Engenharia Elétrica
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Resultados da Pesquisa
- Análise dos acoplamentos térmico e capacitivo de transistores FD SOI de camadas finas e memórias resistivas RERAM(2023) Costa, Fernando José daTransistores de camadas ultrafinas e memórias resistivas são alguns dos dispositivos na vanguarda das pesquisas. O comportamento térmico é de suma importância em um sistema eletrônico, e ainda há muitas lacunas a respeito dos efeitos térmicos em transistores de última geração, bem como sobre sua atuação em níveis de integração. Também no campo das memórias emergentes, muitas dúvidas permanecem sobre as propriedades de armazenamento de dados em sistemas compostos por memórias denominadas resistivas. Este trabalho tem como objetivo estudar o acoplamento térmico entre múltiplos transistores, assim como a caracterização elétrica de memórias resistivas por meio de simulações numéricas e medidas elétricas experimentais. O estudo demonstrou que em escalas nanométricas de integração há a ocorrência de acoplamentos térmico e capacitivo entre os transistores o que produz degradações nas principais figuras de mérito dos transistores como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. Porém, a condutância de saída pode ser influenciada de maneira positiva pelo acoplamento térmico sendo modulada de valores negativos para valores positivos de acordo com a proximidade entre os dispositivos. As estruturas em cascata apresentam características elétricas e térmicas superiores a um transistor único de comprimento de canal equivalente. Os espelhos de corrente apresentam um acoplamento térmico que produz uma redução geral da corrente no dispositivo de entrada à medida que os dispositivos estão localizados próximos um do outro, de maneira que o compartilhamento da temperatura no sistema leva os dispositivos a operarem com maior precisão de espelhamento. A caracterização das memórias resistivas pelas medidas da capacitância da estrutura se mostrou promissora para a visualização dos múltiplos estados resistivos. A memória tratada de maneira a incorporar mais vacâncias de oxigênio em seu material dielétrico se mostrou como uma melhor alternativa para se obter maior distribuição de estados resistivos requeridos para o desenvolvimento de sistemas de computação em memórias multiníveis
- Impact of series resistance on the drain current variability in inversion mode and junctionless nanowire transistors(2023-10-05) SILVA, L. M. B. DA; Marcelo Antonio Pavanello; CASSÉ, M.; BARRAUD, S.; VINET, M.; FAYNOT, O.; Michelly De Souza© 2023 Elsevier LtdThis work analyzes the influence of source-drain series resistance variability over the drain current in junctionless and inversion mode nanowire transistors. A comparison between drain current and Y-function variability is presented using experimental data of nanowires with different widths and channel lengths. The source-drain series resistance variability is also presented. The results indicates that source-drain series resistance influence is higher on drain current variability for junctionless than inversion mode nanowire transistors.
Artigo 17 Citação(ões) na Scopus Thin-film lateral SOI pin diodes for thermal sensing reaching the cryogenic regime(2010-09-01) Michelly De Souza; RUE, B.; FLANDRE, D.; Marcelo Antonio PavanelloThis paper presents the performance of lateral SOI PIN diodes for temperature sensing in the range of 100 K to 400 K. Experimental results indicate that PIN diodes can be used to implement temperature sensors with high accuracy in cryogenic regime, provided that a suitable temperature range is chosen for calibration. Numerical simulations using Atlas two-dimensional simulator were performed in order to confirm this hypothesis and extend the analysis, verifying the accuracy of the existing model.Artigo 4 Citação(ões) na Scopus Fin cross-section shape influence on short channel effects of mugfets(2012-05-05) BUHLER, R. T.; Giacomini R.; Marcelo Antonio Pavanello; Joao Antonio MartinoMultiple-gate FETs is normally constructed on pre-etched silicon fins. These devices often present casual width variations along the silicon height; mostly caused by technological limitations of the fin definition process, due to non-ideal anisotropic etch. The resulting devices have, consequently, non-rectangular cross-sections, which can affect their electrical behavior. This work addresses the dependence of fin width non-uniformity on the occurrence of short-channel effects through comparative analysis, based on threedimensional numeric simulation of non-rectangular cross-section devices. The influence of the fin crosssection shape on electrical parameters showed to be dependent on channel length, becoming more sensible to the fin shape as the channel length is reduced, with better DC performance present on devices with bottom fin width smaller than top fin width due to the higher transconductance and lower output conductance, resulting on higher intrinsic voltage gain. For opposite fin shapes the total gate capacitance present higher values, beneficiating AC analog parameters, such as unit gain frequency.- 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
- High Temperature and Width Influence on the GIDL of Nanowire and Nanosheet SOI nMOSFETs(2023-01-05) Michelly De Souza; CERDEIRA, A.; ESTRADA, M.; BARRAUD, S.; CASSE, M.; VINET, M.; FAYNOT, O.; Pavanello M. A.AuthorIn this work, an experimental evaluation of Gate-Induce Drain Leakage (GIDL) current is presented for nanowire and nanosheet-based SOI transistors. The effects of fin width and temperature increase are studied. Obtained results indicate that the increase in device width makes the GIDL current more sensitive to temperature increase. Three-dimensional numerical simulations have shown that despite the reverse junction leakage increase with temperature, leakage current in nanosheet and nanowire transistors is composed predominantly of GIDL current. The change in valence and conduction bands caused by temperature increase favors the band-to-band tunneling, which is responsible for the worsening of GIDL at high temperatures.
- Aplicação de transistores SOI sem junções em espelhos de corrente de diferentes arquiteturas(2023) Shibutani, André BalbinoO transistor sem junções (JNT) é um transistor de efeito de campo com características de ultrabaixa potência, que apresenta características elétricas promissoras em comparação com os SOI MOSFETs modo inversão, além de um processo de fabricação mais simples. Na perspectiva analógica, o transistor apresenta uma baixa condutância de saída, um alto ganho de tensão de malha aberta em baixas frequências, uma inclinação de sublimiar próxima ao ideal e um baixo DIBL (Drain Induced Barrier Lowering). Complementarmente, o transistor dessa pesquisa usa a tecnologia de silício-sobre-isolante (SOI – Silicon-On-Insulator) juntamente com a tecnologia de porta tripla, ambas melhorando o acoplamento capacitivo e o controle das cargas do canal. Apesar das vantagens do JNT mencionadas sugerirem uma fácil implementação em circuitos integrados, o transistor tem uma peculiaridade que consiste na dependência da tensão de limiar com as dimensões do dispositivo e com a concentração de dopantes da região ativa. Assim, em face dessas dificuldades, o trabalho avalia a configuração do espelho de corrente de fonte comum constituído por transistores MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) sem junções de efeito de campo compostos por arranjos simétricos com diferentes concentrações de dopantes. Ademais, com o intuito de entender o comportamento como fonte de corrente, uma corrente normalizada fixa de 1µA é aplicada a entrada dos espelhos de corrente desse trabalho enquanto a corrente de saída é variada de 0 a 3V. Entre as simulações numéricas 3D realizadas, cujos transistores foram calibrados a partir de medidas experimentais, o erro de precisão de espelhamento dos espelhos de corrente simétricos indica um melhor desempenho de transistores de menores dimensões (Para ND = 5 x 1018 cm-3, Wfin = 10 nm e tensões de saída maiores que 0,4 V, o máximo erro de precisão de espelhamento é de 14,01%, 0,15% e 0,15% para os espelhos de corrente fonte comum, Wilson e Cascode, respectivamente). Por outro lado, os resultados sugerem que, para configurações assimétricas, os transistores sem junções podem apresentar precisões de espelhamento similares a MOSFETs modo inversão, dependendo da concentração de dopantes da região ativa. Adicionalmente, as configurações Cascode e Wilson também são estudadas com o enfoque de melhorar o desempenho dos espelhos de corrente de fonte comum. Com esse intuito, os níveis de condutância e transcondutância são analisados para cada configuração, uma vez que ambas as figuras de mérito, no geral, são menores que as encontradas em SOI MOSFETs modo inversão, o que resulta em resistências de pequenos sinais diferenciadas para os espelhos de corrente de configurações fonte comum, Wilson e Cascode
- Ultra-Low-Power Diodes Composed by SOI UTBB Transistors(2022-07-04) COSTA, F. J.; TREVISOLI, R.; Rodrigo Doria© 2022 IEEE.The main objective of this work is to present an analysis of the performance of Ultra-Thin-Body and Buried Oxide transistors working as Ultra-Low-Power diodes. The implementation of different ground planes and substrate biases are analyzed. It is shown a reduced leakage current and increased ratio between the on and off-state currents for the Ultra-Low-Power diode with the N-substrate biased at -2V. However, this condition results in increased threshold voltage. The ground planes do not provoke a significant change in the leakage current, but a noticeable variation can be observed in the ratio between the on and off-state currents due to the higher threshold voltage in relation to the system without ground plane.
- 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%
- An Experimental Evaluation of Fin Width and Low-Temperature Influence on GIDL in Stacked SOI Nanowires(2022) Michelly De Souza; RODRIGUES, J. C.; MARINIELLO, G.; CASSE, M.; BARRAUD, S.; VINET, M.; FAYNOT, O.; Marcelo Antonio Pavanello© 2022 IEEE.In this work, an experimental evaluation of the gate-induced drain leakage (GIDL) of vertically stacked SOI nanowire (NW) FETs is carried out, as a function of temperature for the first time. It is shown that at room temperature, NW width decrease improves gate coupling favoring longitudinal band-to-band-tunneling, which increases normalized GIDL current. The increase of GIDL current with fin narrowing becomes more pronounced with temperature reduction. The influence of fin width has been evaluated, showing that GIDL variation with temperature depends on the device geometry.