribution of this chapter is the delivery to STMicroelectronics engineers of a fully functionnal and versatile 2D and 3D RCWA solver. The performance of this solver were then comparedto the reference FDTD solver, Lumerical, and the Inria DGTD solver, Diogenes. The conclusion of this benchmark confirms the leading position of the Lumerical solver. However, this does not necessary imply a superiority of the underlying numerical method, the FDTD,as discussed in the conclusion of this chapter. In the third chapter, we propose a inverse-design methodology that combines optical solvers with a statistical learning-based optimization for goal-oriented discovery of the optimal parameters for maximizing light absorption. In particular, the diffractive gratings are studied, since they recently provided an important performance increase. An optimal structure reaching 83% absorption has been found, outclassing all previous absorption level found in litterature. This methodology was presented in the 2023 International Conference on Simulation of Semicondutor Processes and Devices (SISPAD 2023).Cette thèse se concentre sur les méthodes numériques utilisées dans l'amélioration de l'absorption lumineuse des capteurs d'images SPAD. En particulier, nous étudions trois aspects méthodologiques, à propos des matériaux utilisés, à propos des solveurs optiques et à propos d'une méthode de design inverse en vue d'obtenir le capteur d'image optimal. Le premier chapitre étudie l'usage de matériaux innovants, avec une focalisation sur le Silicium, Germanium et leurs alliages (SiGe). Les données expérimentales étant lacunaires, nous proposons un modèle semi-empirique pour la permittivité du SiGe, dépendant de la température et de la concentration de Ge. Une attention spéciale a été apportée à la comparaison avec la méthodologie usuelle, l'interpolation linéaire. Le modèle proposé repose sur des modèles disponibles dans la littérature, pour lesquels certains paramètres spécifiques,les bandes interdites, directes et indirectes, sont extraits par la méthode de Tight-Binding, d'où le nom de semi-empirique. Cette méthodologie a été publiée dans la 51ème European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC 2021). Dans le second chapitre, nous comparons la méthode numérique de référence pour résoudre les équations de Maxwell, la méthode FDTD, et deux méthodes alternatives, DGTDet RCWA, pour simuler la réponse optique dans les SPADs fabriqués à STMicroelectronics. Les performances de chacune de ces méthodes ont été comparées sur des structures d'une complexité croissante. Les profils d'absorption résultant sont ainsi comparés, ainsi que les temps d'exécutions. La contribution principale de ce chapitre est l'écriture, pour les ingénieurs de STMicroelectronics, d'un solveur RCWA entièrement fonctionnel et versatile. Les performances de ce solveur sont comparées au solveur commercial de référence, Lumerical, et le solveur DGTD écrit par l'équipe Atlantis de l'Inria Sophia-Antipolis. Cette comparaison confirme le status de référence de Lumerical. Toutefois cela n'implique pas nécessairement une supériorité intrinsèque à la méthode numérique sous-jacente, la FDTD, comme indiqué en conclusion de ce chapitre. Dans le troisième, nous proposons une méthodologie de design inverse qui combine un solveur optique avec une méthode statistique d'optimisation pour la découverte efficace des paramètres optimaux maximisant l'absorption lumineuse. En particulier, la structuration est étudiée, vu que celle-ci a apporté les gains d'absorption les plus important récemment. Une structure optimale atteignant une absorption de 83% a été trouvée, dépassant ainsi toutes valeurs analogues présentes dans la littérature. Cette méthodologie a été présentée à la conférence SISPAD 2023
Advanced modeling of CMOS imagers
No full textCette thèse se concentre sur les méthodes numériques utilisées dans l'amélioration de l'absorption lumineuse des capteurs d'images SPAD. En particulier, nous étudions trois aspects méthodologiques, à propos des matériaux utilisés, à propos des solveurs optiques et à propos d'une méthode de design inverse en vue d'obtenir le capteur d'image optimal. Le premier chapitre étudie l'usage de matériaux innovants, avec une focalisation sur le Silicium, Germanium et leurs alliages (SiGe). Les données expérimentales étant lacunaires, nous proposons un modèle semi-empirique pour la permittivité du SiGe, dépendant de la température et de la concentration de Ge. Une attention spéciale a été apportée à la comparaison avec la méthodologie usuelle, l'interpolation linéaire. Le modèle proposé repose sur des modèles disponibles dans la littérature, pour lesquels certains paramètres spécifiques,les bandes interdites, directes et indirectes, sont extraits par la méthode de Tight-Binding, d'où le nom de semi-empirique. Cette méthodologie a été publiée dans la 51ème European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC 2021). Dans le second chapitre, nous comparons la méthode numérique de référence pour résoudre les équations de Maxwell, la méthode FDTD, et deux méthodes alternatives, DGTDet RCWA, pour simuler la réponse optique dans les SPADs fabriqués à STMicroelectronics. Les performances de chacune de ces méthodes ont été comparées sur des structures d'une complexité croissante. Les profils d'absorption résultant sont ainsi comparés, ainsi que les temps d'exécutions. La contribution principale de ce chapitre est l'écriture, pour les ingénieurs de STMicroelectronics, d'un solveur RCWA entièrement fonctionnel et versatile. Les performances de ce solveur sont comparées au solveur commercial de référence, Lumerical, et le solveur DGTD écrit par l'équipe Atlantis de l'Inria Sophia-Antipolis. Cette comparaison confirme le status de référence de Lumerical. Toutefois cela n'implique pas nécessairement une supériorité intrinsèque à la méthode numérique sous-jacente, la FDTD, comme indiqué en conclusion de ce chapitre. Dans le troisième, nous proposons une méthodologie de design inverse qui combine un solveur optique avec une méthode statistique d'optimisation pour la découverte efficace des paramètres optimaux maximisant l'absorption lumineuse. En particulier, la structuration est étudiée, vu que celle-ci a apporté les gains d'absorption les plus important récemment. Une structure optimale atteignant une absorption de 83% a été trouvée, dépassant ainsi toutes valeurs analogues présentes dans la littérature. Cette méthodologie a été présentée à la conférence SISPAD 2023.This thesis focuses on the numerical methodology for the optical improvement of SPADs devices through the increase of the light absorption. In particular, we study three method-ological aspects: about materials, about solvers, and about the process to obtain the best performing device. The first chapter investigates the usage of innovative material, with a focus on Silicion, Germanium and their alloys (SiGe). In the absence of permittivity data from the literature, we provide a semi-empirical model for the permittivity of SiGe as a function of both temperature and Ge content. A specific attention has been paid on the comparison with the usual methodology applied when facing a lack of measured data, the linear interpolation method. The permittivity model provided relies on usual permittivity models found in litterature. However, specific parameters of these models, both direct and indirect bandgaps,are extracted from band structure computation by Tight-Binding, hence our model is said semi-empirical. This methodology was published in the 51st European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC 2021) [1]. In the second chapter, we compare the reference numerical method for solving the Maxwell's equations, the FDTD, and two alternatives, the DGTD and the RCWA, to simulate the optical response of SPADs device fabricated by STMicroelectronics. A benchmark on the structure of increasing complexity is performed. The resulting absorption spectra of the three numerical methods are compared, as well as their time execution. The main contribution of this chapter is the delivery to STMicroelectronics engineers of a fully functionnal and versatile 2D and 3D RCWA solver. The performance of this solver were then comparedto the reference FDTD solver, Lumerical, and the Inria DGTD solver, Diogenes. The conclusion of this benchmark confirms the leading position of the Lumerical solver. However, this does not necessary imply a superiority of the underlying numerical method, the FDTD,as discussed in the conclusion of this chapter. In the third chapter, we propose a inverse-design methodology that combines optical solvers with a statistical learning-based optimization for goal-oriented discovery of the optimal parameters for maximizing light absorption. In particular, the diffractive gratings are studied, since they recently provided an important performance increase. An optimal structure reaching 83% absorption has been found, outclassing all previous absorption level found in litterature. This methodology was presented in the 2023 International Conference on Simulation of Semicondutor Processes and Devices (SISPAD 2023)
