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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2012.tde-16112012-164339
Document
Author
Full name
Marcio Dalla Valle Martino
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2012
Supervisor
Committee
Santos Filho, Sebastião Gomes dos (President)
Fonseca, Fernando Josepetti
Rotondaro, Antônio Luís Pacheco
Title in Portuguese
Estudo de transistores de tunelamento controlados por efeito de campo.
Keywords in Portuguese
Ambipolaridade
FinFET
Impacto da temperatura
Inclinação de sublimiar
TFET
Tunelamento de banda para banda
Abstract in Portuguese
Este trabalho apresenta o estudo de transistores de tunelamento controlados por efeito de campo, denominados TFETs. Foram realizadas análises com base em explicação teórica, simulação numérica e medidas experimentais para demonstrar a viabilidade do uso desta tecnologia como alternativa para permitir o contínuo escalamento de dispositivos. A motivação para o uso de transistores com corrente principal resultante do tunelamento de banda para banda consiste na proposta de superar o limite físico de inclinação de sublimiar da tecnologia CMOS convencional de 60 mV/década sob temperatura ambiente. Afinal, esta limitação impede a redução na tensão de alimentação de circuitos e, consequentemente, apresenta crescentes problemas quanto à dissipação de potência. Com este objetivo, foram realizadas simulações numéricas de diversas geometrias alternativas visando atenuar as características indesejáveis dos TFETs, como a corrente ambipolar e a relativamente baixa relação ION/IOFF. Inicialmente são definidos os modelos necessários para representar adequadamente os fenômenos relevantes sob variação de temperatura e é definida uma estrutura capaz de minimizar os efeitos da ambipolaridade. Posteriormente, medidas experimentais foram utilizadas para calibrar as simulações e estudar o efeito da temperatura e do dimensionamento no funcionamento de dispositivos desta tecnologia. Comparando resultados práticos e simulados, nota-se como uma redução no comprimento de porta, com a consequente inserção de uma subposição (underlap) em relação à junção canal/dreno, e uma diminuição na temperatura permitem a obtenção de valores promissores de inclinação de sublimiar e de relação ION/IOFF, compatível com a proposta de futuras aplicações digitais e analógicas.
Title in English
Study of tunnel field effect transistors.
Keywords in English
Ambipolarity
Band-to-band tunneling
FinFET
Subthreshold slope
Temperature impact
TFET
Abstract in English
This works presents the study of tunneling field effect transistors, namely TFETs. Analyses were performed based on theoretical explanations, numerical simulations and experimental data in order to show this technology suitability as an alternative for the continuous devices scaling. The basic idea of making use of band-to-band tunneling as the main current component comes from the possibility of reaching sub-60 mV/decade subthreshold slopes at room temperature, differently from conventional CMOS devices. After all, this physical limitation causes relevant power dissipation issues, since it requires relatively high power supply voltages. Bearing this objective, numerical simulations of several alternative geometries were performed in order to tackle TFETs disadvantages, as the undesirable ambipolar currents and the low ION/IOFF ratio. At first, it was necessary to choose the most appropriate models to take into consideration the relevant phenomena under temperature variation and to define the physical structure in order to minimize ambipolar effects. After these analyses, experimental data were used to calibrate simulation parameters and to study how temperature and physical dimensions affect the performance of devices based on this technology. Comparing experimental and simulated results, it was possible to notice that when the structure is designed with gate underlap related to channel/drain junction and the temperature decreases, the obtained values for subthreshold slope and ION/IOFF ratio may be used as an important reference of this technology as a promising alternative for both digital and analog applications.
 
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Publishing Date
2012-11-27
 
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