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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2008.tde-09022009-190025
Documento
Autor
Nome completo
Paula Ghedini Der Agopian
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2008
Orientador
Banca examinadora
Martino, João Antonio (Presidente)
Diniz, José Alexandre
Giacomini, Renato Camargo
Onmori, Roberto Koji
Santos Filho, Sebastião Gomes dos
Título em português
Estudo do efeito de elevação atípica da transcondutância na região linear de polarização em dispositivos SOI nMOSFETS ultra-submicrométricos.
Palavras-chave em português
Circuitos integrados MOS
Microeletrônica
Resumo em português
Este trabalho apresenta o estudo do efeito de elevação atípica da transcondutância na região linear de polarização devido ao efeito de corpo flutuante induzido pela porta (Gate Induced Floating Body Effect - GIFBE) de transistores da tecnologia SOI nMOSFET. Este estudo foi realizado com base em resultados experimentais e em simulações numéricas, as quais foram essenciais para o entendimento físico deste fenômeno. Além de contribuir com a explicação física deste fenômeno, este trabalho explora o efeito de corpo flutuante em diferentes estruturas (transistor de porta única, transistor de porta gêmea, transistor de múltiplas portas e transistores de canal tensionado), diferentes tecnologias e em função da temperatura (100K a 450K). A partir do estudo realizado em dispositivos SOI de porta única analisouse a influência das componentes da corrente de porta que tunelam através do óxido de porta do dispositivo, o potencial da região neutra do corpo do transistor, a taxa de recombinação de portadores, o impacto da redução da espessura do óxido de porta e também as dimensões físicas do transistor. Na análise feita da redução do comprimento de canal, verificou-se também que o GIFBE tende a ser menos significativo para dispositivos ultra-submicrométricos. Analisou-se também o efeito da elevação atípica da transcondutância para transistores SOI totalmente depletados, para os quais, este efeito ocorre apenas quando a segunda interface está acumulada, para as duas tecnologias estudadas (65nm e 130nm). A análise dos dispositivos de porta gêmea, que tradicionalmente são usados com a finalidade de minimizar o efeito de elevação abrupta de corrente de dreno, mostrou uma redução do GIFBE para este tipo de estrutura quando comparada à de porta única devido ao aumento da resistência série intrínseca à estrutura. O efeito de corpo flutuante também foi avaliado em função da temperatura de operação dos dispositivos. Para temperaturas variando de 100K a 450K, notou-se que o valor do limiar de GIFBE aumentou tanto para temperaturas acima de 300K quanto abaixo da mesma. Quando estes resultados são apresentados graficamente, observa-se que o comportamento do limiar de GIFBE com a temperatura resulta no formato de uma letra C, onde o valor mínimo está a 300K. Este comportamento se deve à competição entre o processo de recombinação e a degradação efetiva da mobilidade. Uma primeira análise do GIFBE em diferentes estruturas de transistores também foi realizada. Apesar dos transistores de canal tensionado apresentarem o efeito para valores menores de tensão de porta, este efeito se manifesta com menor intensidade nestes transistores, devido a alta degradação da mobilidade efetiva apresentada pelo mesmo. Entretanto, quando o foco são os transistores de múltiplas portas, os resultados obtidos demonstram que apesar destes dispositivos terem sido fabricados com dielétrico de porta de alta constante dielétrica, o GIFBE ainda ocorre. Esta ocorrência do GIFBE em FinFETs é fortemente dependente da largura do Fin, da dopagem da região de canal e conseqüentemente do acoplamento das portas laterais com a superior.
Título em inglês
Study of gate induced floating body effect in the linear bias region in deep submicrometer nMOSFETs devices.
Palavras-chave em inglês
FinFETs
Gate induced floating body effect
SOI technology
Strained transistors
Transconductance second peak
Resumo em inglês
This work presents the study of the Gate Induced Floating Body Effect (GIFBE) that occurs in the SOI MOSFET technology. This study has been performed based on experimental results and on numerical simulations, which were an essential auxiliary tool to obtain a physical insight of this effect. Besides the contribution on the physical explanation of this phenomenon, in this work, the floating body effect was evaluated for different structures (single gate and twin-gate transistors), different technologies (130nm and 65nm SOI CMOS technology) and as a function of the temperature (100K to 450K). From the study of the single gate devices, it was evaluated the gate tunneling current influence on GIFBE, the body potential in the neutral region, the recombination rate, the front gate oxide thickness reduction impact, besides the physical dimensions of the transistor. In the performed analysis, taking into account the channel length reduction, it was verified that the GIFBE tends to be less important for ultra-submicron devices. The GIFBE only occurs for fully depleted devices when the second interface is accumulated. In this situation, the floating body effect influence on fully depleted devices was also studied for both technologies (65nm and 130nm). The twin-gate devices analysis, that traditionally are used in order to minimize the Kink effect, show a GIFBE reduction for this structure when it is compared to the single gate one. This enhance in the electrical characteristics is due to the series resistance increase that is intrinsic of this structures. When the temperature variation from 100K to 450K was analyzed, it was obtained the C shape behavior for the floating body effect due to a competition between the recombination process and the effective mobility degradation factor. A first evaluation of the GIFBE occurrence in new devices was also performed. When the focus is the strained silicon transistor, a occurrence of GIFBE was obtained for a lower gate voltage. Although, the GIFBE occurs earlier for strained transistor. This effect is less pronounced in this device because it presents strong effective mobility degradation. When the focus is FinFETs, the results show that although this device was fabricated with a high-k gate dielectric, the GIFBE still occurs and is strongly dependent on the device channel width.
 
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Vrevisada_agopian.pdf (1.69 Mbytes)
Data de Publicação
2009-02-20
 
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