Estudo de um amplificador operacional de transcondutância projetado com transistores de nanofios de porta ômega.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Araújo, Gustavo Vinicius de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: FinFET; Microelectronics; Microeletrônica; Nanofios; Nanowires; OTA; Verilog-A
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29012025-095936/

Os transistores MOSFETs têm evoluído constantemente para alcançar uma maior integração e eficiência ao longo do tempo. Inicialmente surgiram os transistores SOI como uma solução para os problemas dos MOSFETs convencionais, como os efeitos de canal curto. No entanto, à medida que as dimensões dos dispositivos continuam a reduzir, mesmo a tecnologia SOI enfrenta limitações, levando ao desenvolvimento de novas técnicas de fabricação para alcançar nós tecnológicos nanométricos. Assim, surgiram os transistores de múltiplas portas, como o FinFET, que se destacam pela sua estrutura inovadora e eficiente, oferecendo imunidade à radiação, resistência à temperatura e maior tolerância aos efeitos de canal curto, seguidos por evoluções como os FinFETs de porta 3+ e os transistores GAA, que continuam a impulsionar os avanços na tecnologia MOSFET. Uma evolução dos FinFETs de porta-ômega (porta 3+) que possuem a aleta alta e estreita, é o transistor fabricado em nanofios de porta ômega, estudado neste trabalho. Com aleta estreita e reduzindo-se a altura da aleta, as portas resultantes do processo de fabricação são arredondadas, formando um nanofio de silício. Essa estrutura apresentou diversos benefícios devidos ao melhor acoplamento eletrostático tanto nos parâmetros digitais e quanto nos analógicos como inclinação de sublimiar (SS), redução da barreira induzida por dreno (DIBL), transcondutância (gm), tensão de limiar (VT), transcondutância na saturação (gmsat), condutância de drenagem (gd) e ganho intrínseco (AV). Um processo de fabricação menos complexo e mais próximo dos FinFETs já bem consolidados na indústria é outro ponto que traz este dispositivo como um promissor sucessor dos transistores FinFETs utilizados atualmente na indústria no projeto de circuitos integrados. Neste trabalho, além de investigar os parâmetros elétricos essenciais, foi desenvolvido um Amplificador de Transcondutância de 2 estágios (OTA) utilizando nanofios de porta ômega. Para esta pesquisa, um modelo de transistor foi criado em verilog-a com base em medidas laboratoriais, servindo de base para o desenvolvimento do OTA de 2 estágios. Foi feita também uma comparação entre diferentes amplificadores utilizando diversas tecnologias de dispositivos, destacando- 4 se o desempenho superior do OTA com nanofios de porta ômega. O estudo incluiu ainda a variação da polarização do amplificador para identificar o ponto ótimo de compromisso entre ganho e frequência, revelando um pico de ganho para um gm/ID de 8V-1. Os resultados destacaram-se por um bom ganho de tensão de 60,85 dB e um excelente produto ganho-banda (GBW) de 602 MHz, além de exigir um menor capacitor de compensação para garantir a estabilidade do sistema.