Engenharia Elétrica
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- 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 dispositivos
- Estudo do tipo octo em ambientes de radiações ionizantes de raios-x(2019) Loesch, D. S.
Dissertação 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 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 Implementação das leiautes e estudo comparativo experimental entre MOSFETs planares de potência fabricados com diferentes estilos de leiaute(2015) Silva, G. A.reduzir as dimensões do dispositivo e melhorar o desempenho elétrico dos transistores de efeito de campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFETs). Uma vertente que surge como uma alternativa sem gerar custos adicionais para o processo de fabricação de circuitos integrados (CIs) planares Complementar Metal-Óxido-Semicondutor (CMOS) é o uso de geometrias alternativas às convencionais (retangulares) em MOSFETs, que possam potencializar o desempenho elétrico desses transistores. Estudos anteriores já evidenciaram que o uso dessas geometrias não convencionais em MOSFETs, tanto na tecnologia planar quanto na tecnologia tridimensional, podem melhorar o desempenho elétrico analógico e digital desses transistores. Dentro desse contexto, esse trabalho tem por objetivo estudar esses diferentes estilos de leiaute (Diamante, OCTO, Fish e Wave) como célula básica de MOSFETs Planares de Potência (MPPs), desde a etapa inicial de concepção do leiaute, passando pela fabricação, até a caracterização de seus parâmetros analógicos e digitais. Esse trabalho mostra que o desempenho elétrico dos MPPs foi melhorado utilizando os estilos de leiaute Diamante, OCTO, Fish e Wave em diversas condições de polarização em relação ao implementado com MOSFETs com porta retangular (Multi-dedos), onde o estilo de leiaute Diamante reduziu em até 80% a resistência de estado ligado, por exemplo, e o estilo de leiaute Wave reduziu a área de silício utilizada em quase 10%, além de reduzir a tensão de ruptura, demonstrando que as diversas aplicações de MPP podem utilizar os estilos de leiaute não convencionais para melhorarem seus desempenhos e/ou reduzirem suas áreas de silício. Também se pôde constatar que as restrições de regras de projeto impostas pelos fabricantes de semicondutores podem ser superadas, evidenciando a possibilidade de esses estilos serem implementados em escala industrial..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 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 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..- Estudo experimental do OCTO SOI MOSFET para a implementação de circuitos integrados analógicos e digitais(2012) Fino, L. N. S.Neste trabalho é estudado o inovador dispositivo OCTO SOI MOSFET (OSM) e suas devidas perspectivas de implementação em circuitos integrados analógicos e digitais. O OSM surgiu da necessidade de melhoria de determinadas características do dispositivo Diamante SOI MOSFET (DSM) como, por exemplo, a tensão de ruptura e a robustez contra descargas eletrostáticas (ESD). A evolução do dispositivo foi visualizada alterando-se o formato das extremidades da região de porta do dispositivo DSM (de formato hexagonal para octogonal) através da devida supressão percentual, representada pelo fator de corte (c) aplicada nas extremidades da região de porta. O comportamento elétrico do OSM foi verificado através de medidas experimentais e suas características elétricas são comparadas com o dispositivo DSM, considerando-se as mesmas condições de polarização e mesmo fator geométrico (W/L) e uma segunda análise é realizada comparando-se o dispositivo OSM e o dispositivo SOI MOSFET convencional (CSM), considerando-se as mesmas condições de polarização e mesma área de porta (AG). Basicamente, os dispositivos OSMs foram construídos com diferentes fatores de corte (c) (25%, 50% e 75%) e diferentes ângulos ? (53,1°, 90° e 126,9°). A análise comparativa entre o dispositivo OSM com fator de corte (c) igual a 25% e ângulo entre dreno/canal e canal/fonte ? igual a 53,1° com o dispositivo DSM com ângulo ? também igual a 53,1°, considerando as mesmas condições de polarização e o mesmo fator geométrico apresentou os seguintes resultados a favor do OSM: +18% considerando a corrente de dreno na região de triodo, +5% considerando a transcondutância máxima e +4,89% considerando a frequência de ganho de tensão unitário. Além disso, os seguintes parâmetros do OSM apresentaram os mesmos valores que o DSM equivalente, sendo eles: a corrente de dreno na região de saturação, a corrente de estado ligado, resistência série de estado ligado, tensão Early, a razão da transcondutância pela corrente de dreno em função da corrente de dreno normalizada pelo fator geométrico e o ganho de tensão intrínseco de um único transistor. No entanto, para os parâmetros a seguir o OSM com diferentes fatores de corte (c) e ângulo ? obtiveram um comportamento elétrico inferior ao DSM equivalente, sendo eles: corrente de estado desligado (12 vezes maior), a razão da corrente de estado ligado pela corrente de estado desligado (12 vezes menor) e a corrente de fuga (10 vezes maior). Vale ressaltar que o OSM apresentou os desempenhos mencionados acima, considerando uma área de porta (AG) de 21,43% menor, quando comparado ao DSM equivalente.