Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Θέμα: Μελέτη Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου MOS Τύπου-Ν με Κυκλική Πύλη – Ηλεκτρικός Χαρακτηρισμός και Μεταβλητότητα (Study of Enclosed Gate N-Type MOS Field Effect Transistors – Characterization and Variability)

Εξεταστική Επιτροπή:

Αναπληρωτής Καθηγητής Μπούχερ Ματτίας (επιβλέπων)

Καθηγητής Μπάλας Κωνσταντίνος

Καθηγητής Έλληνας Δημοσθένης

Περίληψη

Το MOSFET είναι μακράν το πιο συνηθισμένο τρανζίστορ στα ψηφιακά συστήματα, καθώς εκατομύρια από αυτά μπορεί να περιλαμβάνονται σε ένα τσιπ μνήμης ή έναν μικροεπεξεργαστή. Αφού μπορούν να κατασκευαστούν είτε με τύπου-P είτε με τύπου-N ημιαγωγούς, συμπληρωματικά ζεύγη από MOS τρανζίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατασκευάσουμε κυκλώματα διακοπτών με πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, στην μορφή της λογικής CMOS.

Το γεγονός ότι τα MOSFET είναι ένα τόσο σημαντικό στοιχείο στα ηλεκτρονικά κυκλώματα, δημιουργεί την ανάγκη μελέτης διαφορετικών τύπων MOSFET έτσι ώστε να βρεθεί ο ιδανικός για κάθε διαφορετική ανάγκη της βιομηχανίας. Τα τρανζίστορ με περικλεισμένη πύλη φαίνεται να είναι η βέλτιστη λύση για εφαρμογές σε περιβάλλοντα με έντονη ραδιενέργεια καθώς εξαιτίας της γεωμετρίας τους και της έλλειψης γωνιών STI, περιορίζεται κατά πολύ το ρεύμα διαρροής.

Σε αυτή την διπλωματική μελετόνται τρανζίστορ επίδρασης πεδίου MOS τύπου-Ν με κυκλική πύλη. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η σχέση τάσης – ρεύματος, η διαγωγημότητα, η τάση κατωφλίου, η κινητικότητα των ηλεκτρονίων, ο συντελεστής κλήσης μετά από εκστρατεία πειραματικού χαρακτηρισμού. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά έχουν εξαχθεί για επτά διαφορετικά τρανζίστορ με διαφορετικό μήκος και πλάτος καναλιού. Η ανάλυση αυτή συμπεριλαμβάνει τόσο την γραμμική λειτουργία όσο και την λειτουργία κορεσμού. Επιπροσθέτως, έχει μελετηθεί το ταίριασμα (matching) ομοίων τρανζίστορ με ίδια γεωμετρία, με στόχο την χρήση των τρανζίστορ με κυκλική πύλη σε αναλογικά ολοκληρωμένα ηλεκτρονικά ακριβείας.

Abstract

MOSFETs are by far the most commonly used transistors in digital circuits, as millions of them may be included in a memory chip or a microprocessor. Since they can be made with either P-type or N-type semiconductors, complementary pairs of MOS transistors can be used to make switching circuits with very low power consumption, in the form of CMOS logic.

Being such an essential part of microelectronics, different types of MOSFETS need to be studied in order to find the optimal for each need of the industry. Transistors with enclosed gate layouts seem to be the optimal solution for applications in radiation-hard environments since due to their geometry and the absence of STI corners, there is no possible leakage current path along the edge of the active area.

In this thesis we study enclosed gate N-type MOS Field Effect Transistors. Specifically, we study the voltage – current relation, the transconductance, the threshold voltage, the electron mobility, the slope factor. These characteristics are the result of an experimental measurement procedure. The characteristics above have been extracted from seven transistors with different geometry, each with a different channel length and width. Τhe study covers both linear and saturation modes of operation. Furthermore, matching properties, for different electrical characteristics of transistors with the same geometry, have been extracted, in view of using enclosed gate transistors in analog integrated electronics.