Influência da temperatura sobre o desempenho analógico da associação série assimétrica de transistores SOI MOS
Neste trabalho é apresentada uma análise dos efeitos da variação da temperatura sobre as características analógicas da associação série assimétrica (Asymmetric Self-Cascode – A-SC) de transistores nMOS implementados em tecnologia silício sobre isolante (Silicon-On-Insulator – SOI) totalmente depleta...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2015 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Centro Universitário da Fundação Educacional Inaciana (FEI) |
| Repositorio: | Repositório do Conhecimento Institucional do Centro Universitário da Fundação Educacional Inaciana (FEI) |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.fei.edu.br:FEI/461 |
| Acceso en línea: | https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/461 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Temperatura Silício Transistor de efeito de campo de metal-óxido semicondutor |
| Sumario: | Neste trabalho é apresentada uma análise dos efeitos da variação da temperatura sobre as características analógicas da associação série assimétrica (Asymmetric Self-Cascode – A-SC) de transistores nMOS implementados em tecnologia silício sobre isolante (Silicon-On-Insulator – SOI) totalmente depletada (Fully Depleted – FD). A A-SC é constituída por dois transistores associados em série e conectados pelas portas, onde o transistor onde é aplicada a polarização de dreno possui canal mais fracamente dopado que o outro, com a intenção de reduzir efeitos que degradam a condutância de saída. Esta estrutura combina os conceitos da associação em série simétrica (Symmetric Self-Cascode – S-SC), onde ambos transistores possuem mesma concentração de dopantes no canal, e do transistor de canal gradual (Graded Channel – GC), que consiste em um transistor único que possui regiões com diferentes concentrações de dopantes em seu canal. O estudo é realizado por meio de medidas experimentais, comparando transistores únicos, A-SC e S-SC, através da extração do ganho de tensão e da linearidade, entre outros parâmetros, para temperaturas entre 4,2 K a 500 K, com dispositivos de diversas dimensões e concentrações de dopantes. As vantagens promovidas pela estrutura A-SC em relação à S-SC e transistores únicos observadas e reportadas em temperatura ambiente são mantidas para temperaturas altas e baixas. Foi possível notar o aumento da transcondutância e a redução da condutância de dreno, resultando no aumento do ganho intrínseco de tensão. A variação dos comprimentos de canal mostra grande influência do transistor próximo à fonte sobre o comportamento final das curvas características extraídas e do ganho de tensão. Em baixas temperaturas, notou-se uma diferença de mais de 40 dB entre os ganhos de estruturas A-SC compostas por transistores de 0,75 µm e de A-SC compostas por transistores de 1 µm de comprimento de canal. Também foi observado que efeitos de degradação da condutância de dreno, como o efeito Kink, são reduzidos quanto menor a concentração de dopantes no canal dos transistores da associação. A análise do ganho de tensão em altas temperaturas mostra que a degradação da mobilidade resulta em melhor condutância de dreno, melhorando o ganho de tensão. Apesar disso, em temperaturas próximas à temperatura crítica, a transição da operação de um transistor totalmente depletado para parcialmente depletado degrada o ganho. A linearidade foi analisada neste trabalho usando as figuras de mérito a distorção harmônica referente ao segundo e terceiro harmônicos (HD2 e HD3). HD2 foi escolhida por ser aproximadamente equivalente à distorção harmônica total para os casos estudados, enquanto HD3 é a primeira harmônica ímpar, que pode ser muito influente em algumas aplicações, como circuitos balanceados. Observou-se que, em temperatura ambiente, os valores destes dois parâmetros apresentavam-se distantes um do outro, mas a temperatura baixa provocou queda de HD2. As estruturas A-SC mostram menor HD2 e HD3 que a S-SC de mesmas dimensões em todos os casos observados, mesmo com a redução da temperatura. |
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