Estudo comparativo da tensão de limiar, comprimento efetivo de canal, resistência série de fonte e dreno e de gm/IdsxIds/(W/L) entre o cynthia e o PSG com tecnologias de canal convencional e gradual
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2009
Autores
Oliveira, D. R.
Orientador
Gimenez, S. P.
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Citação
OLIVEIRA, D. R. Estudo comparativo da tensão de limiar, comprimento efetivo de canal, resistência série de fonte e dreno e de gm/IdsxIds/(W/L) entre o cynthia e o PSG com tecnologias de canal convencional e gradual. 2009. 159 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2009 Disponível em: . Acesso em: 25 jan. 2010.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor,Engenharia elétrica
Resumo
A crescente demanda por dispositivos eletrônicos integrados com baixa potência e baixa tensão motiva a comunidade científica na busca de novas tecnologias que supram estas necessidades. Atualmente, os dispositivos MOSFETs com porta circundante apresentam grande potencial para o futuro dos circuitos analógicos com baixa potência e baixa tensão. Dentre estes dispositivos destacam-se o "Pillar Surrounding Gate" (PSG), de seção transversal quadrada e o Cynthia, de seção transversal circular. Neste trabalho é apresentado o estudo comparativo entre o PSG e o Cynthia SOI nMOSFETs com tecnologias convencional e de canal gradual, visando aplicações analógicas. Para tanto, através do editor de estruturas semicondutoras DevEdit3D, foram geradas estruturas tridimensionais dos dispositivos PSG e CYNNTHIA nMOSFETs de canal convencional e gradual. No caso dos dispositivos de canal convencional, foram geradas estruturas variando-se o comprimento e a largura de canal, e para os dispositivos com canal gradual, foi variado o comprimento da região de dopagem natural ("low doped"). Devido à geometria da seção transversal do dispositivo PSG SOI nMOSFET ser quadrada, o mesmo possui forte influência dos cantos em seu comportamento, ao contrário do Cynthia SOI nMOSFET cuja seção transversal é circular e isenta de tais efeitos por não apresentar cantos, o que lhe confere um melhor controle do canal. Foram realizadas simulações numéricas tridimensionais (ATLAS), a fim de determinar as curvas características da corrente entre fonte e dreno em função da tensão entre porta e fonte dos dispositivos PSG e Cynthia de canal convencional e gradual. A partir destas curvas foi possível extrair importantes figuras de mérito tais como: tensão de limiar, inclinação de sub-limiar, resistência série, transcondutãncia e a razão da transcondutância pela corrente entre fonte e dreno normalizada em relação ao fator geométrico [gm/IDsxIDs/(W/L). Quando se observa os valores de gm/IDsxIDs/(W/L) com os dispositivos operando nas mesmas condições de polarização, verifica-se grande superioridade do dispositivo Cynthia sobre o PSG (20% nas regiões de inversão fraca e moderada), independentemente do canal ser convencional ou gradual. Comparando-se os mesmos dispositivos, porém com relação a tecnologia de canal utilizada, convencioonal ou gradual, podemos observar que os dipositivos com o canal gradual apresentam melhores valores de gm/IDsxIDs/(W/L) do que os dispositivos de canal convencional, nas regiõe de inversão fraca e moderada. Portanto, assim como os dispositivos Cynthia são superiores comparados aos dispositvos PSG, da mesma forma, quando compara-se os dispositivos de canal gradual com os dispositivos de canal convencional, verifica-se que os dispositivos de canal gradual também são superiores comparados aos dispositivos de canal convencioanl. Logoa tanto os dispositivos Cynthia, independentemente da tecnologia de canal, quanto os dispositivos de canal gradual, independemente de serem Cynthia ou SPG, são excelentes alternativas para aplicações de circuitos integrados analógicos
The increasing demand for integrated electronic devices with low power and low voltage characteristics motivates the scientific community in the search of new technologies that supply these necessities. Nowadays, the MOSFETs devices with surrounding gate present great potential for the future of the analog integrated circuits with low power and low voltage. Amongst these devices stand out the "Pillar Surrounding Gate" (PSG), of sqaure cross-section. In this work, the comparative study between the PSG and Cynthia SOI nMOSFETs with conventional and graded channel technologies, aiming the analogical applications, is presented. Therefore, through the semiconductor structuress editor DevEdit3D, three-dimensional structures of the PSG and Cynthia nMOSFETs with conventional and graded channel had been generated varying the channel width and length, and in the case of the devices with graded channel technology, the channel width and length, and in the case of the devices with graded techn ology, the length of the natural doped region was varied. Due to geometry of the transversal section of PSG SOI nMOSFET to be square shaped, it presents strong influence of the corner effect. On the other hand, the transversal section of Cynthia SOI nMOSFET is circular, what confers it a better control of the channel. Three-dimensional numerical simulations (ATLAS) have been performed in order to determine the characteristic curves of current between drain and source as a function of the gate and source voltage, subthreshold slope, series resistance, transcondutance and the ratio of the current between drain and source normalized by the geometric factor [gm/IDsxIDs/(W/L)]. When observed the gm/IDsxIDs/(W/L) values with the same polarization conditions, it verifies the superiority of the devices Cynthia in comparison of PSG (20% in regions of weak and moderate inversion), independently if conventional or graded channel. Comparing the same devices, but as for the technology channel used, conventional or graded, can be observed that the devices with graded channel present best values of gm/IDsxIDs/(W/L) than the conventional channel devices, in the regions of weak and moderate inversion. Therefore, as the Cynthia devices are superior compared to PSG devices, the same way, when compared to the graded channel devices with conventional channel devices, it appears that the graded channel devices are also higher compared to conventional channel devices, so both Cynthia devices, regardless of the technology channel, and the graded channel devices, whether Cynthia or PSG, are excellent alternatives for applications of analog integrated circuits
The increasing demand for integrated electronic devices with low power and low voltage characteristics motivates the scientific community in the search of new technologies that supply these necessities. Nowadays, the MOSFETs devices with surrounding gate present great potential for the future of the analog integrated circuits with low power and low voltage. Amongst these devices stand out the "Pillar Surrounding Gate" (PSG), of sqaure cross-section. In this work, the comparative study between the PSG and Cynthia SOI nMOSFETs with conventional and graded channel technologies, aiming the analogical applications, is presented. Therefore, through the semiconductor structuress editor DevEdit3D, three-dimensional structures of the PSG and Cynthia nMOSFETs with conventional and graded channel had been generated varying the channel width and length, and in the case of the devices with graded channel technology, the channel width and length, and in the case of the devices with graded techn ology, the length of the natural doped region was varied. Due to geometry of the transversal section of PSG SOI nMOSFET to be square shaped, it presents strong influence of the corner effect. On the other hand, the transversal section of Cynthia SOI nMOSFET is circular, what confers it a better control of the channel. Three-dimensional numerical simulations (ATLAS) have been performed in order to determine the characteristic curves of current between drain and source as a function of the gate and source voltage, subthreshold slope, series resistance, transcondutance and the ratio of the current between drain and source normalized by the geometric factor [gm/IDsxIDs/(W/L)]. When observed the gm/IDsxIDs/(W/L) values with the same polarization conditions, it verifies the superiority of the devices Cynthia in comparison of PSG (20% in regions of weak and moderate inversion), independently if conventional or graded channel. Comparing the same devices, but as for the technology channel used, conventional or graded, can be observed that the devices with graded channel present best values of gm/IDsxIDs/(W/L) than the conventional channel devices, in the regions of weak and moderate inversion. Therefore, as the Cynthia devices are superior compared to PSG devices, the same way, when compared to the graded channel devices with conventional channel devices, it appears that the graded channel devices are also higher compared to conventional channel devices, so both Cynthia devices, regardless of the technology channel, and the graded channel devices, whether Cynthia or PSG, are excellent alternatives for applications of analog integrated circuits