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Title: NBTI em transistores sem junções fabricados na tecnologia SOI
Authors: Graziano Júnior, N.
Advisor: Doria, R. T.
Issue Date: 2022
Abstract: Aqui apresenta-se o estudo do efeito Negative Bias Temperature Instability (NBTI) em dispositivos Junctionless Nanowire Transistors (JNTs). Primordialmente, dispositivos JNTs se diferem de dispositivos implementados em tecnologia metal óxido semicondutor (MOS) modo inversão convencionais ou mesmo de dispositivos modo inversão implementados em tecnologia Silicon-On-Insulator (SOI) mais notoriamente, por apresentarem o mesmo tipo de dopagem para canal, fonte e dreno. É de se destacar que essa concepção implique em diversas diferenças entre o funcionamento de dispositivos experimentais JNTs em comparação ás tecnologias mais presentes no mercado. Esse diferencial redunda em um comportamento ímpar quando se aborda a degradação pelo efeito NBTI. Tal efeito é decorrente da existência de átomos de hidrogênio dispersos na interface entre o óxido de porta e o silício do canal. A consequência mais relevante do NBTI consiste no deslocamento da tensão de limiar (VTH) dos dispositivos ao longo do tempo. Para elucidar o mecanismo de ação do efeito NBTI, empreenderam-se diversos estudos de parâmetros que se relacionam a este fenômeno. Insta citar a variação do comprimento no canal, o campo elétrico, a densidade de armadilhas de interface, densidade de lacunas, potencial de superfície, temperatura, entre outros, e como estes se relacionam. Ainda foi considerado o aspecto característico com que a corrente flui pelo canal dos dispositivos JNTs, ou seja, a maior parte flui pelo centro do canal. A premissa que valida o aprofundamento do estudo do efeito NBTI em dispositivos JNTs, vem de trabalho anterior, que demonstrou que dispositivos JNTs apresentam menor degradação NBTI que dispositivos FinFET com características semelhantes. Os resultados colhidos, demonstram de forma bastante incisiva que dispositivos JNTs operando em depleção parcial estão menos sujeitos ao NBTI. Os dados obtidos, também apontam que o campo elétrico vertical que em dispositivos mais comuns, impactam de maneira bastante direta o NBTI, já em dispositivos JNTs, essa relação depende do regime de operação. Ainda é possível afirmar que a qualidade do óxido de porta que se reflete na densidade de armadilhas de interface, é bastante significativa para o NBTI. Por outro lado, a variação da temperatura, tem importância relativamente menor, e em certas condições, vem até a mitigar esse efeito deletério. Há ainda, diversos aspectos e variáveis aqui estudados que incidem na maneira que o NBTI influencia o comportamento dos dispositivos JNTs, Essas particularidades e suas implicações, faz com que essa pesquisa resulte em uma tese com características interessantes
Here we present the study of the Negative Bias Temperature Instability (NBTI) effect in Junctionless Nanowire Transistors (JNTs) devices. Primarily, JNT devices differ from devices implemented in conventional metal oxide semiconductor (MOS) inversion-mode technology or even from inversion-mode devices implemented in Silicon-On-Insulator (SOI) technology, most notably, because they present the same type of doping for channel, source and drain. It is worth noting that this conception implies several differences between the operation of experimental JNTs devices compared to the most present technologies on the market. This differential results in a unique behavior when addressing degradation by the NBTI effect. This effect is due to the existence of hydrogen atoms dispersed at the interface between the gate oxide and the channel silicon. The most relevant consequence of the NBTI is the displacement of the threshold voltage (VTH) of the devices over time. To elucidate the mechanism of action of the NBTI effect, several studies of parameters related to this phenomenon were undertaken. It is urged to mention the variation of the channel length, the electric field, the interface trap density, gap density, surface potential, temperature, among others, and how they are related. The characteristic aspect with which the current flows through the channel of the JNT devices was also considered, that is, most of it flows through the center of the channel. The premise that validates the in-depth study of the NBTI effect on JNT devices comes from previous work, which demonstrated that JNT devices present less NBTI degradation than FinFET devices with similar characteristics. The results collected demonstrate in a very incisive way that JNT devices operating in partial depletion are less subject to NBTI. The data obtained also point out that the vertical electric field that in most common devices impacts the NBTI in a very direct way, whereas in JNT devices, this relationship depends on the operating regime. It is still possible to state that the quality of the gate oxide, which is reflected in the density of interface traps, is quite significant for the NBTI. On the other hand, temperature variation is relatively less important, and under certain conditions, it even mitigates this deleterious effect. There are also several aspects and variables studied here that affect the way the NBTI influences the behavior of JNTs devices. These particularities and their implications make this research result in a thesis with interesting characteristics
Keywords: transistores MOS sem junções JNTs
degradação por NBTI
densidade de armadilhas Nit
variação da temperatura
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
Citation: GRAZIANO JÚNIOR, N. <b> NBTI em transistores sem junções fabricados na tecnologia SOI. </b> 2022. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2022. Disponível em: https://doi.org/10.31414/EE.2022.T.131446.
DOI: https://doi.org/10.31414/EE.2022.T.131446
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