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2. Caractérisation électrique et modélisation du transport dans matériaux et dispositifs SOI avancés
- Author
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Liu, Fanyu, Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes, Sorin Cristoloveanu, and Irina Stefana Ionica
- Subjects
Coupling effect ,Bipolar gain ,SOI fortement dopé ,SOI FinFET sans jonctions ,Effets de couplage ,Band to band tunneling ,Grille arrière ,Junctionless SOI FinFETs ,Back gate ,Collage métallique des plaques ,Inversion mode SOI FinFETs ,Metal bonded wafers ,Pseudo MOSFET ,Effet bipolaire parasite ,Parasitic bipolar effect ,SOI FinFET ,Gain bipolaire ,Silicon on insulator ,Heavily doped SOI ,Effet tunnel bande à bande ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Silicium sur isolant - Abstract
This thesis is dedicated to the electrical characterization and transport modeling in advanced SOImaterials and devices for ultimate micro-nano-electronics. SOI technology is an efficient solution tothe technical challenges facing further downscaling and integration. Our goal was to developappropriate characterization methods and determine the key parameters. Firstly, the conventionalpseudo-MOSFET characterization was extended to heavily-doped SOI wafers and an adapted modelfor parameters extraction was proposed. We developed a nondestructive electrical method to estimatethe quality of bonding interface in metal-bonded wafers for 3D integration. In ultra-thin fully-depletedSOI MOSFETs, we evidenced the parasitic bipolar effect induced by band-to-band tunneling, andproposed new methods to extract the bipolar gain. We investigated multiple-gate transistors byfocusing on the coupling effect in inversion-mode vertical double-gate SOI FinFETs. An analyticalmodel was proposed and subsequently adapted to the full depletion region of junctionless SOI FinFETs.We also proposed a compact model of carrier profile and adequate parameter extraction techniques forjunctionless nanowires.; Cette thèse est consacrée à la caractérisation et la modélisation du transport électronique dans des matériaux et dispositifs SOI avancés pour la microélectronique. Tous les matériaux innovants étudiés(ex: SOI fortement dopé, plaques obtenues par collage etc.) et les dispositifs SOI sont des solutions possibles aux défis technologiques liés à la réduction de taille et à l'intégration. Dans ce contexte,l'extraction des paramètres électriques clés, comme la mobilité, la tension de seuil et les courants de fuite est importante. Tout d'abord, la caractérisation classique pseudo-MOSFET a été étendue aux plaques SOI fortement dopées et un modèle adapté pour l'extraction de paramètres a été proposé. Nous avons également développé une méthode électrique pour estimer la qualité de l'interface de collage pour des plaquettes métalliques. Nous avons montré l'effet bipolaire parasite dans des MOSFET SOI totalement désertés. Il est induit par l’effet tunnel bande-à-bande et peut être entièrement supprimé par une polarisation arrière. Sur cette base, une nouvelle méthode a été développée pour extraire le gain bipolaire. Enfin, nous avons étudié l'effet de couplage dans le FinFET SOI double grille, en mode d’inversion. Un modèle analytique a été proposé et a été ensuite adapté aux FinFETs sans jonction(junctionless). Nous avons mis au point un modèle compact pour le profil des porteurs et des techniques d’extraction de paramètres.
- Published
- 2015
3. Electrical characterization and modeling of advanced SOI materials and devices
- Author
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Liu, Fanyu, Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes, Sorin Cristoloveanu, Irina Stefana Ionica, and STAR, ABES
- Subjects
Coupling effect ,Bipolar gain ,SOI fortement dopé ,SOI FinFET sans jonctions ,Effets de couplage ,[SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Band to band tunneling ,Grille arrière ,Junctionless SOI FinFETs ,Back gate ,Collage métallique des plaques ,Inversion mode SOI FinFETs ,Metal bonded wafers ,Pseudo MOSFET ,Effet bipolaire parasite ,Parasitic bipolar effect ,SOI FinFET ,Gain bipolaire ,Silicon on insulator ,Heavily doped SOI ,Effet tunnel bande à bande ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Silicium sur isolant - Abstract
This thesis is dedicated to the electrical characterization and transport modeling in advanced SOImaterials and devices for ultimate micro-nano-electronics. SOI technology is an efficient solution tothe technical challenges facing further downscaling and integration. Our goal was to developappropriate characterization methods and determine the key parameters. Firstly, the conventionalpseudo-MOSFET characterization was extended to heavily-doped SOI wafers and an adapted modelfor parameters extraction was proposed. We developed a nondestructive electrical method to estimatethe quality of bonding interface in metal-bonded wafers for 3D integration. In ultra-thin fully-depletedSOI MOSFETs, we evidenced the parasitic bipolar effect induced by band-to-band tunneling, andproposed new methods to extract the bipolar gain. We investigated multiple-gate transistors byfocusing on the coupling effect in inversion-mode vertical double-gate SOI FinFETs. An analyticalmodel was proposed and subsequently adapted to the full depletion region of junctionless SOI FinFETs.We also proposed a compact model of carrier profile and adequate parameter extraction techniques forjunctionless nanowires., Cette thèse est consacrée à la caractérisation et la modélisation du transport électronique dans des matériaux et dispositifs SOI avancés pour la microélectronique. Tous les matériaux innovants étudiés(ex: SOI fortement dopé, plaques obtenues par collage etc.) et les dispositifs SOI sont des solutions possibles aux défis technologiques liés à la réduction de taille et à l'intégration. Dans ce contexte,l'extraction des paramètres électriques clés, comme la mobilité, la tension de seuil et les courants de fuite est importante. Tout d'abord, la caractérisation classique pseudo-MOSFET a été étendue aux plaques SOI fortement dopées et un modèle adapté pour l'extraction de paramètres a été proposé. Nous avons également développé une méthode électrique pour estimer la qualité de l'interface de collage pour des plaquettes métalliques. Nous avons montré l'effet bipolaire parasite dans des MOSFET SOI totalement désertés. Il est induit par l’effet tunnel bande-à-bande et peut être entièrement supprimé par une polarisation arrière. Sur cette base, une nouvelle méthode a été développée pour extraire le gain bipolaire. Enfin, nous avons étudié l'effet de couplage dans le FinFET SOI double grille, en mode d’inversion. Un modèle analytique a été proposé et a été ensuite adapté aux FinFETs sans jonction(junctionless). Nous avons mis au point un modèle compact pour le profil des porteurs et des techniques d’extraction de paramètres.
- Published
- 2015
4. Parasitic bipolar effect in advanced FD SOI MOSFETs: experimental evidence and gain extraction
- Author
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Liu, Fanyu, Ionica, Irina, Bawedin, Mayline, Cristoloveanu, Sorin, Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Electronique et des Systèmes (IES), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Micro électronique, Composants, Systèmes, Efficacité Energétique (M@CSEE), and Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
mental disorders ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics - Abstract
session SOI MOSFET Characterization; International audience; This work reports on experimental evidence of parasitic lateral bipolar effect in ultrathin and short fully-depleted (FD) SOI n-type MOSFETs. The relation between band-to-band tunnelling (BTBT) and bipolar effect is discussed. A simple method is proposed to extract the bipolar gain β and TCAD simulations validate its feasibility.
- Published
- 2014
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