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Title: Impacto da utilização da associação série assimétrica de transistores SOI nas características elétricas de espelhos de corrente
Authors: Gomes, M. F.
Advisor: Souza, Michelly de.
Issue Date: 2015
Abstract: Este trabalho tem o objetivo de estudar o comportamento de espelhos de corrente de fonte comum implementados com Associações Séries Simétricas e Assimétricas de transistores SOI nMOSFET totalmente depletados, comparando-os com os resultados do mesmo circuito implementado com dispositivos SOI individuais. O estudo foi realizado avaliando suas características elétricas a partir de resultados adquiridos através de simulações uméricas bidimensionais e de medidas experimentais destes circuitos. Inicialmente, foram avaliadas, através de simulações numéricas bidimensionais, as características elétricas básicas de transistores SOI convencionais como tensão de limiar, efeitos de canal curto, efeitos causados por elevado campo elétrico e as características analógicas destes dispositivos. Logo após esta análise inicial, foram simuladas as associações séries de transistores SOI MOSFET, sendo elas simétricas (dois transistores com mesma tensão de limiar) e assimétricas (tensões de limiar diferentes para os dois transistores da associação). Foram demonstrados os ganhos já reportados, avaliados em estudos anteriores destas associações, tais como o aumento da transcondutância, a redução da condutância de saída e o aumento do ganho de tensão intrínseco. Também são apresentadas as características dos espelhos de corrente de fonte comum como precisão de espelhamento e os principais parâmetros que afetam esta característica em um espelho de corrente, tais como descasamento entre dispositivos do espelho de corrente, resistência e excursão de saída. Com os dispositivos analisados como transistores simples foram realizadas simulações numéricas bidimensionais através do software ATLAS para averiguar o comportamento destes em espelhos de corrente de fonte comum. Foram analisadas as características de precisão de espelhamento, descasamento entre dispositivos, resistência e excursão de saída, onde os espelhos de corrente compostos por dispositivos com associações série simétrica apresentaram comportamento semelhante ao dos espelhos de corrente formados por dispositivos SOI convencional de mesmo comprimento total de canal, com melhorias significativas somente na excursão de saída. Já os espelhos de corrente compostos por dispositivos de associações série assimétricas apresentam melhoras na excursão de saída e na resistência de saída. Posteriormente, foram realizadas simulações numéricas bidimensionais através do software ATLAS, para averiguar a influência do comprimento de canal dos dois transistores que compõem a associação série, sobre o comportamento dos espelhos de corrente de fonte comum. Para iniciar os trabalhos, foi realizada a comparação entre dispositivos SOI convencionais variando seu comprimento de canal de 1µm até 4µm e comparando estes com associações série simétricas, como também com as associações série assimétricas com mesmo comprimento total de canal (L=LS+LD, onde LS é comprimento de canal do transistor próximo à fonte e LD é o comprimento de canal do transistor próximo ao dreno). Esta comparação foi realizada através do comportamento das associações frente aos dispositivos convencionais, onde foi verificado que as associações série simétricas possuem comportamento semelhante aos transistores SOI convencionais de mesmo comprimento total de canal, porém com melhorias em algumas características como aumento da tensão de ruptura. Já as associações séries assimétricas apresentam comportamento semelhante ao do dispositivo convencional próximo à fonte e de comprimento LS, que possui alta concentração de dopantes, além de apresentar melhorias em características como transcondutância, condutância de saída e ganho de tensão, sempre quando comparados ao transistor convencional de mesmo comprimento total. Semelhantes às feitas para simulações numéricas bidimensionais, avaliando tanto transistores SOI convencionais simples como também as associações série simétrica e assimétrica aplicadas em espelhos de corrente de fonte comum, comparando estes dispositivos com as tendências obtidas através das análises realizadas para as simulações. Concluindo o estudo, comprovou-se que associações série assimétricas possuem melhor desempenho em espelhos de corrente do que transistores SOI convencionais, em parâmetros como excursão e resistência de saída, apresentando comportamento similar nos parâmetros de espelhamento
The main objective of this paper is to study the commum source current mirror behavior implemented with the Symmetric and Asymmetric Self-Cascode of nMOSFET totally depleted SOI transistors, comparing them to the results of the same circuit implemented with individual SOI devices. The study was made evaluating their electrical characteristics from the results acquired through bidimensional numerical simulations and experimental measures from these circuits. Initially were evaluated, through bidimensional numerical simulations, the basic electrical characteristics from conventional SOI transistors as threshold voltage, short channel effect, effects caused by high electrical field and the analog characteristics from these devices. Right after this first analysis, was simulated the MOSFET SOI transistors Self-cascode, wich are Symmetric (two transistors with the same threshold voltage) and Asymmetric (threshold voltage different for the two association transistors). Were proven that the gains already reported that were evaluated in previous studies for these associations, such as transconductance increase, the output conductance reduction and intrinsic voltage gain increase. Area also presented in this paper the common source current mirrors characteristics as mirroring precision and the main parameters that affect this characteristic in a current mirror, such as device decoupling from the current mirror, the resistance and output excursion. Subsequently, were made bidimensional numeric simulations through ATLAS software, to verify the two transistors channel length influence that compose the self-cascode, over the common source current mirror behavior. To start, was made a comparison of conventional SOI devices, varying their channel length from 1µm to 4µm and comparing it with Symmetric association, as well as with Asymmetric association with the amount of channel length (L=LS+LD, where LS is the channel length from the transistor next to the source and LD is the channel length from the transistor next to the drain). This comparison was made through the associations behavior facing the conventional devices for distinctive groups, which was verified that the Symmetric self-cascode with the same total length has similar behavior to the conventional SOI transistors, but with improvements in some characteristics as rupture voltage increase. However, the Asymmetric self-cascode present similar behavior to the conventional device next to the source and the LS length that has high doping concentration, in addition to present improvements in characteristics with transconductance, output conductance and voltage gain whenever compared to the conventional transistor with the same total length. With the analyzed devices as simple transistors were made bidimensional numeric simulations through the ATLAS software to verify the transistors behavior in common source current mirror. Were analyzed the mirroring precision, the decoupling between devices, the resistance and output excursion characteristics, where the current mirrors made by devices with Symmetric self-cascode presented similar behavior to the current mirror made by conventional SOI devices with same channel total length, with significant improvements only in the output excursion, however the current mirror made with Asymmetric self-cascode present improvements in the output excursion and in the output resistance. With the devices supplied by UCLouvain were made the same analysis as for the bidimensionals numeric simulations, evaluating both simple conventional SOI transistors and the Symmetric and Asymmetric self-cascode applied in common source current mirrors, comparing these devices with analysis made for the simulations. Completing the study, it was proven that the Asymmetric self-cascode has a better performance in the current mirror than conventional SOI transistors in parameters as output excursion and resistance, presenting similar behavior in the mirroring parameters.
Keywords: Transistores
Associação série simétrica
Associação série assimétrica
Publisher: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/481
Appears in Collections:Teses e Dissertações

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