Orientador: Lucas Fugikawa Santos / Banca: Cleber Alexandre Amorim / Banca: Gabriela Byzynski Soares / Resumo: Transistores de filme fino (TFT) são dispositivos presentes em nosso cotidiano, usados em uma ampla variedade de aplicações, desde de processadores, registradores e monitores de tela plana. Estes dispositivos apresentam diversos benefícios, tais como: transparência, flexibilidade, rapidez, baixo custo e confiabilidade, o que faz com que tenham interesse de muitos grupos de pesquisa nas últimas décadas. Este trabalho visa o desenvolvimento de um novo método de deposição por spray, em atmosfera ambiente e a baixa temperatura (350ºC), para produção de filmes finos de óxidos zinco (ZnO) aplicados como camada ativa em TFTs. Os filmes finos transparentes de ZnO foram depositados por solução de um precursor orgânico (acetato de zinco bi-hidratado (Zn(CH3COO) · 2H2O)) sobre substratos de Si-p/SiO2 pelo método de deposição por spray. Este método emprega uma automação própria de controle na deposição para obter filmes altamente homogêneos e reprodutivos. Um grande conjunto de parâmetros na deposição foram testados para otimização dos filmes semicondutores para TFTs, como por exemplo: distância do spray sobre a placa de aquecimento, tempo de deposição, número de camadas, concentração da solução, entre outros. Os resultados obtidos na caracterização dos dispositivos, como, mobilidade de saturação (µsat), tensão de limiar de operação (Vth) e razão entre a corrente de operação e a corrente intrínseca (ION/OFF), foram comparados para diferentes parâmetros de deposição utilizados. Esse... / Abstract: Thin-film transistors (TFT) are every day devices used in a wide variety of applications, like processors, recorders and flat-panel monitors. These devices that present benefits, such as transparency, flexibility, speed, lower-cost and reliability, which have attracted interest in several research groups in recent decades. The aim of this work is the development of a new method of spray deposition, in ambient atmosphere and at low temperature (350ºC), for the production of thin films of zinc oxide (ZnO) applied as active layer in TFTs. The ZnO thin films were deposited from an organic solution of zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO) · 2H2O) on to Si-p/SiO2 substrates by the spray deposition method. This method employs its own automation for the deposition to obtain highly homogeneous and reproducible films. A large set of parameters in the deposition were tested for optimization of the semiconductor films for TFTs, such as: distance of the spray to the hot-plate, deposition time, number of layers, solution concentration, among others. The results obtained in the characterization of the devices, such as, mobility at saturation (μsat), threshold voltage (Vth) and on/off ratio (ION/OFF), were compared for different deposition parameters. This work contributes to the development of a novel, low-cost deposition method for possible industrial applications that can be easily expanded for large scale production of other thin film devices, such as, Organic Thin Film Transistors (OTFTs), solar cells, LCDs (Liquid Crystal Displays), OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), LEDs (Light Emitting Diodes) and sensors / Mestre

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:49:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:46:53Z : No. of bitstreams: 1 82001.pdf: 9834792 bytes, checksum: 4e10202b991b1d1f506ce90c04353fd4 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281642.pdf: 1233112 bytes, checksum: bd9d08d7868f6136def5e1e21370f98b (MD5) / O presente trabalho descreve o projeto de um pré-amplificador para auxílio à audição em tecnologia CMOS 0.35 ?m. Para tal fim, foi projetado um circuito para processar o sinal em modo corrente, adequado para baixa tensão de alimentação. O pré-amplificador é formado por dois blocos. O primeiro é projetado com um MOS polarizado como resistência, que converte a tensão fornecida pelo microfone em corrente. O segundo bloco processa este sinal de corrente para obter um ganho de 40 dB. O ruído referido à entrada é de 33 ?Vrms e o consumo menor que 12 ?A. A área ocupada pelo pré-amplificador é 0.06 mm2.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T05:35:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279928.pdf: 7221755 bytes, checksum: 6c46ea8100b4423c830135b01e0ee1f9 (MD5) / O presente trabalho propõe um amplificador classe D operando com baixa tensão e com consumo reduzido para aplicações em aparelhos de auxílio à audição. Projetado em modo corrente, explora as técnicas de compressão (log companding) e multiplicação (translinear loop). O sistema foi projeta-do de forma modular, estudando o desempenho de cada bloco, com ênfase no consumo de potência. Foram extraídos os parâmetros tecnológicos mais significativos do modelo do transistor MOS para diferentes tamanhos de transistores, realizando um projeto baseado em associações série-paralelo. Analisamos a influência dos filtros da saída no consumo, considerando a característica indutiva que apresentam os alto-falantes. O funcionamento do sistema foi verificado através de simulações do circuito projetado em tecno-logia AMS 0.35 ?m. Verificassem eficiência superior a 75% para potência na saída maior que um quarto da potência máxima, obtendo uma eficiência máxima de 90,6%, um consumo estático de 68 ?W, distorção harmônica inferior a 1%, sendo a área ativa de silício de 0,073mm2. / This work proposes a class-D amplifier for low voltage operation and reduced consumption, for application in hearing aid devices. Designed in current mode, the amplifier employs log companding for compression and multiplication techniques. The performance of each block of the amplifier was analyzed, and special emphasis was given to power consumption. The most significant technological parameters of the MOSFET model were extracted for different transistor sizes. The design of the amplifier is based on the series-parallel associations of transistors. We analyze the influence of the output filters on the power consumption, considering the speaker's inductive characteristic. The correct operation of the system was verified through simulations of the circuits designed in the AMS 0.35 ?m technology. Efficiencies over 75%, up to a maximum of 90.6 % were achieved for output power greater than one quarter of the maximum power. The static power consumption is 68 ?W, with total harmonic distortion less than 1%. The amplifier active area is around 0.073 mm2.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:34:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298418.pdf: 4431883 bytes, checksum: f3dae55d558bf785f9b58f37a150947a (MD5) / Dispositivos spintrônicos apresentam potencial aumento da velocidade de processamento de dados, redução do consumo de energia elétrica e aumento da densidade de integração em comparação com dispositivos convencionais, devido à adição do grau de liberdade relativo ao momento magnético do elétron (spin). Estes dispositivos são atualmente utilizados como sensores magnéticos em cabeças leitoras de discos rígidos e em memórias magnéticas de acesso randômico (MRAM). A crescente demanda por aumento do desempenho e portabilidade dos equipamentos eletrônicos, que requer o desenvolvimento de dispositivos com alta sensibilidade e dimensões reduzidas, torna a spintrônica uma linha de pesquisa amplamente investigada. A possível utilização de dispositivos spintrônicos em dispositivos laterais com canal de spin em um semicondutor controlado por voltagem de gate, nos chamados transistores de spin por efeito de campo (SPINFET), torna os dispositivos spintrônicos prováveis candidatos à superação das limitações da eletrônica convencional. Nesta tese de doutorado são realizados fabricação e estudo de estruturas híbridas para aplicação em transistores de spin com técnicas compatíveis para obtenção de dispositivos com alto desempenho, produção em larga escala e compatibilidade com a aplicação na indústria. O desempenho como sensor magnético de transistores de base metálica crescidos por eletrodeposição foi investigado e a compatibilidade de sua microfabricação com as técnicas utilizadas na indústria microeletrônica testada em um estágio de doutorado na Fondazione Bruno Kessler na Itália. Em um segundo estágio de doutorado realizado na Universidade de Plymouth na Inglaterra, foi desenvolvida a microfabricação de junção túnel magnética com tunelamento coerente, necessário para obtenção de altos valores de magnetorresistência e aumento da sensibilidade dos sensores. A injeção e detecção de spin em silício são investigadas em dispositivos laterais obtidos por nanofabricação. Os dados obtidos mostram uma alta polarização de spin no silício e a medida direta do comprimento de difusão de spin sugere o comprimento de coerência necessário na fabricação destes dispositivos. / Spintronic devices have potential to increase data processing speed, decrease power consumption and increase integration density compared to conventional devices, due to the degree of freedom addition associated with the electron's magnetic moment (spin). These devices are currently used as magnetic sensors in hard disk read heads and magnetic random access memories (MRAM). The growing demand for increased performance and portability of electronic equipment, which requires the development of devices with high sensitivity and small size, makes spintronics a widely investigated area of research. The possible application of spintronic devices in a side-channel device with spin in the semiconductor channel controlled by a gate voltage, in a so-called spin transistors field effect (SPINFET), turns spintronic devices as likely candidates to overcome the limitations of conventional electronics. In this thesis are performed fabrication and study of hybrid structures for application in spin transistors, compatible with techniques to obtain devices with high performance, large-scale production and application in the industry. The performance as a magnetic sensor of metal base transistors grown by electrodeposition was investigated and their compatibility with microfabrication techniques was tested in a stage at the Fondazione Bruno Kessler in Italy. In a second stage at the University of Plymouth in England, a magnetic tunnel junction with coherent tunneling, necessary for obtaining high values of magnetoresistance and increased sensitivity of the sensors was developed. The injection and spin detection in silicon are investigated in lateral devices obtained by nanofabrication. The data show a high spin polarization in silicon and direct measurement of the spin diffusion length suggests the coherence length required in the manufacture of these devices

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 251255.pdf: 2674400 bytes, checksum: 6117efc022d122e5de42d39f63754994 (MD5) / Diversos modelos teóricos para o descasamento entre dispositivos na tecnologia MOS foram propostos desde a década de '80, sendo que geralmente estes pecam ou pela simplicidade, sendo válidos apenas sob condições de operação específicas, ou por resultarem em expressões muito complexas, o que torna necessário o uso de pesados recursos computacionais. Esta tese propõe uma abordagem inovadora para a modelagem do descasamento dos transistores de efeito de campo de porta isolada (MOSFETs), chegando a resultados melhores e mais abrangentes que outras propostas já publicadas. Para tanto, as variações microscópicas na corrente que flui pelo dispositivo, resultado das flutuações na concentração de dopantes na região ativa, são contabilizadas levando-se em conta a natureza não-linear do transistor. O resultado é um modelo compacto que prevê o descasamento com grande exatidão e de forma contínua, em todas as condições de operação do transistor, da inversão fraca à forte, e da região linear à saturação, necessitando apenas dois parâmetros de ajuste. Duas versões de circuitos de teste foram desenvolvidas e implementadas em diversas tecnologias, como forma de se obter suporte experimental para o modelo. A versão mais avançada possibilita a caracterização elétrica, de forma totalmente automática, de um grande número de dispositivos. O uso deste modelo substitui com vantagens a tradicional simulação Monte Carlo, que exige grandes recursos computacionais e consome muito tempo, além de oferecer uma excelente ferramenta de projeto manual, como é demonstrado através do desenvolvimento de um conversor digital-analógico, cujo resultado experimental corroborou a metodologia empregada.

Orientador: Neri Alves / Banca: Ivo Alexandre Hummelgen / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / Resumo: O transistor orgânico de efeito de campo com arquitetura vertical (VOFET) possibilita contornar as principais limitações de um transistor orgânico de efeito de campo (OFET) convencional. Nesta estrutura, as camadas são empilhadas verticalmente, de modo que os eletrodos de fonte e dreno são separados pela camada semicondutora e o comprimento do canal definido pela espessura do filme semicondutor. Para o VOFET proposto, utilizou-se Al e Al2O3 (obtido por anodização) como eletrodo e dielétrico de gate, respectivamente. O filme semicondutor foi obtido pela deposição por spincoating de P3HT dissolvido em clorofórmio. Os eletrodos de fonte e dreno foram obtidos por evaporação térmica a vácuo. Ao utilizar Al e Au como fonte e dreno, respectivamente, foi possível estudar os dispositivos de dois terminais que compõe o VOFET. Com base nesses dispositivos, importantes parâmetros da estrutura vertical foram determinados, como capacitância do dielétrico (~265 nF/cm2), densidade de portadores e mobilidade do P3HT (NA = 9,2 x 1016 cm-3 e μ = 1,5x10-4 cm2V-1s-1). Para utilizar Sn como eletrodo de fonte, o filme foi avaliado por meio de medidas de resistência e capacitância, aliadas à analise morfológica por AFM. Observa-se que a adição de uma camada de PMMA sobre o Al2O3 melhora o desempenho do VOFET. Para o VOFET formado por Al2O3/PMMA (20 nm/14 nm), com Sn e Al como fonte e dreno, foram calculados os valores de densidade de corrente (Jeff = 7x10-3 mA/cm2), voltagem e campo limiar (VTH = -... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A way of circumvent the limitations of conventional organic field-effect (OFET), is by using the vertical organic field-effect transistor (VOFET). Inn tbis structure, with layers stacked vertically, the semiconductor is sandwiched between source and drain electrodes, where the channel length is determined by the thickness of the semiconductor film. In this study, we report a VOFET with Al and Al3O3 (obtained by anodization) as electrode and dielectric of gate, respectively. The semiconductor film was obtained by spin-coating of the P3HT in chloroform. We obtained the source and drain electrodes by vacuum thermal evaporation. The use of Al and Au as source and drain, respectively, enabled the investigation of the two devices contained in the vofet (MIM capacitor, Schotky diode and MIS capacitor). Important parameters were determinate, as dielectric capacitance (~265 nF/cm2), charrier density and mobility of P3HT (Na=9,2 x 1016 cm-3 e u = 1,5x10-4 c2V-1s-1), etc. To use Sn as source electrode, the film (by evaporation) was investigated by measurements of resistance and capacitance, combined with morphological analysis by AFM. We observed that the addiction of PMMA layer on Al2O3 improves the performance of VOFET. For VOFET obtained by using Al2O3/PMMA (20 nm/14 nm) as dielectric layer, with Sn and Al as source and drain, respectively, were calculate the values of current density (Jeff=7x10-3 mA/cm2), threshold voltage and electric field (Vth=-8V e Eth=330MV/m). Thereat, we obtained a VOFET by evaporation of a thin film of Sn as perforated source electrode / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329913.pdf: 22484058 bytes, checksum: f7331ac6b417ae4debd42b072651c5c1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Abstract: This thesis describes the analysis and design of oscillators and charge pumps that can operate with very low supply voltages. The focus is on operation of the MOS transistor in the triode region owing to the limited voltage options available. Special attention has been given to the properties of the zero-VT transistor due to its high drive capability at low voltage. In order to investigate the minimum supply voltage for MOSFET oscillators, three topologies were studied. Two of them, namely the enhanced swing ring and the enhanced swing Colpitts oscillators, can operate with supply voltages below the thermal voltage, kT =q. Simplified theoretical expressions for the minimum supply voltage, oscillation frequency and minimum transistor gain of the oscillators were derived. Measurement results obtained using prototypes built with zero-VT transistors verified the operation of the oscillators for a supply voltage as low as 30 mV and 3.5 mV with high swing amplitude for arrangements built with integrated and off-theshelfinductors, respectively. The application of the ultra-low-voltage oscillators to energy harvesting circuits was addressed in this work. In order to convert the ac signal of the oscillator into a dc signal, the popular Dickson charge pump converter was employed. Expressions for the output voltage, input resistance and power converter efficiency of the Dickson charge pump operating at ultra-low voltages were derived. Experimental results obtained with prototypes built with the enhanced swing ring oscillator and the Dickson charge pump confirmed the feasibility of obtaining a dc output equal to 1 V at current consumptions of 100 nA and 1 µA from input voltages of 10 mV and 23 mV, respectively.<br> / O presente trabalho apresenta a análise, projeto e experimentação de osciladores e conversores dc-dc elevadores operando a muito baixas tensões de alimentação. Devido aos baixos valores de tensão de alimentação de interesse deste trabalho, especial atenção foi dada à operação do transistor MOS na região triodo e às propriedades do transistor zero-VT, graças a sua alta capacidade de corrente para baixas tensões. Com o objetivo de investigar a mínima tensão de alimentação de osciladores a MOSFET, três topologias foram estudadas. Duas delas, chamadas de oscilador em anel com elevada excursão desinal e oscilador Colpitts com elevada excursão de sinal, podem trabalhar com tensões de alimentação inferiores à tensão térmica, kT /q. Expressões simplificadas para a mínima tensão de alimentação, frequência de oscilação e mínimo ganho do transistor foram derivadas para cada topologia. Resultados experimentais obtidos com protótipos implementados com transistores zero-VT comprovam a operação dos osciladores com tensões tão baixas quanto 30 mV e 3,5 mV em circuitos construídos com indutores integrados e discretos, respectivamente. A aplicação dos osciladores a circuitos de captação de energia (energy harvesting circuits) a partir de fontes de alimentação de ultra-baixa-tensão foi estudada neste trabalho. Com o propósito de converter tensões ac geradas pelos osciladores em sinais dc, o clássico conversor Dickson foi utilizado. Expressões para a tensão de saída, resistência de entrada e eficiência de conversão de potência do conversor Dickson operando a ultra-baixas-tensões foram derivadas. Resultados experimentais obtidos com protótipos construídos com o oscilador em anel com elevada excursão de sinal e com o conversor Dickson, provaram a possibilidade de se obter uma tensão dc na saída de 1 V para correntes de carga de 100 nA e 1 µA a partir de tensões de entrada de 10 mV e 23 mV, respectivamente.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a degradação de parâmetros elétricos de transistores CMOS tecnologia 0,35 μm, fabricados com o processo AMS C35B4, devido aos efeitos de dose total ionizante. Os efeitos de dose total são resultado do acúmulo de cargas em estruturas dielétricas de dispositivos semicondutores; em transistores MOS, este acúmulo de carga afeta parâmetros elétricos como a tensão de limiar, subthreshold swing, ruído 1/f, corrente de fuga e mobilidade efetiva dos portadores de carga. Com o objetivo de mensurar o impacto dos efeitos de dose total em transistores CMOS 0,35 μm, foi realizado um ensaio de irradiação, submetendo-se transistores de uma tecnologia comercial à radiação ionizante e realizando a caracterização destes dispositivos para diferentes doses totais acumuladas. Os resultados obtidos indicam a degradação dos transistores devido aos efeitos de dose total, bem como apontam a influência da polarização dos dispositivos durante o ensaio de irradiação nesta degradação. Estes resultados podem ser utilizados para, através de simulação elétrica de circuitos, estimar a tolerância à dose total de uma determinada topologia de circuito ou sistema. / This work presents a study on the degradation of electrical parameters of 0,35 μm CMOS transistors, fabricated with an AMS C35B4 process, due to total ionizing dose (TID) effects. The TID effects are the result of the trapping of charges in dielectric structures of semiconductor devices; in MOS transistors, this charge trapping affects electrical parameters such as threshold voltage, subthreshold swing, 1/f noise, leakage current and carrier effective mobility. In order to measure the impact of TID effects on electrical parameters of 0,35μm CMOS transistors, an irradiation test was performed, exposing transistors from a commercial technology to ionizing radiation and characterizing these devices under different total doses. The results obtained in this work indicate transistor degradation due to TID effects, as well as the impact of device polarization during the irradiation test on transistor degradation. These results may be used, through electrical simulation of circuits, to estimate the impact of TID effects on the operation of a circuit or system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1993 / Neste trabalho apresentamos um modelo analítico explícito do transistor MOS canal longo, válido em todas as regiões de operação (inversão fraca, moderada e forte). A fim de se chegar a uma adequada previsão do comportamento do dispositivo, suas propriedades físicas foram cuidadosamente observadas. A corrente de dreno, as cargas totais e os parâmetros de pequenos sinais para operação quasi-estática são equacionados de maneira muito simples em termos das densidades de carga de inversão nos extremos do canal. Estas, por sua vez, são precisamente formuladas como funções explícitas das tensões terminais.