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Modélisation et simulation du bruit de fond dans le transistor MOS à  canal long

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par Abdoun SLIMANI
Université Hassiba Benbouali Chlef Algérie - Ingénieur d'état 2004
  

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Université Hassiba Benbouali - Chlef -

Faculté des Sciences et Sciences de l'Ingénieur
Département d'Electronique

PROJET DE FIN D'ETUDES

En vue de l'obtention du diplôme
D'Ingénieur d'Etat en Electronique
Option : Instrumentation

Présenté par :

TOUAIT SAID

SLIMANI ABDOUN

BIodifisation et simufation

Du bruit de fond dans Ce transistor

BIOS et canal long

Soutenu le 30 Juin 2004

devant le jury composé de MM. :

Président : A. Aissaoui Maître Assistant

Examinateur : S. Abadli Maître Assistant

Examinateur : N. Brahmi Maître Assistant

Encadreur : M. Bouremli Maître Assistant

a Paramètre aléatoire

Cg ( nF) Capacité grille

Cox (F . cm-2) Capacité d'oxyde par unité de surface

D (cm - 2.s-1) Coefficient de diffusion

Espérance mathématique

Ec ( V . cm-1) Champ critique lié à la vitesse thermique des porteursEC ( e V) Minimum de la bande de conduction

ED ( e V) Niveau des atomes donneurs

Efm ( e V) Niveau de fermi dans un métal

Efp ( e V) Niveau de fermi dans un semi-conducteur «p»

Ei ( e V) Niveau de fermi intrinsèque

En ( V) Générateur de tension de bruit équivalent d'entrée

Et ( e V) Niveau de fermi des pièges

EV ( e V) Maximum de la bande de valence

Ey ( V . cm-1) Champ électrique transversal

F Facteur de bruit

fc ( hz) Fréquence de coin

G ( Ù-1 ) Conductance du barreau semi-conducteur

Gn (cm - 3. s - 1 ) Taux de génération d'électron

gd ( Ù-1 ) Conductance dynamique

gm (1 )

mA V Transconductance

. -g(ô) Densité de probabilité

H ( x , t) Distribution de Langevin

h ( J.s) Constante de Planck

I ( mA) Courant moyenne

I( t) ( mA) Courant instantané

ID ( mA) Courant de diffusion

Id ( mA) Courant drain

Idsat ( mA) Courant drain de saturation

Ig ( mA) Courant grille

In ( mA) Courant total

jn ( 2 )

A cm

. -

Jn ( A)

Densité de courant d'électrons

Générateur de courant de bruit équivalent en entrée

k ( 1 )

J K Constate de Boltzmann

. -

Leff (ìm) Longueur du canal

Lg (ìm) Longueur de la grille

M Facteur de multiplication du a l'effet d'avalanche

m n ( kg) Masse de l'électron

N ( - 3 )

cm Population total des électrons dans un barreau semi-conducteur

N0 ( - 3 )

cm Densité de porteurs négatifs à l'équilibre thermodynamique

Na ( - 3 )

cm

Densité d'atomes accepteurs

Nt0 ( - 3 )

cm Densité des piéges non occupé

N( x) ( -3 )

cm

Nombre d'électron par unité de volume

n ( - 3 )

cm Densité de porteurs négatifs dans un barreau semi-conducteur

ninv ( - 3 )

cm

Pne ( W)

Densité d'électron dans la couche d'inversion Puissance du bruit à l'entrée

Pns ( W) Puissance du bruit à la sortie

Pse ( W) Puissance du signal à l'entrée

Pss ( W) Puissance du bruit à la sortie

P0 ( - 3 )

cm Densité de porteurs positifs à l'équilibre thermodynamique

P0 Densité uniforme d'impulsion de Dirac

P(ö) Phénomène aléatoire de probabilité

q ( C) Charge de l'électron

R (Ù) Résistance

RS (Ù) Résistance de générateur

Rn (cm - 3. s-1) Taux de recombinaison de trous

R n (cm - 3.s-1) Flux d'électrons

rDS (Ù) Résistance drain-source

SI ( f) ( hz) Densité spectrale de courant

SId ( f) ( hz) Densité spectrale de courant de drain

SIg ( f) ( hz) Densité spectrale de courant de grille

Sth ( V hz) Densité spectrale de tension

tox ( nm) Epaisseur d'oxyde isolant ( SiO2 )

ü ( V) Tension

Vb ( V) Tension de substrat

Vd ( V) Tension drain

Vg ( V) Tension grille

Vdb ( V) Tension drain-substrat

Vds ( V) Tension drain-source

Vdsat ( V) Tension drain de saturation

Vfb ( V) Tension de bande plate

Vs ( V) Tension source

Vsb ( V) Tension source-substrat

VT ( V) Tension de seuil

v ( m . s-1) Vitesse électronique

W (ìm) Largeur du canal

Xj (ìm) Profondeur des caisson drain et source

Z0 (ìm) Distance moyenne entre les pièges

áH Paramètre de Hooge

áH ( 0) Paramètre de Hooge à faibles champs

â Exposant du bruit en 1 / f

å . cm-1) Permittivité diélectrique

ã ( cm-1 ) Paramètre de tunnel

ìeff (cm 2 . V- 1. s-1) Mobilité des porteurs

ì i(cm 2 . V- 1 . s-1) Mobilité individuelle

ìn (cm 2 . V- 1 . s-1) Mobilité des électrons

ìp (cm 2 . V- 1 . s-1) Mobilité des trous

ì0 (cm 2 . V- 1 . s-1) Mobilité à faible champ

ÄN ( cm-3 ) Fluctuation du nombre de porteurs

ÄN2

Variance des fluctuations

óinv ( Ù -1. cm-1)

ôc ( s)
ôi( s)

ôr ( s)

ôs ( s)

Conductivité de la couche d'inversion

Durée de présence de l'électron dans la bande de conduction Durée de vie individuelle

Temps de relaxation

Temps de séjours dans les piéges

ôt ( s) Temps de transit

ô1 ( s) La limite inférieure des temps de relaxation des pièges

ô2 ( s) La limite supérieure des temps de relaxation des pièges

è( V-1 ) Traduit la variation de ìeff provoquée par l'existence d'un champ électrique

ö ( s) Durée de séjour aléatoire

öf ( V) Potentiel de fermi

Introduction générale 1

CHPITRE I: Aspects physiques du bruit

I-1 Localisation des sources de bruit ..2

I-2 Les différentes sources de bruit 3

I-2-1 Bruit de grenaille ....3

I-2-2 Bruit thermique ...5

I-2-3 Bruit en1/f .8

I-2-3-1 Théorie de McWhorter .8

I-2-3-2 Théorie de Hooge 10

I-2-3-2-1 Equation de Hooge pour les résistances ...10

I-2-3-2-2 Equation de Hooge pour les composant non uniforme 12

I-23-2-3 Généralisation de l'équation de Hooge 13

I-2-4 Bruit d'avalanche 14

I-2-5 Bruit de génération-recombinaison 14

CHAPITRE II: Structure et principe de fonctionnement du transistor MOS

II-1 Le principe de fonctionnement du transistor MOS 18

II-2 Etude statique du MOSFET 21

II-2-1 Calcul de la caractéristique statique 21

II-2-2 Cas réel .23

II-3 Etude dynamique du MOSFET 24

II-3-1 Calcul de la conductance et de la transconductance .25

II-3-2 Calcul des capacités 26

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.