Estruturas de indutores monolíticos para circuitos RF na tecnologia MOS. - Moreira, Luiz Carlos (2002)
Atualmente, vários pesquisadores têm discutido sobre a implementação de indutores e transformadores em circuitos integrados, pois há diversos fatores que degradam seus desempenhos como: resistividade do metal, resistividade do substrato, posição das espiras do indutor e geometria. Sendo assim, resolvemos melhorar a estrutura e a posição das espiras do indutor, porque os demais fatores são limitados pelas variáveis do processo. Desse modo, apresentaremos três novas estruturas de indutores utilizando tecnologia MOS (Metal Oxide Semidonductor) através do processo 0,25 e 0,18 \'mü\' com seis camadas de metal e uma de polisilício. Em contrapartida, esta tecnologia apresenta alguns problemas para projetos indutores e transformadores para aplicação em circuitos RF devido ao substrato com baixa resistividade. Com isso, é justificável ousar em aprimorar técnicas aplicadas a novas estruturas de bobinas. Pois, com os processos MOS atuais é possível projetar estruturas básicas com até três indutores numa mesma área para o indutor solenóide. Também, é possível implementar indutores retangulares na posição vertical com máximo de três espiras. Conseqüentemente, há possibilidades de implementar uma estrutura toroidal, porque os processos desta tecnologia estão sofrendo um acentuado avanço na diminuição do comprimento de canal do transistor e aumento no número de camadas de metal. Com isso, há maiores freqüências de operação, maior integração e melhores vantagens para o projeto deindutores e transformadores integrados, conseqüentemente, um menor custo. O indutor ou transformador em formato espiral e retangular na posição vertical apresenta os fluxos magnéticos voltados para o plano horizontal. Estas estruturas permitem uma economia de área de aproximadamente 50% em relação aos indutores tradicionais para uma mesma indutância. ) Isto ocorre porque ela ocupa todo o espaço para os segmentos de metal, em contrapartida com o indutor quadrado que necessita de uma área reservada para o núcleo. Para mostrar a eficiência das novas estruturas de indutores realizamos cerca de 115 simulações utilizando o software SONNET com indutores tradicionais e as novas estruturas propostas. A finalidade destas simulações é comparar o comportamento das novas estruturas em relação ao fator Q, defasagem do sinal, magnitude em dB, auto-indutância, indutância mútua positiva e negativa. Para isso, utilizaremos o parâmetro s11 com freqüências de 1 a 6GHz. Além disso, implementamos dois circuitos integrados no CCS (Centro de Componentes e Semicondutores) da Unicamp utilizando um processo que faz uso de 2 níveis de metal. Um dos circuitos foi implementado com 16 indutores solenóides com largura e espaçamento entre os segmentos variando entre 20\'mü\' e 5\'mü\'. O outro circuito também foi implementado com 16 indutores, sendo que 8 indutores são quadrados de mono e multicamadas e os outros são indutores com estruturas Zig-zag