Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article dresse un panorama de la modélisation théorique et de la simulation des phénomènes de transport quantique en nanosciences. Cette approche est conduite à travers quelques concepts clés de la mécanique quantique qui régissent le comportement des électrons dans les systèmes de basse dimensionnalité et d'où émergent les caractéristiques des dispositifs ultimes de la microélectronique. Après des notions générales sur la structure électronique des matériaux, sont présentés les différents niveaux de modélisation du transport électronique et leur domaine de validité. La théorie du transport quantique est abordée de manière intuitive grâce à la notion de propagation des paquets d'ondes, puis implémentée dans la simulation des nanotransistors. Cette contribution vise à donner un éclairage sur les progrès de la simulation quantique, qui permettent maintenant des études réellement comparatives avec les expériences et orientent les choix technologiques pour le développement d'une nanoélectronique.
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This article provides an overview of the theoretical modeling and simulation of quantum transport phenomena in nanoscience. This approach is conducted via certain key concepts of quantum mechanics that govern the behavior of electrons in low-dimensional systems and provide the characteristics of ultimate microelectronics devices. After having presented general notions on the electronic structure of materials, this article focuses on the different levels of modeling of electron transport and their scope of validity. The theory of quantum transport is approached intuitively through to the notion of wave packet propagation and then implemented in the simulation of nanotransistors . This contribution aims at highlighting the progress of quantum simulation , which now allow for truly comparative studies with experiments and guide technological choices for the development of nanoelectronics.
Auteur(s)
INTRODUCTION
Avec la réduction de taille des transistors et l'apparition de nouveaux nanomatériaux susceptibles d'être utilisés comme dispositifs électroniques, les effets quantiques deviennent prépondérants dans les propriétés de conduction électrique. La simulation de ces effets nécessite une approche multi-échelle combinant une description précise de la structure électronique des matériaux avec une modélisation quantique des processus de transport. Il s'agit d'un enjeu majeur pour la compréhension et l'utilisation des nanomatériaux.
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Conclusion
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4. Applications
Parmi les matériaux au plus fort potentiel pour le développement d'une nanoélectronique dite « post-CMOS », les nanotubes de carbone, le graphène et les nanofils de silicium présentent un intérêt tout particulier. Nous présentons ici des applications de la simulation du transport quantique pour ces trois types de matériaux.
4.1 Transport quantique dans les nanofils de silicium
Les nanofils de silicium (figure 6) sont des nano-objets semi-conducteurs obtenus par des méthodes de croissance catalytique. Ils présentent un potentiel technologique important étant donné la plus grande facilité d'intégration de ces matériaux dans les technologies CMOS conventionnelles, même si les procédés de croissance de ces objets sont basés sur des approches chimiques de catalyse qui mènent à des contaminations particulières des réacteurs.
L'étude théorique des propriétés électroniques dans les nanofils révèle que leurs propriétés de transport seront fortement dépendantes du diamètre ainsi que de la symétrie d'épitaxie. Ainsi des calculs liaisons fortes auto-cohérents ont montré que la bande interdite des nanofils dépendait fortement des effets de confinement quantique mais aussi de l'environnement électrostatique (modifié par l'oxyde de grille par exemple), à l'origine d'une modulation de l'écrantage des interactions entre électrons .
HAUT DE PAGE4.1.1 Calcul de la mobilité dans des nanofils comportant une rugosité de surface
L'étude numérique réalisée en 2008 par Yann-Michel Niquet et ses collaborateurs du laboratoire de simulation atomistique (L-Sim, CEA-Grenoble) a pu mettre en évidence les effets de rugosité sur les propriétés de transport dans des nanofils de diamètres variables et d'orientation différentes ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MESSIAH (A.) - Mécanique quantique - Dunod (1995).
-
(2) - COHEN-TANOUDJI (C.) et al - Mécanique quantique - Hermann (1997).
-
(3) - ASHCROFT (N.W.), MERMIN (N.D.) - Solid State Physics - Brooks Cole (1976).
-
(4) - KITTEL (C.) - Physique de l’état solide - Dunod (1983).
-
(5) - HOHENBERG (P.), KHON (W.), SHAM (L.J.) - Inhomogeneous Electron Gas - Physical Review, vol. 136, pages B864-B871 (1964) ; Self-consistent Equations Including Exchange and Correlation Effets. Physical Review, vol. 140, pages A1133-A1138 (1965).
-
(6) - GONZE (X.) et al - First-principles computation of material properties : the ABINIT software project - Computational Materials Science, vol. 25, pages 478-492 (2002).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
SIESTA : code ab initio DFT utilisant des bases d’orbitales atomiques localisées
TB_sim : code « liaisons fortes » développé au CEA Grenoble. Il calcule les propriétés structurales, électroniques, optiques et de transport de charge des nanostructures telles que les nanotubes de carbone, le graphène, les nanocristaux et nanofils semi-conducteurs
http://inac.cea.fr/L_Sim/TB_Sim/index.html
ABINIT : code ab initio DFT utilisant des bases d’ondes planes
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