Aplicação do método SPLIT-CV para obtenção da mobilidade em nanofios transistores MOS - Ccoto, Coco Urbano (2022)
Este trabalho tem por objetivo analisar a mobilidade dos nanofios transistores MOS, com diferentes larguras de aleta de Si que foi extraído usando a técnica de SPLIT-CV. Para realização deste trabalho de dissertação, foram utilizadas medidas experimentais de nanofios transistores MOS de porta tripla, fabricados em tecnologia de SOI (Silicon-On-Insulator). Na introdução teórica foram explicados os fatores que influenciam a mobilidade total dos portadores como: tensão de substrato e largura da aleta. Foi comprovado, através dos resultados das extrações, uma melhora significativa na mobilidade, por exemplo para o dispositivo de 12nm, com aplicação da tensão de substrato de 20V, obteve uma melhoria da de aproximadamente 12%, e para o transistor de 82nm obteve uma melhora de 30%. Outro ganho importante a ser mencionado, foi da mobilidade total entre o transistor de 12nm e de 82nm , de aproximadamente 24%, para tensão de substrato de 0V. Com polarização do substrato de 20V foi de aproximadamente 39%. Considerando o fator da influência da largura de aleta, os transistores obtiveram um ganho médio de 19% a cada variação da largura de aleta. Isso comprova claramente que ao combinar a variação da tensão de substrato com a variação da largura de aleta, é possível atingir melhores valores de mobilidade, onde o deslocamento do centroide do canal, que é uma região do canal, onde os portadores atingem maiores velocidades, e são menos influenciados por mecanismos de espalhamento, como rugosidade da superfície µSi, que degradam a mobilidade. Este último fator, está fortemente relacionado com a orientação cristalográfica das portas do canal, que foi explicado em uma seção dedicada ao estudo e extração das mobilidades nas regiões do canal, chamadas de front channel, que é uma região composta entre o óxido de porta e o semicondutor; e a região do back-channel, região inferior do canal composta entre o óxido enterrado e o semicondutor, que é controlada pela tensão de substrato. Para extração da mobilidade, sem tensão de substrato, na região do front channel, no plano superior e laterais dos transistores, foi usado a técnica de separação por corrente de superfície, juntamente com as equações de SPLIT-CV. Os resultados obtidos, demonstraram o ganho da mobilidade, entre o primeiro nanofio de 12nm e o último de 82nm, de 10% no plano superior, comprovando que a mobilidade de elétrons é maior no plano superior que nas laterais para todas as amostras. Para confirmar os resultados obtidos, as somatórias das mobilidades foram comparadas com os valores da mobilidade efetiva total, gerando uma efetividade do método de 88%, indicando que a técnica de extração condiz com a teoria da mobilidade dos portadores. Adicionalmente, ao aplicar uma polarização de substrato de 20V, foi possível observar uma região inversão na estrutura dos nanofios na região do back-channel, atuando como uma quarta porta em volta do canal. O método de extração anteriormente mencionado, não gerou resultados confiáveis. A fim de obter a mobilidade na região controlada pela porta do substrato, foi usado um método, extraído da literatura, que também aplica o uso das equações do SPLIT-CV. Comprovando que a mobilidade na região de back-channel é maior para todas as amostras os nanofios, em comparação a mobilidade total, isso indica que a condução começa primeiro na região do back channel e a partir de um valor de tensão de porta, as cargas na região do back-channel perdem representatividade na mobilidade total, reduzindo seu valor devido a mecanismos de espalhamento como rugosidade de superfície que degrada a mobilidade. Em contrapartida, a porta superior do front channel começa a ter maior controle eletrostático das cargas e a mobilidade total passa a ser uma combinação das mobilidades nas regiões do back-channel e front channel. Para avaliar os resultados, os mesmos processos de extração foram aplicados para simulações numéricas feitas no computador onde foi possível validar o comportamento das cargas nos transistores, onde método de separação por corrente de superfície obteve uma efetividade de 97%