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Title: Leiaute diamante par MOSFETS sob os efeitos das radiações ionizantes
Authors: Seixas Júnior, L. E.
Advisor: Gimenez, S. P.
Issue Date: 2017
Abstract: Os circuitos integrados (CIs) e eletrônicos são bastante influenciados pelas radiações ionizantes. Para atender os rigorosos requisitos de operação desses CIs em ambiente espacial, há necessidade da realização de testes de avaliação antes de sua utilização. Atualmente, os projetos de CIs e dos dispositivos semicondutores tolerantes aos efeitos das radiações ionizantes estão crescendo em complexidade, e é de fundamental importância compreender os efeitos sobre os circuitos eletrônicos desde o seu projeto até a sua qualificação. Tais efeitos podem ser do tipo acumulativo que resulta na degradação das características dos seus parâmetros elétricos ao longo do tempo, nomeado de dose total ionizante (Total Ionizing Dose, TID). Outro é aleatório, chamado de efeito de evento único (Single Event Effects, SEE), sendo transitório ou permanente, alterando o funcionamento do CI, pode se tornar destrutivo (latch-up). Há técnicas empregadas no projeto dos dispositivos semicondutores e CIs para aumentar sua robustez aos efeitos das radiações ionizantes, denominadas de Radiation Hardening By Design (RHBD). Entre essas técnicas, o uso de estilos diferenciados de leiautes das estruturas dos dispositivos semicondutores, por exemplo, os transistores de efeito de campo do tipo metal óxido semicondutor (MOSFET) que constituem os CIs, alterando a geometria deste para minimizar as perdas devido às estruturas parasitárias oriundas do seu processo de fabricação. No contexto desta tese, propõe-se um estilo inovador de leiaute para MOSFETs, modificando a forma geométrica convencional da porta (gate) que é retangular para a hexagonal. Conhecido como Diamante MOSFET (DM), apresenta um melhor desempenho elétrico que os convencionais retangulares e ainda pode ser utilizado, alternativamente, como técnica de leiaute para aumentar a tolerância às radiações ionizantes. Neste trabalho, são relatados alguns casos experimentais comparando os leiautes do tipo DM de porta hexagonal com os seus homólogos, nomeados de convencionais MOSFETs (CMs), resultando que o DM com ângulo a igual a 90°, em tecnologia planar Bulk CMOS de 350 nm, mostrou-se mais tolerante às radiações ionizantes. Já que obteve menores variações paramétricas que o seu CM equivalente, tais como: da tensão de limiar VTH (-150 %), da relação gm/IDS (-1.190 %), da inclinação de sublimiar S (-1.130 %) e da corrente de fuga ILEAK em 40 vezes menor. Apontando o DM (a = 90°) como opção para uso em aplicações espaciais, médicas e nucleares.
Integrated circuits (ICs) and electronics are strongly influenced by ionizing radiation. To meet the stringent operating requirements of these ICs in a space environment, evaluation irradiation testing is required prior to use. Currently, the semiconductor devices and IC´s designs are tolerant to the effects of ionizing radiation are growing in complexity, and understanding such effects on these electronic circuits is of fundamental importance from the design to the qualification of these. The effects on the circuits can be of the following types: cumulative, which results in the degradation of the characteristics of their electrical parameters over time, called Total Ionizing Dose (TID) or another random, is called a Single Event Effect (SEE), being transient or permanent, changing the functioning of the IC, can become destructive (latch-up). There are techniques employed in the design of semiconductor devices and ICs to increase their tolerance to the effects of ionizing radiation, called Radiation Hardening By Design (RHBD). Among these, the use of differentiated styles of layouts of semiconductor device structures, for example, the metal-oxide-semiconductor (MOSFET) type field-effect transistors that constitute the ICs, altering the geometry of the latter to minimize losses due to parasitic structures from its manufacturing process. In the context of this thesis, an innovative style of layout for MOSFETs is proposed, modifying the conventional geometric form of the gate that is rectangular to the hexagonal. Known as Diamond MOSFET (DM), it presents better electrical performance than the conventional rectangular ones and can still be used, alternatively, as a technique of layout to increase the tolerance to the ionizing radiations. In this work, we report some experimental cases comparing the DM type of hexagonal door with its homologs, named from conventional MOSFETs (CMs), resulting that the DM with angle a equal to 90°, in planar Bulk - CMOS 350 nm technology, was more tolerant to ionizing radiation. Since it obtained smaller parametric variations than yours equivalent CM, such as the threshold voltage (-150 %), the ratio gm/IDS (-1.190 %), sublimation slope (-1.130 %) and current leakage in 40 times smaller. Aiming the DM (a = 90°) as an option for use in space, medical and nuclear applications.
Keywords: Radiação ionizante
Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor
Depambrre
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
metadata.dc.identifier.doi: https://doi.org/10.31414/EE.2017.T.129329
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/293
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