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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2017.tde-28062017-153626
Documento
Autor
Nome completo
Vinicius Mesquita do Nascimento
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Martino, João Antonio (Presidente)
Fontes, Marcelo Bariatto Andrade
Nicolett, Aparecido Sirley
Título em português
Estudo do ponto invariante com a temperatura (ZTC) em SOI-FInFETS tensionados e radiados.
Palavras-chave em português
Semicondutores
Silício
Transistores
Resumo em português
Este trabalho foi realizado tendo como objetivo o estudo do ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI FinFET em relação aos efeitos de tensionamento e radiação, através da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Foram analisados primeiramente os parâmetros básicos de tensão de limiar e transcondutância, nos quais está baseado todo o modelo e verificado a influência dos efeitos do tensionamento e da radiação nos mesmos, para analisar o comportamento da tensão de porta no ponto ZTC em dispositivos do tipo n. Foram utilizados dispositivos com três dimensões de largura de aleta (fin) diferentes, 20nm, 120nm e 370nm e comprimento de canal de 150nm e de forma comparativa em dispositivos de 900nm, em quatro lâminas diferentes, sem/com tensionamento e/ou sem/com radiação. A tensão de limiar sofre grande influência do tensionamento, enquanto a radiação tem menor efeito na tensão de limiar na faixa estudada, passando a ter maiores significâncias nos dispositivos tensionados com maior largura de aleta. A transcondutância também sofre maior influência do efeito de tensionamento, sendo neste parâmetro a alteração pelo efeito da radiação muito menor. Contudo estes dois parâmetros geram outros dois parâmetros essenciais para análise do ZTC, que são obtidos através das suas variações em relação a temperatura. A variação da tensão de limiar em relação à temperatura e a degradação da transcondutância também pela temperatura (ou fator c: degradação da mobilidade pela temperatura), influenciam diretamente na eventual variação do ponto de ZTC com a temperatura. Quando estas influências são pequenas ou atuam de forma a compensarem-se mutuamente, resultam em valores de ZTC mais constantes com a temperatura. A tensão de limiar influência direta e proporcionalmente no valor da tensão de ZTC em amplitude, enquanto a degradação da mobilidade (transcondutância) atua mais na constância do ZTC com a temperatura. Com base nestes mesmos parâmetros e com ajustes necessários no modelo foram estudados dispositivos com as mesmas características físicas, porém, do tipo p, onde os resultados encontrados tiveram relação a característica de funcionamento deste outro tipo, ficando claro a inversão da significância dos efeitos quanto a variação da temperatura. O modelo simples e analítico utilizado para o estudo do ZTC foi validado para esta tecnologia, já que foi encontrado valores de erro entre valores experimentais e calculados com um máximo de 13% incluindo toda a faixa de temperatura e a utilização dos efeitos de radiação e tensionamento, tendo mostrado valores discrepantes somente para alguns casos de largura da aleta maiores, que mostraram ter uma pequena condução pela interface canal/óxido enterrado antes da condução na primeira interface, não prevista no modelo.
Título em inglês
Study of zero temperature coefficient ZTC) on SOI-FinFETs strained and irradiated.
Palavras-chave em inglês
FinFET
Radiation influence
SOI
Strain influence
Zero temperature coefficient
ZTC
Resumo em inglês
This work was performed with the aim of the study of the invariant point with temperature (called ZTC - Zero temperature Coefficient) for transistors made with SOI FinFET structure in relation to the mechanical stress and irradiation effects, through of the use of experimental data and an analytical model. Were first analyzed the basics parameters as threshold voltage and transconductance, in which all the model is based and was verified the influence of the mechanical stress and irradiation effects on these parameters, for analyze the gate voltage's behavior on ZTC point in n type devices. Were used devices with three different width fin dimensions, 20nm 120nm and 370nm and channel length of 150nm and in a comparative way with 900nm length devices, in four different waffles, with/without mechanical stress and/or with/without irradiation. The threshold voltage suffers big influence from stress, while the irradiation has less effect on the threshold voltage in the studied band, becoming to have more significance on the stressed devices with larger fin width. The transconductance also suffers more influence of the stress effect, being on this parameter the variation caused by irradiation effect smaller. However, these two parameters generate others two essentials parameters for the ZTC analysis, they are obtained through of the previous parameters variation by the temperature. The threshold voltage variation by the temperature and the tranconductance degradation by the temperature (or c factor: mobility degradation by the temperature), influence directly on the eventual variation of the ZTC point by the temperature. When these influences are small or act by the way to compensate mutually, result at ZTC values more constant with the temperature. The threshold voltage influence direct proportionality on the ZTC voltage's value at amplitude, while the mobility (transconductance) degradation act more on ZTC stability with the temperature. Based in these same parameters and with necessaries adjusts on the model, were studied devices with the same physic characteristics, but of the p type, where the founded results had relation with the work characteristics of this other type, becoming clear the inversion of significance of the effects by the temperature variation. The simple and analytical model used for the ZTC study was validated for this technology, since it was found error values between experimental data and calculated data with a maximum of 13%, shown discrepant values only for some cases of larger fin widths, that shown to have a small conduction by the channel/buried oxide interface before of the first interface's conduction, not previewed in the model.
 
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Data de Publicação
2017-06-29
 
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