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Title: Estudo experimental da resposta em frequência entre o MOSFET do tipo diamante e o equivalente convencional para as tecnologias CMOS convencioanl e SOI
Authors: Leoni, R. D.
Advisor: Gimenez, S. P.
Issue Date: 2013
Abstract: As pesquisas atuais têm como objetivo a redução nas dimensões dos circuitos integrados, o que tem sido alcançado com o desenvolvimento de novas tecnologias de transistores, como por exemplo, os MOSFETs tridimensionais, (FinFETs, Surrounding Gates, entre outros). Contudo, devido a diminuição das dimensões desses dispositivos, surgem efeitos indesejados, que prejudicam o desempenho dos mesmos. Com este intuito, contudo, ainda explorando os recursos que a tecnologia planar tem a oferecer, foi criado o MOSFET com a geometria de porta hexagonal, ou também denominado de estilo de leiaute do tipo Diamante. Esta nova geometria de porta para os MOSFETs possibilita a melhoria pelo aumento na velocidade média de deriva dos portadores de carga móveis na região do canal, na corrente entre dreno e fonte, na transcondutância, no ganho de tensão de malha aberta e na frequência de ganho de tensão unitário, devido ao aumento do campo elétrico resultante longitudinal ao longo do canal, quando se compara ao MOSFET com a geometria de porta retangular equivalente, considerando a mesma área de porta e condições de polarização, tanto para a tecnologia CMOS convencional (bulk) como para a SOI. Simulações numéricas tridimensionais realizadas em trabalhos anteriores deram início a estes estudos, em que resultados do ganho dessa nova geometria de porta foram comprovados posteriormente com dados experimentais. Este trabalho tem como objetivo a comparação e o estudo experimental da resposta em frequência, entre MOSFETs do tipo enriquecimento, fabricados com geometrias de porta hexagonal e a equivalente convencional, manufaturados com duas diferentes tecnologias de fabricação de circuitos integrados, isto é, a CMOS convencional e a SOI CMOS. Um amplificador com um único MOSFET em configuração fonte comum é utilizado para o estudo comparativo experimental da resposta em frequência entre esses dispositivos com geometrias de portas diferentes. Os resultados experimentais obtidos desse estudo demonstram que houve melhorias significativas em algumas figuras de mérito tais como, no ganho de tensão em malha aberta e na frequência de ganho de tensão unitário, chegando a alcançar ganhos maiores que 100% em MOSFETs com geometria de porta hexagonal, para pequenos valores de ângulos , quando comparados à geometria de porta convencional equivalente, tanto para a tecnologia CMOS convencional como para a SOI CMOS. No entanto, observa-se uma redução na tensão Early do MOSFET com a geometria de porta hexagonal, para um ângulo menor que 126,9°, quando comparado ao MOSFET convencional equivalente, considerandose a mesma área de porta, fator geométrico e sob as mesmas condições de polarização, devido ao efeito de ionização por impacto na região de dreno dos MOSFETs do tipo Diamante, embora essa características não degrade o ganho de tensão do amplificador implementado com MOSFET Diamante em relação ao amplificador implementado com MOSFETs convencionais equivalentes..
The current researches aim to reduce the dimensions of integrated circuits, what has been achieved with the development of new technologies for transistors, such as three-dimensional MOSFETs (FinFETs, Surrounding Gates, among others). However, due to the reduced dimensions of these devices, undesired effects arise that detract from their performance. With this focus, however, still exploring the features that planar technology has to offer, it was created the MOSFET with hexagonal gate geometry, called Diamond layout style. This new MOSFET gate geometry enables the improvement in the average drift velocity of mobile charge carriers in the channel region, the drain current, the transconductance, the open loop voltage gain and unit frequency voltage gain, due to the improvement in the longitudinal electric field along the channel, as compared to the MOSFET rectangular gate geometry counterpart, considering the same gate area and bias conditions for both conventional CMOS technology (bulk) and SOI CMOS. Three-dimensional numerical simulations performed in previous work, which demonstrated several benefits of this new gate geometry and after were proven with experimental data. This study aims a experimental comparative study of the frequency response between MOSFETs manufactured using hexagonal gate geometry and the conventional counterpart, which they were manufactured with two different technologies manufacturing of the integrated circuits, i.e, the conventional (bulk) CMOS and SOI CMOS. An amplifier implemented with only one MOSFET, in the common source configuration, is used to perform the experimental comparative study of the frequency response between amplifiers implemented with Diamond and Conventional counterparts. The experimental results of this study demonstrate significant improvements in some figures of merit, such as the voltage gain and the unit gain voltage frequency, reaching gains 100% higher in amplifiers implemented with Diamond MOSFETs (hexagonal gate geometry), for small values of angle, as compared to the amplifiers implemented with conventional MOSFETs (rectangular gate geometry) for both conventional (bulk) CMOS and SOI CMOS technologies. However, there is a reduction in the Early voltage of MOSFETs implemented with hexagonal gate geometry, for an angle less than 126.9 °, when compared to the conventional MOSFET counternpart, regarding the same gate area, geometric factor and bias conditions, due to the impact ionization effect (high longitudinal electric field) at the drain region of Diamond MOSFETs, but this characteristic does not degrade the voltage gain of the amplifiers implemented with the Diamond layout style in comparison to those implemented with conventional counterpart
Keywords: Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor
Circuitos integrados
Publisher: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/434
Appears in Collections:Teses e Dissertações

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