Teses e Dissertações
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Navegando Teses e Dissertações por Orientador "Gimenez, S. P."
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Tese Desenvolvimento de um inovador microkernel por hardware para microcontroladores focando nas aplicações de sistemas baseados em tarefas(2018) Dantas, L. P.Nesse projeto de pesquisa de doutorado foi desenvolvida uma inovadora abordagem de hardware, com objetivo de aumentar o desempenho dos sistemas baseados em tarefas, que se utilizam de microcontroladores com um único núcleo. Para isso um microkernel foi desenvolvido em hardware e precisamente interconectado à CPU e à memória de dados de um microcontrolador Plasma. Seu papel é operar paralelamente à CPU, realizando por hardware o escalonamento e o despacho de tarefas. Essa abordagem tende a minimizar o tempo gasto para trocas das tarefas que devem ser executadas pela CPU. Além disso, a arquitetura desenvolvida não impacta na forma como as instruções são executadas e adiciona apenas um único banco de registradores ao hardware da CPU. Sendo assim, ela é adequada tanto para a aplicação em dispositivos de hardware programável, como também para a implementação de circuitos integrados dedicados (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC). Os resultados experimentais obtidos, quando o dispositivo proposto foi sintetizado em um Field Program Gate Array (FPGA), mostram que é possível realizar trocas de tarefas em até 2 ciclos de clock, que representa uma redução em até 99% do tempo médio gasto em relação aos sistemas convencionais, no qual o microkernel é desenvolvido por software. Além disso, o desempenho do microcontrolador modificado se mantém estável mesmo quando o tempo entre trocas de tarefas é menor que 100 µs, considerando uma frequência de clock de 25 MHz, ao passo que, na abordagem por software, o desempenho em processamento é degradado em até 79% em relação ao máximo observado quando a troca de tarefas ocorre em períodos superiores a 10 ms. Do ponto de vista energético, o microkernel por hardware proposto foi analisado a partir do leiaute gerado automaticamente utilizando-se as ferramentas da CADENCE para fabricação de um ASIC, e os resultados mostram que ele consome apenas 7% da potência elétrica dinâmica do microcontrolador. Além disso, os resultados obtidos por esse projeto de pesquisa fortalecem a ideia que essa abordagem inovadora possibilita aplicações que demandam tempos curtos entre trocas de tarefas, tais como aqueles que demandam intenso processamento de entradas e saídas (comunicação serial de dados, controle de motores e codificação/decodificação de áudio) e aplicações de alta tecnologia (clusters de máquinas virtuais em plataformas de nuvem).Dissertação Distorção harmônica entre os MOSFETs implementados com os estilos de leiaute do tipo diamante híbrido e convencionais(2019) Aoyama, M. M.Na atualidade, há diferentes frentes de pesquisa (uso de novas estruturas de transistores, novos materiais, etc.) quer nas instituições de ensino, quer nos centros de pesquisa, visando a redução das dimensões do Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET), para que, desta forma, possa continuar a atender a chamada Lei de Moore. Recentemente, foi proposta uma inovadora abordagem que não adiciona custos aos atuais processos de fabricação de circuitos integrados (CIs) MOS Complementar planares, chamada de MOSFET com leiaute de portas não convencionais, que são capazes de potencializar o seu desempenho elétrico em aplicações analógicas em relação ao MOSFET de geometria de porta retangular equivalente. Esta dissertação de mestrado visa realizar um estudo experimental comparativo do comportamento da distorção harmônica total normalizada pelo ganho de tensão (THD/Av) no MOSFET com leiaute de porta do tipo Diamante Híbrido (Composto pela associação paralela de 3 MOSFETs: ao centro um MOSFET do tipo Diamante e dois MOSFETs de porta retangular) em relação ao MOSFET convencional de geometria de porta retangular (CM), por se tratar de uma figura de mérito de grande importância em aplicações analógicas. O MOSFET do tipo Diamante Híbrido (HDM) foi desenvolvido devido às limitações do processo de fabricação de CIs mais sofisticados que não permitem que a região de porta seja definida de forma ortogonal à da região ativa do transistor. Os MOSFETs utilizados neste projeto de pesquisa foram fabricados com processo comercial de fabricação de CIs CMOS convencional (Bulk) de 0,18 µm da TSMC, via programa universitário Mini@sic do IMEC. O Método da Função Integral foi usado para realizar o estudo da THD/Av dos MOSFETs. Esse método usa somente a curva característica de corrente contínua do MOSFET operando na região de saturação (essa curva é a de corrente entre o dreno e a fonte em função da tensão entre a porta e a fonte). Um dos principais resultados obtidos mostra que o HDM com um ângulo alfa (a) igual a 45° é capaz de reduzir a THD/Av cerca de 6,4 dB para uma sobretensão de porta igual a 600 mV quando comparado ao CM, isso ocorre porque o MOSFET do tipo Diamante Híbrido com ângulo a igual a 45° apresentou um ganho de tensão intrísico maior que à do CM, visto que a THD/Av é fortemente dependente do ganho de tensão desses dispositivosTese Efeitos das radiações ionizantes de raios-X no SOI nMOSFET com geometria de porta octogonal(2017) Fino, L. N. S.This work explores the analog and digital applications of unconventional layouts for Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) manufactured in Silicon-On-Insulator Technology (SOI) under a X-ray ionizing radiation effects. On this way, an experimental comparative study of the effects of Total Ionizing Doses (TID) on the main electrical parameters and merit figures of the SOI nMOSFETs with octagonal (Octagonal SOI nMOSFET, OSM), conventional rectangular (Conventional SOI nMOSFET, CSM) and (Diamond SOI nMOSFET, DSM). All SOI nMOSFETs were designed by the Advanced MOSFETs research group at FEI University Center and manufactured using 0.5 µm SOI technology from the Catholic University of Louvain. OSM, due to its octagonal gate geometry, produces a higher longitudinal electric field to the equivalent CSM due to the Longitudinal Corner Effects (LCE) and due to the effect of the PArallel Conection of MOSFETs with Different Channel Lenght Effect (PAMDLE). The OSM is also able to minimize an influence of parasitic transistors from the bird´s beak regions in X-ray ionizing radiation environments, since the longitudinal electric field lines are curved in these regions. This effect was titled Deactivation of the Parasitic MOSFETs in the Bird s Beak Regions Effect (DEPAMBBRE) .The configuration of the OSMs that obtained the best results after the effects of the TID in all bias conditions of the MOSFETs during the X-ray procedure, was the device with a cut factor c equal 25% and angle "a" equal 53, 1°. Considering the different bias of the SOI nMOSFETs during the X-ray irradiation procedure, in the passive or floating condition, the OSM obtained higher or-similar results to the CSM equivalent in 92% of the parameters analyzed. Considering the on state bias (condition that potentiates the vertical electric field), OSM obtained higher or similar results in 83% of the analyzed parameters than the equivalent CSM. Furthermore, adopting the off-state bias (condition that maximizes the horizontal electric field), OSM obtained higher or similar results in 75% of the analyzed parameters than the equivalent CSM. These results suggest the application of OSM mainly for applications of analog Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) integrated circuits (ICs). The tolerance of the OSM considering each electrical parameters in function of TID when compared with equivalent CSM decreases as the longitudinal electric field of the OSM is intensified as a function of the bias condition adopted during x-ray procedures. The worst case is the off-state condition. This is justified due to LCE and PAMDLE effects found in the OSM structure. Even so, the OSM continues to be more tolerant to the TID effects due to x-ray radiation than the equivalent CSM considering all bias conditions.Dissertação Estudo comparativo da tensão de limiar, comprimento efetivo de canal, resistência série de fonte e dreno e de gm/IdsxIds/(W/L) entre o cynthia e o PSG com tecnologias de canal convencional e gradual(2009) Oliveira, D. R.A crescente demanda por dispositivos eletrônicos integrados com baixa potência e baixa tensão motiva a comunidade científica na busca de novas tecnologias que supram estas necessidades. Atualmente, os dispositivos MOSFETs com porta circundante apresentam grande potencial para o futuro dos circuitos analógicos com baixa potência e baixa tensão. Dentre estes dispositivos destacam-se o "Pillar Surrounding Gate" (PSG), de seção transversal quadrada e o Cynthia, de seção transversal circular. Neste trabalho é apresentado o estudo comparativo entre o PSG e o Cynthia SOI nMOSFETs com tecnologias convencional e de canal gradual, visando aplicações analógicas. Para tanto, através do editor de estruturas semicondutoras DevEdit3D, foram geradas estruturas tridimensionais dos dispositivos PSG e CYNNTHIA nMOSFETs de canal convencional e gradual. No caso dos dispositivos de canal convencional, foram geradas estruturas variando-se o comprimento e a largura de canal, e para os dispositivos com canal gradual, foi variado o comprimento da região de dopagem natural ("low doped"). Devido à geometria da seção transversal do dispositivo PSG SOI nMOSFET ser quadrada, o mesmo possui forte influência dos cantos em seu comportamento, ao contrário do Cynthia SOI nMOSFET cuja seção transversal é circular e isenta de tais efeitos por não apresentar cantos, o que lhe confere um melhor controle do canal. Foram realizadas simulações numéricas tridimensionais (ATLAS), a fim de determinar as curvas características da corrente entre fonte e dreno em função da tensão entre porta e fonte dos dispositivos PSG e Cynthia de canal convencional e gradual. A partir destas curvas foi possível extrair importantes figuras de mérito tais como: tensão de limiar, inclinação de sub-limiar, resistência série, transcondutãncia e a razão da transcondutância pela corrente entre fonte e dreno normalizada em relação ao fator geométrico [gm/IDsxIDs/(W/L). Quando se observa os valores de gm/IDsxIDs/(W/L) com os dispositivos operando nas mesmas condições de polarização, verifica-se grande superioridade do dispositivo Cynthia sobre o PSG (20% nas regiões de inversão fraca e moderada), independentemente do canal ser convencional ou gradual. Comparando-se os mesmos dispositivos, porém com relação a tecnologia de canal utilizada, convencioonal ou gradual, podemos observar que os dipositivos com o canal gradual apresentam melhores valores de gm/IDsxIDs/(W/L) do que os dispositivos de canal convencional, nas regiõe de inversão fraca e moderada. Portanto, assim como os dispositivos Cynthia são superiores comparados aos dispositvos PSG, da mesma forma, quando compara-se os dispositivos de canal gradual com os dispositivos de canal convencional, verifica-se que os dispositivos de canal gradual também são superiores comparados aos dispositivos de canal convencioanl. Logoa tanto os dispositivos Cynthia, independentemente da tecnologia de canal, quanto os dispositivos de canal gradual, independemente de serem Cynthia ou SPG, são excelentes alternativas para aplicações de circuitos integrados analógicosDissertação Tese Estudo comparativo do comportamento elétrico entre os MOSFETS dos tipos wave e convencionais equivalentes operando em ambientes de radiações ionizantes(2016) Souza, Rafael Navarenho deNeste trabalho realizou-se um estudo comparativo experimental entre um novo estilo de leiaute para ser empregado em Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs), denominado de Wave, cujo formato de porta é semelhante ao da letra “S”, e aos seus respectivos MOSFETs equivalentes de porta retangular, visando as aplicações de circuitos integrados (CIs) analógicos e digitais em ambientes de radiações ionizantes. Dessa forma, neste estudo são comparados os valores dos principais parâmetros elétricos e figuras de mérito do Wave MOSFET de canal n (WnM) com o MOSFET de canal n convencional (nMOSFET) equivalente (CnM), antes e depois dos procedimentos de irradiação com raios X. Este estudo considera a polarização dos MOSFETs durante os procedimentos de irradiações com raios X, isto é, com os transistores polarizados e não polarizados durante os procedimentos de radiações ionizantes, considerando-se que eles possuem os mesmos comprimentos de canal, as mesmas condições de polarização e os mesmos fatores geométricos, cujo objetivo é verificar as vantagens e desvantagens deste inovador estilo de leiaute em relação ao leiaute retangular convencional equivalente. Foram projetados no Centro Universitário da FEI diferentes MOSFETs com geometrias de porta retangulares (convencionais) e do tipo Wave, utilizando-se o processo de fabricação Complementary MOS (CMOS) convencional (Bulk) da AMI Semiconductor (ON Semiconductor) de 0,35 µm, por meio do programa MOSIS Education Program (MEP), os quais foram usados neste trabalho. O MOSFET do tipo Wave é uma evolução do MOSFET com geometria de porta circular e foi especialmente projetado para melhorar o casamento ("matching") entre dispositivos, melhorar o fator de integração de MOSFETs planares de potência (Planar Power MOSFETs, PPMs), aumentar a tensão de ruptura (Breakdown Voltage between Source and Drain, BVDS) e a robustez contra as descargas eletrostáticas (Electrostatic Discharge, ESD) quando comparado aos MOSFETs convencionais de geometria de porta retangular. Além disso, trabalhos realizados por caracterização elétrica e por simulação numérica 3D mostraram que o Wave nMOSFET é capaz de melhorar o desempenho elétrico dos parâmetros analógicos e digitais em aproximadamente 15%, em média, relativamente ao convencional equivalente. Os efeitos da Dose Ionizante Total (Total Ionizing Dose, TID) podem ser atenuados por meio de estratégias de projeto (Hardening-By-Design, HBD) nas quais os efeitos dos transistores parasitários das regiões de bico de pássaro (BBRs) são reduzidos. O Wave MOSFET, devido as suas características geométricas, produz um campo elétrico longitudinal 8 radial ao longo do canal e, consequentemente, é capaz de reduzir os efeitos dos transistores parasitários nas BBRs em ambientes de radiações ionizantes. Entretanto, o estilo de leiaute Wave possui um alto campo elétrico longitudinal próximo à região de dreno no semicírculo, o qual está configurado com polarização de dreno interno acarretando, assim, um aumento da corrente de estado desligado (IOFF) em uma década, quando comparado ao convencional equivalente após os efeitos da TID. Portanto, a sua aplicação em ambientes de radiações ionizantes de raios X para CIs digitais pode apresentar limitações quando a IOFF é considerada. Quando as aplicações em CIs CMOS analógicos ocorrem em ambientes de radiações ionizantes de raios X, o WnM é capaz de apresentar um melhor desempenho elétrico em relação aos convencionais equivalentes de porta retangular, pois os transistores parasitários nas BBRs têm uma menor influência do que aqueles encontrados nos CnMs, após a exposição às radiações ionizantes de raios X. Portanto, através deste estudo comparativo experimental, o estilo de leiaute do tipo Wave para MOSFETs apresenta a capacidade de aumentar a frequência de ganho de tensão unitário (fT) e o ganho de tensão de malha aberta (AV0), em média, 20% e 10%, respectivamente, em relação ao estilo de leiaute convencional (retangular) equivalente, considerando-se que esses MOSFETs apresentam as mesmas áreas de porta e condições de polarização. Desta forma, o MOSFET do tipo Wave pode ser considerado uma outra alternativa de leiaute para a implementação de MOSFETs, objetivando-se principalmente as aplicações de CIs CMOS analógicos em ambientes de radiações ionizantes de raios X.Dissertação Estudo comparativo do ruído flicker (1/f) entre amplificadores operacionais de transcondutância utilizando tecnologia convencional e de canal gradual (GC) SOI nMOSFET(2008) Gomes, R. L.Este trabalho tem por objetivo descrever a metodologia de desenvolvimento de projeto e realizar a caracterização elétrica em corrente contínua (CC) e alternada (AC), por simulação SPICE, de um amplificador operacional de transcondutância (Operational Transconductance Amplifier, OTA) SOI CMOS para operar em freqüências da ordem de dezenas de megahertz. A metodologia de projeto para a determinação das dimensões dos transistores desse circuito integrado analógico está baseada na curva da razão da transcondutância pela corrente entre dreno e fonte (gm/IDS) em função da razão da corrente entre dreno e fonte pela razão da largura sobre o comprimento de canal do transistor [IDS/(W?L)]. Além disso, outro objetivo deste trabalho é realizar o estudo comparativo do ruído flicker (1/f) em OTAs que são implementados com tecnologia SOI nMOSFET Convencional e Graded Channel (GC)Dissertação Estudo comparativo experimental entre o casamento do SOI nMOSFETs do tipo diamante do tipo diamante e dos seus respectivos convencionais equivalentes(2013) Peruzzi, V. V.O MOSFET de geometria de porta hexagonal (estilo de leiaute do tipo Diamante) foi especialmente projetado com o objetivo de melhorar o desempenho elétrico desses transistores, em comparação ao transistor de geometria de porta convencional (retangular). Havia sido proposto inicialmente um modelo analítico para a corrente de dreno do MOSFET do tipo Diamante, que levava em consideração apenas o efeito de canto longitudinal (Longitudinal Corner Effect, LCE) e através deste trabalho de dissertação de mestrado foi desenvolvida uma nova versão para esse modelo, que é mais precisa, e que leva em consideração o efeito da associação paralela de SOI nMOSFETs com diferentes comprimentos de canais (Parallel Association of SOI nMOSFETs with Different Channel Lenghts Effect, PAMDLE). O efeito PAMDLE tem a capacidade de reduzir o comprimento efetivo de canal de um MOSFET do tipo Diamante em relação ao seu equivalente convencional, considerando que ambos apresentam a mesma área de porta. Além disso, este novo modelo analítico para a corrente de dreno tem a capacidade de predizer o comportamento elétrico do SOI MOSFET do tipo Diamante em relação ao comportamento do seu equivalente convencional, com um erro máximo inferior a 10% para a maioria dos parâmetros estudados nesse trabalho. Adicionalmente, como foco principal deste trabalho, foi realizado o estudo comparativo experimental do casamento entre os SOI nMOSFETs do tipo Diamante e os Convencionais equivalentes, decorrente da variação do processo de fabricação CMOS de circuitos integrados (CIs), considerando-se a mesma área de porta e as mesmas condições de polarização. Observou-se que os SOI nMOSFET do tipo Diamante com ângulos a iguais a 53,1°, 90°, 126,9° e 143,1° conseguem produzir sempre os melhores casamentos entre dispositivos em relação aqueles observados nos SOI nMOSFETs Convencionais equivalentes, em média um melhor casamento em torno de 30,1%, 31,5%, 14,9% e 16,9%, respectivamente. Um outro trabalho realizado foi o estudo da predição dos valores médios dos parâmetros dos SOI nMOSFET do tipo Diamante através do modelo analítico que foi desenvolvido para o transistor do tipo Diamante, utilizando-se os dados experimentais dos SOI nMOSFETs Convencionais equivalentes, com o objetivo de fornecer informações sobre o comportamento do SOI nMOSFET do tipo Diamante aos projetistas de circuitos integrados, conhecendo-se somente os dados experimentais dos seus equivalentes convencionais. Pode-se verificar que, para todos os ângulos a da estrutura do tipo Diamante estudados, o modelo analítico da corrente de dreno é capaz de predizer os seus valores médios com um erro máximo de cerca de 9%. Neste trabalho também foi desenvolvida uma nova metodologia de validação para o modelo analítico proposto da corrente de dreno do MOSFET do tipo Diamante, que leva em consideração o LCE e o PAMDLE, através do uso dos testes estatísticos de Anderson - Darling e t-Student, respectivamente. Verificou-se que o modelo da corrente de dreno do SOI nMOSFET do tipo Diamante, que usa os dados experimentais dos SOI nMOSFETs do tipo Convencional, apresenta praticamente a mesma média que aquelas extraídas dos parâmetros elétricos dos SOI nMOSFETs do tipo Diamante para os ângulos a iguais a 53,1°, 90°, 126,9° e 143,1°, em 100% dos casos analisados.Dissertação Dissertação Estudo da distorção harmônica em transistores de porta circular usando tecnologia SOI CMOS sub-micrométrica de 0,13um(2008) Dantas, L. P.Neste trabalho é apresentado o estudo comparativo de distorção harmônica entre transistores SOI nMOSFEts parcialmente depletados de porta de geometria circular e convencional, operando na região de saturação e em temperatura ambiente. Para tanto, são utilizados transistores com comprimento médio de canal igual a 1 um e óxido de porta igual a 2,5 nm. O transistor de porta circular apresenta assimetria entre as regiões de dreno e fonte, podendo assim ser polarizado de duas formas diferentes, denominadas de configuração de dreno externo e dreno interno. Uma outra característica do transistor circular, que não é observada nos transistores convencionais, é a ocorrência da corrente de dreno na direção radial. Para este trabalho foram executadas medidas experimentais e simulações numéricas tridimensionais para determinação das curvas características dos transistores [corrente de dreno em função da tensãod e porta (Ids x Vgs) e corrente de dreno em função da tensão de dreno (Ids x Vds)]. Toda análise da distorção harmônica foi feita aplicando-se o método da Função Integral (IFM), que permite a determinação de ditorção harmônica total (THD) e da distorção do segundo (HD2) e terceiro (HD3) harmônicos, usando-se apenas as curvas características de corrente contínua (DC) dos dispositivos. Essa análise mostrou, através da figura de mérito dividido pelo ganho em malha aberta (Av)] em função da razão da transcondutância (gm) sobre Ids do SOI nMOSFET de porta de geometria circular operando em configuração de dreno exrerno é menor do que na configuração de dreno interno e também que a configuração convencional do SOI nMOSFET. Isso faz com que o SOI nMOSFET de porta de geometria circular operando em configuraçção de dreno externo seja uma execelente alternativa em aplicações de circuitos integrados analógicos.Dissertação Estudo da transcondutância e da razão da transcondutância sobre a corrente de dreno SOI nMOSFET de porta em formato de anel circular utilizando tecnologia SOI CMOS de 0,13 um(2008) Silva, W. A. J.Neste trabalho é apresentado o estudo comparativo entre o comportamento da transcondutãncia e da razão da transcondutãncia em função da corrente de dreno normalizada em função da razão de aspecto do SOI nMOSFET convencional e o de porta circular, parcialmente depletados dde tecnologia de 0,13um, que foram fabricados no IMEC Bélgica. Os efeitos de assimetria entre as regiões de fonte e dreno são considerados neste trabalho. Na primeira etapa foram realizados o tratamento e análise da parte experimental, onde pode-se notar que nas curvas da corrente de dreno normalizada versus a sobretensão de porta, para valores maiores que 600 mV, o dispositivo de porta em anel circular na configuração de dreno interno, apresenta maiores valores de corrente de dreno se comparado com os demais. Buscando-se entender este aumento, realizaou-se o logaritmo da curva da corrente de dreno normalizada pelo fator geométrico em função da sobretensão de porta, onde verificou-se que a configuração de dreno interno apresenta o efeito do transistor bipolar parasitário, para valores de Vds maiores que 200mV. Tentando confirmar este feito, realizaou-se novos ensaios, onde foi possível comprovar o efeito do transistor bipolar parasitário, determinando-se valores de acionamento e desacionamento do mesmo. Posteriormente foi determinado o valor da transcondutãncia e novamente para asm mesmas condições, verificou-se o efeito do transistor bipolar parasitário, determinando os pontos de acionamento e desacionamento. Para as curvas da razão da transcondutância sobre a corrente de dreno em função da corrente de dreno normalizada pela razão de aspecto, a qual é utilizada para aplicações analógicas, como por exemplo amplificadores operacionais de transcondutância (OTA), verificou-se que o SOI MOSFET de porta em anel circular na configuração dreno externo apresentou maiores valores nas regiões de inversão fraca e moderada, sendo ideal para aplicações de alto ganho de tensão. Na região de inversão forte, onde busca-se maiores respostas de frequência, os dispositivos circulares apresentaram resultados similares ao convencional. Na segunda etapa foram realizadas simulações numérica tridimensionais, onde verificou-se que o SOI nMOSFET de porta em anel circular na configuração de dreno externo apresentou maiores valores na região de inversão fraca e moderada, na região de inversão forte, indicada para resposta em frequência, os dispositivos circular e convencional apresentaram resultados similares.Dissertação Estudo de SOI MOSFETs com estilos de leiaute não convencionais el altas temperaturas(2015) Galembeck, E. H. S.Neste trabalho, o impacto dos efeitos das altas temperaturas são experimentalmente investigado ao longo de uma grande faixa de temperatura (300 K a 573 K) considerando os estilos de leiaute hexagonal e octogonal usados para implementar Silicon-On-Insulator (SOI) Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Field Effect Transistors (MOSFETs) intitulados de SOI MOSFET do tipo Diamante (Diamond SOI MOSFET, DSM) e SOI MOSFET do tipo OCTO (OCTO SOI MOSFET, OSM), respectivamente, em comparação aos seus respectivos SOI MOSFETs do tipo convencional equivalente (Conventional SOI MOSFET, CSM), ou seja, com estilo de leiaute de porta retangular. Os transistores foram fabricados no Laboratório de Microeletrônica da Universidade Católica de Louvain (Microelectronics Laboratory of the Université Catholique de Louvain - UCL) na Bélgica, usando a tecnologia Complementary MOS (CMOS) SOI totalmente depletado de 1 µm. Os resultados experimentais demonstram que os DSMs e os OSMs são capazes de manter ativo o efeito de canto longitudinal (Longitudinal Corner Effect -LCE) e o efeito de associação paralela de SOI MOSFETs com a mesma largura de canal e diferentes comprimentos de canal (PArallel Connection of Different Channel Lenghts Effects - PAMDLE) na sua estrutura em condições de altas temperaturas, mostrando excelentes resultados nos principais parâmetros analógicos e digitais em comparação aos seus respectivos CSMs equivalentes, como por exemplo: a corrente entre dreno e fonte (IDS), onde os ganhos podem chegar a 208% no caso do DSM e 179% para o OSM; para a razão da transcondutância (gm) em função de IDS (gm/IDS) em regime de inversão moderada o DSM apresentou ganhos de até 30% e para o OSM o ganho pode chegar a 24%, e a frequência de ganho de tensão unitário (fT) apresentou ganhos de até 157% e 175% para o DSM e o OSM, respectivamente. Além disso, o DSM e o OSM são capazes de reduzir a resistência de dreno de estado ligado (RON) em até 60% e 59%, respectivamente. E um importante resultado que o OSM apresentou, quando ele está submetido em altas temperaturas, foi a redução da corrente de fuga de dreno (ILEAK) em até 86% em relação ao seu CSM equivalente. Portanto, os estilos de leiaute hexagonal e octogonal podem ser considerados uma técnica alternativa para potencializar o desempenho elétrico dos SOI MOSFETs para operar em ambientes hostis de altas temperaturas, sem qualquer custo adicional para o atual e estabelecido processo de fabricação SOI CMOS de circuitos integrados (ou seja, apenas mudança de leiaute).Dissertação Tese Estudo do casamento entre MOSFETs implementados com geometrias de porta não convencionais em ambientes de radiações de raios X(2020) Peruzzi, V. V.Esta tese de doutorado ilustra os estudos das variabilidades e dos descasamentos entre dispositivos dos MOSFET do tipo "N" (nMOSFETs) de geometria de porta hexagonal (DnM), octogonal (OnM) e retangular (CnM), considerando-se quatro tipos diferentes de polarizações destes nMOSFETs durante o procedimento das radiações ionizantes de raios-X: I- sem polarização elétrica ou com todos os terminais (fonte, porta, dreno e substrato) em aberto (Floating); II- com polarização elétrica dos dispositivos na condição de operação de estadoligado ou “chave-fechada” (On-state); III- com polarização dos dispositivos na condição de operação analógica ou operando como amplificador (Analog); IV- com polarização dos dispositivos na condição de operação de estado-desligado ou “chave-aberta” (Off-state). Considerando-se a polarização Floating, durante o procedimento das radiações ionizantes de raios-X, verificou-se que os DnMs com um ângulo a de 90° reduzem o descasamento entre dispositivos de 40,7 % para a tensão de limiar (VTH) e de 56,8 % para a inclinação de sublimiar (SS), respectivamente, em comparação aos valores encontrados nos CnMs equivalentes. Considerando-se a polarização On-state durante o procedimento das radiações ionizantes de raios-X, observa-se que os OnMs com um ângulo a de 90° e fator “c” de 50% melhoram o casamento entre dispositivos de 57,4% para a VTH e de 54,9% para a SS em comparação àqueles encontrados nos CnMs equivalentes. Nas condições Analog e Off-state durante o procedimento das radiações ionizantes de raios-X, os DnMs e OnMs mostraram um melhor casamento entre dispositivos em comparação aos obtidos com os CnMs equivalentes e com um nível de acerto de 95%. Durante o procedimento das radiações ionizantes de raios-X no modo Floating, a máxima dose total ionizante (TID) utilizada foi da ordem de até 4,5 Mrad. Ademais, durante os procedimentos das radiações ionizantes de raios-X nos modos On-State, Off-State e Analog, as máximas TIDs utilizadas foram de 200 krad para os modos On-State e Analog e 20 krad para o modo Off-State. Portanto, os estilos de leiaute dos tipos Diamante e Octo, podem ser considerados como estratégias alternativas de leiaute para a implementação de MOSFETs a fim de potencializar suas tolerâncias às radiações ionizantes de raios–X, visando às aplicações em circuitos integrados (CIs) implementados com a tecnologia de fabricação do tipo Metal-ÓxidoSemicondutor Complementar (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS).Dissertação Dissertação Estudo do tipo octo em ambientes de radiações ionizantes de raios-x(2019) Loesch, D. S.Tese Estudo dos MOSFETs com estilo de leiaute do tipo elipsoidal(2016) Correia, M. M.O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo experimental e por simulação numérica tridimensional (3D) entre os transistores de efeito de campo do tipo Metal-Óxido-Semicondutor (Metal-Oxide-Semiconductor, MOS, Field Effect Transistor, MOSFET) com geometrias de porta do tipo Elipsoidal (EM) e do tipo convencional retangular (CM), considerando-se as mesmas larguras de canal (W), áreas de porta (AG) e condições de polarização (BC). Além disso, é proposto um modelo analítico para a corrente de dreno do EM. O EM é uma evolução do MOSFET do tipo Diamante (geometria de porta hexagonal) (DM) e do MOSFET do tipo OCTO (geometria de porta octogonal) (OM), o qual foi cuidadosamente projetado para usar os efeitos de canto longitudinal (Longitudinal Corne Effect, LCE) e o da associação paralela de MOSFETs com diferentes comprimentos de canais (PArallel Connection of MOSFETs with Different channel Lengths Effect, PAMDLE) para melhorar ainda mais o seu desempenho elétrico em relação aos DMs e OMs equivalentes, pois sua geometria de porta não apresenta cantos. Os dispositivos foram fabricados usando o processo MOS Complementar (CMOS) de circuitos integrados (CIs) comercial de 350 nm da ON-Semiconductor, via o programa educacional do MOSIS (MOSIS Educational Program, MEP). Este trabalho mostra experimentalmente que a estrutura com estilo de leiaute elipsoidal (Elipsoidal layout style, ELS) para MOSFETs prova ser capaz de aumentar notavelmente o desempenho elétrico dos MOSFETs em comparação aos dispositivos convencionais (de geometria de porta retangular), sem gerar qualquer custo adicional para os atuais processos de fabricação planares de CIs CMOS. Por exemplo, o EM é capaz de aumentar mais de 2 vezes a corrente de dreno de saturação e também é capaz de melhorar a resistência de estado ligado em cerca de 55% em relação ao seu respectivo CM equivalente, considerando as mesmas larguras de canal, áreas de porta AG e condições de polarização. Portanto, o MOSFET do tipo Elipsoidal pode ser considerado um dispositivo alternativo para potencializar significativamente o desempenho elétrico dos MOSFETs em comparação aos CMs equivalentes, focando-se principalmente nas aplicações de CIs CMOS analógicos.Dissertação Estudo e fabricação de MOSFETs robustos à radiação para aplicações espaciais de circuitos integrados(2011) Cirne, K. H.Atualmente circuitos integrados comerciais robustos a radiacao tem alto valor comercial, por causa da alta tecnologia envolvida (processo de manufatura e leiautes especiais), baixo volume de producao, acordos comerciais, etc. Assim, agencias do ramo aeroespacial, principalmente as norte-americanas, tem incentivado empresas e pesquisadores a desenvolverem dispositivos semicondutores e circuitos integrados que utilizam processos de fabricacao CMOS convencionais, para baratear os custos de fabricacao e que atendam as exigencias de robustez a radiacao, para aplicacao em eletronica embarcada espacial. E importante enfatizar que essas expectativas tambem fazem parte dos objetivos do programa espacial brasileiro, pois atualmente os circuitos integrados imunes a radiacao sao importados, o que gera um custo adicional muito significativo, principalmente na fabricacao de equipamentos especiais, como satelites, avioes, etc. A forma pelo qual o leiaute dos transistores e concebido nos circuitos integrados pode produzir diferentes comportamentos quando submetidos a radiacao. Assim, foi realizado um estudo para verificar os efeitos da radiacao em transistores de geometria retangular convencional (RGT), de porta em anel circular (CGT), wave MOSFET (formato de "S") e Overlapping Circular-Gate Transistor (O-CGT), concebidos com o processo de fabricacao CMOS convencional (Bulk) de 0,5 Êm da AMI (On Semiconductor), via MOSIS EDUCATIONAL PROGRAM (MEP) e transistores de potencia (transistores planares conectados em paralelo), concebidos com o processo convencional CMOS de fabricacao AMS 0,35 Êm, cedidos pelo Centro a Tecnologia da Informacao Renato Archer (CTI). Este trabalho visa caracterizar eletricamente tais dispositivos emicondutores, antes e apos o processo de radiacao, nas condicoes de polarizado e nao polarizado para a irradiacao por raios-X e na condicao de polarizado para a irradiacao por feixe de protons. Assim, espera-se identificar qual e a estrutura de leiaute mais adequada para ser utilizada nas aplicacoes aeroespaciais. MOSFETs de Potencia, projetados pelo prof. Dr. Jader Alves de Lima Filho, foram utilizados em dois ensaios. A partir dos resultados, observou-se que os MOSFETs de potencia com geometria retangular convencional, apresentaram variacao de 3 a 4 decadas em sua corrente de fuga em estado desligado (IOFF), um aumento de 3 a 5 decadas na corrente de fuga do substrato no estado ligado (IBULK) e aumento de 25 % a 50 % em sua inclinacao de sub-limiar (S). Em contrapartida, os O-CGTs, praticamente nao apresentaram variacao na corrente de fuga no estado desligado e de substrato no estado ligado, alem de apresentarem variacao maxima de 10 % em sua inclinacao de sub-limiar. Dessa forma, o O-CGT se mostrou como o dispositivo mais indicado para aplicacoes aeroespaciais. Outros MOSFETs concebidos com o processo de fabricacao CMOS convencional (Bulk) de 0,5 Êm da AMI (On Semiconductor) foram expostos ate 60 Mrad de radiacao por raios-X, enquanto eram polarizados com tensao constante de dreno e porta e ate 3,2 Grad de radiacao por protons, onde foram extraidas curvas IDSxVGS durante e apos da exposicao a radiacao. Durante a irradiacao por raios-X, observou-se que o MOSFET de geometria convencional apresentou aumento de 210 mV na tensao de limiar e variacao de 57,40 % na inclinacao de sub-limiar. Em contrapartida, O-CGT apresentou diminuicao de 90 mV na tensao de limiar e variacao de 5,44 % na inclinacao de sub-limiar. Assim, o O-CGT e a estrutura mais robusta a radiacao, em comparacao ao MOSFET de geometria convencional. O MOSFET de geometria convencional que foi exposto a radiacao por protons apresentou variacao máxima de 540 mV na tensao de limiar, variacao de ate 6 decadas na corrente de estado desligado e variacao maxima de 219 mV/dec na inclinacao de sub-limiar. Por outro lado, o O-CGT apresentou variacao de 400 mV na tensao de limiar, variacao maxima de 4 decadas na corrente de estado desligado e variacao maxima de 51 mV/dec na inclinacao de sub-limiar. Embora todos os MOSFETs tenham sofrido reducao na mobilidade dos portadores, os de geometria circular mostraram ser mais obustos por nao terem a regiao do bico de passaro.Dissertação Estudo experimental da resposta em frequência entre o MOSFET do tipo diamante e o equivalente convencional para as tecnologias CMOS convencioanl e SOI(2013) Leoni, R. D.As pesquisas atuais têm como objetivo a redução nas dimensões dos circuitos integrados, o que tem sido alcançado com o desenvolvimento de novas tecnologias de transistores, como por exemplo, os MOSFETs tridimensionais, (FinFETs, Surrounding Gates, entre outros). Contudo, devido a diminuição das dimensões desses dispositivos, surgem efeitos indesejados, que prejudicam o desempenho dos mesmos. Com este intuito, contudo, ainda explorando os recursos que a tecnologia planar tem a oferecer, foi criado o MOSFET com a geometria de porta hexagonal, ou também denominado de estilo de leiaute do tipo Diamante. Esta nova geometria de porta para os MOSFETs possibilita a melhoria pelo aumento na velocidade média de deriva dos portadores de carga móveis na região do canal, na corrente entre dreno e fonte, na transcondutância, no ganho de tensão de malha aberta e na frequência de ganho de tensão unitário, devido ao aumento do campo elétrico resultante longitudinal ao longo do canal, quando se compara ao MOSFET com a geometria de porta retangular equivalente, considerando a mesma área de porta e condições de polarização, tanto para a tecnologia CMOS convencional (bulk) como para a SOI. Simulações numéricas tridimensionais realizadas em trabalhos anteriores deram início a estes estudos, em que resultados do ganho dessa nova geometria de porta foram comprovados posteriormente com dados experimentais. Este trabalho tem como objetivo a comparação e o estudo experimental da resposta em frequência, entre MOSFETs do tipo enriquecimento, fabricados com geometrias de porta hexagonal e a equivalente convencional, manufaturados com duas diferentes tecnologias de fabricação de circuitos integrados, isto é, a CMOS convencional e a SOI CMOS. Um amplificador com um único MOSFET em configuração fonte comum é utilizado para o estudo comparativo experimental da resposta em frequência entre esses dispositivos com geometrias de portas diferentes. Os resultados experimentais obtidos desse estudo demonstram que houve melhorias significativas em algumas figuras de mérito tais como, no ganho de tensão em malha aberta e na frequência de ganho de tensão unitário, chegando a alcançar ganhos maiores que 100% em MOSFETs com geometria de porta hexagonal, para pequenos valores de ângulos , quando comparados à geometria de porta convencional equivalente, tanto para a tecnologia CMOS convencional como para a SOI CMOS. No entanto, observa-se uma redução na tensão Early do MOSFET com a geometria de porta hexagonal, para um ângulo menor que 126,9°, quando comparado ao MOSFET convencional equivalente, considerandose a mesma área de porta, fator geométrico e sob as mesmas condições de polarização, devido ao efeito de ionização por impacto na região de dreno dos MOSFETs do tipo Diamante, embora essa características não degrade o ganho de tensão do amplificador implementado com MOSFET Diamante em relação ao amplificador implementado com MOSFETs convencionais equivalentes..