Estudo de transistores de porta tripla (FinFETs) de silício e de germânio. - Oliveira, Alberto Vinicius de (2016)
Este trabalho apresenta um estudo que inclui a comparação experimental entre transistores de porta tripla (FinFETs) fabricados sobre lâminas de Silício-Sobre Isolante (SOI) e os fabricados diretamente sobre a lâmina de silício (de corpo). A caracterização elétrica dos FinFETs foi realizada para canais tipo n e p, a fim de realizar uma avaliação no desempenho tanto de parâmetros para aplicações digitais (tensão de limiar, transcondutância e inclinação de sublimiar), quanto analógicas (ganho intrínseco de tensão, tensão Early, condutância de saída e razão gm/IDS), em temperatura ambiente (25 °C). Além disso, a faixa de comprimento de canal analisado foi de 130 nm a 10 ?m, altura da aleta de 65 nm e a largura da aleta de 20 nm a 250 nm. Ainda, é apresentado um estudo em temperatura, na faixa de 25 °C a 150 °C, focando-se na comparação entre os dispositivos FinFETs SOI e de corpo. Em temperatura ambiente, a variação da tensão de limiar em função do comprimento de canal do transistor é observada primeiro nos dispositivos FinFETs de corpo comparada aos FinFETs SOI. Desta forma, mostra-se que os FinFETs SOI são mais imunes ao efeito de canal curto do que aos FinFETs de corpo. No entanto, um ponto a ser otimizado na tecnologia FinFET SOI é a condução pela segunda interface, uma vez que, esta afeta a inclinação de sublimiar a qual atingiu valores maiores de três vezes (tipo n) e 2 vezes (tipo p) que os FinFETs de corpo, considerando-se aletas largas (130 nm) e comprimentos de canal abaixo de 130 nm. Este efeito degrada diversos parâmetros, tornando assim os FinFETs de corpo mais favoráveis, principalmente, em aplicações analógicas, resultando em níveis de ganho intrínseco de tensão de 10 % a 20% maiores que os FinFETs SOI, para canais tipo n e p, respectivamente. Para a faixa de temperatura de 25 °C a 150 °C, o FinFET de corpo apresentou uma variação da tensão de limiar na ordem de quatro vezes a do FinFET SOI. Por outro lado, o parâmetro de redução da barreira de potencial induzida pela tensão aplicada ao dreno (DIBL) é dependente da tempertura, quando a condução pela segunda interface é observada no FinFET SOI. Por fim, na faixa de temperatura estudada os parâmetros para aplicações analógicas não apresentaram variações significativas, quando comparado aos da temperatura ambiente. Além disso, este trabalho apresenta um comparação do desempenho elétrico de FinFETs de germânio (canal tipo p), os quais apresentam diferentes processos de substrato (integração de germânio sobre silício), por meio do estudo de ruído em baixa frequência (LFN) e parâmetros para aplicações digitais. Notou-se que os diferentes substratos interferem no desempenho dos dispositivos, principalmente na região de sublimiar, na qual necessita de uma otimização de processo de crescimento epitaxial do substrato, a fim de reduzir o nível de corrente elétrica de fuga entre dreno e substrato. Como consequência da alta densidade de defeitos no substrato virtual de germânio, a corrente elétrica de dreno atingiu uma ordem de grandeza maior do que os demais processos. Por meio da análise de ruído em baixa frequência, constatou-se que há defeitos no interior do canal dos transistores, os quais são termicamente ativados e afetam a região de sublimiar. Além do mais, os dispositivos com tensionamento compressivo, de ambos os processos STI first e STI definida depois (STI last), apresentaram uma mobilidade efetiva de portador três vezes maior comparado ao processo STI last sem tensionamento do canal, a uma temperatura de operação de 77 K.