Influência de parâmetros tecnológicos e geométricos sobre o desempenho de transistores SOI de canal gradual - Assalti, R. (2015)
Este trabalho tem como objetivo estudar a influência de parâmetros tecnológicos, geométricos e de polarização sobre o comportamento analógico dos transistores Silício-Sobre-Isolante nMOSFET de Canal Gradual (GC SOI), comparando-os com os dispositivos SOI convencionais, a partir de resultados obtidos através de medidas experimentais e simulações numéricas bidimensionais de dispositivos e de processo. Resultados recentes de transistores GC SOI mostraram, para uma tecnologia SOI comercial totalmente depletada de 150 nm, que um comprimento da região fracamente dopada de 100 nm proporciona o maior aumento do ganho de tensão de malha aberta, independentemente do comprimento total de canal, em comparação com um transistor de canal uniformemente dopado de mesma dimensão total. De modo a confirmar a existência do comprimento da região fracamente dopada que otimiza o ganho de tensão de malha aberta para a tecnologia de 2 µm da Universidade Católica de Louvain, foi estudado o desempenho analógico dos transistores GC com variações nos comprimentos total de canal e da região fracamente dopada. A influência de parâmetros tecnológicos, tais como concentração de dopantes da região fortemente dopada, espessuras da camada de silício e do óxido de porta, também foi avaliada, mantendo em todos os casos, o transistor operando em depleção completa. Por meio de simulações, foi constatado que o aumento no valor destes parâmetros eleva o comprimento da região fracamente dopada que otimiza o ganho de tensão intrínseco. A espessura do filme de silício mostrou ser o parâmetro tecnológico que menos influencia este comprimento otimizado. O aumento da concentração de dopantes da região fortemente dopada e do comprimento total de canal permitiu o maior incremento no máximo ganho de tensão de malha aberta, sendo observada uma elevação de aproximadamente 18 e 100 dB, respectivamente. A frequência de ganho unitário melhorou significativamente com o aumento da concentração de dopantes da região fortemente dopada para longos comprimentos da região fracamente dopada, uma vez que a mais alta concentração de dopantes reduz o comprimento efetivo de canal. A influência da polarização de porta também foi analisada, sendo notado que o aumento desta provoca uma diminuição tanto do comprimento da região fracamente dopada que maximiza o ganho de tensão de malha aberta quanto do próprio ganho de tensão intrínseco. Outro parâmetro analógico analisado neste presente estudo foi a tensão de ruptura de dreno. Ao contrário do ganho de tensão intrínseco, não foi verificado deslocamento do comprimento da região fracamente dopada que otimiza a tensão de ruptura de dreno com variações da sobretensão de condução. Experimentalmente, o comprimento da região fracamente dopada para máxima tensão de ruptura de dreno se manteve em 0,5 µm, o qual é menor do que o comprimento da região fracamente dopada para máximo ganho de tensão intrínseco. Adicionalmente, foi realizada uma análise comparativa em aplicações com espelhos de corrente do tipo fonte comum entre transistores SOI uniformemente dopados e de canal gradual, e associação série de transistores SOI. Quando a associação série de transistores SOI é constituída por dois transistores de concentração de dopantes diferentes (Associação Série Assimétrica – A-SC), seu comportamento se assemelha ao transistor de canal gradual. Pela primeira vez, comprovou-se o melhor desempenho de transistores A-SC em circuitos analógicos. A associação série assimétrica e os transistores de canal gradual promoveram maiores resistência de saída e excursão do sinal de saída, bem como melhor precisão de espelhamento em espelhos de corrente fonte comum quando comparada com o mesmo circuito implementado com transistores convencionais de canal longo, com desempenho ainda superior para os espelhos de corrente formados por transistores de canal gradual.