Modélisation de nanodispositifs pour des applications à faible consommation – NOODLES

Aujourd'hui, le marché de la nanoélectronique est dominé par les applications mobiles pour lesquelles des dispositifs à ultra-faible puissance de fonctionnement sont nécessaires. Par conséquent, les principaux efforts de recherche sont consacrés non pas à l’augmentation de la puissance électrique d’un processeur unique, ce qui peut être réalisé en utilisant une de parallélisation agressive de cœurs de microprocesseurs, mais plutôt à la diminution de la tension d'alimentation VDD. La consommation de puissance dynamique variant en VDD au carré, de grands avantages pourraient être obtenus en trouvant de nouveaux matériaux et architectures permettant aux circuits de travailler avec des tensions d'alimentation réduites. Cependant, il reste encore de nombreuses questions technologiques et théoriques à résoudre afin de réaliser une optimisation des architectures et des matériaux de dispositifs pour des applications à faible puissance.

L’objectif de NOODLES est de développer des simulations multi-échelles prédictives et des modèles semi-analytiques efficaces alliant approches quantiques et modèles semi-classiques, capables d'identifier le meilleur choix d'architecture (nanofils, FinFETs, FDSOI), de matériau de canal (sSI, SiGe , III-V) et de principe de fonctionnement du dispositif (MOSFET, tunnel-FET) en termes du ratio performances électriques/consommation. Pour atteindre cet objectif ambitieux, NOODLES explorera les principaux mécanismes physiques qui déterminent les propriétés des nano-dispositifs pour les applications à ultra-faible puissance. Ces simulations reposent sur l'amélioration des modèles physiques capables de décrire de manière fiable des dispositifs réalistes. Par conséquent, NOODLES traitera les problèmes suivants : (i) l'évaluation des effets d'auto-échauffement et de porteurs chauds, qui peuvent être particulièrement préjudiciables dans les nanostructures miniaturisées que sont les NWs, FinFETs et FDSOI, (ii) la description réaliste des effets parasites en dehors du canal comme les résistances et les capacités d'accès, qui sont aussi importantes que les propriétés du canal dans la détermination du comportement des circuits basés sur des dispositifs à canal court, et (iii) l'évaluation des semiconducteurs III-V comme matériaux de substitution au Si dans les deux architectures MOSFETs et Tunnel-FETs, ce qui peut en effet stimuler les performances électriques grâce à leur grande mobilité et les propriétés de leurs structures de bandes .

Ce projet regroupe six partenaires qui ont déjà fortement collaboré ensemble dans un projet ANR antérieur couronné de succès (i.e. QUASANOVA-P2N 2010). Le partenariat réunit des compétences complémentaires, caractéristique essentielle pour atteindre les objectifs NOODLES. En particulier, les partenaires ont une solide expérience dans la simulation atomistique du transport quantique, dans les simulations tridimensionnelles auto-cohérentes de nano-dispositifs, dans les simulations TCAD avancées ainsi que dans le développement de modèles analytiques afin de simuler des circuits de référence telles que le « ring oscillator ».