Operação e modelagem de transistores mos sem junções em ambientes criogênicos

Resumo

Os transistores MOS com múltiplas portas constituem uma promissora alternativa para solucionar os problemas decorrentes da contínua redução das dimensões dos trasistores MOS, devido às excelentes melhoras no desempenho dos dispositivos MOS com dimensões extremamente submicrométricas (deep-submicrometer), com comprimentos de canal inferiores a 45 nm, ocasionada pelo excelente controle das cargas do canal que pode ser obtido com estes transistores.Os transistores de porta dupla ou tripla, como os FinFETs, são exemplos de estruturas que vêm sendo consideradas pela comunidade científica. Recentemente, uma nova estrutura de transistor com múltiplas portas foi proposta, o transistor MOS sem junção ("junctionless"). Neste transistor as regiões de canal, fonte e dreno são feitas com o mesmo tipo de dopante, não havendo junções PN. Na literatura atual, alguns estudos podem ser encontrados com respeito à operação destes dispositivos em circuitos digitais. Entretanto, poucas publicações têm demonstrado o excelente potencial destes dispositivos para serem empregados em aplicações analógicas, tais como amplificadores operacionais, com desempenho superior à tecnologia MOS convencional. A operação de transistores MOS em baixas temperaturas oferece uma importante melhoria de desempenho quando comparado à operação em temperatura ambiente, devido a características tais como a redução da inclinação de sublimiar e aumento na mobilidade dos portadores, entre outros, sem a necessidade de escalamento das dimensões. Tradicionalmente, estas melhorias são exploradas com vistas a aplicações digitais e muito poucas literaturas relatam as potenciais melhoras obtidas em circuitos analógicos. Entretanto, circuitos analógicos com alto desempenho operando em ambientes criogênicos são de grande importância, por exemplo, para a eletrônica aeroespacial.Neste trabalho será realizado um estudo comparativo da operação de transistores MOS de múltiplas portas, com estrutura tipo FinFET e sem junções, em circuitos analógicos em função da temperatura, desde 80 K até 300 K, combinando as vantagens oriundas da redução da temperatura com as propiciadas pela estruturas de múltiplas portas.