Estudo da distorção harmônica em transistores de porta circular usando tecnologia SOI CMOS sub-micrométrica de 0,13um

Abstract

Neste trabalho é apresentado o estudo comparativo de distorção harmônica entre transistores SOI nMOSFEts parcialmente depletados de porta de geometria circular e convencional, operando na região de saturação e em temperatura ambiente. Para tanto, são utilizados transistores com comprimento médio de canal igual a 1 um e óxido de porta igual a 2,5 nm. O transistor de porta circular apresenta assimetria entre as regiões de dreno e fonte, podendo assim ser polarizado de duas formas diferentes, denominadas de configuração de dreno externo e dreno interno. Uma outra característica do transistor circular, que não é observada nos transistores convencionais, é a ocorrência da corrente de dreno na direção radial. Para este trabalho foram executadas medidas experimentais e simulações numéricas tridimensionais para determinação das curvas características dos transistores [corrente de dreno em função da tensãod e porta (Ids x Vgs) e corrente de dreno em função da tensão de dreno (Ids x Vds)]. Toda análise da distorção harmônica foi feita aplicando-se o método da Função Integral (IFM), que permite a determinação de ditorção harmônica total (THD) e da distorção do segundo (HD2) e terceiro (HD3) harmônicos, usando-se apenas as curvas características de corrente contínua (DC) dos dispositivos. Essa análise mostrou, através da figura de mérito dividido pelo ganho em malha aberta (Av)] em função da razão da transcondutância (gm) sobre Ids do SOI nMOSFET de porta de geometria circular operando em configuração de dreno exrerno é menor do que na configuração de dreno interno e também que a configuração convencional do SOI nMOSFET. Isso faz com que o SOI nMOSFET de porta de geometria circular operando em configuraçção de dreno externo seja uma execelente alternativa em aplicações de circuitos integrados analógicos.

This work presents a comparative study of harmonic distortion between circular and conventional gate partially-depleted SOI nMOSFETs, operating in saturation region and room temperature. Transistors with canal length of 1um and gate oxide thickness equal to 2.5 nm are used in this. The drain and source regions of circular gate transistor are asymmetric, and they can be biased of two different ways, called external drain or internal drain configuration. Another characteristic of circular transistor that is not observed in conventional transistors is measurements and numerical tri-dimensional simulations for determination of fundamental transistor curves [drin current as a function of gate voltage (Ids x Vfs0 e drain current as a function of drain voltage (Ids x Vds)]. The whole analysis of distortion is made using the Integral Function Method (IFM) that permits the determination of total harmonic distortion (THD), second (HD2) and third (HD3) harmonic distortions only by using the direct current (DC) characteristic curves. The analysis showed, based on the most import merit figure produced in this work, that the effective total harmonic distortion [THD over the open loop gain (Av)] as a function of transconductance (gm) over Ids of the circular gate SOI nMOSFETwith external drain configuration is lower than internal drain configuration and rhe conventional SOI nMOSFET too. It makes the circular gate SOI nMOSFET with external drain configuration as excellent option for analog integrated circuit application.