Operação de transistores MOS de nanofios e nanofolhas de si empilhados em temperaturas criogênicas - Matos, Giovanni Almeida (2025)
Este trabalho apresenta a caracterização elétrica de transistores MOS de nanofios e nanofolhas de Silício empilhados com dois níveis operando em regime de tríodo, em temperaturas que variam desde altas temperaturas até a faixa criogênica. Será dada ênfase na influência das dimensões dos dispositivos e da orientação cristalográfica sobre os parâmetros elétricos, como tensão de limiar, inclinação de sublimiar e mobilidade dos portadores. Os transistores possuem larguras de aleta (WFIN) variando de 10 nm a 25 nm e comprimento de canal de 100 nm. O estudo foi realizado em duas etapas principais: a caracterização elétrica dos dispositivos em temperatura ambiente e a análise do comportamento elétrico em temperaturas criogênicas, de 380 K a 84 K. A caracterização elétrica em temperatura ambiente revelou que a tensão de limiar apresenta uma fraca dependência com a largura da aleta, enquanto a inclinação de sublimiar tende a ser menor em dispositivos mais estreitos, aproximando-se do limite teórico mínimo de 60 mV/dec. A mobilidade dos portadores foi analisada em diferentes superfícies de condução, mostrando que a mobilidade nas superfícies superior e inferior é aproximadamente três vezes maior do que das laterais, devido à anisotropia da mobilidade dos elétrons em diferentes orientações cristalográficas. A técnica de separação da corrente total em componentes das superfícies superior, inferior e laterais mostrou-se eficaz, permitindo a compreensão do transporte dos portadores nesses diferentes planos e como um parâmetro comparativo para qualidade da fabricação. Nas medidas em função da temperatura, observou-se um aumento linear da tensão de limiar com a redução da temperatura. A inclinação de sublimiar apresentou uma maior degradação, distanciando-se do limite teórico em temperaturas abaixo de 150 K, devido ao aumento da densidade de armadilhas de interface e à presença de band tails. A mobilidade de baixo campo aumentou linearmente com a redução da temperatura, principalmente devido à menor influência do espalhamento por fônons em baixas temperaturas. Também foi realizada a separação das componentes da corrente em função da temperatura, que revelou a preservação da tendência de anisotropia da mobilidade mesmo em baixas temperaturas. Apesar da diferença da inclinação da mobilidade em função da temperatura da mobilidade das diferentes superfícies, essa inclinação se manteve praticamente constante para as larguras de aleta estudados. A medida de auto aquecimento em transistores de nanofios empilhados usando a técnica de Termometria de Resistência de Porta se mostrou inviável, devido ao baixo valor de resistência e sensibilidade com a temperatura do metal de Porta desses dispositivos