The motivation to study this non-classical CMOS device is necessary to face with the ITRS constraints. In the ITRS roadmap, the gate length of devices are being scaled down rapidly but this rapid scaling is not in pace with the relatively slow scaling of the gate equivalent oxide thickness which leads to a degradation in the performance of the transistor. One of the solutions to this problem is the use of non-classical devices, such as the Gate-All-Around (GAA) MOSFET. Owing to the flexibility of SOI technology, these novel devices can be adapted to this technology bringing along with it the benefit of SOI technology. One of the main advantage of building this GAA device on SOI technology is that it offers the possibility whereby the second gate is easily built into the back of the device. GAA devices are also interesting because they do not need to scale down the thickness of the gate oxide rapidly but still able to maintain a suitable thickness to avoid problems such as current leakage through the thin gate oxide by tunnelling. The objective of this research can be divided into three parts; the first is to study the feasibility of the various fabrication process for this GAA device, the second to analyse the electrical characteristics of these fabricated GAA devices from DC characteristics up to 110 GHz and the third one is the use of commercial numerical simulation softwares (IE3D, Silvaco) in order to describe the physics of these novel devices. In this study, these different structures shows advantages and disadvantages when used in either analog or RF applications. The graded-channel structure has shown that it is advantageous when used in high performance analog circuits. The advantages of this structure is further enhanced when it is combined with the double-gate structure, forming a double-gate graded channel SOI MOSFET. Optimizing in terms of doping level along the channel of the graded-channel is important to yield good electrical results. In order for these devices to be successful commercially, it is important that they are compatible with the fabrication technology and trends available today and in the near future. To confirm that these devices can be adapted into today's and tomorrow's technology, we have shown that these they are easily adaptable in the current technology. Multiple-gate devices are a new group of devices which have been identified by ITRS as potential devices to meet the demands in the future. In this study, we have shown that these multiple-gate devices do indeed show improved short-channel effects and improved analog and RF characteristics when compared to the single-gate devices in existence. One of the main contributors to these improvements is due to what is known as the “volume inversion”.

La reducción de la tecnología MOSFET planar ha sido la opción tecnológica dominante en las últimas décadas. Sin embargo, hemos llegado a un punto en el que los materiales y problemas en los dispositivos surgen, abriendo la puerta para estructuras alternativas de los dispositivos. Entre estas estructuras se encuentran los dispositivos DG, SGT y Triple-Gate. Estas tres estructuras están estudiadas en esta tesis, en el contexto de rducir las dimensiones de los dispositivos a tamaños tales que los mecanismos cuánticos y efectos de calan coro deben tenerse n cuenta. Estos efectos vienen con una seria de desafíos desde el pun to de vista de modelación, unos de los más grandes siendo el tiempo y los recursos comprometidos para ejecutar las simulaciones. para resolver este problema, esta tesis propone modelos comlets analíticos y compactos para cada una de las geometrías, validos desde DC hasta el modo de operación en Rf para los nodos tecnológicos futuros. Dichos modelos se han extendido para analizar el ruido de alta frecuencia en estos diapositivos.

A new multiple-gate transistor, the SOI MOS-JFET, is presented. This device combines the MOS field effect and junction field effect within one transistor body. Measured I-V characteristics are provided to illustrate typical modes of operation and the functionality associated with each gate. Two-dimensional simulations of the device?s cross-section will be presented to illustrate various conduction modes under different bias conditions. Test results indicate the MOS-JFET is well suited for both high-voltage and low-voltage circuit demands for systems-on-a-chip applications on SOI technology. Analog building-block circuits based the MOS-JFET are also presented.

The resin transfer molding (RTM ) process, in which a thermosetting resin is injected into a mold cavity preloaded with a porous fiber preform, is a manufacturing method for producing advanced continuous fiber reinforced composite products with complex geometries. Numerical simulation of resin transfer molding process is an often needed tool in manufacturing design, in order to analyze the process before the mold is constructed. In this study, a numerical simulation of the resin impregnation process in RTM of composite materials is performed by using and modifying an existing simulation program. The parts that are molded in the simulations have their planar dimensions much larger than their thicknesses. Therefore, the mold filling process can be modeled as two dimensional by neglecting the variations along the thickness direction. The program is capable of simulating two-dimensional, isothermal impregnation processes through orthotropic fiber preforms of planar but complex geometries. The formulations of the physical problem, used in this study, were taken from the theory of macroscopic flow through anisotropic porous media. The formulated governing equation and boundary conditions are solved in a regular-geometry computational domain by transformation through boundary fitted coordinate system. The discretization for numerical solution is performed by the finite difference method. The current study extends the existing capabilities of the simulation program by enabling the simulation of impregnation through non-homogeneous fiber preforms. Furthermore, the capability to simulate injection from two gates (as opposed to a single gate injection that existed before) is developed and added to the program. Various one-dimensional impregnation simulations (as parametric studies) are performed to assess the influence of process parameters. Results are also compared with analytical solutions and found to be in agreement with them. Two-dimensional impregnation simulations are performed for a planar, complex geometry mold. The two-dimensional results are compared with experimental results from the literature and are found to be in acceptable agreement with them. In addition to the study of various parametric variations in two-dimensional impregnation, double-gate resin injection simulations are performed and discussed as well.

Esta Tese apresenta os resultados da simulação do transporte eletrônico em três dimensões (3D) no nano dispositivo eletrônico conhecido como “SOI-FinFET”. Este dispositivo é um transistor MOS em tecnologia Silício sobre Isolante – “Silicon-on- Insulator”, SOI – com porta dupla e cujo canal e zonas de fonte e dreno são realizadas em uma estrutura nanométrica vertical de silício chamada de “finger” ou “fin”. Como introdução ao dispositivo em questão, é feita uma revisão básica sobre a tecnologia e transistores SOI e sobre MOSFETs de múltiplas portas. A implementação de um modelo tipo “charge-sheet” para o transistor SOI-MOSFET totalmente depletado e uma modelagem deste dispositivo em altas frequências também é apresentada. A geometria do “fin” é escalada para valores menores do que 100 nm, com uma espessura entre 10 e 20 nm. Um dos objetivos deste trabalho é a definição de parâmetros para o SOI-FinFET que o viabilizem para a tecnologia de 22 nm, com um comprimento efetivo de canal menor do que 20 nm. O transistor FinFET e uma estrutura básica simplificada para simulação numérica em 3D são descritos, sendo utilizados dados de tecnologias atuais de fabricação. São apresentados resultados de simulação numérica 3D (curvas ID-VG, ID-VD, etc.) evidenciando as principais características de funcionamento do FinFET. É analisada a influência da espessura e dopagem do “fin” e do comprimento físico do canal em parâmetros importantes como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. São consideradas e analisadas duas possibilidades de dopagens da área ativa do “fin”: (1) o caso em que esta pode ser considerada não dopada, sendo baixíssima a probabilidade da presença de dopantes ativos, e (2) o caso de um alto número de dopantes ativos (> 10 é provável). Uma comparação entre dois simuladores numéricos 3D de dispositivos é realizada no intuito de explicitar diferenças entre modelos de simulação e características de descrição de estruturas 3D. São apresentadas e analisadas medidas em dispositivos FinFET experimentais. Dois métodos de extração de resistência série parasita são utilizados em FinFETs simulados e caracterizados experimentalmente. Para finalizar, são resumidas as principais conclusões deste trabalho e são propostos os trabalhos futuros e novas diretivas na pesquisa dos transistores FinFETs. / This thesis presents the results of 3D-numerical simulation of electron transport in double-gate SOI-FinFETs in the decanometer size range. A basic review on the SOI technology and multiple gates MOSFETs is presented. The implementation of a chargesheet model for the fully-depleted SOI-MOSFET and a high frequency modeling of this device are first presented for a planar device topology. The second part of this work deals with FinFETs, a non-planar topology. The geometry of the silicon nano-wire (or “fin”) in this thesis is scaled down well below 100 nm, with fin thickness in the range of 10 to 20 nm. This work addresses the parameters for a viable 22 nm CMOS node, with electrical effective channel lengths below 20 nm. The basic 3D structure of the FinFET transistor is described in detail, then it is simulated with various device structural parameters, and results of 3D-numerical simulation (ID-VG curves, ID-VD, etc.), showing the main features of operation of this device, are presented. The impacts of varying silicon fin thicknesses, physical channel lengths, and silicon fin doping concentration on both the average threshold voltage and the subthreshold slope are investigated. With respect to the doping concentration, the discrete and highly statistical nature of impurity presence in the active area of the nanometer-range fin is considered in two limiting cases: (1) the zero-doping or undoped case, for highly improbable presence of active dopants, and (2) the many-dopants case, or high number (> 10 are probable) of active dopants in the device channel. A comparison between two 3D-numerical device simulators is performed in order to clarify differences between simulation models and features of the description of 3D structures. A structure for SOIFinFETs is optimized, for the undoped fin, showing its applicability for devices with electrical effective channel lengths below 20 nm. SOI-FinFET measurements were performed on experimental devices, analyzed and compared to device simulation results. This thesis uses parasitic resistance extraction methods that are tested in FinFET simulations and measurements. Finally, the main conclusions of this work are summarized and the future work and new directions in the FinFETs research are proposed.

Esta Tese apresenta os resultados da simulação do transporte eletrônico em três dimensões (3D) no nano dispositivo eletrônico conhecido como “SOI-FinFET”. Este dispositivo é um transistor MOS em tecnologia Silício sobre Isolante – “Silicon-on- Insulator”, SOI – com porta dupla e cujo canal e zonas de fonte e dreno são realizadas em uma estrutura nanométrica vertical de silício chamada de “finger” ou “fin”. Como introdução ao dispositivo em questão, é feita uma revisão básica sobre a tecnologia e transistores SOI e sobre MOSFETs de múltiplas portas. A implementação de um modelo tipo “charge-sheet” para o transistor SOI-MOSFET totalmente depletado e uma modelagem deste dispositivo em altas frequências também é apresentada. A geometria do “fin” é escalada para valores menores do que 100 nm, com uma espessura entre 10 e 20 nm. Um dos objetivos deste trabalho é a definição de parâmetros para o SOI-FinFET que o viabilizem para a tecnologia de 22 nm, com um comprimento efetivo de canal menor do que 20 nm. O transistor FinFET e uma estrutura básica simplificada para simulação numérica em 3D são descritos, sendo utilizados dados de tecnologias atuais de fabricação. São apresentados resultados de simulação numérica 3D (curvas ID-VG, ID-VD, etc.) evidenciando as principais características de funcionamento do FinFET. É analisada a influência da espessura e dopagem do “fin” e do comprimento físico do canal em parâmetros importantes como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. São consideradas e analisadas duas possibilidades de dopagens da área ativa do “fin”: (1) o caso em que esta pode ser considerada não dopada, sendo baixíssima a probabilidade da presença de dopantes ativos, e (2) o caso de um alto número de dopantes ativos (> 10 é provável). Uma comparação entre dois simuladores numéricos 3D de dispositivos é realizada no intuito de explicitar diferenças entre modelos de simulação e características de descrição de estruturas 3D. São apresentadas e analisadas medidas em dispositivos FinFET experimentais. Dois métodos de extração de resistência série parasita são utilizados em FinFETs simulados e caracterizados experimentalmente. Para finalizar, são resumidas as principais conclusões deste trabalho e são propostos os trabalhos futuros e novas diretivas na pesquisa dos transistores FinFETs. / This thesis presents the results of 3D-numerical simulation of electron transport in double-gate SOI-FinFETs in the decanometer size range. A basic review on the SOI technology and multiple gates MOSFETs is presented. The implementation of a chargesheet model for the fully-depleted SOI-MOSFET and a high frequency modeling of this device are first presented for a planar device topology. The second part of this work deals with FinFETs, a non-planar topology. The geometry of the silicon nano-wire (or “fin”) in this thesis is scaled down well below 100 nm, with fin thickness in the range of 10 to 20 nm. This work addresses the parameters for a viable 22 nm CMOS node, with electrical effective channel lengths below 20 nm. The basic 3D structure of the FinFET transistor is described in detail, then it is simulated with various device structural parameters, and results of 3D-numerical simulation (ID-VG curves, ID-VD, etc.), showing the main features of operation of this device, are presented. The impacts of varying silicon fin thicknesses, physical channel lengths, and silicon fin doping concentration on both the average threshold voltage and the subthreshold slope are investigated. With respect to the doping concentration, the discrete and highly statistical nature of impurity presence in the active area of the nanometer-range fin is considered in two limiting cases: (1) the zero-doping or undoped case, for highly improbable presence of active dopants, and (2) the many-dopants case, or high number (> 10 are probable) of active dopants in the device channel. A comparison between two 3D-numerical device simulators is performed in order to clarify differences between simulation models and features of the description of 3D structures. A structure for SOIFinFETs is optimized, for the undoped fin, showing its applicability for devices with electrical effective channel lengths below 20 nm. SOI-FinFET measurements were performed on experimental devices, analyzed and compared to device simulation results. This thesis uses parasitic resistance extraction methods that are tested in FinFET simulations and measurements. Finally, the main conclusions of this work are summarized and the future work and new directions in the FinFETs research are proposed.

Esta Tese apresenta os resultados da simulação do transporte eletrônico em três dimensões (3D) no nano dispositivo eletrônico conhecido como “SOI-FinFET”. Este dispositivo é um transistor MOS em tecnologia Silício sobre Isolante – “Silicon-on- Insulator”, SOI – com porta dupla e cujo canal e zonas de fonte e dreno são realizadas em uma estrutura nanométrica vertical de silício chamada de “finger” ou “fin”. Como introdução ao dispositivo em questão, é feita uma revisão básica sobre a tecnologia e transistores SOI e sobre MOSFETs de múltiplas portas. A implementação de um modelo tipo “charge-sheet” para o transistor SOI-MOSFET totalmente depletado e uma modelagem deste dispositivo em altas frequências também é apresentada. A geometria do “fin” é escalada para valores menores do que 100 nm, com uma espessura entre 10 e 20 nm. Um dos objetivos deste trabalho é a definição de parâmetros para o SOI-FinFET que o viabilizem para a tecnologia de 22 nm, com um comprimento efetivo de canal menor do que 20 nm. O transistor FinFET e uma estrutura básica simplificada para simulação numérica em 3D são descritos, sendo utilizados dados de tecnologias atuais de fabricação. São apresentados resultados de simulação numérica 3D (curvas ID-VG, ID-VD, etc.) evidenciando as principais características de funcionamento do FinFET. É analisada a influência da espessura e dopagem do “fin” e do comprimento físico do canal em parâmetros importantes como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. São consideradas e analisadas duas possibilidades de dopagens da área ativa do “fin”: (1) o caso em que esta pode ser considerada não dopada, sendo baixíssima a probabilidade da presença de dopantes ativos, e (2) o caso de um alto número de dopantes ativos (> 10 é provável). Uma comparação entre dois simuladores numéricos 3D de dispositivos é realizada no intuito de explicitar diferenças entre modelos de simulação e características de descrição de estruturas 3D. São apresentadas e analisadas medidas em dispositivos FinFET experimentais. Dois métodos de extração de resistência série parasita são utilizados em FinFETs simulados e caracterizados experimentalmente. Para finalizar, são resumidas as principais conclusões deste trabalho e são propostos os trabalhos futuros e novas diretivas na pesquisa dos transistores FinFETs. / This thesis presents the results of 3D-numerical simulation of electron transport in double-gate SOI-FinFETs in the decanometer size range. A basic review on the SOI technology and multiple gates MOSFETs is presented. The implementation of a chargesheet model for the fully-depleted SOI-MOSFET and a high frequency modeling of this device are first presented for a planar device topology. The second part of this work deals with FinFETs, a non-planar topology. The geometry of the silicon nano-wire (or “fin”) in this thesis is scaled down well below 100 nm, with fin thickness in the range of 10 to 20 nm. This work addresses the parameters for a viable 22 nm CMOS node, with electrical effective channel lengths below 20 nm. The basic 3D structure of the FinFET transistor is described in detail, then it is simulated with various device structural parameters, and results of 3D-numerical simulation (ID-VG curves, ID-VD, etc.), showing the main features of operation of this device, are presented. The impacts of varying silicon fin thicknesses, physical channel lengths, and silicon fin doping concentration on both the average threshold voltage and the subthreshold slope are investigated. With respect to the doping concentration, the discrete and highly statistical nature of impurity presence in the active area of the nanometer-range fin is considered in two limiting cases: (1) the zero-doping or undoped case, for highly improbable presence of active dopants, and (2) the many-dopants case, or high number (> 10 are probable) of active dopants in the device channel. A comparison between two 3D-numerical device simulators is performed in order to clarify differences between simulation models and features of the description of 3D structures. A structure for SOIFinFETs is optimized, for the undoped fin, showing its applicability for devices with electrical effective channel lengths below 20 nm. SOI-FinFET measurements were performed on experimental devices, analyzed and compared to device simulation results. This thesis uses parasitic resistance extraction methods that are tested in FinFET simulations and measurements. Finally, the main conclusions of this work are summarized and the future work and new directions in the FinFETs research are proposed.

Este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento de transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de alta constante dielétrica e eletrodo de porta de metal. Inicialmente estudou-se a aplicação dos métodos de extração de parâmetros através de curvas da capacitância, previamente desenvolvidos para estruturas SOI planares, em dispositivos de porta tripla com óxido de porta de háfnio (HfO2) e porta de metal com nitreto de titânio (TiN). Foram utilizados dispositivos com grandes dimensões, onde a influência das portas laterais pode ser desprezada, apresentando desta forma, um comportamento similar aos dispositivos com geometria planar. Simulações numéricas tridimensionais seguidas de medidas experimentais validam a utilização desses métodos em estruturas de múltiplas portas com grande largura de canal. A capacitância também foi utilizada para se analisar a influência que o efeito de canto exerce sobre estas estruturas de múltiplas portas. Na seqüência, foi investigado o impacto que a variação da espessura da porta de metal TiN causa nas características elétricas dos transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de silicato de óxido de háfnio (HfSiO). Parâmetros como tensão de limiar, função de trabalho, mobilidade, cargas de interface assim como as características analógicas foram analisadas. Os resultados indicaram que camadas de TiN mais finas são mais atrativas, apresentando menor tensão de limiar e armadilhas de interface, assim como um aumento na mobilidade e no ganho intrínseco do transistor. Contudo uma maior corrente de fuga pelo óxido de porta é vista nestes dispositivos. Juntamente com esta análise, o comportamento de transistores de porta tripla com dielétrico de porta de silicato de óxido de háfnio nitretado (HfSiON) também foi estudado, onde observou-se um maior impacto nas cargas de interface para o óxido de háfnio nitretado. Contudo, o mesmo é capaz de reduzir a difusão de impurezas até o óxido de silício (SiO2) interfacial com o canal de silício. Finalmente transistores de porta tripla com diferentes composições de estrutura de porta foram estudados experimentalmente, onde uma camada de óxido de disprósio (Dy2O3) foi depositada entre o silicato de óxido de háfnio (HfSiO) e a porta de metal TiN. Observou-se uma redução na tensão de limiar nos dispositivos com o óxido de disprósio assim como uma variação na tensão de faixa plana. Em resumo, quando a camada de óxido de disprósio foi depositada dentro da porta de metal TiN, uma melhor interface foi obtida, assim como uma maior espessura de óxido efetivo, indicando desta forma uma menor corrente de fuga. / The main goal of this work is to investigate the behavior of SOI triple gate transistors with high dielectric constant gate oxide and metal gate material. Initially it was studied the application of process parameters extraction methods through capacitance curves, developed previously for planar SOI structures, in the triple-gate devices with hafnium gate oxide (HfO2) and metal gate of titanium nitride (TiN). Devices with larger dimensions were used, where the lateral gate influence can be neglected, presenting a planar behavior. Three-dimensional numerical simulations followed by experimental measurements validated the methods used in multiple-gate structures with wide channel width. The capacitance was also used in order to analyze the corner effect influence under these structures. In sequence, it was investigated the impact that the metal gate TiN thickness variation cause on the electric characteristics on the SOI triple gate transistors with silicate of hafnium oxide (HfSiO) as gate oxide. Beyond threshold voltage, work function, mobility, interface trap density and analog characteristics were analyzed. The results showed that thinner TiN are highly attractive, showing a reduction on the threshold voltage and trap density, an improved mobility and of the intrinsic gain of the transistor. However, an increase on the leakage current is observed in these devices. Together with this analyzes the behavior of triple gate transistors with gate dielectric of silicate of hafnium oxide nitrated (HfSiON) was also studied, where for the HfSiON a higher interface trap density impact was observed. Nevertheless it is efficient on the reduction impurity diffusion to cross until the silicon oxide (SiO2) that interfaces with the silicon channel. Finally, triple gate transistors with different gate stacks were experimentally studied, where a dysprosium oxide layer (Dy2O3) was deposited between the silicate of hafnium oxide (HfSiO) and the TiN metal gate. We observed a reduction in the threshold voltage of theses devices with dysprosium oxide as well as a variation of flatband voltage. In summary, when the dysprosium oxide layer was deposited inside the TiN metal gate, a better interface was obtained, as well as a higher effective oxide thickness, resulting in a lower leakage current.

Este trabalho tem como objetivo investigar o comportamento de transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de alta constante dielétrica e eletrodo de porta de metal. Inicialmente estudou-se a aplicação dos métodos de extração de parâmetros através de curvas da capacitância, previamente desenvolvidos para estruturas SOI planares, em dispositivos de porta tripla com óxido de porta de háfnio (HfO2) e porta de metal com nitreto de titânio (TiN). Foram utilizados dispositivos com grandes dimensões, onde a influência das portas laterais pode ser desprezada, apresentando desta forma, um comportamento similar aos dispositivos com geometria planar. Simulações numéricas tridimensionais seguidas de medidas experimentais validam a utilização desses métodos em estruturas de múltiplas portas com grande largura de canal. A capacitância também foi utilizada para se analisar a influência que o efeito de canto exerce sobre estas estruturas de múltiplas portas. Na seqüência, foi investigado o impacto que a variação da espessura da porta de metal TiN causa nas características elétricas dos transistores SOI de porta tripla com óxido de porta de silicato de óxido de háfnio (HfSiO). Parâmetros como tensão de limiar, função de trabalho, mobilidade, cargas de interface assim como as características analógicas foram analisadas. Os resultados indicaram que camadas de TiN mais finas são mais atrativas, apresentando menor tensão de limiar e armadilhas de interface, assim como um aumento na mobilidade e no ganho intrínseco do transistor. Contudo uma maior corrente de fuga pelo óxido de porta é vista nestes dispositivos. Juntamente com esta análise, o comportamento de transistores de porta tripla com dielétrico de porta de silicato de óxido de háfnio nitretado (HfSiON) também foi estudado, onde observou-se um maior impacto nas cargas de interface para o óxido de háfnio nitretado. Contudo, o mesmo é capaz de reduzir a difusão de impurezas até o óxido de silício (SiO2) interfacial com o canal de silício. Finalmente transistores de porta tripla com diferentes composições de estrutura de porta foram estudados experimentalmente, onde uma camada de óxido de disprósio (Dy2O3) foi depositada entre o silicato de óxido de háfnio (HfSiO) e a porta de metal TiN. Observou-se uma redução na tensão de limiar nos dispositivos com o óxido de disprósio assim como uma variação na tensão de faixa plana. Em resumo, quando a camada de óxido de disprósio foi depositada dentro da porta de metal TiN, uma melhor interface foi obtida, assim como uma maior espessura de óxido efetivo, indicando desta forma uma menor corrente de fuga. / The main goal of this work is to investigate the behavior of SOI triple gate transistors with high dielectric constant gate oxide and metal gate material. Initially it was studied the application of process parameters extraction methods through capacitance curves, developed previously for planar SOI structures, in the triple-gate devices with hafnium gate oxide (HfO2) and metal gate of titanium nitride (TiN). Devices with larger dimensions were used, where the lateral gate influence can be neglected, presenting a planar behavior. Three-dimensional numerical simulations followed by experimental measurements validated the methods used in multiple-gate structures with wide channel width. The capacitance was also used in order to analyze the corner effect influence under these structures. In sequence, it was investigated the impact that the metal gate TiN thickness variation cause on the electric characteristics on the SOI triple gate transistors with silicate of hafnium oxide (HfSiO) as gate oxide. Beyond threshold voltage, work function, mobility, interface trap density and analog characteristics were analyzed. The results showed that thinner TiN are highly attractive, showing a reduction on the threshold voltage and trap density, an improved mobility and of the intrinsic gain of the transistor. However, an increase on the leakage current is observed in these devices. Together with this analyzes the behavior of triple gate transistors with gate dielectric of silicate of hafnium oxide nitrated (HfSiON) was also studied, where for the HfSiON a higher interface trap density impact was observed. Nevertheless it is efficient on the reduction impurity diffusion to cross until the silicon oxide (SiO2) that interfaces with the silicon channel. Finally, triple gate transistors with different gate stacks were experimentally studied, where a dysprosium oxide layer (Dy2O3) was deposited between the silicate of hafnium oxide (HfSiO) and the TiN metal gate. We observed a reduction in the threshold voltage of theses devices with dysprosium oxide as well as a variation of flatband voltage. In summary, when the dysprosium oxide layer was deposited inside the TiN metal gate, a better interface was obtained, as well as a higher effective oxide thickness, resulting in a lower leakage current.

Neste trabalho é apresentado um estudo do efeito da tensão mecânica uniaxial e biaxial no ruído de baixa frequência nos transistores SOI planares e tridimensionais (MuGFETs de porta tripla) com diferentes orientações cristalográficas, além de um estudo das características analógicas nos transistores planares e tipo MuGFET de porta tripla. Nos transistores planares, o estudo do ruído de baixa frequência demonstrou uma melhora para os transistores tensionados no regime de saturação, independente do comprimento de canal, entretanto para a região linear, a tensão mecânica somente reduziu o ruído para um comprimento de canal pequeno (160nm). Nas características analógicas, foi utilizado o recurso da simulação numérica bidimensional para obtenção dos resultados. Os resultados mostram que os transistores tensionados são capazes de promover um melhor desempenho na transcondutância, na ordem de um aumento no mínimo de 40% , indicando para comprimentos longos de canal (910 nm) uma aumento de 56% para tensão mecânica biaxial e o oposto para a uniaxial (45%) (160 nm): entretanto, na condutância de saída, a tensão mecânica de forma geral promove uma maior degradação, aumento de 3% para um transistor uniaxial e aumento de 105% para o transistor biaxial. No ganho intrínseco de tensão, mais uma vez os transistores tensionados melhoraram de desempenho: contudo, neste caso, melhor resultado foi para o transistor biaxial, chegando a 5 dB de ganho. Nos transistores de porta tripla, a análise do ruído foi realizada nos transistores tensionados e convencionais operando em saturação e, de forma geral, a tensão mecânica piora o ruído de baixa frequência em uma ordem de grandeza para o transistor estreito, ocorrendo apenas uma melhora quase imperceptível num transistor largo ou quase planar. Na análise do ruído para os transistores rotacionados para a região linear, apresentaram dependência 1/f, com o ruído governado pela flutuação do número de portadores associado à flutuação na mobilidade: a tensão mecânica piora o ruído, entretanto, adicionando a rotação do substrato, ocorre uma melhora do ruído devido à redução das armadilhas de interface, ocasionando numa melhor interface lateral. Para dispositivos largos, o plano de topo sofre um aumento da concentração das armadilhas, piorando a interface superior devido a rotação do substrato, resultando um pior ruído. Nas características analógicas, os transistores de MuGFETs de porta tripla com tensão mecânica e substrato rotacionado foram estudados, onde a rotação do substrato em 45º mais a presença da tensão mecânica promoveram uma piora nos resultados, principalmente na transcondutância, onde a piora variou de 45 % até 15 %, para um dispositivo estreito (20 nm ) e um largo (870 nm). / This work presents a study of the uniaxial and biaxial mechanical stress effect on low frequency noise in planar and three-dimensional SOI transistors (triple gate) with different crystal orientation, and an study of analog parameters in planar and for triple gate MuGFET. In planar transistor, the study of low frequency noise showed an improvement in low frequency noise for strained transistors in saturation regime, regardless of the channel length, however for the linear regime, the mechanical stress only reduced the noise in a small channel length (160nm). In the analog characteristics was used the feature of two-dimensional numerical simulation for the expansion of the results. The results shows that the strained transistors are capable to promoting a better performance in transconductance in a order at least 40%, indicating for a long channel lengths (910nm) an improvement of 56% in favor of biaxial stress and the opposite to uniaxial (45%) (160nm), however in the output conductance, the mechanical stress promotes higher degradation, ranging from 3% to uniaxial transistor and 105% for biaxial transistor. The intrinsic voltage gain, the strained transistors improved the performance, but in this case a best result was found for the biaxial strain reaching 5 dB. In triple gate transistors, the analysis of noise was performed on strained and conventional operating in saturation, and generally the worsening of mechanical stress on the low frequency noise in a order of magnitude for the marrow transistor, occurring only barely perceptible improvement seen in wider transistor or quasi-planar. The noise analysis for rotated transistors in linear region, showed a 1/f noise characteristic governed by the carrier number of fluctuations associated with fluctuations in mobility, the mechanical stress worsens the noise, however, by adding the substrate rotation occurs improves noise due to reduction of interface traps leading to a better sidewall interface. For larger devices the top plane suffer an increase of interface traps, worsening the top interface due to rotation of the substrate, causing a worse noise. In the analog characteristics, the triple gate MuGFETs transistors with mechanical stress and rotated substrate were studied, where the rotation of the substrate in 45º plus mechanical stress promoted a worsening of the results, particularly in the transconductance, where the worsening ranged from 45% up to 15% for a narrow device (20 nm) and a large (870 nm).