Abstract In this thesis, we propose and fabricate a triple recessed multi-gate SOI device that has high transconductance and low series resistance. The SOI device structure has three unique features. First, it uses mesa isolation instead of using conventional LOCOS and trench isolation to avoid the bird¡¦s beak effect in LOCOS isolation and the complexity of digging trench in trench isolation. Second, it combines the rounded and gate recessed structure to reduce the edge effect and lower the source/drain parasitic resistance. Third, it has three surfaces of gate structure that can increase the effective channel width of the device to enhance the current drivability of the device without reducing the packing density of the integrated circuit. From our experiment results the trends of device characteristics exhibits good agreement with the 3 ¡V D simulation results. According to the simulation results of 3 ¡V D DAVINCI and the measurement results, triple recessed multi-gate SOI MOSFET¡¦s presents four unique characteristics, which are superior to conventional SOI with the same device parameter in deep sub-micrometer regime. First, multi-gate SOI has better short channel effect and drain induce barrier lowing immunity conventional SOI device than conventional SOI device. Second, it has higher transconductance and higher current drive capability. Third, the breakdown voltage is higher than that of conventional SOI device. Fourth, self-heating effect would not increase with current gain increase, triple recessed multi-gate SOI device has better self-heating effect immunity. These four advantages show the triple recessed multi-gate SOI MOSFET¡¦s is suitable for high speed and low power applications along shrink of device dimensions.

Este trabalho apresenta um estudo da influência do crescimento epitaxial seletivo (SEG) em dispositivos tensionados mecanicamente (strain) em transistores SOI MuGFET de porta tripla. Com a evolução da tecnologia de integração de transistores, alguns efeitos parasitários são eliminados ou diminuídos, porém outros novos surgem. A tecnologia SOI MuGFETs disponibiliza dispositivos de múltiplas portas, tridimensionais. Nesses dispositivos, há um aumento da resistência de contato dos terminais devido ao estreitamento da região de canal, tornando esta resistência significativa em relação à resistência total. A utilização do Crescimento Epitaxial Seletivo (SEG) é uma das opções para diminuir a resistência total, elevando a região de fonte e dreno, causando o aumento da área de contato, diminuindo essa resistência parasitária. Em contrapartida, a utilização dos canais tensionados Uniaxiais, por filme de Si3N4, pela técnica de CESL, que é uma opção de melhora da transcondutância, mas em conjunto com o SEG afasta essa a camada de nitreto, tornando em determinada altura prejudicial ao invés de benéfico. Este trabalho foi realizado baseado em resultados experimentais e em simulações numéricas, mecânicas e elétricas de dispositivos, variando as tecnologias de tensionamento mecânico nos dispositivos com e sem SEG. Variou-se a altura do SEG em simulações, possibilitando extrapolar e obter resultados que de forma experimental não foram possíveis, permitindo um entendimento físico do fenômeno estudado. O resultados obtidos das diferentes tecnologias com e sem o uso de SEG mostraram que, em transistores SOI MuGFETs de porta tripla, o crescimento seletivo epitaxial nos dispositivos com tensão uniaxial piora a transcondutância máxima para dispositivos abaixo de 200nm de comprimento de canal, mas em contra partida torna mais prolongado o efeito pelos dispositivos acima dessa dimensão, como pode ser comprovado nos resultados obtidos. / This paper presents the study of the influence of selective epitaxial growth (SEG) devices mechanically strained (strain) in SOI transistors MuGFET triple gate. With the evolution of integration technology of transistors, some parasitic effects are eliminated or reduced, but new ones arise. MuGFETs SOI technology, devices are multiple ports, three-dimensional, these devices there is an increase in contact resistance of terminals due to the narrowing of the channel region, making considered in relation to total resistance. Use of Selective Epitaxial Growth (SEG) is one of the options to reduce the total resistance, raising the source and drain region, causing increased contact area by reducing the parasitic resistance. In contrast, the use of uniaxial strained channel by a film of Si3N4 by CESL technique is an option for improvement in transconductance, but in conjunction with the SEG away this layer of nitride, making it at some point or detrimental rather than beneficial. This study was based on experimental results and numerical simulations, mechanical and electrical devices of varying technologies in mechanical tensioning devices with and without FES, the height was varied in simulations of the FES, allowing extrapolate and obtain results that way trial was not possible, allowing a physical understanding of the phenomenon. The results of the different technologies with and without the use of FES showed that in SOI transistors MuGFETs triple gate, the selective epitaxial growth in uniaxial strained devices tends to worsen the maximum transconductance for devices below 200nm channel length, but against departure becomes more unrelenting effect on the devices above this size. As can be evidenced in the results obtained.

Este trabalho apresenta o estudo do efeito de Auto-Aquecimento (Self-Heating SH) em transistores Silicon-On-Insulator (SOI) com estrutura de canal gradual (GC SOI MOSFET). São apresentadas as características da tecnologia SOI e em especial as características do transistor GC-SOI MOSFET. Foi realizada uma análise do SH usando uma comparação de dispositivos SOI convencionais com GC SOI nMOSFET. Esta análise compara dispositivos com o mesmo comprimento de máscara do canal e dispositivos com o mesmo comprimento efetivo de canal. Simulações numéricas bidimensionais foram efetuadas nas duas análises considerando o aquecimento da rede cristalina. Os modelos e a constante térmica usados nestas simulações também foram apresentados. É demonstrado que os dispositivos GC com o mesmo comprimento de máscara do canal apresentam uma ocorrência similar de SH independentemente do comprimento da região menos dopada apesar de uma maior corrente de dreno. Por outro lado, para mesmo comprimento efetivo de canal o SH é menos pronunciado em transistores GC uma vez que o comprimento de máscara do canal é aumentado para compensar a diferença de corrente. Esta análise é realizada também variando-se a temperatura de 200K a 400K e resultados análogos foram observados apesar do efeito ser mais intenso em baixas temperaturas. / This work presents the study of Self-Heating (SH) effect in Graded-Channel Silicon-On-Insulator (GC SOI) nMOSFETs. The SOI technology characteristics are described with special attention to the GC SOI nMOSFET characteristics. A Self-Heating (SH) analysis was performed using conventional Silicon-On-Insulator (SOI) in comparison to Graded-Channel (GC) SOI nMOSFETs devices. The analysis was performed comparing devices with the same mask channel length and with the same effective channel length. Two-dimensional numerical simulations were performed considering the lattice heating in both cases. The models and the thermal conductive constant used in these simulations are also presented. It has been demonstrated that conventional and GC devices with the same mask channel length present similar occurrence of SH independently of the length of lightly doped region despite the larger drain current. On the other hand, for similar effective channel lengths, the SH is less pronounced in GC transistors as the mask channel length has to be increased in order to compensate the current difference. This analysis is also carried through varying it temperature of 200K to 400K and analogous results had been observed despite the effect being more intense in low temperatures.

Este trabalho apresenta o estudo do efeito de Auto-Aquecimento (Self-Heating SH) em transistores Silicon-On-Insulator (SOI) com estrutura de canal gradual (GC SOI MOSFET). São apresentadas as características da tecnologia SOI e em especial as características do transistor GC-SOI MOSFET. Foi realizada uma análise do SH usando uma comparação de dispositivos SOI convencionais com GC SOI nMOSFET. Esta análise compara dispositivos com o mesmo comprimento de máscara do canal e dispositivos com o mesmo comprimento efetivo de canal. Simulações numéricas bidimensionais foram efetuadas nas duas análises considerando o aquecimento da rede cristalina. Os modelos e a constante térmica usados nestas simulações também foram apresentados. É demonstrado que os dispositivos GC com o mesmo comprimento de máscara do canal apresentam uma ocorrência similar de SH independentemente do comprimento da região menos dopada apesar de uma maior corrente de dreno. Por outro lado, para mesmo comprimento efetivo de canal o SH é menos pronunciado em transistores GC uma vez que o comprimento de máscara do canal é aumentado para compensar a diferença de corrente. Esta análise é realizada também variando-se a temperatura de 200K a 400K e resultados análogos foram observados apesar do efeito ser mais intenso em baixas temperaturas. / This work presents the study of Self-Heating (SH) effect in Graded-Channel Silicon-On-Insulator (GC SOI) nMOSFETs. The SOI technology characteristics are described with special attention to the GC SOI nMOSFET characteristics. A Self-Heating (SH) analysis was performed using conventional Silicon-On-Insulator (SOI) in comparison to Graded-Channel (GC) SOI nMOSFETs devices. The analysis was performed comparing devices with the same mask channel length and with the same effective channel length. Two-dimensional numerical simulations were performed considering the lattice heating in both cases. The models and the thermal conductive constant used in these simulations are also presented. It has been demonstrated that conventional and GC devices with the same mask channel length present similar occurrence of SH independently of the length of lightly doped region despite the larger drain current. On the other hand, for similar effective channel lengths, the SH is less pronounced in GC transistors as the mask channel length has to be increased in order to compensate the current difference. This analysis is also carried through varying it temperature of 200K to 400K and analogous results had been observed despite the effect being more intense in low temperatures.

Este trabalho apresenta um estudo da influência do crescimento epitaxial seletivo (SEG) em dispositivos tensionados mecanicamente (strain) em transistores SOI MuGFET de porta tripla. Com a evolução da tecnologia de integração de transistores, alguns efeitos parasitários são eliminados ou diminuídos, porém outros novos surgem. A tecnologia SOI MuGFETs disponibiliza dispositivos de múltiplas portas, tridimensionais. Nesses dispositivos, há um aumento da resistência de contato dos terminais devido ao estreitamento da região de canal, tornando esta resistência significativa em relação à resistência total. A utilização do Crescimento Epitaxial Seletivo (SEG) é uma das opções para diminuir a resistência total, elevando a região de fonte e dreno, causando o aumento da área de contato, diminuindo essa resistência parasitária. Em contrapartida, a utilização dos canais tensionados Uniaxiais, por filme de Si3N4, pela técnica de CESL, que é uma opção de melhora da transcondutância, mas em conjunto com o SEG afasta essa a camada de nitreto, tornando em determinada altura prejudicial ao invés de benéfico. Este trabalho foi realizado baseado em resultados experimentais e em simulações numéricas, mecânicas e elétricas de dispositivos, variando as tecnologias de tensionamento mecânico nos dispositivos com e sem SEG. Variou-se a altura do SEG em simulações, possibilitando extrapolar e obter resultados que de forma experimental não foram possíveis, permitindo um entendimento físico do fenômeno estudado. O resultados obtidos das diferentes tecnologias com e sem o uso de SEG mostraram que, em transistores SOI MuGFETs de porta tripla, o crescimento seletivo epitaxial nos dispositivos com tensão uniaxial piora a transcondutância máxima para dispositivos abaixo de 200nm de comprimento de canal, mas em contra partida torna mais prolongado o efeito pelos dispositivos acima dessa dimensão, como pode ser comprovado nos resultados obtidos. / This paper presents the study of the influence of selective epitaxial growth (SEG) devices mechanically strained (strain) in SOI transistors MuGFET triple gate. With the evolution of integration technology of transistors, some parasitic effects are eliminated or reduced, but new ones arise. MuGFETs SOI technology, devices are multiple ports, three-dimensional, these devices there is an increase in contact resistance of terminals due to the narrowing of the channel region, making considered in relation to total resistance. Use of Selective Epitaxial Growth (SEG) is one of the options to reduce the total resistance, raising the source and drain region, causing increased contact area by reducing the parasitic resistance. In contrast, the use of uniaxial strained channel by a film of Si3N4 by CESL technique is an option for improvement in transconductance, but in conjunction with the SEG away this layer of nitride, making it at some point or detrimental rather than beneficial. This study was based on experimental results and numerical simulations, mechanical and electrical devices of varying technologies in mechanical tensioning devices with and without FES, the height was varied in simulations of the FES, allowing extrapolate and obtain results that way trial was not possible, allowing a physical understanding of the phenomenon. The results of the different technologies with and without the use of FES showed that in SOI transistors MuGFETs triple gate, the selective epitaxial growth in uniaxial strained devices tends to worsen the maximum transconductance for devices below 200nm channel length, but against departure becomes more unrelenting effect on the devices above this size. As can be evidenced in the results obtained.

Este trabalho tem como objetivo o estudo, caracterização elétrica e modelagem do novo transistor desenvolvido e fabricado no Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) da Universidade de São Paulo (USP) chamado BE (Back Enhanced) SOI MOSFET. Trata-se de um dispositivo inovador que se destaca principalmente pela sua facilidade de fabricação (exigindo apenas processos bem conhecidos e nenhuma etapa de dopagem do semicondutor) e sua flexibilidade quanto ao modo de operação (pode atuar como um transistor MOS tipo n ou um transistor MOS tipo p, dependendo somente da polarização de substrato). Aplicando-se tensão no substrato (VGB) é possível formar um canal de elétrons (VGB>0) ou lacunas (VGB<0) na segunda interface da camada de silício, por onde a corrente entre fonte e dreno flui. Sua patente foi requerida junto ao INPI (Instituto Nacional da Propriedade Industrial) sob o número BR 10 2015 020974 6. Foram realizadas medidas elétricas e simulações numéricas para melhor compreender seu princípio de funcionamento e as características que tornam possível sua reconfigurabilidade. Duas fabricações distintas deste tipo de dispositivo foram analisadas. Além das espessuras distintas, a principal diferença entre elas é o metal utilizado nos eletrodos de fonte e dreno, sendo alumínio na primeira e níquel na segunda versão. O alumínio utilizado na primeira versão resultou em contatos Ôhmicos após o processamento térmico das lâminas, que favoreceram o funcionamento do dispositivo como transistor tipo p, devido à natureza do material utilizado. A análise em função da temperatura (de 25ºC até 125ºC) mostrou uma variação da tensão de limiar (até 1,52mV/ºC) e uma degradação da mobilidade dos portadores de carga (analisado através da transcondutância), resultando no surgimento de um ponto invariante com a temperatura, o chamado ZTC (Zero Temperature Coefficient). Já a segunda versão possui contatos Schottky, na qual foram obtidos níveis de corrente apreciáveis tanto para transistores tipo n (na ordem de nA para as condições de polarização utilizadas), quanto para transistores tipo p (na ordem de ?A). O comportamento da curva de corrente de dreno deste dispositivo apresentou uma estabilização a partir de determinado valor de tensão de porta. A partir deste ponto o BE SOI MOSFET deixa de atuar como um transistor convencional e passa a ter sua corrente de dreno proporcional a tensão de substrato. Medidas em função da temperatura nesta segunda versão permitiram comparar os resultados com os da primeira versão. Percebeu-se a ausência do ponto de ZTC, uma vez que foi observado o aumento da corrente devido à diminuição da resistência dos contatos de fonte e dreno para temperaturas mais elevadas. Por fim, a operação de um circuito inversor utilizando o BE SOI MOSFET foi implementada, mesmo quando alternando os tipos dos transistores, comprovando a flexibilidade de funcionamento dos transistores ao mudar seu tipo em função da polarização de substrato. / The aim of this work is the study, the electrical characterization and the modeling of the new transistor that was developed and fabricated in the Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) at University of Sao Paulo (USP). It was named BE (Back Enhanced) SOI MOSFET. This innovative device has the advantage of a simple fabrication (only well-known processes are required to build it and there is no need of any doping step) and it has a reconfigurable operation (it can act as a n-type MOS transistor or as a ptype MOS transistor depending only on substrate bias). The substrate voltage (VGB) is responsible for the formation of an electron (VGB>0) or a hole (VGB<0) channel at the back interface of the silicon, where the drain current flows. The patent for it was required at the National Industrial Property Institute under the number BR 10 2015 020974 6. Electrical measurements and numerical simulations were performed to better understand its functioning principle and the characteristics that enable its reconfigurability. Two different fabrication splits were analyzed. Beside their thicknesses, the main difference between them is the drain and source metal electrode (aluminum in the first split and nickel in the second one). The one with aluminum electrodes resulted in Ohmic contacts after thermal processing, that favored the formation on the p-type transistor because of the nature of the used element. It was observed a variation of the threshold voltage (up to 1.52mV/ºC) and a mobility degradation (seen through the transconductance behavior) as a function of the temperature (from 25ºC to 125ºC), resulting in a zero-temperature coefficient (ZTC) bias point in this device. In this bias condition point, the drain current is almost constant as a function of the temperature, which is a good characteristic especially for analog circuits. The second split has Schottky drain and source contacts, in which appreciable current levels were obtained for both n-type transistors (order of magnitude of nA in the measured bias conditions) and p-type transistors (order of magnitude of ?A). The drain current of this device showed a particular behavior where the drain current stabilizes from a certain gate voltage. In this condition, the BE SOI MOSFET does not act as a conventional transistor anymore and its current is proportional to the substrate bias. Measurements as a function of the temperature were performed in the device too. It was observed an increase of the drain current, differently from the first split, due to the reduction of the source and drain contacts resistances as a function of the temperature. This resulted in the absence of the ZTC point. Finally, the operation of an inverter circuit using BE SOI MOSFET transistors was implemented, even if the type of the transistors were switched. This result shows the flexibility of operation of the transistor, in other words, it is possible to change its type as a function of the substrate bias.

Este trabalho tem como objetivo o estudo, caracterização elétrica e modelagem do novo transistor desenvolvido e fabricado no Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) da Universidade de São Paulo (USP) chamado BE (Back Enhanced) SOI MOSFET. Trata-se de um dispositivo inovador que se destaca principalmente pela sua facilidade de fabricação (exigindo apenas processos bem conhecidos e nenhuma etapa de dopagem do semicondutor) e sua flexibilidade quanto ao modo de operação (pode atuar como um transistor MOS tipo n ou um transistor MOS tipo p, dependendo somente da polarização de substrato). Aplicando-se tensão no substrato (VGB) é possível formar um canal de elétrons (VGB>0) ou lacunas (VGB<0) na segunda interface da camada de silício, por onde a corrente entre fonte e dreno flui. Sua patente foi requerida junto ao INPI (Instituto Nacional da Propriedade Industrial) sob o número BR 10 2015 020974 6. Foram realizadas medidas elétricas e simulações numéricas para melhor compreender seu princípio de funcionamento e as características que tornam possível sua reconfigurabilidade. Duas fabricações distintas deste tipo de dispositivo foram analisadas. Além das espessuras distintas, a principal diferença entre elas é o metal utilizado nos eletrodos de fonte e dreno, sendo alumínio na primeira e níquel na segunda versão. O alumínio utilizado na primeira versão resultou em contatos Ôhmicos após o processamento térmico das lâminas, que favoreceram o funcionamento do dispositivo como transistor tipo p, devido à natureza do material utilizado. A análise em função da temperatura (de 25ºC até 125ºC) mostrou uma variação da tensão de limiar (até 1,52mV/ºC) e uma degradação da mobilidade dos portadores de carga (analisado através da transcondutância), resultando no surgimento de um ponto invariante com a temperatura, o chamado ZTC (Zero Temperature Coefficient). Já a segunda versão possui contatos Schottky, na qual foram obtidos níveis de corrente apreciáveis tanto para transistores tipo n (na ordem de nA para as condições de polarização utilizadas), quanto para transistores tipo p (na ordem de ?A). O comportamento da curva de corrente de dreno deste dispositivo apresentou uma estabilização a partir de determinado valor de tensão de porta. A partir deste ponto o BE SOI MOSFET deixa de atuar como um transistor convencional e passa a ter sua corrente de dreno proporcional a tensão de substrato. Medidas em função da temperatura nesta segunda versão permitiram comparar os resultados com os da primeira versão. Percebeu-se a ausência do ponto de ZTC, uma vez que foi observado o aumento da corrente devido à diminuição da resistência dos contatos de fonte e dreno para temperaturas mais elevadas. Por fim, a operação de um circuito inversor utilizando o BE SOI MOSFET foi implementada, mesmo quando alternando os tipos dos transistores, comprovando a flexibilidade de funcionamento dos transistores ao mudar seu tipo em função da polarização de substrato. / The aim of this work is the study, the electrical characterization and the modeling of the new transistor that was developed and fabricated in the Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) at University of Sao Paulo (USP). It was named BE (Back Enhanced) SOI MOSFET. This innovative device has the advantage of a simple fabrication (only well-known processes are required to build it and there is no need of any doping step) and it has a reconfigurable operation (it can act as a n-type MOS transistor or as a ptype MOS transistor depending only on substrate bias). The substrate voltage (VGB) is responsible for the formation of an electron (VGB>0) or a hole (VGB<0) channel at the back interface of the silicon, where the drain current flows. The patent for it was required at the National Industrial Property Institute under the number BR 10 2015 020974 6. Electrical measurements and numerical simulations were performed to better understand its functioning principle and the characteristics that enable its reconfigurability. Two different fabrication splits were analyzed. Beside their thicknesses, the main difference between them is the drain and source metal electrode (aluminum in the first split and nickel in the second one). The one with aluminum electrodes resulted in Ohmic contacts after thermal processing, that favored the formation on the p-type transistor because of the nature of the used element. It was observed a variation of the threshold voltage (up to 1.52mV/ºC) and a mobility degradation (seen through the transconductance behavior) as a function of the temperature (from 25ºC to 125ºC), resulting in a zero-temperature coefficient (ZTC) bias point in this device. In this bias condition point, the drain current is almost constant as a function of the temperature, which is a good characteristic especially for analog circuits. The second split has Schottky drain and source contacts, in which appreciable current levels were obtained for both n-type transistors (order of magnitude of nA in the measured bias conditions) and p-type transistors (order of magnitude of ?A). The drain current of this device showed a particular behavior where the drain current stabilizes from a certain gate voltage. In this condition, the BE SOI MOSFET does not act as a conventional transistor anymore and its current is proportional to the substrate bias. Measurements as a function of the temperature were performed in the device too. It was observed an increase of the drain current, differently from the first split, due to the reduction of the source and drain contacts resistances as a function of the temperature. This resulted in the absence of the ZTC point. Finally, the operation of an inverter circuit using BE SOI MOSFET transistors was implemented, even if the type of the transistors were switched. This result shows the flexibility of operation of the transistor, in other words, it is possible to change its type as a function of the substrate bias.

Este trabalho tem como objetivo estudar o ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI UTBB (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) nMOSFETs em relação à influência do plano de terra (GP-Ground Plane) e da espessura do filme de silício (tSi). Este estudo foi realizado nas regiões linear e de saturação, por meio da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Parâmetros elétricos, como a tensão de limiar e a transcondutância foram analisados para verificar a influência do plano de terra e da espessura de filme de silício (tSi), e para estudar a polarização, entre porta e fonte, que não varia com a temperatura (VZTC). Foram utilizados dispositivos com (concentração de 1018 cm-3) e sem (concentração de 1015 cm-3) plano de terra em duas lâminas diferentes, uma com 6 nm de tSi e outra com 14 nm de tSi. Foi observado, que a presença do GP aumenta o valor de VZTC, devido ao fato do GP eliminar os efeitos de substrato no dispositivo aumentando a tensão de limiar do mesmo, e este, é diretamente proporcional a VZTC. O VZTC mostrou ser inversamente proporcional com a diminuição do tSi. Todos os resultados experimentais de VZTC foram comparados com o modelo. Foi observada uma boa concordância entre os VZTC de 25 ºC a 150 ºC, sendo que o desvio padrão foi menor que 81 mV em todos os casos estudados. Para se observar o efeito de substrato na tensão de limiar foi utilizado um modelo analítico que leva em consideração o efeito da queda de potencial no substrato, o efeito de confinamento quântico e parâmetros do dispositivo a ser modelado. O VZTC mostrou ser maior na região de saturação devido ao aumento da transcondutância e da polarização entre dreno e fonte (VDS), em ambos dispositivos (com e sem GP), chegando a ter um aumento de 360 mV em alguns casos. / This work aims to study the zero temperature coefficient point (ZTC) for transistors with SOI UTBB nMOSFETs (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) structure regarding the influence of the ground plane (GP) and the thickness of the silicon film (tSi). This study was realized in the linear and saturation region, by the use of experimental data and an analytical model. Electrical parameters such as threshold voltage and transconductance were analyzed with the objective of verifying the influence of the ground plane and silicon film thickness (tSi) in the same, and to analyze the polarization, between gate and source, that have zero influence of the temperature (VZTC). Were used devices with (concentration 1018 cm-3) and without (concentration 1015 cm-3) ground plane on two different wafers, with 6 nm tSi and the other with 14 nm tSi. It was observed that the presence GP increases the value of VZTC, because GP eliminates substrate effects and as consequence, the threshold voltage of the device increase and this is directly proportional to VZTC. The VZTC showed to be inversional proportional to the reduction of tSi. All experimental results were compared with a simple model for VZTC and were observed a good convergence between the results, for VZTC from 25 ºC to 150 ºC, and the biggest standard error observed in all the devices was 81 mV. To observe the effect of substrate on the threshold voltage, was used an analytical model that takes into account the effect of potential drop on the substrate, the effect of quantum confinement and the device parameters to be modeled. The VZTC show to be higher in the saturation region, due the increase of transconductance and the polarization between drain and source (VDS), in both devices (with and without GP), reaching an increase of 360 mV in some cases.

In this thesis, the Cross-Gate SOI MOSFET that has double sources and double drains was successfully fabricated. The new SOI device structure has five unique features. First, it uses mesa isolation instead of using conventional LOCOS and trench isolation to avoid the bird¡¦s beak effect in LOCOS isolation and the complexity of digging trench in trench isolation¡F second, it has three surfaces of gate structures which can increase the effective channel width of the device to enhance the current drivability of the device without reducing the packing density of the circuit¡F third, it has four channels which can increase the current drivability of the device¡F fourth, it has narrowed source and drain that can reduce the leakage current¡F fifth, it has double sources and double drains that can design double or half current in the electric circuit by one device. According to the simulation results of the TSUPREM-4 and TMA TCAD, the saturation drain current of the multi-gate SOI devices are almost double larger than that of the conventional SOI device as VGS - Vth = 0.7 V. And the threshold voltage¡B Ion/Ioff and subthreshold factor of the Cross-Gate SOI device are almost the same with such of the Four Channels Multi-Gate SOI device. As far as the fabrication process is concerned, the new SOI device has simpler isolation processes than that of the conventional one. In addition, the nano-devices that Leff ¡× 71nm was successfully fabricated. As concerning the electrical behavior, under the same condition of Leff ¡× 71nm, Weff ¡× 440nm, tsi ¡× 120nm, the Cross-Gate SOI device has the lower subthreshold factor which is 93.153 and the higher Ion/Ioff which is 1.66¡Ñ10E5 than those of the Four Channels Multi-Gate SOI device, in addition, the Cross-Gate SOI device has no kink effect. So, it can be concluded that such the Cross-Gate SOI device presented is much more applicable to the development of low power and high speed ULSI in the nearest future.

Este trabalho tem como objetivo estudar o ponto invariante com a temperatura (ZTC - Zero Temperature Coefficient) para transistores com estrutura SOI UTBB (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) nMOSFETs em relação à influência do plano de terra (GP-Ground Plane) e da espessura do filme de silício (tSi). Este estudo foi realizado nas regiões linear e de saturação, por meio da utilização de dados experimentais e de um modelo analítico. Parâmetros elétricos, como a tensão de limiar e a transcondutância foram analisados para verificar a influência do plano de terra e da espessura de filme de silício (tSi), e para estudar a polarização, entre porta e fonte, que não varia com a temperatura (VZTC). Foram utilizados dispositivos com (concentração de 1018 cm-3) e sem (concentração de 1015 cm-3) plano de terra em duas lâminas diferentes, uma com 6 nm de tSi e outra com 14 nm de tSi. Foi observado, que a presença do GP aumenta o valor de VZTC, devido ao fato do GP eliminar os efeitos de substrato no dispositivo aumentando a tensão de limiar do mesmo, e este, é diretamente proporcional a VZTC. O VZTC mostrou ser inversamente proporcional com a diminuição do tSi. Todos os resultados experimentais de VZTC foram comparados com o modelo. Foi observada uma boa concordância entre os VZTC de 25 ºC a 150 ºC, sendo que o desvio padrão foi menor que 81 mV em todos os casos estudados. Para se observar o efeito de substrato na tensão de limiar foi utilizado um modelo analítico que leva em consideração o efeito da queda de potencial no substrato, o efeito de confinamento quântico e parâmetros do dispositivo a ser modelado. O VZTC mostrou ser maior na região de saturação devido ao aumento da transcondutância e da polarização entre dreno e fonte (VDS), em ambos dispositivos (com e sem GP), chegando a ter um aumento de 360 mV em alguns casos. / This work aims to study the zero temperature coefficient point (ZTC) for transistors with SOI UTBB nMOSFETs (Silicon-On-Insulator Ultra-Thin Body and BOX) structure regarding the influence of the ground plane (GP) and the thickness of the silicon film (tSi). This study was realized in the linear and saturation region, by the use of experimental data and an analytical model. Electrical parameters such as threshold voltage and transconductance were analyzed with the objective of verifying the influence of the ground plane and silicon film thickness (tSi) in the same, and to analyze the polarization, between gate and source, that have zero influence of the temperature (VZTC). Were used devices with (concentration 1018 cm-3) and without (concentration 1015 cm-3) ground plane on two different wafers, with 6 nm tSi and the other with 14 nm tSi. It was observed that the presence GP increases the value of VZTC, because GP eliminates substrate effects and as consequence, the threshold voltage of the device increase and this is directly proportional to VZTC. The VZTC showed to be inversional proportional to the reduction of tSi. All experimental results were compared with a simple model for VZTC and were observed a good convergence between the results, for VZTC from 25 ºC to 150 ºC, and the biggest standard error observed in all the devices was 81 mV. To observe the effect of substrate on the threshold voltage, was used an analytical model that takes into account the effect of potential drop on the substrate, the effect of quantum confinement and the device parameters to be modeled. The VZTC show to be higher in the saturation region, due the increase of transconductance and the polarization between drain and source (VDS), in both devices (with and without GP), reaching an increase of 360 mV in some cases.