Estudo de efeitos de canto em transistores de porta tripla

Abstract

Neste trabalho são desenvolvidos estudos de efeito de canto em transistores tridimensionais do tipo SOI MOSFET com a segunda interface em depleção ou neutra, através de simulação numérica tridimensional. Foram simulados transistores tridimensionais do tipo porta tripla (triple gate) com cantos arredondados e vivos, com altura e largura da ilha de silício variando de 30 a 70nm e concentração de dopantes de 1x1016cm-3 a 1x1019cm-3. Com o auxílio dos dados simulados foram extraídas as curvas 1xV para caracterização dos dispositivos e efetuadas a comparação entre os mesmos. Foi desenvolvido um método de avaliação e comparação do efeito de canto entre dispositivos de dimensões e concentrações diferentes, baseado na comparação da concentração de portadores em diferentes cortes sobre a seção transversal dos transistores, polarizados na tensão de limiar, para baixos valores de tensão de dreno (50 mV), utilizando os dois perfis propostos no estudo: canto vivo e canto arredondado. O modelo de análise sugerido também permite identificar a existência de inversão volumétrica durante a polarização dos dispositivos. O estudo também avaliou a possibilidade a variar o raio de curvatura noc anto para que fosse possível comparar e avaliar a influência deste parâmetro nas características elétricas dos transistores simulados. É proposta uma forma de descrição de transistores tridimensionais de porta tripla e cantos arredondados, na linguagem de entrada do simulador numérico, o que facilita a variação dos parâmetros e o ajuste da grade de simulação. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que em transistores com três portas há um aumento da densidade de corrente na proximidade dos cantos, cuja intensidade depende diretamente do raio de curvatura. Observa-se também que o efeito de canto sobre a corrente de dreno tende a ser mais intensa em transistores mais dopados. Em transitores com níveis de dopantes acima de 3x1018 cm-3 observou-se um segundo pico na segunda derivada da função IdxVg, indicando que há inversão do canto em polarização de porta diferente daquela observada para o restante do dispositivo. Identifica-se nesse estudo que a influência do efeito de canto sobre a corrente de dreno ocorre, no entanto, mesmo sem a presença desse segundo pico.

This work presents a study of corner effects in tridimensional SOI MOSFET transistors with depleted or neutral second interface using tridimensional numerical simulation. Tridimensional triple gate devices with rounded and sharp corners where simulated with height and widt of the silicon island ranging from 30 to 70 nm and with channel doping concentration from 1x1016 cm-3 to 1x1019 cm-3. Based simulated results the 1xV curves were extracted to define and compare these transitors. A metodology to evaluate the corner effects with differetn dimensions and doping concentrations was developed based on a range of electron concentration along different cut lines at thershold voltage, low drain voltage of 50 mV and two corner profiles: sharp and rounded. The proposed model identify the existence of volume inversion at polarized devices. This work evaluate different corner radius to compare the influence of this parameter over simulated devices. This work defines a method to describe tridimensional triple gate devices with rounded and sharp corners for simulation script language, which facilitates the parameter and grid variation. It was concluded that triple gate devices have higher total current density at the corners and depends direct on corner radius. Higher doped transistors have intense drain current over the corner. In transistors with doped channels higher than 3x1018 cm-3 a second peak was idenfied at second derivate IdxVg curve, indicating that there is a different inversion at the corner compared to the rest of the channel. This work shows that corner effects causes drain current influence even if no second peak is identied.