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Nous décrivons ici la mise en œuvre d'une stratégie de modélisation multi-niveaux pour la simulation à l'échelle atomique des procédés en Micro et Nano-technologies.
Cette stratégie multi-niveaux combine des calculs quantiques de type fonctionnelle de la densité électronique DFT (Density Functional Theory) avec de la simulation mésoscopique au travers d'une technique de « Monte Carlo cinétique ».
Nous nous attachons plus particulièrement à détailler les étapes de construction d'un modèle de type « Monte Carlo cinétique » basé sur réseau et d'en souligner le caractère général pour la simulation procédé :
– gestion d'un espace décrit par un réseau de sites ;
– écriture des configurations ;
– liste des mécanismes élémentaires ;
– gestion du temps d'expérience.
Ces éléments généraux sont systématiquement étayés par un exemple d'application sur la croissance des oxydes de grille pour la microélectronique « ultime » : la croissance par couche atomique (ALD : Atomic Layer Deposition) de l'oxyde d'Hafnium sur silicium.
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Contexte4. Conclusion
Nous avons présenté une approche multi-niveaux originale dont l'objectif est de fournir un outil Monte Carlo cinétique, baptisé Hikad, dédié à la croissance d'oxyde d'Hafnium sur Silicium. En premier lieu, nous détaillons les résultats de calculs ab initio qui permettent de comprendre la chimie complexe des mécanismes de croissances. Ces informations sont à la base de la constitution d'une liste d'événements propres à faire fonctionner les aspects phénoménologiques de la technique de Monte Carlo. Nous présentons également les bases de construction de la procédure de modélisation Monte Carlo cinétique, additionnellement à la liste des mécanismes élémentaires pris en compte, la gestion d'un modèle de réseau, l'écriture des configurations, la dynamique temporelle. Nous présentons enfin des exemples concrets de simulation Monte Carlo qui permettent une comparaison étroite avec une technique de croissance très prometteuse : l'ALD.
Sur le développement des nanotechnologies
Picotechnologies de J. Gourdon
Ces résultats préliminaires montrent qu'une compréhension à l'échelle atomique des phénomènes de croissance, mécanismes, cinétiques, structuration à l'échelle mésoscopique du dépôt de films à haute permittivité (HfO2), devient accessible.
Enfin, nous avons délibérément montré les aspects généraux de la constitution d'un modèle Monte Carlo cinétique baigné dans une stratégie multi-niveaux de simulation (DFT + Monte Carlo). En effet, la méthode est générique dans ses concepts de base. Il nous semble que de nombreux développements technologiques en nano et bionanotechnologies pourraient bénéficier de ce type d'approche.
Ce travail a été soutenu par le programme ANR LN3M n° ANR-05-CICG-0003-02
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