Low-frequency noise in advanced CMOS/SOI nanoscale multi-gate devices and noise model development for circuit applications:
Creators: name: Θεοδώρου, Χριστόφορος Γ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Θόρυβος
Τρανζίστορ
Μικροηλεκτρονική
Κυκλώματα
Noise
SOI
MOSFETs
FinFETs

description: Στην παρούσα διατριβή, βασικός στόχος είναι η εξερεύνηση της προέλευσης του θορύβου στις σύγχρονες CMOS διατάξεις νανο-κλίμακας και η εύρεση ενός τρόπου περιγραφής της συμπεριφοράς θορύβου τους είτε χρησιμοποιώντας υπάρχοντα μοντέλα ή αναπτύσσοντας νέα μοντέλα που εξηγούν τα πειραματικά αποτελέσματα. Πραγματοποιήθηκε ενδελεχής μελέτη του θορύβου χαμηλών συχνοτήτων σε προηγμένες διατάξεις τρανζίστορ, όπως τρανζίστορ λεπτού υμενίου άμορφου In-Ga-Zn-O κάτω πύλης (BG α-IGZO TFTs) και πολύ-κρυσταλλικού πυριτίου διπλής πύλης (DG poly-Si TFTs), τρανζίστορ επίδρασης πεδίου τριών πυλών (Fin-shaped Field Effect Transistors – FinFETs) και διατάξεις MOSFET δύο πυλών πλήρους κένωσης πυριτίου-πάνω σε-μονωτή (fully-depleted silicon-on-insulator MOSFETs) πολύ λεπτού σώματος και εμφυτευμένου οξειδίου (ultra-thin body and BOX – UTBB). Δόθηκε έμφαση στην εκμετάλλευση πειραματικών μετρήσεων, στην κατανόηση των πηγών θορύβου και στο ποιοτικό χαρακτηρισμό των διατάξεων. Παρατηρήθηκαν και αναλύθηκαν δύο είδη θορύβου (flicker και g-r), ώστε να βρεθούν μαθηματικές εκφράσεις που τα περιγράφουν ή να χρησιμοποιηθούν ως εργαλεία για την εύρεση της θέσης των παγίδων στο υλικό. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν τα επαληθευμένα μοντέλα σε προσομοιώσεις ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, με σκοπό να μελετηθεί η συμπεριφορά θορύβου κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν τρανζίστορ FinFET ή FDSOI MOSFET. Τα ποιοτικά αποτελέσματα της μελέτης μπορούν να λειτουργήσουν ως οδηγός για νέες πειραματικές εργασίες πάνω στο θόρυβο προηγμένων διατάξεων και να υλοποιηθούν εύκολα για χρήση σε προσομοιώσεις ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
description: The present thesis is making an effort to deal with the problem of the LFN in modern technology MOSFETs, through an analysis based on both experimental and simulation data of advanced multi-gate devices. Emphasis is given on the co-existence of more than one silicon/insulator interfaces and the impact on the LFN levels and behavior. In addition, all types of observed noise are analyzed, in order to define the origin of the current fluctuations in the most accurate way. Moreover, the LFN is used as a diagnostic tool to characterize the interface quality of advanced transistors. First, the LFN analysis of amorphous Indium-Gallium-Zinc Oxide bottom-gate (α-IGZO) and double-gate poly-Si TFTs is presented, Second, we present an analysis of the current noise behavior in tri-gate n-channel FinFETs. Furthermore, the current fluctuations origins observed in FDSOI MOSFETs are discussed, covering a major part of the thesis. A comparison between three FDSOI technologies with different body and BOX thicknesses is also presented. The last part of our research work concerns the application of the developed noise approaches in circuit simulations. The qualitative results of our study can function as a guideline for new experimental work on advanced device noise and easily be implemented in circuit simulation processes.