Estudo do comportamento de transistores FinFETs com subposição de porta aplicados como sensores - Fonseca, William da Silva (2020)
Com a miniaturização dos transistores e com a crescente necessidade de se obter dispositivos mais eficientes, as tecnologias fabricadas em lâminas de silício sobre isolante (SOI) vem se destacando devido aos inúmeros benefícios relacionados ao menor consumo de energia, maiores velocidades de processamento e menores efeitos de canal curto (SCE). Para nós tecnológicos abaixo de 32 nm, mesmo a tecnologia planar SOI começa a sofrer com os efeitos de canal curto e uma das soluções encontradas foi o uso dos transistores de múltiplas portas. Além disso, conhecendo a grande vantagem do transistor SOI FinFET em ambientes sujeitos à radiação de prótons, neste trabalho realizou-se o estudo comparativo entre o transistor SOI FinFET autoalinhado e o transistor SOI FinFET com subposição de porta (underlapped SOI FinFET) afim de se obter resultados que possam qualificar o dispositivo quando aplicado ao sensoriamento de cargas. Inicialmente foi avaliado o impacto da radiação nos parâmetros elétricos do transistor underlapped SOI FinFET através do estudo comparativo entre este transistor e o transistor SOI FinFET autoalinhado. Posteriormente a mesma análise foi realizada considerando ambos os transistores aplicados no sensoriamento da radiação de prótons. Ao longo deste estudo foi avaliado o impacto da variação do comprimento da região de underlap, do tipo de material e da espessura do óxido espaçador nas características elétricas dos transistores FinFETs. A ausência do eletrodo de porta sobre parte do canal causou o aumento da resistência série que, por sua vez, resultou em uma degradação da corrente do estado ligado do dispositivo. Melhores resultados nas características elétricas do dispositivo, como o aumento da corrente de dreno e da transcondutância dos transistores com subposição de porta foram observadas quando utilizados materiais de altas constantes dielétricas (k) e maiores espessuras desta região devido a melhor distribuição do campo elétrico na região de óxido espaçador, o que propicia a redução da resistência série e o retorno da melhoria da performance. Focando no sensoriamento da radiação, observou-se grandes sensitividades considerando duas formas distintas de sensoriamento: i) ao se incrementar o comprimento do underlap e aumentar a permissividade do material desta região para sensores baseados nas comparações entre transistores que apresentam e não apresentam oxido espaçador nesta região. ii) reduzindo-se a permissividade e espessura do óxido espaçador na região de underlap quando utilizamos um único transistor, comparando suas características antes e depois do acumulo de cargas causado pela radiação. Neste segundo caso, atingiu-se uma sensitividade de até 190% quando utilizamos dispositivos com óxido espaçador de SiO2 com baixa espessuras (ex: 2 nm). O alto grau de sensitividade obtido pelo transistor underlapped FinFET se manteve mesmo variando-se a temperatura entre -40ºC e 150ºC (faixa de uso militar), demonstrando que o dispositivo possui características suficientemente fortes para ser utilizado em diversas aplicações de sensoriamento que envolvam o sensoriamento de cargas.