Influência da temperatura sobre o desempenho analógico da associação série assimétrica de transistores SOI MOS

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: D'Oliveira, L. M.
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
• Palavras-chave em Português: Temperatura; Silício; Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/461

Neste trabalho é apresentada uma análise dos efeitos da variação da temperatura sobre as características analógicas da associação série assimétrica (Asymmetric Self-Cascode – A-SC) de transistores nMOS implementados em tecnologia silício sobre isolante (Silicon-On-Insulator – SOI) totalmente depletada (Fully Depleted – FD). A A-SC é constituída por dois transistores associados em série e conectados pelas portas, onde o transistor onde é aplicada a polarização de dreno possui canal mais fracamente dopado que o outro, com a intenção de reduzir efeitos que degradam a condutância de saída. Esta estrutura combina os conceitos da associação em série simétrica (Symmetric Self-Cascode – S-SC), onde ambos transistores possuem mesma concentração de dopantes no canal, e do transistor de canal gradual (Graded Channel – GC), que consiste em um transistor único que possui regiões com diferentes concentrações de dopantes em seu canal. O estudo é realizado por meio de medidas experimentais, comparando transistores únicos, A-SC e S-SC, através da extração do ganho de tensão e da linearidade, entre outros parâmetros, para temperaturas entre 4,2 K a 500 K, com dispositivos de diversas dimensões e concentrações de dopantes. As vantagens promovidas pela estrutura A-SC em relação à S-SC e transistores únicos observadas e reportadas em temperatura ambiente são mantidas para temperaturas altas e baixas. Foi possível notar o aumento da transcondutância e a redução da condutância de dreno, resultando no aumento do ganho intrínseco de tensão. A variação dos comprimentos de canal mostra grande influência do transistor próximo à fonte sobre o comportamento final das curvas características extraídas e do ganho de tensão. Em baixas temperaturas, notou-se uma diferença de mais de 40 dB entre os ganhos de estruturas A-SC compostas por transistores de 0,75 µm e de A-SC compostas por transistores de 1 µm de comprimento de canal. Também foi observado que efeitos de degradação da condutância de dreno, como o efeito Kink, são reduzidos quanto menor a concentração de dopantes no canal dos transistores da associação. A análise do ganho de tensão em altas temperaturas mostra que a degradação da mobilidade resulta em melhor condutância de dreno, melhorando o ganho de tensão. Apesar disso, em temperaturas próximas à temperatura crítica, a transição da operação de um transistor totalmente depletado para parcialmente depletado degrada o ganho. A linearidade foi analisada neste trabalho usando as figuras de mérito a distorção harmônica referente ao segundo e terceiro harmônicos (HD2 e HD3). HD2 foi escolhida por ser aproximadamente equivalente à distorção harmônica total para os casos estudados, enquanto HD3 é a primeira harmônica ímpar, que pode ser muito influente em algumas aplicações, como circuitos balanceados. Observou-se que, em temperatura ambiente, os valores destes dois parâmetros apresentavam-se distantes um do outro, mas a temperatura baixa provocou queda de HD2. As estruturas A-SC mostram menor HD2 e HD3 que a S-SC de mesmas dimensões em todos os casos observados, mesmo com a redução da temperatura.