Análise do comportamento estático e dinâmico de inversores lógicos SOI MOSFET operando em altas temperaturas

Abstract

Este trabalho apresenta estudos iniciais referentes ao comportamento de um inversor lógico SOI MOSFET operando desde a temperatura ambiente à temperatura de 300ºC. Os resultados apresentados neste trabalho foram obtidos através do simulador ATLAS e simulador SPICE ICAP4, onde foram analisados parâmetros como variação da temsão de limiar de um transistor, variação da tensão de saída pela tensão de entrada e corrente que flui pelo inversor. Todas as simulações levaram em consideração o efeito da elevação da temperatura de 27ºC à temperatura de 300ºC, tanto em análise do comportamento estático DC como no comportamento dinãmico AC. A evolução do estudo ocorre desde a apresentação da tecnologia SOI, assim como os efeitos causados pela elevação da temperatura em cada dispositivo. Logo em seguida são apresentados os cálculos para a construção do inversor lógico. Também são apresentados os efeitos causados pela alteração das dimensões geométricas dos canais dos dispositivos, obtendo-se assim o efeito causado pela elevação da temperatura de 27ºC a 300ºC. As simulações mostram que o inversor lógico apresenta comportamento diveros no que tange às curvas de transferência estática de tensão e corrente que flui pelo inversor para cada comprimento de canal dos transistores que o formam. Curvas de tensão de saída pela tensão de entrada foram obtidas para diversas relações de comprimentos de canal assim como a curva da corrente que atravessa o inversor. Também foram efetuados estudos sobre o comportamento do inversor em tensão alternada variando-se as dimensões dos dispositivos, temperatura e frequência de operação. a partir dos resultados obtidos, verificou-se que a elevação da temperatura tem grande efeito no funcionamento de um transistor pois afeta diretamente o valor da tensão de limiar, tensão de inversão e a corrente que flui pelo mesmo, consequentemente afetando o funcionamento do inversor lógico.

This work presents studies on the behavior of a logical drive SOI MOSFET operating from room temperature to a temperature of 300ºC. The results were obtained through the ATLAS and the ICAP4 SPICE simulators, where it was analyzed parameters such as variation of output voltage by input and the voltage tension and the voltage flowing through the inverter. All simulations took into account the effect of raising the temperature from 27/C to 300/ C, both in analysis static behavior of DC, as the dynamic behavior of AC. The evolution of the study is from the presentation of the SOI technology, as well as the effects by raising the temperature on each device. Next, the calculations for building a logical drive are presented. Also, it is presented the effects caused by the change of the geometric dimensions of the channels of the devices, thus obtaining the effect caused by increasing the temperature from 27/C to 300º C. The simulations show that the logical invertor presents different behaviors with respect to the static transfer curves of voltage and tension current flowing through the invertor for each length channel transistors that accomplish it. Curves of output voltage through the input voltage were obtained for rious ratios channel lengths as well as the current curve through the inverter. It was, also, carried out studies on the behavior of the invertor into alternating currente by varying the dimensions of the devices, temperature and operating frequency. From the obtained results, it was realized that the rising of the temperature has great effect on the operation of a transistor because it directly affects the value of the threshold voltage, reversal voltage and the current flowing through it, thereby affecting the functioning of the logical drive.