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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.3.2014.tde-19052015-151837
Documento
Autor
Nombre completo
Rudolf Theoderich Bühler
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2014
Director
Tribunal
Martino, João Antonio (Presidente)
Diniz, José Alexandre
Gimenez, Salvador Pinillos
Oka, Mauricio Massazumi
Santos Filho, Sebastiao Gomes dos
Título en portugués
Estudo de transistores avançados de canal tensionado.
Palabras clave en portugués
Canal trapezoidal
Germânio
Mobilidade
MOSFET
MuGFET
Nanotecnologia
NBD
Parâmetros analógicos
Silício
Simulação numérica
SOI
Tensionamento mecânico
Resumen en portugués
A rápida e crescente demanda por tecnologias que permitam a redução das dimensões dos transistores planares de porta única leva a uma nova era de dispositivos tensionados mecanicamente. Os transistores de múltiplas portas (MuGFET) com canal de silício e o MOSFET planar convencional com canal de germânio são alguns destes promissores dispositivos avançados a receberem o tensionamento mecânico para aumento da mobilidade dos portadores. O tensionamento mecânico uniaxial, biaxial e ambos combinados são analisados através de simulação numérica de processos e dispositivos e medidas experimentais em três técnicas de tensionamento diferentes, além da análise de medidas obtidas de dispositivos experimentais para análise do aumento da mobilidade dos portadores através da transcondutância máxima. A linha de corte 1D de cada componente do tensionamento simulado é estudado de acordo com a sua dependência com a largura, altura, comprimento do canal e materiais utilizados, assim como a influência que as componentes de tensionamento exercem sobre os parâmetros elétricos analógicos, como transcondutância, ganho intrínseco de tensão e frequência de ganho de tensão unitário. A operação dos dispositivos de silício sobre isolante (SOI Silicon On Insulator) MuGFETs de porta tripla com variações no formato da secção transversal do canal do transistor e variações no comprimento e largura da aleta é estudada em casos selecionados. Um completo estudo da distribuição do tensionamento mecânico gerado por tensionamento global e por tensionamento local é realizado em estruturas com aleta retangular e trapezoidal, juntamente com o impacto destas na mobilidade e nos parâmetros analógicos são realizados. Estruturas nMuGFET SOI com comprimento de canal mais curto alcançaram aumentos maiores de mobilidade utilizando-se o tensionamento uniaxial, enquanto que as estruturas com comprimento de canal mais longo retornaram maior mobilidade com o tensionamento biaxial, resultado da diferente efetividade de cada técnica de tensionamento em cada estrutura. Estruturas MOSFETs convencionais planares com tensionadores embutidos na fonte e dreno em canal de germânio para incremento da mobilidade também são analisadas. Simulações numéricas do processo de fabricação são realizadas e calibradas com dispositivos experimentais em transistores tipo n e tipo p, possibilitando o estudo futuro de estruturas MuGFET de germânio.
Título en inglés
Study of advanced strained transistors.
Palabras clave en inglés
Analog parameters
Germanium
Mobility
MOSFET
MuGFET
Nanotechnology
NBD
Numerical simulation
Silicon
SOI
Strained channel
Trapezoidal channel
Resumen en inglés
The fast and growing demand for technologies that enable the reduction of dimensions of planar single gate transistors leads to a new era of mechanically stressed devices. Multiple gate transistors (MuGFET) with silicon channel and planar bulk MOSFET with germanium channel are some of these promising advanced devices to receive the mechanical stress to increase carriers mobility. The uniaxial stress, biaxial stress and both of them combined are analyzed by process and device numerical simulations in three different strain techniques and also the analysis of experimental measurements for analysis of carriers mobility increase through maximum transconductance. The 1D cut line of each simulated stress component is studied according to their dependence on the width, height and length of the channel and the materials used, as well as the influence that stress components causes on analog electrical parameters, such as transconductance, intrinsic voltage gain and unity gain frequency. The operation of silicon-on-insulator (SOI) triple gate MuGFETs with variations in the shape of the cross section of the transistor channel and variations in the length and width of the fin is studied in selected cases. A complete study in the distribution of the mechanical stress generated by the local and global stress is performed in rectangular and trapezoidal fins and also the impact of these on mobility and analog parameters are studied. SOI nMuGFET structures with shorter channel length achieved higher mobility increases using the uniaxial stress, while structures with longer channel lengths returned higher mobility using the biaxial stress, result of the different effectiveness in each stress technique for each structure. Conventional MOSFET structures with embedded stressors in the source and drain regions with germanium channel are also analyzed. Numerical process simulations are realized and calibrated with experimental devices in both n and p type transistors, making possible the future study of MuGFET structures with germanium.
 
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FichaCatalografica.doc (57.50 Kbytes)
Tese_RTBuhler.pdf (4.04 Mbytes)
Fecha de Publicación
2015-05-27
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
  • Bühler, R T, et al. Trapezoidal SOI FinFET analog parameters' dependence on cross-section shape [doi:10.1088/0268-1242/24/11/115017]. Semiconductor Science and Technology [online], 2009, vol. 24, p. 115017.
  • BUHLER, R. T., GIACOMINI, Renato, and MARTINO, J. A. Influence of Fin Shape and Temperature on conventional and Strained MUGFETs' Analog Parameters. JICS. Journal of Integrated Circuits and Systems (Ed. Português), 2011, vol. 6, p. 94-101.
  • Bühler, R T, et al. Biaxial Stress Influence on Total Resistance and Transconductance in Triple-Gate n-type SOI MuGFETs. In VII Workshop on Semiconductors and Micro & Nano Technology - SEMINATEC 2012, São Bernardo do Campo, 2012. Proceedings of the VII Workshop on Semiconductors and Micro & Nano Technology.São Bernardo do Campo : Centro Universitário da FEI, 2012.
  • Bühler, R T, et al. Biaxial Stress Simularion and Electrical Characterization of Triple-Gate SOI nMOSFETs. In Microelectronics Technology and Devices SBMicro 2012, Brasília, 2012. ECS Transactions.Pennington, New Jersey : The Electrochemical Society, 2012.
  • Bühler, R T, et al. Strain Effectiveness Dependence on Fin Dimensions and Shape for n-type Triple-Gate MuGFETs. In 26th Symposium on Microelectronics Technology and Devices, João Pessoa, 2011. Microelectronics Technology and Devices SBMicro2011.Pennington, NJ, EUA : The Electrochemical Society, 2011.
  • Bühler, R T, et al. Uniaxial Stress Efficiency for Different Fin Dimensions of Triple-Gate SOI nMOSFETs. In IEEE International SOI Conference, Tempe, Arizona, 2011. IEEE International SOI Conference Proceedings., 2011.
  • Bühler, R T, GIACOMINI, Renato Camargo, and MARTINO, J. A. Analog Operation of Non-Rectangular Channel Shape FinFETs at Low Temperature. In Ninth International Workshop on Low Temperature Electronics WOLTE9, Guarujá, Brasil, 2010. WOLTE9 Conference Proceedings., 2010.
  • BUHLER, R. T., et al. Fin Dimension Influence on Mechanical Stressors in Triple-Gate SOI nMOSFETs. In 223th ECS Meeting - Advanced Semiconductor-On-Insulator Technology and Related Physics 16, Toronto, Canadá, 2013. ECS Transactions.Pennington, NJ, EUA : The Electrochemical Society, 2013.
  • BUHLER, R. T., et al. Fin Shape Influence on the Analog Performance of Standard and Strained MuGFETs. In IEEE International SOI Conference, San Diego / California, 2010. Proceedings of the IEEE International SOI Conference., 2010.
  • BUHLER, R. T., et al. Fin Width Influence on Uniaxial Stress of Triple-Gate SOI nMOSFETs. In 8th International Caribbean Conference on Devices, Circuts and Systems - ICCDCS 2012, Playa Del Carmen, 2012. ICCDCS 2012 Conference Proceedings..Piscataway, NJ : IEEE, 2012.
  • BUHLER, R. T., et al. First and Second Order Substrate Bias Influence on FINFETs. In 9th Microelectronic Students Fórum, Natal, RN, 2009. Proceedings 9th Microelectronic Students Forum., 2009. Abstract.
  • BUHLER, R. T., GIACOMINI, Renato Camargo, and MARTINO, J. A. Analog Parameters of Strained Non-Rectangular Triple Gate FinFETS. In 25th Symposium on Microelectronics Technology and Devices, São Paulo, 2010. Microelectronics Technology and Devices SBMicro2010.Pennington, NJ, EUA : The Electrochemical Society, 2010.
  • BÜHLER, Rudolf Theoderich, et al. Biaxial + Uniaxial Stress Effectiveness in Tri-Gate SOI nMOSFETs with Variable Fin. In IEEE International SOI Conference. IEEE International SOI Conference Proceedings., 2012.
  • BÜHLER, Rudolf Theoderich, et al. Cross-Section Shape Influence on Trapezoidal Triple-Gate SOI MOSFET Analog Parameters. In EuroSOI 2009 - Fifth Workshop of the Thematic Network on Silicon-On-Insulator Technology, Devices and Circuits, Goteborg, 2009. EuroSOI 2009 - Conference Proceedings., 2009.
  • BÜHLER, Rudolf Theoderich, et al. SEG and Fin Dimensions Influence on Biaxial Stress Effectiveness in Tri-Gate SOI nMOSFETs. In EUROSOI 2012 VIII Workshop of the Thematic Network on Silicon On Insulator Technology, Devices and Circuits, Montpellie, Françe, 2012. EUROSOI 2012 - Conference Proceedings., 2012.
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