Teses e Dissertações
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Navegando Teses e Dissertações por Autor "Bergamaschi, F. E."
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Dissertação Caracterização elétrica e simulação dos efeitos do autoaquecimento em nanofios transistores MOS sem junções em regime estacionário e transitório(2018) Bergamaschi, F. E.Este trabalho apresenta uma análise do comportamento elétrico e térmico de nanofios transistores MOS sem junções fabricados em tecnologia SOI, com o objetivo de verificar a ocorrência de efeitos de autoaquecimento através de medidas elétricas e simulações numéricas tridimensionais em regime estacionário e transitório. Para esta verificação foram utilizados métodos validados na literatura, como o método de extração da resistência de porta utilizando estruturas de porta de 4 terminais e o método de medidas pulsadas, onde se observa os efeitos causados pelo aumento de temperatura em transitórios de corrente elétrica. O autoaquecimento é um efeito inerente à física dos semicondutores e está relacionado ao perfil térmico dos transistores, que pode ter grande influência no desempenho de circuitos analógicos. Este efeito consiste no aumento da temperatura do dispositivo devido à dissipação de potência em forma de calor durante a operação do dispositivo, provocada apenas pela condução de corrente no canal. O prévio estudo dos parâmetros físicos de transistores MOS revelou que os efeitos provocados pelo autoaquecimento estão relacionados à degradação da mobilidade devido a efeitos de espalhamento dependentes da temperatura do silício. Por meio de simulações, foi analisada a influência da estrutura de porta na caracterização do autoaquecimento pela extração da resistência de porta, que na prática requer uma estrutura de porta grande com 4 terminais, em oposição à estrutura de porta convencional que cobre apenas a superfície do fin de silício. Concluiu-se que em dispositivos sem junções de dimensões reduzidas, especificamente largura de fin abaixo de 500 nm e altura de fin menor que 100 nm, a presença de uma estrutura de porta grande causa subestimação da predição da temperatura no canal, reduzindo a precisão dessa predição de 82% para 43%. Então, foram realizadas simulações de transitório, que revelaram que há redução na parte visível da degradação de corrente com o uso de tempos de subida maiores no pulso, próximos dos utilizados nas medidas experimentais. Através do estudo do funcionamento do módulo de medidas pulsadas e de como obter curvas de transitório consistentes, foi possível realizar a caracterização dinâmica de diferentes dispositivos. Os resultados indicam que transistores SOI planares com óxido enterrado espesso são os que apresentam mais efeitos de autoaquecimento, alcançando redução de corrente entre 4,5% e 12%. Os transistores sem junções medidos, de 10 fins e largura de fin até 240 nm foram pouco influenciados pelo autoaquecimento, não sendo observada degradação de corrente relevante, mas apresentaram maior dificuldade na análise do transitório devido ao overshoot de corrente. Já em transistores com fin único e largura de fin de 240 nm, foi verificada degradação de corrente em até 3,85%, aumentando quanto mais curto o canal do transistor. Tendo os transistores estreitos características elétricas mais interessantes, foram medidos dispositivos com largura de fin de 60 nm, resultando em degradação de corrente máxima de 3,5%, porém agora reduzindo para transistores mais curtos devido à influência do campo elétrico na degradação da mobilidade. Portanto, os transistores com fin único apresentaram menor distorção por overshoot e autoaquecimento similar, por terem menor corrente aquisitada pelo medidor, mas mesmo nível de corrente fluindo por fin. Contudo, os resultados indicaram que os nanofios transistores sem junções medidos são pouco suscetíveis aos efeitos do autoaquecimento, apresentando baixa degradação de corrente em relação à corrente total do transistor.Tese Efeitos da aplicação de técnicas de aprimoramento de desempenho em transistores SOI CMOS de tecnologias totalmente depletadas promissoras(2022) Bergamaschi, F. E.Este trabalho avalia a influência do uso de duas técnicas para aprimoramento do desempenho de transistores, a polarização do substrato e a operação em temperaturas criogênicas, no comportamento elétrico de dispositivos fabricados em tecnologias consideradas promissoras, pela comunidade científica e pela indústria, para futuros nós tecnológicos: os nanofios transistores MOS e os transistores SOI planares com tecnologia de 28nm. Nos nanofios é realizado o estudo dos efeitos da polarização do substrato no transporte de cargas, enquanto nos transistores SOI planares é realizada a análise do autoaquecimento em temperaturas criogênicas. Os resultados são obtidos através de medidas experimentais e simulações numéricas tridimensionais. A variação da mobilidade dos portadores com o aumento da polarização de substrato é analisada para nanofios transistores MOS com comprimentos de canal e larguras de fin variadas, através dos métodos de extração da mobilidade Y-Function e Split-CV para uma ampla faixa de tensões do substrato, chegando a 100V. É verificada uma mudança de tendência da curva de mobilidade para valores elevados de polarização, fazendo com que, em alguns casos, o aumento da mobilidade se transforme em degradação. Para compreender o comportamento não monotônico da mobilidade com aumento da tensão de substrato, é utilizado um método de obtenção da mobilidade no canal criado entre o silício e o óxido enterrado quando o substrato é polarizado. Além de validar as análises e hipóteses sugeridas pelos resultados experimentais, a simulação também é usada para verificar, através de cortes na estrutura, a distribuição de cargas em diferentes condições de polarização. O canal criado próximo ao óxido enterrado apresenta mobilidade superior à do canal principal, resultando em aumento da mobilidade com a elevação da tensão do substrato. Porém, em alguns casos o campo elétrico elevado aumenta o efeito dos fenômenos de espalhamento a ponto de causar degradação da mobilidade. Simulações mostram a diminuição desse efeito com a redução do comprimento de canal. O estudo do autoaquecimento inclui transistores SOI planares nMOS e pMOS com variações no comprimento e largura de canal, na espessura do óxido de porta e no número de transistores em paralelo. O autoaquecimento é extraído experimentalmente através do método de termometria de porta, com variação da temperatura do ambiente de 300K até 4,2K. A polarização do substrato não aumenta a resistência térmica do transistor, portanto não há piora no autoaquecimento, mas devido ao aumento da potência dissipada, a temperatura do dispositivo atinge maiores valores. Já a redução do comprimento de canal resulta em aumento da resistência térmica, indicando maior autoaquecimento. O acoplamento térmico entre transistores próximos causa aumento no autoaquecimento, mas a presença de isolação entre os dispositivos não modifica esse efeito. A operação em temperaturas criogênicas faz com que o aumento de temperatura em função da potência dissipada não seja linear, divergindo da operação acima de 100K. Acima de 75K, a resistência térmica é proporcional à resistência térmica do SiO2, devido à dissipação de calor majoritariamente pelo óxido enterrado. Porém, abaixo de 75K, a resistência térmica apresenta tendência similar à resistência térmica do silício, sendo um comportamento ainda pouco compreendido pela comunidade científica