Engenharia Elétrica
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Dissertação Obtenção e análise de ruído de baixa frequência em transistores SOI MOSFETs de canal gradual(2011) Silva, Eduardo Luiz Ronchete da.Neste trabalho e apresentado um estudo do ruido de baixa frequência em dispositivos SOI MOSFETs convencionais, de canal uniformemente dopado, e SOI MOSFETs de canal gradual (?gGraded Channel?h - GC). Esta estrutura e assim denominada por exibir dois perfis de dopagem no interior do canal, de maneira a preservar a dopagem natural da lamina na região próxima ao dreno, com o intuito de minimizar os efeitos indesejáveis do campo elétrico. Resultados disponíveis na literatura apresentam uma serie de características que fazem do dispositivo GC interessante para aplicações de circuitos integrados analógicos, tais como maior nível de corrente de dreno, maior transcondutância máxima, entre outros. Uma serie de simulações numéricas do dispositivo foi executada para a analise do ruido de baixa frequência. Sendo que as primeiras tem o intuito de demonstrar os melhores resultados analógicos do GC SOI em comparação com o SOI convencional, através de parâmetros importantes para a realização desta comparação. Foram realizadas simulações especificas com o intuito de estudar exclusivamente o ruido de baixa frequência, tanto para os dispositivos GC SOI como para SOI convencional. Também foram realizadas simulações para estudo da influencia da temperatura. Todas estas simulações foram obtidas para dispositivos com comprimentos de canal (L) de 1 e 2 ƒÊm, e utilizando varias razoes LLD/L. Alem disso, medidas experimentais foram feitas para comprovar todos os resultados obtidos nas simulações numéricas bidimensionais. Os resultados obtidos experimentalmente e através das simulações mostram que, embora o GC SOI MOSFET apresente melhores resultados quanto ao desempenho analógico, este dispositivo apresenta maior densidade espectral de ruido de corrente (SI) do que aquele observado no SOI convencional com mesmo comprimento de canal. O ruido de baixa frequência também demonstrou aumentar nos dispositivos GC SOI conforme e aumentada a razão LLD/L. Através das simulações também foi possível averiguar um aumento do ruido de baixa frequência, uma vez que a temperatura era reduzida.- Influência da temperatura no ruído de baixa frequência em transistores SOI de canal gradual (GC SOI) submicrométricos(2016) Molto, A. R.O ruído é uma perturbação indesejada que ocorre na tensão e corrente elétrica, proveniente de meios internos ou externos, fazendo com que elas oscilem aleatoriamente. O valor de amplitude que tal perturbação irá apresentar no espectro de frequências dependerá do projeto, tecnologia e do processo ao qual o transistor é submetido em sua construção. Por esse motivo, torna-se necessário e importante sua caracterização. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência da temperatura no comportamento do ruído de baixa frequência em transistores SOI de Canal Gradual (Gradded Channel - GC) fabricados em tecnologia submicrométrica de 150nm pela OKI Semiconductors, como continuação à trabalhos anteriores. Os resultados contidos nesse trabalho foram obtidos através de medidas experimentais em temperatura ambiente e com a variação da temperatura (de 300K a 500K) em dispositivos GC SOI submicrométricos com diversos comprimentos de canal (L=240nm, 350nm, 500nm e 1µm), larguras de canal (W=40µm e 240µm), aplicando diversas polarizações de porta (VGT) e operando na região de triodo com VDS=50mV Nas medidas executadas em temperatura ambiente, foi possível observar que o ruído dominante em baixa frequência nos transistores GC SOI é o ruído flicker (1/f?), tendo sua origem devido a variação do número de portadores no canal (?n), com base em análises feitas na comparação das curvas normalizadas de ruído na corrente elétrica (SID/IDS 2) em função da correte de dreno (IDS) e (gm/IDS)2 em função de IDS. O fator gama (?) encontrado de 0,9 e 1,0, permitiu caracterizar que a captura e emissão de portadores responsáveis pela origem do ruído ocorre na região entre óxido de porta e canal. Nas curvas de SVG em função da frequência, foi observado que não houve a variação no ruído com o aumento da sobretensão de porta (VGT), reforçando a origem do ruído devido a ?n. Foram analisadas as curvas de SID em função do comprimento de canal (L) e verificado que SID aumenta com a diminuição de L. Nas curvas normalizadas de SID/IDS 2 em função de L, não foi notado aumento em SID/IDS 2, concluindo que o aumento de SID com a diminuição de L ocorre devido ao aumento da corrente de dreno IDS e não devido à diminuição de L nesses dispositivos. Foi calculada a densidade de armadilhas no óxido (Not), na interface (Nit) e o parâmetro empírico do processo (KF) utilizado em simulações SPICE. Nas medidas executadas em função da variação da temperatura, foi possível observar o aumento mento da temperatura e a sobreposição dos Lorentzians e seus “plateaus”, que compõem o ruído de Geração e Recombinação (GR) no ruído 1/f? em frequências mais altas, fazendo com que seja o ruído dominante nessas frequências. Tal sobreposição ocorreu pelo fato da variação da temperatura fazer com que ativassem novas armadilhas. As constantes de tempo (tGR) dessas novas armadilhas foram calculadas (0,3.10-4100mV o ruído está associado a variação do número de portadores (?n).
- Modelagem, simulação e caracterização elétrica da associação série assimétrica de transistores SOI(2018) Assalti, R.Este trabalho tem como objetivo o estudo do desempenho analógico da associação série assimétrica (A-SC) composta por transistores planares e de múltiplas portas em tecnologia Silício-Sobre-Isolante (SOI). A estrutura A-SC é uma configuração composta por dois transistores de tensões de limiar distintas associados em série com as portas curtocircuitadas. Esta estrutura permite uma série de benefícios do ponto de vista analógico, tais como maior transcondutância e tensão de ruptura de dreno, além de menor condutância de dreno comparativamente aos transistores isolados de mesmo comprimento total de canal. Um dos limitantes em circuitos analógicos é o ruído de baixa frequência, que se trata de uma perturbação na corrente ou na tensão gerada pela própria estrutura física do dispositivo. Foi verificada a presença de ruído flicker na estrutura A-SC, tendo sua origem ligada às flutuações no número de portadores, bem como ruído Lorentzian. Foi provado que o ruído da estrutura A-SC é governado pelo transistor próximo à fonte, porém com ligeiro incremento do ruído comparativamente aos transistores isolados, o qual está relacionado à maior densidade efetiva de armadilhas. Foi realizada também uma comparação de desempenho entre o transistor de canal gradual (GC) e a estrutura A-SC em alguns circuitos analógicos básicos. O transistor GC apresentou maior ganho de tensão em malha aberta em amplificadores fonte comum com incremento de até 8 dB em relação à estrutura A-SC. No entanto, a estrutura A-SC exibiu um melhor desempenho em amplificadores dreno comum (ganho de tensão mais próximo da unidade) e espelhos de corrente fonte comum (maior excursão do sinal de saída e melhor precisão de espelhamento). Constatou-se que a combinação série de um transistor planar estreito próximo à fonte e de um transistor planar largo próximo ao dreno dobrou a tensão Early comparativamente à estrutura A-SC composta por transistores de mesma largura de canal. Foi também desenvolvido um modelo analítico de corrente de dreno para a estrutura ASC composta por transistores SOI MOS planares, onde uma boa concordância foi obtida tanto em função da tensão de porta quanto da tensão de dreno, com erro inferior a 11% na corrente de dreno. Em transistores de múltiplas portas com canal não dopado, tais como nanofios, observou-se que o aumento da polarização de substrato elevou a diferença entre as tensões de limiar dos nanofios próximos à fonte e ao dreno de larguras de canal distintas, incrementando o ganho de tensão em 13 dB ao variar a tensão de substrato de -12 a 12 V. Ao polarizar os nanofios em regime de sublimiar, o desempenho analógico da estrutura A-SC foi superior aos transistores isolados, especialmente com o estreitamento do nanofio próximo à fonte, sendo constatado um aumento de até 20 dB no ganho de tensão para uma mesma potência dissipada. Por fim, com os nanofios operando como amplificadores, foi obtida uma melhor linearidade para as estruturas A-SC ao considerar uma mesma amplitude do sinal de saída, onde, no melhor caso, foi possível aplicar um sinal de entrada senoidal de amplitude superior a 50 mV com reduzida distorção harmônica.