Obtenção e análise de ruído de baixa frequência em transistores SOI MOSFETs de canal gradual

Abstract

Neste trabalho e apresentado um estudo do ruido de baixa frequência em dispositivos SOI MOSFETs convencionais, de canal uniformemente dopado, e SOI MOSFETs de canal gradual (?gGraded Channel?h - GC). Esta estrutura e assim denominada por exibir dois perfis de dopagem no interior do canal, de maneira a preservar a dopagem natural da lamina na região próxima ao dreno, com o intuito de minimizar os efeitos indesejáveis do campo elétrico. Resultados disponíveis na literatura apresentam uma serie de características que fazem do dispositivo GC interessante para aplicações de circuitos integrados analógicos, tais como maior nível de corrente de dreno, maior transcondutância máxima, entre outros. Uma serie de simulações numéricas do dispositivo foi executada para a analise do ruido de baixa frequência. Sendo que as primeiras tem o intuito de demonstrar os melhores resultados analógicos do GC SOI em comparação com o SOI convencional, através de parâmetros importantes para a realização desta comparação. Foram realizadas simulações especificas com o intuito de estudar exclusivamente o ruido de baixa frequência, tanto para os dispositivos GC SOI como para SOI convencional. Também foram realizadas simulações para estudo da influencia da temperatura. Todas estas simulações foram obtidas para dispositivos com comprimentos de canal (L) de 1 e 2 ƒÊm, e utilizando varias razoes LLD/L. Alem disso, medidas experimentais foram feitas para comprovar todos os resultados obtidos nas simulações numéricas bidimensionais. Os resultados obtidos experimentalmente e através das simulações mostram que, embora o GC SOI MOSFET apresente melhores resultados quanto ao desempenho analógico, este dispositivo apresenta maior densidade espectral de ruido de corrente (SI) do que aquele observado no SOI convencional com mesmo comprimento de canal. O ruido de baixa frequência também demonstrou aumentar nos dispositivos GC SOI conforme e aumentada a razão LLD/L. Através das simulações também foi possível averiguar um aumento do ruido de baixa frequência, uma vez que a temperatura era reduzida.

In this work a study of low-frequency noise in Standard SOI MOSFETs devices, with uniformly-doped channel, and the graded-channel SOI MOSFETs (GC) is presented. This structure receives its name due to the presence of two different doping profiles in the channel, maintaining the natural doping concentration of the Silicon film in the drain side in order to minimize the effects of electric field. This structure presents several advantages over the uniformly doped one, which make this device interesting for analog applications, as higher level of drain current, higher maximum transconductance and among others. Numerical simulations of GC devices were performed for analysis of low-frequency noise. Firstly with the aim to demonstrate the improved performance of GC SOI compared to a Standard SOI by using important electrical parameters, such as threshold voltage and transconductance. Simulations were also performed aiming to study the low frequency noise, both for GC SOI and Standard SOI devices. Also were performed simulations to study the influence of temperature. These simulations were obtained for devices with channel lengths equal to 1 and 2 ìm, and using several LLD/L ratios. In addition, experimental measurements were made to prove the simulation results. The simulated and experimental results show that although the GC SOI MOSFET provides better analog performance, these devices present higher current noise spectral density (SI) than Standard SOI transistor with the same total channel length. The low-frequency noise also increases in GC SOI devices, and increases for higher LLD/L ratio. Through the numerical simulations it was also possible to ascertain the increases of low-frequency noise in all devices with the temperature decrease.