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. / This work presents a study of the substrate effect on Ultra Thin Body and Buried Oxide (UTBB) SOI transistors. The work analysis was performed based on theoretical models, numerical simulations and experimental measurements. Experimentally, it is possible to notice that the presence of the ground plane implantation (GP) below the buried oxide eliminates and/or minimizes some undesirable effects of the substrate, as the variation of potential drop on third interface (buried oxide/substrate). The interface trap density (Nit) was an important parameter on simulation adjustment to obtain drain current curves as function of front gate bias and back gate bias close to the experimental. The interface trap density of the front and back interface were adjusted to the value of 2x10¹¹ e V-1 cm-2 after the experimental curves were analyzed. So from these simulations, it can be verified that the model used in the simulator was compatible with the experimental results, with error < 10%. It is noted that the analytic model proposed by Martino et al. to analyze the substrate effect for fully depleted SOI transistor with thicker silicon thickness (above 40 nm) is useful for UTBB SOI devices with long channel (L=10 m) until the back interface reach the inversion, when the model is no longer valid. Using the analytic model, it was also possible to determine the values of VGBmax and VGBmin, which represents the back voltage required to change de third interface from inversion to depletion mode (VGBmin), and the depletion to accumulation mode (VGBmax). The value of VGBmax ranged from 0,57 V to 0,75 V and for VGBmin ranged from -0,08 V to -3,39 V. The analytic model has more agreement for short channel (L = 70nm) transistor than the longer one (L = 10m), probably due to the electrostatic coupling between de drain/source and the channel that delays the formation of inversion channel on third interface extending the validity range of the model. By the numerical simulation, it was possible to analyze the electron concentration along the transistor. It was observed that the mode of the third 8 interface influences directly the condition of the back and front interfaces on UTBB SOI transistor. When the third interface is in accumulation mode, the front interface has an electron concentration lower than the back interface, so the current flows mainly on the back interface. This makes the value of the front threshold voltage is less than the analytic model, once the model is valid only if while the back interface is on depletion mode. The numerical simulation was also used to analyze the potential drop on SOI transistor. Simulation was performed with and without GP and varying the temperature. It was observed that for higher temperature, the substrate effect was minimized dur to the decrease of the Fermi level towards the mid-band. With GP, the substrate potential drop is almost zero, while on devices without GP it changes from 0,2 V to 0,6 V For devices with GP the potential, as the drop on substrate is almost zero, the potential drop on front and buried oxide increases, which can causes reliability problems.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-05-03T13:31:38Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1009748 bytes, checksum: c15a648678f96cfe2ff8afb8ab606749 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T13:31:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1009748 bytes, checksum: c15a648678f96cfe2ff8afb8ab606749 (MD5) Previous issue date: 2002-12-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O experimento foi conduzido com os objetivos de propor e avaliar o sistema FITO 2 para a produção de tomate em ambiente protegido; verificar a qualidade dos frutos e o estado nutricional do tomateiro cultivado no sistema FITO 2; avaliar a necessidade de colocar mais N no sistema FITO 2; avaliar a possibilidade de substituir o substrato composto orgânico mais areia no sistema FITO 2. Foram estudados seis tratamentos no delineamento em blocos ao acaso com seis repetições para algumas variáveis e para outras se adotou um esquema de parcelas subdivididas. Os tratamentos constaram de seis "sistema de produção": 1 - sistema de produção de tomate na casa de vegetação (testemunha), sendo o nitrogênio (N) e o potássio (K) aplicados via água de irrigação e os demais nutrientes sendo colocados no solo no dia anterior ao transplante (DNT); 2 - sistema (FITO 2): cultivo em saco plástico perfurados no fundo, com 9 dm3 de substrato por planta, contendo 25% de composto e 75% de areia, sendo N e o K aplicados via água de irrigação e os DNT e uma planta por saco; 3 - FITO 2+N: idem ao anterior com 50% a mais de N; 4 - Barranco: idem ao sistema 2, sendo utilizado como substrato o material retirado da camada não arável do solo, na profundidade de 1,50 m; 5 - Serragem + Carvão: idem ao sistema 2, sendo o substrato 50% de serragem + 50% de carvão; 6 - Substrato comercial: plantio em saco plástico de 26 dm3, como comercializado pelo fabricante, sendo colocadas duas plantas por saco. Cada parcela foi constituída de duas plantas, sendo a área útil de 1,20 m2. O tomateiro foi transplantado no espaçamento de 1,0 x 0,6 m e conduzido com duas hastes até o nono cacho, não havendo desbaste de frutos. Os dados foram analisados por meio de análise de variância e regressão. Para o fator qualitativo as médias foram comparadas utilizando-se o teste de Tukey adotando-se o nível de 5% de probabilidade. Para o fator quantitativo os modelos foram escolhidos baseados na significância dos coeficientes de regressão utilizando o teste F adotando o nível de até 5% de probabilidade. As produções comerciais da cultura na casa de vegetação nos tratamentos tradicional, FITO 2 e FITO 2+N foram: 91, 106 e 112 t ha-1, indicando a possibilidade de utilizar o sistema FITO 2 na produção de tomate em casa de vegetação. O sistema FITO 2 proposto proporcionou a obtenção de frutos com as mesmas qualidades de frutos daquelas produzida pelo método tradicional de cultivo do tomateiro em casa de vegetação, no solo, e os maiores teores de P (0,63 dag kg-1) e B (67 mg kg-1) nas folhas que as verificadas nos tratamentos 1, 3, 4, 5 e 6. O incremento de N no sistema FITO 2 proporcionou o maior teor de N na folha, 4,76 dag kg-1 e a maior produção comercial de frutos de 112 t ha-1. Ambos os substratos, barranco e carvão + serragem, proporcionaram produtividades comerciais de frutos (94 e 88 t ha-1), semelhantes às obtidas no solo (testemunha) e no sistema FITO 2. / The experiment was conductes with the objectives to affors give and value the FITO 2 system for the tomato production in protected ambient; verify the quality of the fruits and the tomato plant cultivated in FITO 2 system; value the necessity to put more N in FITO 2 system; value the possibility to substitute the organic composes substratum more sand in FITO 2 system. It has beem studied six treatment in deliniation in block at random with six repetition for some variables and for other adopted kind subdivided fragment. "The treatment had six production system " 1 - tomato production system into house of vegetation (vitness), being the nitrogen (N) and the potassium (K) put by way of irrigation and too much nutrient being put intro soil on last day to transplantation (DNT); 2 - system (FITO 2); cultivate in plastic bag with perfuration (hole) under, with 9 dm3 of substract by plant, wity 25 % of compost and 75 % of sand the DNT and one plant in each bag, 3 - FIT 2+N; ditto by last with 50 % and more of N, 4 - gully; ditto at system 2, being used how substrat the material to took of the layer away no arable from the soil, in the deepness of 1,50 m; 5 - sawdust + coal; ditto at system 2, being the substrat 50 % of sawdust + 50 % of coal; 6 - commercial substrat; putinto plastic bag of 26 dm3, how commercialized by maker being put two plants by bag. Each fragment was constituided of two plants, being the util area of 1,20 m2. The tomato plant was transplantated in wide of 1,0 x 0,6 m and conduzed with two stem to the nineth bunch, there isnit use abusive of fruits. The itens were analyses by way of analyses of variance and return (Regression). By the qualifying agent (Factor) the marks were compared using the test of Turkey adopting the level of 50 % of deepnes. By the qualifying factos the models were chose established in meaning of the coefficient of regression using the test F adoptanding the level of to 5 % of probability. The business productions of the culture into house of vegetation into traditional treatment, FITO 2 and FITO 2+N were: 91, 106 and 112 t ha-1, indicating the probability to use the FITO 2 system into production of tomato in house of vegetation. The FITO 2 system proportioneg the obtainment of fruits with the same quality of fruits of that produzed by traditional way of cultivate in vegetations house, into soil, and the biggest tenor of P (0,63 dag kg-1) and B (67 mg kg-1) on leaves that the seen in the treatment 1, 3, 4, 5 and 6. The increase of into FITO 2 system proportioned the biggest tenor of N on leafe, 4,76 dag kg-1 and the biggest business production of fruits of 112 t ha-1. Both substratcts, gully and coal + sawdust, gave it business production of fruits (94 and 88 t ha-1), like the obtained in soil (vitness) and into FITO 2 system.

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. / This work presents a study of the substrate effect on Ultra Thin Body and Buried Oxide (UTBB) SOI transistors. The work analysis was performed based on theoretical models, numerical simulations and experimental measurements. Experimentally, it is possible to notice that the presence of the ground plane implantation (GP) below the buried oxide eliminates and/or minimizes some undesirable effects of the substrate, as the variation of potential drop on third interface (buried oxide/substrate). The interface trap density (Nit) was an important parameter on simulation adjustment to obtain drain current curves as function of front gate bias and back gate bias close to the experimental. The interface trap density of the front and back interface were adjusted to the value of 2x10¹¹ e V-1 cm-2 after the experimental curves were analyzed. So from these simulations, it can be verified that the model used in the simulator was compatible with the experimental results, with error < 10%. It is noted that the analytic model proposed by Martino et al. to analyze the substrate effect for fully depleted SOI transistor with thicker silicon thickness (above 40 nm) is useful for UTBB SOI devices with long channel (L=10 m) until the back interface reach the inversion, when the model is no longer valid. Using the analytic model, it was also possible to determine the values of VGBmax and VGBmin, which represents the back voltage required to change de third interface from inversion to depletion mode (VGBmin), and the depletion to accumulation mode (VGBmax). The value of VGBmax ranged from 0,57 V to 0,75 V and for VGBmin ranged from -0,08 V to -3,39 V. The analytic model has more agreement for short channel (L = 70nm) transistor than the longer one (L = 10m), probably due to the electrostatic coupling between de drain/source and the channel that delays the formation of inversion channel on third interface extending the validity range of the model. By the numerical simulation, it was possible to analyze the electron concentration along the transistor. It was observed that the mode of the third 8 interface influences directly the condition of the back and front interfaces on UTBB SOI transistor. When the third interface is in accumulation mode, the front interface has an electron concentration lower than the back interface, so the current flows mainly on the back interface. This makes the value of the front threshold voltage is less than the analytic model, once the model is valid only if while the back interface is on depletion mode. The numerical simulation was also used to analyze the potential drop on SOI transistor. Simulation was performed with and without GP and varying the temperature. It was observed that for higher temperature, the substrate effect was minimized dur to the decrease of the Fermi level towards the mid-band. With GP, the substrate potential drop is almost zero, while on devices without GP it changes from 0,2 V to 0,6 V For devices with GP the potential, as the drop on substrate is almost zero, the potential drop on front and buried oxide increases, which can causes reliability problems.