Estudo da mobilidade em dispositivos SOI planares e de múltiplas portas. - Santos, Carolina Davanzzo Gomes dos (2010)
Este trabalho apresenta o estudo do comportamento da mobilidade de portadores em transistores SOI nMOS e pMOS avançados planares e de porta tripla através de simulações tridimensionais e resultados experimentais. Devido à sua estrutura física, os transistores de porta tripla apresentam duas mobilidades, uma referente ao canal de condução na porta superior (orientação cristalográfica ) e uma referente ao canal de condução das portas laterais (orientação cristalográfica ). Inicialmente foi feito um estudo comparativo dos métodos de extração da mobilidade através de simulações numéricas tridimensionais dos dispositivos de porta tripla, tendo como objetivo analisar o comportamento dos diferentes métodos de extração da mobilidade efetiva de portadores e separação das mobilidades da porta superior e laterais, para fazer a escolha dos métodos mais adequados para aplicação nos resultados experimentais. De modo geral todos os métodos estudados sofrem maior influência com a redução do comprimento de canal devido aos efeitos da resistência série e de canal curto. Dentre os métodos estudados o que apresenta maior influência com a redução do comprimento de canal é o por gm,máx que apresentou maiores erros. E o método por Y-function apresentou o melhor comportamento com a redução do comprimento de canal, seguido pelo método Split C-V. Para os dispositivos com comprimento de canal acima de 0,5micro metros o maior erro encontrado foi de 13% para os métodos McLarty e Y-function. Neste caso os métodos por gm,máx e Split C-V apresentaram melhores resultados. Com relação à largura de canal os métodos por gm,máx e Split C-V tiveram os melhores resultados com a utilização de dispositivos de porta tripla. Foi observado que para dispositivos com Wfin maior que 0,7 micro metros os maiores erros encontrados foram de 11,2 % para o método Y-function e 10% para o método por gm,máx. No entanto, para dispositivos com Wfin menores que 0,7 micro metros os métodos Y-function e McLarty apresentaram os piores resultados chegando a quase 50% de erro para o dispositivo mais estreito (Wfin = 50nm). Quanto aos métodos de separação das mobilidades todos os métodos estudados apresentaram bons resultados e se mostraram eficientes mostrando um erro máximo de 11,3%. O que os diferencia é o grau de dificuldade de aplicação. Posteriormente foram realizadas medidas experimentais a fim de possibilitar o entendimento dos fenômenos físicos relacionados à mobilidade de portadores. Primeiramente foram analisados os dispositivos de porta tripla em temperatura ambiente e em baixa temperatura para dispositivos nMOS e pMOS. O estudo foi feito em dispositivos com diferentes comprimentos e larguras de canal a fim de analisar os efeitos das dimensões nesta tecnologia. Em seguida são apresentados os resultados para dispositivos SOI avançados planares em temperatura ambiente com variação da largura de canal e com aplicação de tensão no substrato, com objetivo de analisar o comportamento da mobilidade na primeira interface (óxido de porta/canal) e na segunda interface (óxido enterrado/canal). Esse estudo foi realizado com a aplicação de dois diferentes métodos de extração da mobilidade. Por fim foi feito um estudo de um novo método para extração da mobilidade de portadores chamado de magnetoresistência que consiste na aplicação de um campo magnético perpendicular ao fluxo de corrente do transistor. O uso do campo magnético altera a resistividade do canal, de onde é possível extrair a mobilidade. Foram apresentados os resultados com a utilização deste método para os dispositivos de porta tripla tipo nMOS com variação do comprimento de canal (90 a 910 nm) e da temperatura (200K a 77K).