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Title: Influência da temperatura no ruído de baixa frequência em transistores SOI de canal gradual (GC SOI) submicrométricos
Authors: Molto, A. R.
Advisor: Pavanello, M. A.
Issue Date: 2016
Abstract: 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 (0,3.10-4<tGR<3,2.10-4). O aumento da temperatura também fez com que aumentassem as frequências de corte (fc) dos dispositivos, onde tais frequências foram de 500Hz em 450K e 4KHz em 500K para o dispositivo com L=240nm e de 500Hz em 450K e 6KHz em 500K para o dispositivo com L=1µm. Esses aumentos de fc fazem com que os dispositivos operem em condições mais ruidosas para frequências mais altas. Nos estudos foi possível observar que, em temperaturas mais altas (450K e 500K) e para valores mais baixos de VGT (-100mV<VGT<100mV), o ruído dominante está associado a variação na mobilidade (?µ) e para valores de VGT>100mV o ruído está associado a variação do número de portadores (?n).
The noise is an undesirable condition which occurs in the voltage and electric current from internal or external environments, making them oscillate randomly. The amplitude value that this disturbance will present at the frequency spectrum will depend on the design, technology and process to which the transistor is subjected in its construction. For this reason, it is necessary and important characterization. This work deals in study the temperature influence at the low frequency noise behavior in Graded Channel SOI transistors (GC SOI) manufactured in 150nm submicron technology by OKI semiconductors, in order to continue previous works. The results in this work was obtained through experimental measurements in ambient temperature and with temperature variation (from 300K to 500K), in submicron GC SOI devices with several channel length (L=240nm, 350nm, 500nm and 1µm), channel width (40µm and 240µm), applying multiple gate biasing (VGT) and working in a linear region with VDS=50mV. At the measurements realized in ambient temperature, it was possible to see that the dominant low frequency noise at the GS SOI transistors is the flicker (1/f?) that it has the origin in the carrier number flutuation (?n), in according to comparations performed in the normalized drain current noise (SID/IDS 2) as a function of drain current (IDS) and (gm/IDS)2 as a function of IDS. The gamma fator (?) obtained was 0,9 and 1,0, that allowed caracterize that the carries trapping and detrapping responsible for the noise occurs within gate oxide and the channel. At the SVG curves as a function of frequency, it was observed that has no noise increasing with gate overvoltage (VGT) increase, it reforces the noise origin due to ?n. It was analysed the SID curves as a function of channel lenght (L) and it was observed that SID increases with the L decrease. At the normalized curves SID/IDS 2 as a function of L, it was not observed the SID/IDS 2 increase, it concludes in these devices that SID increases with L decreases occurs due to drain current increase instead with L decrease. It was calculated the traps in the oxide (Not), in the interface (Nit) and the empirical parameter process (KF) that can be used in SPICE simulations. At the measurements with temperature variantion, it was possible to see the 1/f? increase in lower frequencies with the temperature increase and the Lorentzians and “Plateaus” that composse the Generation and Recombination noise (GR) overlaps the 1/f? noise at the higher frequencies becoming the noise dominant in these frequencies. This GR overlaps occurs due to these temperature variation activate news traps. These news traps time constants (tGR) was calculated (0,3.10-4<tGR<3,2.10-4). The temperature increase also increase the devices corner frequency (fc), where these frequencies were 500Hz in 450K and 4KHz in 500K for the L=240nm device and 500Hz in 450K and 6KHz in 500K for the L=1µm device. These fc increases makes the devices works in a major noise condition for higher frequencies. At the studies it was possible to see that, in higher temperatures (450K and 500K) and for lower VGT values (-100mV<VGT<100mV), the noise dominant is associated due to mobility variation (?µ) and for VGT>100mV the noise is associated due to carries number flutuation variation (?n).
Keywords: Transistores
Ruído
Transistores SOI
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
DOI: https://doi.org/10.31414/EE.2016.D.127866
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/335
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