Análise da densidade de carga de inversão na condição limiar, em função da temperatura, em UTBB SOI MOSFETS

Abstract

Para suprir a crescente demanda de velocidade, desempenho e baixo consumo, a indústria de circuitos integrados tem se desenvolvido de forma agressiva nos últimos anos, consolidando a tecnologia CMOS como fator essencial para o avanço tecnológico desses dispositivos, onde a base já foi o transistor MOSFET. A tecnologia SOI (Silicon-On-Insulator) surgiu como uma alternativa para a redução das capacitâncias parasitárias de fonte e dreno, imunidade à radiação, operação em altas temperaturas e uma melhor inclinação de sublimiar. O transistor SOI UTBB (Ultra-Thin Body and Buried oxide), com corpo e óxido enterrado ultrafinos, é atualmente considerado como uma das opções possíveis para nós tecnológicos abaixo de 20 nm. Isso foi possível pois tornou-se viável alcançar baixas espessuras de óxido enterrado, por sua ótima integração entre os circuitos e por sua menor resistência térmica do óxido enterrado mais fino, bem como ao seu melhor controle eletrostático. Porém, a constante miniaturização nas dimensões físicas dos transistores faz com que estes sofram com os efeitos de canal curto (Short Channel Effects – SCE). Neste trabalho, é realizado um estudo sobre a densidade de carga de inversão na condição de limiar para temperaturas na faixa de 300 a 425K. Estudar a influência da temperatura em UTBBs é importante pois, estes dispositivos podem atingir temperaturas elevadas em condições normais de operação. O estudo é baseado na comparação de valores extraídos de simulações numéricas com modelos analíticos consolidados na literatura. Os resultados obtidos são analisados criticamente de forma a obter um modelo para a carga de inversão que tenha uma boa relação entre a precisão e a simplicidade do mesmo

To meet the increasing for speed, performance and low power consumption, the integrated circuit industry has aggressively developed in recent years and has consolidated CMOS technology as an essential factor for the technological advancement of these devices, based on the MOSFET transistor. The SOI (Silicon-On-Insulator) technology has emerged as an alternative for the parasitic source and drain capacitances reduction, radiation immunity, high temperature operation and sharper subthreshold slope. The UTBB (Ultra-Thin Body and Buried Oxide) SOI transistor, with thin body and buried oxide is nowadays considered as the possible options for technological nodes below 20 nm, to be possible achieve low buried oxide thicknesses, the good integration of circuits and due to your better electrostatic control. However, the continuous miniaturization in physical dimensions make it suffer with (SCE) Short Channel Effects. In this work is realized a study about the inversion charge density in threshold condition for temperatures between 300 and 425 K. Study the influence of temperature in UTBBs is important because it can achieve elevated temperatures in normal operation conditions. The study is based in comparison between extracted values of numerical simulations and analytical models previously studied. The results are analyzed to obtain a model for inversion charge density that has good relation between precision and simplicity