FinFET kullanarak anahtarlamalı kapasite devre tasarımı ve   uygulamalar
Switched capacitor circuit design and applications using FinFET
Yazar: MORTEZA BABAEIAN FAR
Danışman: PROF. DR. FIRAT KAÇAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Modern teknoloji eğilimleri göz önüne alındığında, yarı iletken entegre devre üretim süreçlerine uygun ve çok yönlü yapıların önemi giderek artmaktadır. Bu tez, bu talebi karşılamak amacıyla geliştirilen en önemli yapılardan biri olan anahtarlamalı kapasitör devrelerini ve bunların çeşitli uygulamalarını incelemektedir. Çalışmanın ilk bölümünde, FinFET anahtarlarının fiziksel yapısı, karakteristik eğrileri ve anahtar olarak kullanılma nedenleri detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Ayrıca, anahtarlamalı kapasitör devrelerinde tercih edilme sebepleri de tartışılmıştır. FinFET, gate kanalın iki, üç veya dört tarafına yerleştirildiği ya da kanalın etrafına sarıldığı bir alt tabaka üzerine inşa edilmiş bir MOSFET'tir (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör). Bu yapı, akım kontrolünü sağlayan bir geçit ile çevrilidir. FinFET yapılarının öne çıkan özellikleri; hızlı olması, çok küçük boyutlarda üretilebilmesi ve düşük güç seviyelerine ulaşabilmesidir. İlk bölümde ayrıca, anahtarlamalı kapasitörlerin temel prensipleri ve işleyişi hakkında da bilgi verilmiştir. Bu devrelerin modern elektronik sistemlerdeki önemi ve uygulama alanları tartışılmıştır. Tezin sonraki bölümünde, MOSFET ve FinFET kullanılarak üç farklı entegratör modelinin nasıl uygulandığı incelenmiştir. Bu bölümde ayrıca, FinFET'in MOSFET'e göre sağladığı avantajlar ve bu avantajların neden tercih edilmesi gerektiği detaylandırılmıştır. Bir sonraki bölümde, DDSB biaslı önerilen bir CFC sunulmuştur. Bu CFC Op-Amp, benzer yapılarla karşılaştırıldığında sağladığı avantajlarla birlikte ele alınmıştır. Son olarak, önerilen CFC Op-Amp kullanılarak tasarlanan bir entegratör modeli sunulmuştur. Bu tezde gerçekleştirilen simülasyonlar, LTspice simülasyon araçları kullanılarak yapılmış olup, simülasyonlarda kullanılan FinFET modelleri 32 nm PTM modelleridir. Çalışmanın sonuçları, modern yarı iletken cihazlarda performans ve verimliliğin artırılmasına yönelik önemli katkılar sunmaktadır.

Abstract:
Given modern technology trends, the importance of structures suitable for semiconductor integrated circuit manufacturing processes and versatile designs is increasing. This thesis examines one of the most significant structures developed to meet this demand: switched capacitor circuits and their various applications. In the first part of the study, the physical structure of FinFET switches, their characteristic curves, and the reasons for using them as switches are discussed in detail. Additionally, the reasons for preferring them in switched capacitor circuits are also examined. FinFET is a multi-gate device built on a substrate where the gate is placed on two, three, or four sides of the channel or wrapped around the channel. This structure is surrounded by a gate that controls the current. The prominent features of FinFET structures are their speed, the ability to be produced in very small sizes, and their low power consumption. The first section also provides information on the basic principles and operation of switched capacitors. The importance and application areas of these circuits in modern electronic systems are discussed. In the second part of the thesis, the implementation of three different integrator models using MOSFET and FinFET is examined. This section also details the advantages of FinFET over MOSFET and why these advantages make FinFETs preferable. In the next section, a proposed CFC Op-Amp with DDSB biasing is presented. This Op-Amp is discussed in terms of the advantages it offers compared to similar structures. Finally, an integrator model designed using the proposed Op-Amp is presented.The simulations in this thesis were performed using LTspice simulation tools, and the FinFET models used in the simulations are 32 nm PTM models. The results of the study provide significant contributions to improving the performance and efficiency of modern semiconductor devices.