Engenharia Elétrica
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- Análise da densidade de carga de inversão na condição limiar, em função da temperatura, em UTBB SOI MOSFETS(2019) Merzbahcer, N. C. C.Para suprir a crescente demanda de velocidade, desempenho e baixo consumo, a indústria de circuitos integrados tem se desenvolvido de forma agressiva nos últimos anos, consolidando a tecnologia CMOS como fator essencial para o avanço tecnológico desses dispositivos, onde a base já foi o transistor MOSFET. A tecnologia SOI (Silicon-On-Insulator) surgiu como uma alternativa para a redução das capacitâncias parasitárias de fonte e dreno, imunidade à radiação, operação em altas temperaturas e uma melhor inclinação de sublimiar. O transistor SOI UTBB (Ultra-Thin Body and Buried oxide), com corpo e óxido enterrado ultrafinos, é atualmente considerado como uma das opções possíveis para nós tecnológicos abaixo de 20 nm. Isso foi possível pois tornou-se viável alcançar baixas espessuras de óxido enterrado, por sua ótima integração entre os circuitos e por sua menor resistência térmica do óxido enterrado mais fino, bem como ao seu melhor controle eletrostático. Porém, a constante miniaturização nas dimensões físicas dos transistores faz com que estes sofram com os efeitos de canal curto (Short Channel Effects – SCE). Neste trabalho, é realizado um estudo sobre a densidade de carga de inversão na condição de limiar para temperaturas na faixa de 300 a 425K. Estudar a influência da temperatura em UTBBs é importante pois, estes dispositivos podem atingir temperaturas elevadas em condições normais de operação. O estudo é baseado na comparação de valores extraídos de simulações numéricas com modelos analíticos consolidados na literatura. Os resultados obtidos são analisados criticamente de forma a obter um modelo para a carga de inversão que tenha uma boa relação entre a precisão e a simplicidade do mesmo
- Análise das propriedades básicas do sic VDMOSFET (WBG) para aplicações de tração automotiva(2019) Feitosa, F. C.A frota veicular no mundo está passando por uma grande transição em sua matriz energética, principalmente porque governos e entidades estão preocupados com os altos níveis de poluição. Esta pesquisa foca no uso de transistores de grande largura de banda proibida (Wide Band Gap – WBG) fabricados em carbeto de silício (Silicon Carbide - SiC), particularmente o Transistor de efeito de campo de óxido metálico duplo difundido vertical (Vertical Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - VDMOSFET), para aplicação em tração elétrica. Trata-se de um trabalho baseado em um dispositivo em fase de inserção no mercado comercial e desenvolvido a partir de propostas de variações em dimensões e grandezas físicas, utilizando simulador numérico de dispositivos em tecnologia de desenvolvimento assistida por computador (Technology Computer-Aided Design - TCAD). Três parâmetros são focados: densidade de carga de interface, densidade de concentração de impurezas do canal e sobreposição da porta sobre o canal. Para cada um dos parâmetros foram traçadas diversas curvas de corrente de dreno versus tensão de dreno (IDS x VDS). Com estes três parâmetros são analisadas três grandezas: tensão de limiar (Vth), máxima transcondutância (máx. gm) e inclinação de sublimiar (S). Nesta pesquisa também são descritos em detalhes as características do dispositivo e os modelos matemáticos adotados para as simulações em TCAD. Este trabalho mostra a importância da eletrônica de potência para veículos elétricos (VE), qual a necessidade qual e futura dos veículos elétricos (VE) e ressalta as vantagens que o SiC VDMOSFET possui. Os dados analisados mostram que a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar aumentam com o aumento da concentração de dopantes no canal. Já para o aumento de cargas na interface, foi observado que a tensão de limiar diminui e que o mesmo ocorre quando a porta não sobrepõem-se completamente sobre o canal. A máxima transcondutância deteriorasse com o aumento da concentração de dopantes no canal em maior grau quando comparado com o aumento da carga de interface. Todavia, a não sobreposição da porta sobre o canal deteriora drasticamente a máxima transcondutância e aumenta a inclinação de sublimiar conforme a sobreposição diminui
- Falhas por eventos únicos em máquinas de estado finitas - análise e proposta de arquitetura tolerante(2019) Einsfeldt, Augusto Erni Klaus
Dissertação Influência de variações dimensionais decorrentes do processo de fabricação sobre parâmetros elétricos de FinFETs(2009) Bühler, R. T.A rápida e crescente demanda por tecnologias que permitam a redução das dimensões dos transistores além dos limites físicos permitidos nos transistores planares de porta única, leva a uma nova era de dispositivos com estruturas verticais de geometrias variadas, como estruturas tridimensionais. O FinFET é um desses novos dispositivos. Este trabalho abordou alguns ods principais parâmetros elétricos envolvidos no comportamento e desempenho dos dispositivos FinFET com alertas de formato trapezoidal, destacando quais estruturas apresentam vantagens e desvantagesn de acordo com as variações decorrentes do processo de fabricação. Estudos foram realizados a partir de simulações numéricas tridimensionais de transistores FinFET com alertas de formatos trapezoidais e comprimentos de canal distintos. Foi observada a contribuição das variações dimensionais sobnre transcondutância, a condutância de saída e o ganho intrínseco de tensão que apresentou aumentos de até 1,20dB, apenas com a variação do formato de aleta. Também foram estudados outros parâmetros de suma importência, como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. Os diferentes formatos de aletad, quando submetidos a uma análise AC de pequenos sinais, provaram também possuir influência sobre a frequência de ganho unitário, decorrente da mudança na capacitância de porta, devida à variação do acoplamento das cargas ativas no canal com a porta e com o substrato. Variações de até 15% na condutância de saída, como resultado da variação no formato da aleta, e de até 25%, variando-se a largura do dispositivo, foram observadas. A transcondutância possui maior dependência com o formato do dispositivo, variando até 10,11% entre alguns formatos de dispositivos. A frequência de ganho unitário obteve valor máximo para dispositivos estreitos e com canal curto, além da dependência com o formato do dispositivo. A dependência da tensão de limiar com a polarização do substrato, variando o formato do dispositivo, também foi observada. Apesar dos dispositivos terem se mostrado pouco susceptívies à variação da tensão de substrato, para alguns formatos da seção transversal a tensão de limiar apresentou variação de até 5,29%.Dissertação Simulação das características elétricas de dispositivos de efeito de campo multiportas nanométricos(2009) Kajihara, Almir TakeoA simulação numérica tridimensional é uma ferramenta de trabalho de uso cada vez mais freqüente, devido ao baixo custo envolvido, se comparado ao custo de produção e testes de dispositivos em laboratório. A simulação também apresenta vantagens técnicas, como a possibilidade de variação rápida de características dos dispositivos, com resposta praticamente imediata. Outra fundamental vantagem é a possibilidade de análise das principais grandezas elétricas no interior dos dispositivos, o que é praticamente impossível de se realizar experimentalmente. Este trabalho estuda características de transitores SOI de efeito de campo, em estruturas de 30nm a 70nm de largura de canal, utilizando-se de simulação tridimensional e avaliando a possibilidade de uso de modelos de confinamento quântico em transistores dessas dimensões, uma vez que tais modelos foram originalmente implementados para estruturas menores. Foram simuiladas estruturas bidimensionais com modelos de Física Clássica e com modelos de confinamento quântico (BQP e Schrodinger-Poisson), a fim de escolher a opçãp de modelo que apresenta o melhor resultado. Pode-se observar neste trabalho que o uso do modelo de confinamento quântico BQP é ideal para estruturas muito pequenas (as estruturas com larguras de 30 e 40nm foram facilmente calibradas), mas para larguras acima destas apresenta problemas de convergência e pouco ganho de qualidade. Além da avaliação do uso de modelos de confinamento quântico, explorou-se também o uso do simulador para análise da distribuição de potencial e cargas no interior do dispositivo. Foi tomado o exemplo dos dispositivos de porta tripla que, depois analisados pelos parâmetros elétricos extraídos das curvas corrente x tensão (tensão de limiar, inclinação de sublimiar e transcondutância), foram observados através de planos de corte (transversal e longitudinal) contendo concentração de portadores e potencial elétrico. Com isso, foi possível observar como as variações geométricas de alteração da inclinação das paredes laterais, variações de comprimento de canal e níveis de dopagem influencial no funcionamento do dispositivo (demonstrado neste trabalho através das variações de concentração de elétrons no canal e nas variações de parâmetros elétricos).Dissertação Abordagem experimental para projetos de fotossensores PIN CMOS SOI na faixa de UV(2015) Silva Júnior, J. B.Este trabalho consiste em um estudo do comportamento dos fotodiodos PIN CMOS SOI submetidos a variações de temperatura e polarização de substrato, para os comprimentos intrínsecos Li=1µm, 2µm, 5µm, 10µm e 100µm, aplicados à detecção de radiação UV. Algumas características importantes tais como responsividade, eficiência quântica, fotocorrente, corrente de escuro e relação sinal ruído são afetadas e devem ser avaliadas no projeto de fotodetectores. Através das medidas experimentais e simulações foi constado que a corrente de escuro (IDARK) possui dependência com o comprimento intrínseco, apresentando comportamentos distintos, dependendo do modo de operação. Outro parâmetro analisado foi a polarização de porta traseira (VBG), que modifica a disponibilidade de portadores da região intrínseca, resultando na alteração dos modos de acumulação, depleção e inversão. Em acumulação, obtida pela polarização de substrato, a corrente diminui com o aumento de Li, devido à presença da região de depleção lateral. Em inversão, esta corrente aumenta com Li, pois existe uma inversão na região intrínseca, fazendo com que o perfil de dopantes se comporte como P+N-N+, resultando numa alta taxa de geração ao longo de Li. Em inversão, a corrente devida à fotogeração aumenta com a temperatura, devido ao aumento do coeficiente de absorção (am) em altas temperaturas. Já na acumulação, a corrente fotogerada diminui com o aumento da temperatura, pois o comprimento de difusão (Ldif.) se reduz com o aumento da concentração de portadores e há degradação da mobilidade e do tempo de vida. Para aplicações de fotodetecção na faixa do ultravioleta em altas temperaturas, foi constatado que a máxima eficiência quântica total alcançada foi de QETOTAL=56,2% para Li=1µm em modo inversão, em virtude do aumento do coeficiente de absorção ser mais pronunciado em altas temperaturas. No regime de acumulação foi encontrado QETOTAL=21,7% para Li=10µm, bem abaixo quando comparado ao modo inversão, devido à redução do comprimento de difusão. Para a temperatura ambiente QETOTAL=33% para Li=5µm independente do modo de operação (acumulação/inversão). A relação sinal-ruído (SNR) é altamente influenciada pela temperatura, apresentando maiores valores de SNR para comprimentos intrínsecos pequenos (Li=1µm) operando entre 300K e 400K, devido à baixa recombinação de portadores livres. Se a aplicação requer robustez às variações de temperatura, é recomendado que os comprimentos intrínsecos sejam grandes (Li=100µm), pois a sensibilidade é menor, resultando numa degradação menos pronunciada quando comparado com fotodiodos de comprimentos pequenos..Dissertação Estudo de efeitos de canto em transistores de porta tripla(2009) Bechelli, R. P.Neste trabalho são desenvolvidos estudos de efeito de canto em transistores tridimensionais do tipo SOI MOSFET com a segunda interface em depleção ou neutra, através de simulação numérica tridimensional. Foram simulados transistores tridimensionais do tipo porta tripla (triple gate) com cantos arredondados e vivos, com altura e largura da ilha de silício variando de 30 a 70nm e concentração de dopantes de 1x1016cm-3 a 1x1019cm-3. Com o auxílio dos dados simulados foram extraídas as curvas 1xV para caracterização dos dispositivos e efetuadas a comparação entre os mesmos. Foi desenvolvido um método de avaliação e comparação do efeito de canto entre dispositivos de dimensões e concentrações diferentes, baseado na comparação da concentração de portadores em diferentes cortes sobre a seção transversal dos transistores, polarizados na tensão de limiar, para baixos valores de tensão de dreno (50 mV), utilizando os dois perfis propostos no estudo: canto vivo e canto arredondado. O modelo de análise sugerido também permite identificar a existência de inversão volumétrica durante a polarização dos dispositivos. O estudo também avaliou a possibilidade a variar o raio de curvatura noc anto para que fosse possível comparar e avaliar a influência deste parâmetro nas características elétricas dos transistores simulados. É proposta uma forma de descrição de transistores tridimensionais de porta tripla e cantos arredondados, na linguagem de entrada do simulador numérico, o que facilita a variação dos parâmetros e o ajuste da grade de simulação. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que em transistores com três portas há um aumento da densidade de corrente na proximidade dos cantos, cuja intensidade depende diretamente do raio de curvatura. Observa-se também que o efeito de canto sobre a corrente de dreno tende a ser mais intensa em transistores mais dopados. Em transitores com níveis de dopantes acima de 3x1018 cm-3 observou-se um segundo pico na segunda derivada da função IdxVg, indicando que há inversão do canto em polarização de porta diferente daquela observada para o restante do dispositivo. Identifica-se nesse estudo que a influência do efeito de canto sobre a corrente de dreno ocorre, no entanto, mesmo sem a presença desse segundo pico.Dissertação Projeto, simulação e caracterização de pseudorresistores MOS para uso em amplificadores de sinais biológicos(2015) Pereira, C. F.A medida de biopotenciais é muito importante para que se possa estudar melhor o comportamento do corpo humano, para que seja possível a construção de dispositivos que auxiliem alguma deficiência, como no caso das órteses, ou para que se possam identificar doenças, como por exemplo, uma arritmia detectada em um eletrocardiograma, ou até no acompanhamento de sinais vitais de pacientes em casos de emergência. Com o avanço da tecnologia MOS, tornou-se possível o desenvolvimento de dispositivos com dimensões reduzidas, e que satisfazem a maioria das condições necessárias para se obter uma leitura de valores de tensão com qualidade. Foram estudados circuitos integrados em tecnologia CMOS para aplicação em um amplificador para sinais biológicos, onde foi explorado o pseudorresistor, dispositivo implementado a partir de um transistor com uma configuração que permite a obtenção de altos valores de resistência. Com a utilização do pseudorresistor pode-se implementar filtros passa-altas com constantes RC suficientemente elevadas para se preservarem os sinais de interesse de baixas frequências, ao mesmo tempo em que se eliminam níveis contínuos de tensão, prejudiciais às medidas dos biopotenciais. Foram analisados também os efeitos do uso do pseudorresistor substituindo resistores comuns, no comportamento do circuito amplificador, principalmente na melhoria do tempo de recuperação de um transitório de entrada. O estudo foi realizado por meio de simulação de circuitos, simulação de parâmetros elétricos de dispositivos extraídos de leiautes, bem como da caracterização elétrica de circuitos integrados de teste, obtidos através de programa de fabricação multiusuários. Com este trabalho foi possível verificar vários aspectos do funcionamento do pseudorresistor. Foi verificado também que com o uso do pseudorresistor, o amplificador para sinais biológicos possui um desempenho superior comparado com circuitos implementados com resistores convencionais.- Sistema de aquisição de sinais tácteis em tecido com protótipo em FPGA(2014) Andrade, G. M.
- Estudo do efeito do desalinhamento da máscara de porta sobre a corrente de dreno em MOSFETs com geometria de porta trapezoidal(2014) Sabbadin, D. S.Este trabalho trata do estudo do efeito do desalinhamento da máscara de porta sobre as características elétricas dos MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), com formato de portas não retangulares. Para a parte experimental, alguns protótipos foram manufaturados em tecnologia CMOS, utilizando-se o programa educacional multiusuário de fabricação de circuitos integrados do MOSIS. A estrutura de teste triangular desalinhada é um arranjo de MOSFETs, com portas não retangulares, utilizável para extração do desalinhamento entre a porta do MOSFET e as demais estruturas, em função das diferenças de corrente de dreno. Embora tais estruturas tenham formatos não retangulares, que podem ser inadequados ao projeto de circuitos convencionais, a vantagem de se medir corrente em relação à tensão, as fazem muito úteis. Este trabalho foi executado em três etapas. Na primeira etapa foram simuladas estruturas tridimensionais em tecnologia Convencional (Bulk) e SOI (Silicon On Insulator) mantendo-se a largura de canal dos MOSFETs constante e variando-se os desalinhamentos de porta na faixa de 0 nm a 250 nm. Na segunda etapa foram simuladas estruturas Convencionais (Bulk) e SOI (Silicon On Insulator), com as medidas reais construídas pela tecnologia oferecida pelo programa de pesquisa do MOSIS, variando-se a largura de canal dos MOSFETs e deslocando a porta na faixa de 0 nm a 490 nm. Na terceira e última etapa foram realizadas medidas experimentais em 30 dispositivos de portas trapezoidais com dois drenos distintos e fonte em comum. Um modelo algébrico para cálculo de desalinhamento foi estudado e aferido a partir das medidas e simulações. Como resultado das simulações e medições constatou-se a precisão do modelo de desalinhamento estudado em ambas as tecnologias, Convencional (Bulk) e SOI (Silicon On Insulator).
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