Projet ANR-11-BS10-0012 – SAGe III-V : Auto-assemblage de nano-diélectriques sur du germanium ou des matériaux III-V
Programme : Blanc - SIMI 10 - Nanosciences (Blanc SIMI 10) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bruno JOUSSELME (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)
Partenaires : Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie; Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille; Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence; Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie
Montant : 660170.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Depuis plus de 40 ans, la microélectronique connaît une croissance rapide basée essentiellement sur une technologie en silicium. En effet grâce à son faible coût, son abondance et aux propriétés isolantes, protectrices et passivantes de son oxyde, le silicium reste le matériau de choix pour la micro et nanoélectronique. Cependant le silicium ne permet pas le développement de transistors à très haute mobilité et haute fréquence. Ainsi pour des transistors CMOS de 11 à 15 nm, on peut penser que le silicium dans le canal de conduction soit remplacé par un autre matériau semi-conducteur tel que le germanium ou des matériaux III-V afin de fabriquer des dispositifs obéissant au cahier des charges de l’ « International Technology Roadmap for Semiconductors ». Le principal obstacle au développement de transistors MOS Ge ou III-V dont les propriétés rivalisent ou dépassent celles des CMOS en silicium est que la couche d’isolation du germanium et des matériaux III-V en général n’est pas de bonne qualité et n‘est pas thermodynamiquement stable contrairement aux propriétés exceptionnelles isolantes et passivantes de SiO2 sur le silicium. Malgré d’intenses efforts de recherche sur l’utilisation de diélectriques présentant une forte permittivité (Al2O3, HfO2, ZrO2, GdSiO, HfPrO, HfSiO,...) et en dépit des améliorations récentes des méthodes de dépôts (ALD, MBE,..) de ces diélectriques « high-k », les résultats sont loin des objectifs. 
Dans ce projet, nous proposons une approche totalement différente en utilisant des monocouches auto-assemblées pour l’isolation du germanium et des matériaux III-V afin de conférer à ces matériaux les propriétés vitales et nécessaires pour leur utilisation dans les dispositifs de demain. Ces diélectriques organiques auto-assemblés (SANDs) présentent l’avantage majeur de pouvoir être déposés à température ambiante en solution, de présenter une bonne uniformité sur une large surface, d’être insolubles dans les solvants communs, pouvoir être mis en œuvre en utilisant les méthodes standards de la micro-électronique, d’être bien définis nanostructurellement, fortement adhérents et pratiquement sans défauts. Ainsi, les performances visées dans le projet avec les SANDs concernent des courants de fuite aussi faible que 10E-9 A/cm2 avec de faibles densités d’états à l’interface Si / SANDS (environ 10E10 cm-2.ev-1). Ces films minces devront aussi présenter des constantes diélectriques supérieures à 20 afin de les rendre compétitifs par rapport aux oxydes high-k envisagés. 
Bien que les applications d’auto-assemblage de nanodielectrics sur semi-conducteurs III-V ou Ge soient envisagées, cela reste une perspective à long terme et classe clairement notre projet à un niveau fondamental. La co-intégration des SANDS avec des dispositifs à base de Ge ou de III-V sera abordée par une série d'études élémentaires sans la réalisation d'un dispositif hybride en lui-même. En effet, il est nécessaire de répondre à deux questions fondamentales avant de pouvoir envisager une véritable co-intégration: La résistance thermique de ces couches moléculaires organiques et la compatibilité des SANDs avec les matériaux usuels de la micro-électronique.