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Title: Estudo dos MOSFETs com estilo de leiaute do tipo elipsoidal
Authors: Correia, M. M.
Advisor: Gimenez, S. P.
Issue Date: 2016
Abstract: O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo experimental e por simulação numérica tridimensional (3D) entre os transistores de efeito de campo do tipo Metal-Óxido-Semicondutor (Metal-Oxide-Semiconductor, MOS, Field Effect Transistor, MOSFET) com geometrias de porta do tipo Elipsoidal (EM) e do tipo convencional retangular (CM), considerando-se as mesmas larguras de canal (W), áreas de porta (AG) e condições de polarização (BC). Além disso, é proposto um modelo analítico para a corrente de dreno do EM. O EM é uma evolução do MOSFET do tipo Diamante (geometria de porta hexagonal) (DM) e do MOSFET do tipo OCTO (geometria de porta octogonal) (OM), o qual foi cuidadosamente projetado para usar os efeitos de canto longitudinal (Longitudinal Corne Effect, LCE) e o da associação paralela de MOSFETs com diferentes comprimentos de canais (PArallel Connection of MOSFETs with Different channel Lengths Effect, PAMDLE) para melhorar ainda mais o seu desempenho elétrico em relação aos DMs e OMs equivalentes, pois sua geometria de porta não apresenta cantos. Os dispositivos foram fabricados usando o processo MOS Complementar (CMOS) de circuitos integrados (CIs) comercial de 350 nm da ON-Semiconductor, via o programa educacional do MOSIS (MOSIS Educational Program, MEP). Este trabalho mostra experimentalmente que a estrutura com estilo de leiaute elipsoidal (Elipsoidal layout style, ELS) para MOSFETs prova ser capaz de aumentar notavelmente o desempenho elétrico dos MOSFETs em comparação aos dispositivos convencionais (de geometria de porta retangular), sem gerar qualquer custo adicional para os atuais processos de fabricação planares de CIs CMOS. Por exemplo, o EM é capaz de aumentar mais de 2 vezes a corrente de dreno de saturação e também é capaz de melhorar a resistência de estado ligado em cerca de 55% em relação ao seu respectivo CM equivalente, considerando as mesmas larguras de canal, áreas de porta AG e condições de polarização. Portanto, o MOSFET do tipo Elipsoidal pode ser considerado um dispositivo alternativo para potencializar significativamente o desempenho elétrico dos MOSFETs em comparação aos CMs equivalentes, focando-se principalmente nas aplicações de CIs CMOS analógicos.
The aim of this work is to perform an experimental comparative study and by three-dimensional numerical simulations between the Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Field Effect Transistor (MOSFET) with the ellipsoidal (EM) and conventional rectangular gate geometries (CM), considering the same channel widths (W), gate areas (AG) and bias condition (BC). In addition, an analytical model for the EM drain current is proposed. The EM is an evolution of the Diamond MOSFET (hexagonal gate geometry) (DM) and OCTO MOSFET (Octagonal gate geometry) (OM), which are carefully designed to use the effects known as Longitudinal Corner effect (LCE) and the Parallel Connection of MOSFETs with Different channel Lengths Effect (PAMDLE) to further improve its electrical performance as compared to DMs and OMs, since EM gate geometry does not present corners. The devices were manufactured using commercial 350 nm Complementary MOS (CMOS) process of the integrate circuits (ICs) of the ON-Semiconductor, through of the MOSIS Educational Program (MEP). This work experimentally shows that the structure with ellipsoidal layout style (ELS) proves to be able to significantly increase the electrical performance of MOSFETs as compared to conventional counterpart devices (of rectangular gate geometry), without generating any additional cost to current planar CMOS ICs manufacturing processes. For example, the EM is able to increase more than 2 times its saturation drain current, and approximately 55% its on-state-resistance in relation to their respective CM counterparts, considering the same W, AG and bias conditions. Therefore, the Ellipsoidal MOSFET can be considered as an alternative device to significantly enhance the electrical performance of MOSFETs focusing on the analog CMOS ICs applications.
Keywords: Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor
Porta elipsoidal
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
DOI: https://doi.org/10.31414/EE.2016.T.128821
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/281
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