Engenharia Elétrica
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Dissertação Dissertação Estudo comparativo do comportamento da corrente de fuga em transistor SOI MOSFET convencional e de porta dupla operando em altas temperaturas(2008) Gutierrez, A. B.Este trabalho apresenta estudo referentes ao comportamento da corrente de fuga do dreno para o transistor SOI MOSFET de porta dupla (pd) em comparação com transistor SOI MOSFET convencional (pc), operando desde a temperatura ambiente até 350 C. Os resultados obtidos neste trabalho foram realizados através do simulador ATLAS, utilizando a simulação bidimensional, onde foram analisados os seguintes parâmetros que serviram para o estudo da corrente de fuga do dreno: a influência da variação da espessura do filme de silício (tsi) na corrente de fuga, a influência do comprimento do canal (L) do transistor na corrente de fuga, a influência da variação da tensão de dreno (Vds) para a corrente de fuga, estudo das densidades da corrente e a sua composição (elétrons e lacunas) em função das variações mencionadas anteriormente ao longo do filme de silício de cada uma das estruturas aplicadas, o estudo da corrente de fuga variando a polarização do substrato para o transistor SOI nMOSFET convencioanl e a variação da polarização de uma das portas do SOI nMOSFET porta dupla mantendo a outra correnteDissertação 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 da linearidade em transistores SOI de porta dupla com estrutura de canal gradual(2007) Doria, R. T.Neste trabalho é apresentado um estudo da não-linearidade introduzida por dispositivos de porta circundante (GAA), com e sem a presença da estrutura de canal gradual (GC). Esta estrutura é assim denominada por exibir dois perfis de dopagem no interior do canal, de maneira a preservar a dopagem natural da lâmina na região próxima ao dreno, com o intuito de minimizar o campo elétrico. A estrutura GAA, por sua vez, consiste em um transistor de porta dupla e, por isso, apresenta uma série de vantagens derivadas do maior controle das cargas na região do canal. Ao se unir ambas estruturas, percebe-se uma série de características que fazem do dispositivo resultante interessante para aplicações analógicas. Logo, uma série de simulações do processo de fabricação e do dispositivo foram executadas, sendo as primeiras com o intuito de garantir o perfil de dopantes condizente com a realidade e, as demais para a obtenção das características corrente (I) versus tensão (V) dos dispositivos operando como amplificadores (em regime de saturação) e como resistores (em regime linear). Na análise em regime linear, foram estudadas também estruturas balanceadas 2 e 4 dispositivos (2-MOS e 4-MOS). A partir das curvas resultantes, foram determinadas as distorções harmônicas total do terceiro harmônico, que são fatores decisivos em aplicações analógicas. Estas foram obtidas para dispositivos com comprimentos de canal (L) de 1, 2, 3 e 10 µm, sendo os três primeiros em regime de saturação e o último em regime linear. Várias razões LLD/L foram simuladas. Os resultados obtidos na saturação mostraram melhor linearidade nas curvas do GC GAA, em relação às do GAA convencional, de modo que, o GC GAA chega a apresentar uma melhora na distorção harmônica total (THD) de 30 dB em alguns dispositivos, a qual é impulsionada pelo ganho do GC, que pode ser até 50 vezes maior que o obtido em transistores GAA convencionais, associada à melhora decorrente da região fracamente dopada. Na análise em região triodo, por outro lado, a vantagem obtida com o uso do GC GAA é claramente percebida em estruturas balanceadas, sendo que, nas estruturas 2-MOS é permitida a redução na tensão de alimentação mantendo a linearidade constante, enquanto que no 4-MOS o ganho em THD chega a 5 dB.Dissertação Dissertação Impacto da utilização de transistores GC SOI MOSFET como espelhos de correntes para a obtenção de fontes de corrente de alto desempenho em circuitos integrados(2007) Santos, André de AlmeidaNeste trabalho é apresentado o estudo do impacto da utilização de transistores fabricados a partir da tecnologia SOI com dopagem assimétrica na região de canal (Graded- Channel - GC SOI MOSFET) em espelhos de corrente operando como fontes de corrente, nas arquiteturas já conhecidas da literatura como Fonte Comum, Wilson e Cascode. Para esta avaliação foram usadas simulações numéricas-bidimensionais e analíticas, além de comparações com resultados experimentais obtidos neste trabalho, tendo como figuras de mérito a Precisão de Espelhamento, a Excursão de Saída, a Resistência de Saída e a avaliação do Tempo de Estabilização dos espelhos de corrente. Através das simulações e das comprovações experimentais, foi possível observar as vantagens em se utilizar espelhos de corrente com transistores GC SOI, garantindo uma melhor precisão de espelhamento, causada pela menor influência de modulação do comprimento de canal, devida à redução da condutância de dreno dos dispositivos GC SOI. Com isso, um aumento de até 3 vezes na resistência de saída foi obtido. Estes efeitos serão apresentados em todas as arquiteturas de espelhos de correntes estudadas. Os resultados da análise da excursão de saída dos espelhos de correntes apresentaram uma melhora ainda mais promissora. Em todas as arquiteturas, a excursão de saída apresentou um aumento, em alguns casos superiores a 50%, comparando com os espelhos de corrente formados por transistores SOI Convencionais. Este efeito é devido ao aumento da tensão de ruptura nos dispositivos GC SOI, além da menor tensão de saturação para uma corrente constante. As medidas experimentais feitas neste trabalho comprovaram a tendência dos valores obtidos nas simulações de precisão de espelhamento, excursão de saída e de resistência de saída para dispositivos de comprimento de canal de L=2µm. Utilizando simulações numéricas bidimensionais, foi feito também um estudo do Tempo de Estabilização do espelho de corrente. Em todas as arquiteturas estudadas, os espelhos de corrente que trabalharam com os dispositivos GC SOI apresentaram uma diminuição significativa, da ordem de até 30%, associada ao aumento expressivo da transcondutância nos dispositivos GC SOI. Em termos gerais, a utilização do dispositivo GC SOI nas estruturas de espelhos de corrente conhecidas foi uma excelente alternativa para obtenção de fontes de corrente de alto desempenho para circuitos analógicosDissertação 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 Estudo do comportamento da corrente de fuga em transistores de portas circulares SOI MOSFET operando em altas temperaturas(2008) Almeida, L. M.Neste trabalho é apresentado um estudo da corrente de fuga em dispositivos SOI MOSFETs operando em altas temperaturas em duas estruturas geométricas: de porta retangular e de porta circular (CG). Estas estruturas são implementadas na tecnologia SOI nMOSFET parcialmente depletada, as quais serão submetidas a operarem desde a temperatura ambiente (300 K) até 573 K. O dispositivo de porta circular é assim denominado devido a toda sua estrutura possuir uma forma circular, que por sua vez, apresenta uma assimetria entre os terminais de dreno e fonte. Desta maneira, é possível utilizar duas combinações possíveis para a polarização. Para o desenvolvimento deste trabalho, uma série de simulações numéricas forma executadas para obtenção das características corrente de dreno (Ids) em função da tensão da porta (Vgs), através das quais comparamos so comportamentos dos transistores SOI MOSFET de porta retangular e os de porta circular. Como conseqüência destas simulações, forma investigados o comportamento da corrente de fuga do dreno e suas respctivas componentes em função da variação do comprimento de canal (Ifuga x L). em todos os resultados obtidos, sem exceção, foram constatadas ocorrências de dois fenômenos: dispositvos com comprimentos de canal menores (L) apresentam correntes de fuga maiores, e o CG SOI MOSFET pode apresentar comportamentos diferentes dependendo da configuração de sua polarização devido à sua assimetria. Portanto, com a intenção de investigar os motivos de ocorrerem esses fenômenos, foram avaliados os comportamentos da densidade da corrente de fuga em função da espessura do filme de silício (Jfuga x tsi) e também, a intensidade de campo elétrico do dreno em função da espessura do filme de silício (E x tsi)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)- Estudo do HALO em transistores SOI MOSFETs ultra-submicrométricos em função da temperatura(2008) Arrabaça, J. M.Neste trabalho é apresentado o estudo da influência do HALO em transistores SOI parcialmente depletado (PD SOI MOSFET). A partir das características do processo de fabricação da estrutura do HALO e do auxílio de um simulador numérico bidiomensional foram realizadas simulações para os transistores com diferentes comprimentos de canal no intervalo de 10um à 0,08um, com concentração de dopantes na região de HALO variando de 8,0 x10 cm3, com ângulo de implantação na região de HALO de 90º à 50º e com temperaturas de operação destes dispositivos de 300K à 100K. Primeiramente foram realizadas as simulações numéricas em temperatura ambiente de forma a se obter a concentração de dopantes a o ângulo de implantação que melhores se ajustassem aos resultados experimentais e, em então se reduziu à temperatura de operação do dispositivo. Em seguida foram realizadas as medidas experimentais para os dispositivos PD SOI MOSFETs com e sem HALO operando em temperatura ambiente e em baixas temperaturas para diversos comprimentos de canal. Após a obtenção dos dados foram extraídos os parãmetros elétricos, tensão de limiar (Vth) e inclinação de sublimiar (S), para o dispositivo PD SOI MOSFETe foi observado que o ângulo e a concentração de dopantes que melhor se ajustaram aos dados experimentais foi de 60º e 3,0 x10 cm3, respectivamente. Com a definição da concentração de dopantes e do ângulo de implantação do HALO foi reduzida a temperatura de operação e notou-se que a tensão de limiar dos dispositivos com e sem HALO apresentam melhora em até 13%, minimizando assim o efeito de canal curto reverso. Na proposta de otimização da estrutura do HALO, para se obter uma menor variação da tensão de limiar, foi determinado que o ângulo ideal para a implantação do HALO de 50º e que para a faixa de dopagem entre 1,2 x10 cm3 e 1,8 x 10 cm3 os dispositivos são imunes aos efeitos de canl curto e canal curto reverso.