Engenharia Elétrica
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- Caracterização elétrica de transistores mos do tipo nanofio e nanofolha de sílicio empilhado em Temperaturas criogênicas(2023) Rodrigues, Jaime CalçadeNeste trabalho é apresentado um estudo das características elétricas de transistores MOS do tipo nanofio e nanofolha, com variação da temperatura. Na faixa entre 95K e 400K são comparados dispositivos com diversas geometrias, tanto de largura de canal quanto de comprimento de canal Os parâmetros analisados foram tensão de limiar, inclinação de sublimiar, transcondutância máxima, mobilidade de baixo campo elétrico e também parâmetros analógicos, como condutância de saída e ganho de tensão. Antes da apresentação dos resultados, discorre-se sobre a importância da metodologia utilizada no trabalho e os diversos fatores que impactam na qualidade dos dados obtidos, como: garantia de um alto vácuo na câmara em que a amostra está inserida, importância da pasta térmica para garantir a máxima superficie de contato entre amostra e porta-amostra, e, assim, assegurar o maior e melhor acoplamento térmico, o que por sua vez, garante que a amostra mantenha-se em equilibrio térmico durante todo o procedimento de medida. Quanto aos resultados obtidos, observa-se que a tensão de limiar, para um mesmo dispositivo, varia de maneira linear com a temperatura e que para dispositivos mais largos a reducao da tensão de limiar é mais brusca com o aumento da temperatura, em dispositivos com WFin = 10nm, d(VTH/V300)/dT=-0,65 x 10-3 1/K e para WFin=40nm d(VTH/V300)/dT =-0,77 x 10-3 1/K. A inclinação de sublimiar obtida para estes dispositivos se manteve sempre bem próxima do mínimo teórico esperado, definido pela equação ?? = ??????ln 10 (em 300K 60mV/déc), o que indica um fator de corpo próximo a unidade, independentemente da geometria do dispositivo. A mobilidade dos portadores aumenta com o descréscimo da temperatura e essa variação também é acentuada em dispositivos mais largos, para WFin = 10nm, d(µn/µn,300K)/dT=-1,71 x 10-3 1/K e para WFin=40nm d(µn/µn,300K)/dT =-2,2 10-3 1/K. Como em disposivos mais largos a condução lateral, que ocorre no plano 110, tem menos influência na corrente total do que em dispositivos estreitos, essas variações se tornam mais evidentes, já que a condução na faixa central que ocorre no plano 100, tem maior participação relativa na condução total. Quanto aos parâmetros analógicos nota-se uma fraca dependência de AV com a temperatura, com variação de até 2,5dB ao longo da faixa de temperatura estudada, entre 95K e 400K. No trabalho também é utilizado um modelo analitico que estima a tensão de limiar para diversos transistores tridimensionais que ajudou na compreensão e analise dos dados
- Aplicação do método SPLIT-CV para obtenção da mobilidade em nanofios transistores MOS(2022) Ccoto, Coco UrbanoEste trabalho tem por objetivo analisar a mobilidade dos nanofios transistores MOS, com diferentes larguras de aleta de Si que foi extraído usando a técnica de SPLIT-CV. Para realização deste trabalho de dissertação, foram utilizadas medidas experimentais de nanofios transistores MOS de porta tripla, fabricados em tecnologia de SOI (Silicon-On-Insulator). Na introdução teórica foram explicados os fatores que influenciam a mobilidade total dos portadores como: tensão de substrato e largura da aleta. Foi comprovado, através dos resultados das extrações, uma melhora significativa na mobilidade, por exemplo para o dispositivo de 12nm, com aplicação da tensão de substrato de 20V, obteve uma melhoria da de aproximadamente 12%, e para o transistor de 82nm obteve uma melhora de 30%. Outro ganho importante a ser mencionado, foi da mobilidade total entre o transistor de 12nm e de 82nm , de aproximadamente 24%, para tensão de substrato de 0V. Com polarização do substrato de 20V foi de aproximadamente 39%. Considerando o fator da influência da largura de aleta, os transistores obtiveram um ganho médio de 19% a cada variação da largura de aleta. Isso comprova claramente que ao combinar a variação da tensão de substrato com a variação da largura de aleta, é possível atingir melhores valores de mobilidade, onde o deslocamento do centroide do canal, que é uma região do canal, onde os portadores atingem maiores velocidades, e são menos influenciados por mecanismos de espalhamento, como rugosidade da superfície µSi, que degradam a mobilidade. Este último fator, está fortemente relacionado com a orientação cristalográfica das portas do canal, que foi explicado em uma seção dedicada ao estudo e extração das mobilidades nas regiões do canal, chamadas de front channel, que é uma região composta entre o óxido de porta e o semicondutor; e a região do back-channel, região inferior do canal composta entre o óxido enterrado e o semicondutor, que é controlada pela tensão de substrato. Para extração da mobilidade, sem tensão de substrato, na região do front channel, no plano superior e laterais dos transistores, foi usado a técnica de separação por corrente de superfície, juntamente com as equações de SPLIT-CV. Os resultados obtidos, demonstraram o ganho da mobilidade, entre o primeiro nanofio de 12nm e o último de 82nm, de 10% no plano superior, comprovando que a mobilidade de elétrons é maior no plano superior que nas laterais para todas as amostras. Para confirmar os resultados obtidos, as somatórias das mobilidades foram comparadas com os valores da mobilidade efetiva total, gerando uma efetividade do método de 88%, indicando que a técnica de extração condiz com a teoria da mobilidade dos portadores. Adicionalmente, ao aplicar uma polarização de substrato de 20V, foi possível observar uma região inversão na estrutura dos nanofios na região do back-channel, atuando como uma quarta porta em volta do canal. O método de extração anteriormente mencionado, não gerou resultados confiáveis. A fim de obter a mobilidade na região controlada pela porta do substrato, foi usado um método, extraído da literatura, que também aplica o uso das equações do SPLIT-CV. Comprovando que a mobilidade na região de back-channel é maior para todas as amostras os nanofios, em comparação a mobilidade total, isso indica que a condução começa primeiro na região do back channel e a partir de um valor de tensão de porta, as cargas na região do back-channel perdem representatividade na mobilidade total, reduzindo seu valor devido a mecanismos de espalhamento como rugosidade de superfície que degrada a mobilidade. Em contrapartida, a porta superior do front channel começa a ter maior controle eletrostático das cargas e a mobilidade total passa a ser uma combinação das mobilidades nas regiões do back-channel e front channel. Para avaliar os resultados, os mesmos processos de extração foram aplicados para simulações numéricas feitas no computador onde foi possível validar o comportamento das cargas nos transistores, onde método de separação por corrente de superfície obteve uma efetividade de 97%
- Influência do potencial de substrato sobre o ruído de baixa frequência de nanofios transistores MOS(2021) Molto, A. R.Este trabalho tem por objetivo estudar pela primeira vez o efeito da polarização de substrato sobre o ruído de baixa frequência em nanofios transistores MOS, tipo N, totalmente depletados, implementados em tecnologia SOI. São estudados nanofios de canal único e múltiplos canais, por meio de resultados experimentais e simulações tridimensionais. Pretendese aqui aprofundar os conhecimentos obtidos até então na literatura e, pela primeira vez, analisar o comportamento do ruído de baixa frequência 1/f? aplicando-se tensões ao substrato. Os resultados obtidos consideraram dispositivos nanométricos, com diversas geometrias, operando na região triodo, com comprimentos de canal (200nm, 400nm, 1µm e 10µm) e larguras de canal (15nm, 20nm, 45nm, 65nm e 105nm). Nesses dispositivos, foram aplicadas polarizações de porta e de substrato com os transistores operando desde a região próxima do sublimiar até a inversão forte, a fim de se obter as curvas DC e de ruído. Os resultados obtidos mostraram que o ruído predominante nesses dispositivos é do tipo “flicker”, com decaimento proporcional a 1/f? em baixas frequências (f = 500Hz), e em frequências maiores (500Hz < f = 10KHz) ele é sobreposto pelo ruído de geração e recombinação, com o decaimento equivalente à 1/f2. A origem do ruído, considerando o substrato aterrado, se deve, predominantemente, a variação da quantidade (N) de portadores no canal devido ao armadilhamento e desarmadilhamento na interface Si/SiO2. Para maiores tensões de porta (VGT=200mV), observou-se a influência da variação da mobilidade no ruído. O expoente ?, que compõe o ruído 1/f variou de 0,7 a 1,25, mostrando a mudança do ponto de condução para os valores mais elevados de tensão de porta e polarizações de substrato aplicados. Foi observado também, o aumento do ruído com a diminuição da largura e comprimento do canal. A diminuição da área do dispositivo, promove a redução na taxa de geração e recombinação, aumentando o ruído. Foi observado o aumento do ruído nos dispositivos, tanto para tensões positivas de substrato quanto para tensões negativas aplicadas ao substrato. Isso ocorreu para as tensões de polarização onde a condução se aproximou das interfaces inferior e superior do canal, podendo ser observado com clareza nas curvas de densidade de elétrons em função da profundidade do canal. Essa maior proximidade com as interfaces agrava o ruído devido as armadilhas existentes nessas regiões