Efeito do substrato em transistores SOI de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos.

• Autor(a) principal: Itocazu, Vitor Tatsuo
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-25112014-113910/
• topic: Efeito do substrato; Ground plane; Plano de terra; SOI; SOI; Substrate effect; UTBB; UTBB

Este trabalho apresenta um estudo do efeito do substrato em transistores SOI de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos (Ultra Thin Body and Buried Oxide - UTBB). A análise do trabalho foi realizada baseando-se em modelos teóricos, simulações numéricas e medidas experimentais. Experimentalmente pode-se notar que a presença do plano de terra (Ground Plane, GP) abaixo do óxido enterrado elimina e/ou minimiza alguns efeitos indesejados do substrato, tais como a variação do potencial na terceira interface (óxido enterrado/substrato). A densidade de armadilhas de interfaces (Nit) foi um parâmetro importante no ajuste da simulação para se obter curvas de corrente de dreno (IDS) em função da tensão de porta (VGF) e em função da tensão de substrato (VGB) similares às experimentais. As densidades de armadilhas de interface da primeira e da segunda interface foram ajustadas para o valor de 2x1011eV-1cm-2 depois de analisadas as curvas experimentais. Assim, a partir dessas simulações pode-se notar que o modelo usado no simulador era compatível com os resultados experimentais, com erro menor que 10%. Observou-se que o modelo analítico de efeito do substrato proposto por Martino et al. para transistores SOI totalmente depletados com camadas de silício mais espessas (acima de 40 nm) pode ser utilizado para dispositivos UTBB SOI de canal longo (10 m) até a segunda interface (camada de silício/óxido enterrado) entrar em inversão, quando o modelo perde a validade. Utilizando o modelo analítico também foi possível determinar os valores de tensão de substrato máximo (VGBmax) e mínimo (VGBmin), que determinam a tensão que, aplicada no substrato, mudam o estado da terceira interface de inversão para depleção (VGBmin) e de depleção para acumulação (VGBmax). Os valores de VGBmax variaram de 0,57 V à 0,75 V e os de VGBmin de -0,08 V à -3,39 V. O modelo analítico utilizado tem uma concordância ainda maior (menor que 10%) para transistores de canal curto (L=70 nm) em relação ao de canal longo (L=10m), provavelmente devido ao acoplamento eletroestático de fonte/dreno e 6 canal que posterga a formação da camada de inversão da terceira interface, ampliando a faixa de validade do mesmo. Por meio das simulações numéricas também foi possível analisar a concentração de elétrons ao longo do canal do transistor. Observou-se que a condição de polarização da terceira interface (óxido enterrado/substrato) tem grande influência no comportamento da segunda interface (camada de Silício/óxido enterrado) e da primeira (óxido de porta/camada de Silício) nos transistores UTBB SOI. Quando a terceira interface (óxido enterrado/substrato) está em acumulação, a primeira interface possui uma concentração de elétrons menor que a segunda interface, caracterizando assim, uma condução maior pela segunda interface. O simulador também foi utilizado para analisar o potencial interno do transistor ao longo da profundidade. Foram feitas simulações com e sem GP e variando-se a temperatura de operação dos transistores. Foi observado que quanto maior a temperatura de operação, os efeitos do substrato são minimizados devido à diminuição do nível de Fermi. Com a presença do GP a queda de potencial no substrato é praticamente zero enquanto nos dispositivos sem GP variam entre 0,2V e 0,6V. Como nos dispositivos com GP a queda do potencial no substrato é praticamente zero, a queda nos óxidos aumentou em relação aos dispositivos sem GP, podendo causar problemas de confiabilidade.