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Title: Estudo do efeito do autoaquecimento em transistores MOSFETS fabricados em estruturas FINFETS e estruturas FINFETS modificadas
Authors: Mathias, R. D.
Advisor: Der Agopian, Paula Ghedini
Issue Date: 2013
Abstract: Para tecnologias CMOS iguais ou menores que 22 nm, os dispositivos de efeito de campo verticais de múltiplas portas (MuGFETs) têm sido apontados como uma alternativa para substituir os dispositivos planares fabricados em lâminas de silício convencionais ou de Silício Sobre Isolante (SOI). No entanto, a escolha do melhor tipo de substrato é difícil devido a cada um apresentar vantagens diferentes em relação ao outro. Embora os dispositivos fabricados em substrato SOI apresentem algumas vantagens, como a excelente característica da inclinação de subliminar, valores de capacitâncias de fonte / dreno relativamente inferiores, e a eliminação do efeito de latch-up; quando o foco são os efeitos de autoaquecimento (Self-Heating Effects, SHE), este tipo de substrato apresenta uma pior dissipação térmica. A tecnologia FinFET fabricada em lâmina de silício (Bulk FinFET) apresenta uma elevada taxa de transferência de calor, e baixo custo. A fim de combinar as vantagens de ambos os tipos de substratos, o dispositivo com Fonte / Dreno em Silício sobre Isolante (SDSOI) e com Fonte / Dreno em Silício sobre Isolante Modificado (MSDSOI) foram estudados. Este trabalho apresenta um estudo comparativo da influência dos efeitos do autoaquecimento em estruturas MuGFETs sobre quatro diferentes tipos de substrato: silício, SOI, SDSOI e MSDSOI. Toda a análise foi realizada baseando-se em simulações numéricas tridimensionais geradas pelo programa Atlas da Silvaco. A comparação das estruturas está baseada no comportamento do SHE e a influência deste fenômeno indesejável nos principais parâmetros analógicos. Entre eles podemos citar: a tensão Early, o ganho de tensão intrínseco, a razão da transcondutância pela corrente elétrica de dreno, e a condutância de dreno. Enquanto o efeito de autoaquecimento muitas vezes resulta na melhoria do comportamento analógico, este efeito piora outras características, como por exemplo, a redução da corrente elétrica entre fonte e dreno. Através do estudo dos transistores de múltiplas portas, com especial atenção à estrutura MSDSOI, que permite o contato físico do canal com o substrato através de uma janela de acesso Wa (Access Window), é possível observar que os efeitos de autoaquecimento apresentam melhoria significativa à medida que a largura dessa janela é aumentada, enquanto a eficácia do controle exercido pela tensão de porta sobre a corrente elétrica de dreno é maior, à medida que a Wa torna-se menor. Assim, as estruturas FinFETs modificadas com janela de contato apresentam melhor desempenho, uma vez que combinam os benefícios do Convencional (menor SHE) com os benefícios do SOI (melhor acoplamento) e, um aumento considerável no ganho de tensão intrínseco pode ser obtido, resultando em um excelente comportamento analógico.
For CMOS technologies equal to or less than 22 nm, the vertical multiple gate field-effect transistors (MuGFETs) have been hailed as an alternative to replace the planar devices manufactured in silicon or in Silicon-On-Insulator (SOI). However, the choice regarding the best type of substrate is difficult due to the fact that each of them has different advantages compared to the other one. Although the SOI substrates have some advantages, such as the excellent characteristic of the subthreshold swing, values of source / drain capacitances relatively lower, and eliminating the latch-up effect; when the focus is the effects of Self-Heating Effects (SHE), this type of substrate has worse thermal dissipation. The Bulk FinFET technology shows a high rate of heat transfer, as well as low cost. In order to combine the advantages of both types of substrates, the device with Source / Drain in Silicon-On-Insulator (SDSOI) and with Modified Source / Drain in Silicon-On-Insulator (MSDSOI) were studied. This assignment presents a comparative study about the influence of the effects of selfheating structures MuGFETs in four different types of substrate: silicon, SOI, SDSOI and MSDSOI. All the analysis was conducted based on tridimensional numeric simulators generated by Atlas software of Silvaco. The comparison among the structures is based on the behavior of SHE, and the influence of this undesirable phenomenon in the main analog parameters. Among them we can mention: the Early voltage, the intrinsic voltage gain, the reason of the transconductance by the electric current, the conductance of drain. While the self-heating effect often results in the improvement of the analog behavior, this effect makes other characteristics much worse, such as the electric current reduction between source and drain. Through the study of multiple gates transistors, with special attention to the MSDSOI structure, which allows the physical contact of the channel with the substrate through Wa Access Window, it is possible to notice that the effects of self-heating present significant improvement while the width of this window is extended, whereas the effectiveness of the control performed by the gate voltage on the electric current is bigger as the Wa gets smaller. This way, the modified FinFETs structures with contact window show a better performance, since they combine the Bulk benefits (lower SHE) with the SOI benefits (better coupling) and a significant increase of the intrinsic voltage gain can be obtained, resulting in an excellent analogic behavior.
Keywords: Transistores
Publisher: Centro Universitário da Fei, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/450
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