Este trabalho apresenta o estudo do desempenho analógico do transistor SOI MOSFET com tensão de limiar dinamicamente variável (DTMOS). Esse dispositivo é fabricado em tecnologia SOI parcialmente depletado (PD). A tensão de limiar desta estrutura varia dinamicamente porque a porta do transistor está curto-circuitada com o canal do mesmo, melhorando significativamente suas características elétricas quando comparadas aos transistores PD SOI MOSFET convencionais. Entre as características principais desse dispositivo, pode-se citar a inclinação de sublimiar praticamente ideal (60 mV/dec), devido ao reduzido efeito de corpo, resultando num aumento significativo da corrente total que corresponde à soma da corrente do transistor principal com a corrente do transistor bipolar parasitário inerente à estrutura. Diversas simulações numéricas bidimensionais, utilizando o simulador ATLAS, foram executadas a fim de se obter um melhor entendimento do dispositivo DTMOS, quando comparado com o SOI convencional. As características elétricas analisadas através da simulação numérica bidimensional apresentam a corrente de dreno em função da polarização da porta considerando VD baixo e alto (25 mV e 1V). O canal teve uma variação de 1 até 0,15 µm. Através dessas simulações foram obtidos as principais características elétricas e parâmetros analógicos para estudo do DTMOS em comparação com o SOI convencional como: transcondutância (gm), tensão de limiar (VTH), inclinação de sublimiar (S). Considerando a polarização de dreno em 1V foi obtido a transcondutância e a inclinação de sublimiar. Na etapa seguinte foi feito simulações para obter as curvas características de IDS x VDS, onde a tensão aplicada na porta variou de 0 a 200 mV (VGT), onde se obteve a tensão Early (VEA), a condutância de saída (gD) dos dispositivos, bem como o ganho intrínseco de tensão DC (AV) e a freqüência de ganho unitário (fT). Os resultados experimentais foram realizados em duas etapas: na primeira, extraíram-se todas as curvas variando o comprimento do canal (L) de 10 à 0,15 µm e na segunda, manteve-se um valor fixo do comprimento do canal (10 µm), variando somente a largura do canal (W) entre 10 e 0,8 µm, para identificar quais seriam os impactos nos resultados. A relação da transcondutância pela corrente de dreno do DTMOS foi 40 V-1 na média, independentemente do comprimento do canal e observou-se um aumento de 14 dB no ganho intrínseco quando usado o comprimento de canal de 0,22 µm, em comparação com SOI convencional. Foi verificado uma melhora na performance dos parâmetros analógicos do DTMOS quando comparado com o PDSOI e têm sido muito utilizado em aplicações de baixa tensão e baixa potência. / This work presents the study of analog performance parameters of PDSOI (Partially-depleted) transistor in comparison with a Dynamic Threshold MOS transistor (DTMOS). The DTMOS is a partially-depleted device with dynamic threshold voltage. This variation of threshold voltage is obtained when the gate is connected to the silicon film (channel) of the PDSOI device, improving the electrical characteristics of a conventional SOI. The characteristics of this device is an ideal subthreshold slope (60mV/dec), due to the reduced body effect and improved current drive. When the gate voltage increases in DTMOS (body tied to gate), there is a body potential increase, which results in a higher drain current due to the sum of the MOS current with the bipolar transistor (BJT) one. Several two-dimensional numerical simulations were done with the ATLAS Simulator to obtain a better knowledge of DTMOS device to compare with PDSOI. The electrical characteristics analyzed through two-dimensional numerical simulations are the drain current as a function of (VGS) with drain bias fixed at 25 mV and 1 V. The channel length varied from 10 to 1 um. Through these simulations the main electrical characteristics and the analog performance parameters were obtained of DTMOS in comparison with conventional SOI, as: transconductance (gm), threshold (VTH) voltage, and subthreshold slope (S). Considering the drain bias of 1V, transconductance and subthreshold voltage were obtained. In the next step, the characteristics curves of drain current (IDS) as a function of (VDS), where the gate bias varied from 0 to 200 mV of (VGT), to obtain the Early voltage (VEA) and output conductance (gD), the intrinsic gain DC (AV) and a unit-gain frequency to both devices were simulated. The experimental results were measured in two steps: in the first step all electrical characteristics and parameters considering a channel length (L) variation were obtained and in the second step a channel length was fixed and varied the width (W) was varied to study if this variation had any effects on the results. The gm/IDS ratio of DTMOS was 40 V-1 , independent of channel length and a increase of 14 dB in intrinsic gain, when using a channel length of 0,22 µm, compared with the conventional SOI was obtained. Improvement was observed in the performance of analog parameters when compared whit conventional SOI and DTMOS has been widely used in Low-Power- Low-Voltage applications.

Este trabalho apresenta o estudo do desempenho analógico do transistor SOI MOSFET com tensão de limiar dinamicamente variável (DTMOS). Esse dispositivo é fabricado em tecnologia SOI parcialmente depletado (PD). A tensão de limiar desta estrutura varia dinamicamente porque a porta do transistor está curto-circuitada com o canal do mesmo, melhorando significativamente suas características elétricas quando comparadas aos transistores PD SOI MOSFET convencionais. Entre as características principais desse dispositivo, pode-se citar a inclinação de sublimiar praticamente ideal (60 mV/dec), devido ao reduzido efeito de corpo, resultando num aumento significativo da corrente total que corresponde à soma da corrente do transistor principal com a corrente do transistor bipolar parasitário inerente à estrutura. Diversas simulações numéricas bidimensionais, utilizando o simulador ATLAS, foram executadas a fim de se obter um melhor entendimento do dispositivo DTMOS, quando comparado com o SOI convencional. As características elétricas analisadas através da simulação numérica bidimensional apresentam a corrente de dreno em função da polarização da porta considerando VD baixo e alto (25 mV e 1V). O canal teve uma variação de 1 até 0,15 µm. Através dessas simulações foram obtidos as principais características elétricas e parâmetros analógicos para estudo do DTMOS em comparação com o SOI convencional como: transcondutância (gm), tensão de limiar (VTH), inclinação de sublimiar (S). Considerando a polarização de dreno em 1V foi obtido a transcondutância e a inclinação de sublimiar. Na etapa seguinte foi feito simulações para obter as curvas características de IDS x VDS, onde a tensão aplicada na porta variou de 0 a 200 mV (VGT), onde se obteve a tensão Early (VEA), a condutância de saída (gD) dos dispositivos, bem como o ganho intrínseco de tensão DC (AV) e a freqüência de ganho unitário (fT). Os resultados experimentais foram realizados em duas etapas: na primeira, extraíram-se todas as curvas variando o comprimento do canal (L) de 10 à 0,15 µm e na segunda, manteve-se um valor fixo do comprimento do canal (10 µm), variando somente a largura do canal (W) entre 10 e 0,8 µm, para identificar quais seriam os impactos nos resultados. A relação da transcondutância pela corrente de dreno do DTMOS foi 40 V-1 na média, independentemente do comprimento do canal e observou-se um aumento de 14 dB no ganho intrínseco quando usado o comprimento de canal de 0,22 µm, em comparação com SOI convencional. Foi verificado uma melhora na performance dos parâmetros analógicos do DTMOS quando comparado com o PDSOI e têm sido muito utilizado em aplicações de baixa tensão e baixa potência. / This work presents the study of analog performance parameters of PDSOI (Partially-depleted) transistor in comparison with a Dynamic Threshold MOS transistor (DTMOS). The DTMOS is a partially-depleted device with dynamic threshold voltage. This variation of threshold voltage is obtained when the gate is connected to the silicon film (channel) of the PDSOI device, improving the electrical characteristics of a conventional SOI. The characteristics of this device is an ideal subthreshold slope (60mV/dec), due to the reduced body effect and improved current drive. When the gate voltage increases in DTMOS (body tied to gate), there is a body potential increase, which results in a higher drain current due to the sum of the MOS current with the bipolar transistor (BJT) one. Several two-dimensional numerical simulations were done with the ATLAS Simulator to obtain a better knowledge of DTMOS device to compare with PDSOI. The electrical characteristics analyzed through two-dimensional numerical simulations are the drain current as a function of (VGS) with drain bias fixed at 25 mV and 1 V. The channel length varied from 10 to 1 um. Through these simulations the main electrical characteristics and the analog performance parameters were obtained of DTMOS in comparison with conventional SOI, as: transconductance (gm), threshold (VTH) voltage, and subthreshold slope (S). Considering the drain bias of 1V, transconductance and subthreshold voltage were obtained. In the next step, the characteristics curves of drain current (IDS) as a function of (VDS), where the gate bias varied from 0 to 200 mV of (VGT), to obtain the Early voltage (VEA) and output conductance (gD), the intrinsic gain DC (AV) and a unit-gain frequency to both devices were simulated. The experimental results were measured in two steps: in the first step all electrical characteristics and parameters considering a channel length (L) variation were obtained and in the second step a channel length was fixed and varied the width (W) was varied to study if this variation had any effects on the results. The gm/IDS ratio of DTMOS was 40 V-1 , independent of channel length and a increase of 14 dB in intrinsic gain, when using a channel length of 0,22 µm, compared with the conventional SOI was obtained. Improvement was observed in the performance of analog parameters when compared whit conventional SOI and DTMOS has been widely used in Low-Power- Low-Voltage applications.

Recently the computational speed and the functions of the numerical methods are advancing rapidly. It is the future trend that using the computational fluid dynamics (CFD) to perform simulation for making up the experimental deficiency, reducing the risk, improving the quality of the product, and saving the cost of research and development. A two-dimensional simulation was employed to study the melt/air and melt/solid interface shapes of the miniature molten zone formed in the laser-heated pedestal growth (LHPG) system. Using non-orthogonal body-fitting grid system with control-volume finite difference method, the interface shape can be determined both efficiently and accurately. During stable growth, the dependence of the molten-zone length and shape on the heating CO2 laser is examined in detail under both the maximum and the minimum allowed powers with various growth speeds. The effect of gravity for the miniature molten zone is also simulated, which reveals the possibility for a horizontally oriented LHPG system. Such a horizontal system is good for the growth of long crystal fibers. After comparing with the shape of the molten zone in terms of the experiment and the analysis of the simulation shown as above. Heat transfer and fluid flow in the LHPG system are analyzed near the deformed interfaces. The global thermal distributions of the crystal fiber, the melt, and the source rod are described by temperature and its axial gradient within length of ~10 mm. As compared with the growth of bulk crystal of several centimeters in dimension, natural convection drops six orders in magnitude due to smaller melt volume; therefore, conduction rather than convection determines the temperature distribution in the molten zone. Moreover, thermocapillary convection rather than mass-transfer convection becomes dominant. The symmetry and mass flow rate of double eddy pattern are significantly influenced by the molten-zone shape due to the diameter reduction and the large surface-tension-temperature coefficient in the order of 10-4~10-3. According to the analysis shown as above, the results could be further extended for the analysis of the concentration profile and study of horizontal growth.

Apresentamos neste trabalho um estudo do efeito da depleção do silício policristalino e da corrente de tunelamento em dispositivos com óxidos de porta finos. Utilizamos curvas características da capacitância em função da tensão de porta (C-V), para analisar a degradação causada por estes efeitos.Quanto ao efeito da depleção do silício policristalino a capacitância total na região de inversão apresenta uma redução conforme a concentração de dopantes do silício policristalino diminui. Este efeito foi observado em curvas C-V tanto de alta como de baixa freqüência, sendo esta última mais afetada. A corrente de tunelamento através do óxido de porta apresentou uma influência na largura da região de depleção no silício, que aumentou devido ao tunelamento de portadores do substrato. Como resultado, uma diminuição na capacitância do silício foi observada, fazendo a curva C-V diminuir na região de inversão. Quando considerado o efeito de depleção no silício policristalino junto com o efeito do tunelamento, observou-se que na região da porta houve um excesso de portadores, causando uma diminuição na região de depleção do silício policristalino. Neste caso a curva C-V sofreu uma maior redução, tornando-se difícil separar os dois efeitos. A curva C-V de baixa freqüência foi a mais atingida, pois como os portadores tem tempo de resposta, pode-se observar a influência da corrente de tunelamento nas cargas de inversão. Apresentamos ainda um novo método para a determinação da concentração de dopantes no substrato e no silício policristalino, através de curvas C-V de alta freqüência. Simulações numéricas bidimensionais e medidas experimentais foram utilizadas para validação do método. Os resultados obtidos indicam que o método proposto apresenta um grande potencial, tendo como principal vantagem a simplicidade de aplicação. / In this work we present the study of polysilicon depletion and the gate tunneling current effects in thin-gate oxide devices. Characteristic curves of capacitance as a function of the gate voltage (C-V) were used to analyze the degradation caused for these effects. Regarding the poly depletion effect, a reduction of the total capacitance in the inversion region was verified as the polysilicon doping concentration decreases. This effect was observed in C-V curves in high and low frequency, being the last one more affected. The gate tunneling current presented an influence on the width of the depletion silicon region, which increased due to the carriers tunneling from the substrate. As a result, a reduction in the silicon capacitance was observed, causing the C-V curve reduction in the inversion region. When the polysilicon depletion effect is considered together with the tunneling effect, it was observed that there is a carriers excess in the gate region, causing a reduction of the polysilicon depletion region width. In this case, the C-V curve suffered a larger reduction, making difficult to separate both effects. The most affected characteristic was the C-V curve at low frequency, due to existence of the carrier response time that allows observing the influence of the tunneling current in inversion charges. A new method for the determination of the doping concentration of substrate and polysilicon was also presented, through C-V curves at high frequency. Two-dimensional simulations and experimental measurements were used to validate the method. The obtained results indicate that the propose method present a higher potential, having as principal advantage the simplicity of application.

Apresentamos neste trabalho um estudo do efeito da depleção do silício policristalino e da corrente de tunelamento em dispositivos com óxidos de porta finos. Utilizamos curvas características da capacitância em função da tensão de porta (C-V), para analisar a degradação causada por estes efeitos.Quanto ao efeito da depleção do silício policristalino a capacitância total na região de inversão apresenta uma redução conforme a concentração de dopantes do silício policristalino diminui. Este efeito foi observado em curvas C-V tanto de alta como de baixa freqüência, sendo esta última mais afetada. A corrente de tunelamento através do óxido de porta apresentou uma influência na largura da região de depleção no silício, que aumentou devido ao tunelamento de portadores do substrato. Como resultado, uma diminuição na capacitância do silício foi observada, fazendo a curva C-V diminuir na região de inversão. Quando considerado o efeito de depleção no silício policristalino junto com o efeito do tunelamento, observou-se que na região da porta houve um excesso de portadores, causando uma diminuição na região de depleção do silício policristalino. Neste caso a curva C-V sofreu uma maior redução, tornando-se difícil separar os dois efeitos. A curva C-V de baixa freqüência foi a mais atingida, pois como os portadores tem tempo de resposta, pode-se observar a influência da corrente de tunelamento nas cargas de inversão. Apresentamos ainda um novo método para a determinação da concentração de dopantes no substrato e no silício policristalino, através de curvas C-V de alta freqüência. Simulações numéricas bidimensionais e medidas experimentais foram utilizadas para validação do método. Os resultados obtidos indicam que o método proposto apresenta um grande potencial, tendo como principal vantagem a simplicidade de aplicação. / In this work we present the study of polysilicon depletion and the gate tunneling current effects in thin-gate oxide devices. Characteristic curves of capacitance as a function of the gate voltage (C-V) were used to analyze the degradation caused for these effects. Regarding the poly depletion effect, a reduction of the total capacitance in the inversion region was verified as the polysilicon doping concentration decreases. This effect was observed in C-V curves in high and low frequency, being the last one more affected. The gate tunneling current presented an influence on the width of the depletion silicon region, which increased due to the carriers tunneling from the substrate. As a result, a reduction in the silicon capacitance was observed, causing the C-V curve reduction in the inversion region. When the polysilicon depletion effect is considered together with the tunneling effect, it was observed that there is a carriers excess in the gate region, causing a reduction of the polysilicon depletion region width. In this case, the C-V curve suffered a larger reduction, making difficult to separate both effects. The most affected characteristic was the C-V curve at low frequency, due to existence of the carrier response time that allows observing the influence of the tunneling current in inversion charges. A new method for the determination of the doping concentration of substrate and polysilicon was also presented, through C-V curves at high frequency. Two-dimensional simulations and experimental measurements were used to validate the method. The obtained results indicate that the propose method present a higher potential, having as principal advantage the simplicity of application.

Le système de simulation et d'avis précoce d'alerte est un outil puissant pour la surveillance de la qualité de l'eau de la rivière Mudan, une rivière importante dans les régions froides du nord-est de la Chine et qui se jette finalement dans la rivière de l'Amour en Russie. Ainsi la qualité de l'eau dans la rivière Mudan est une préoccupation importante non seulement au niveau local et régional,mais aussi au niveau international. L'objectif de cette étude est de créer un système de simulation et d'avis précoce d'alerte pour que la distribution spatio-temporelle de la qualité de l'eau durant les périodes de couverture glaciaire et d'eaux libres soit simulée et visualisée précisément et afin que l'on puisse appréhender la variation spatiale de polluants sur le cours de rivière. La thèse est structurée en 7 chapitres. Dans le premier chapitre nous décrivons le contexte de l'étude et faisons un état de lieu des recherches actuelles. Dans le chapitre Il, la comparaison des modèles principaux disponibles pour l'évaluation de la qualité de l'eau est réaliser ainsi que le choix du meilleur modèle comme base pour créer le système de modélisation. Dans le chapitre Ill, la construction du modèle,les conditions limites requises et les paramètres pour le modèle ont été vérifiés et étalonnés. Une procédure de simulation distribuée est conçue dans le chapitre IV pour améliorer l'efficacité de la simulation. Le chapitre V concerne la programmation et la réalisation la de simulation distribuée et le chapitre VI les techniques fondamentales pour mettre en œuvre le système. Le chapitre VII est la conclusion. Il y a trois points innovants dans ce travail: un modèle bidimensionnel de dynamique de fluides de l'environnement pour la rivière Mudan, une méthode efficace du calcul distribué et un prototype de système de simulation et d'avis précoce d'alerte qui peuvent largement améliorer la capacité de surveillance et de gestion de la qualité de l'eau de la rivière Mudan ou d'autres rivières similaires. / Simulation and Early Warning System (SEWS) is a powerful tool for river water quality monitoring. Mudan River, an important river in northeastern cold regions of China, can run out of China into Russia. Thus, the water quality of Mudan River is highly concerned not only locally andregionally but also internationally. Objective of this study is to establish an excellent SEWS of water quality so that the spatio-temporal distribution of water quality in both open-water and ice-covered periods can be accurately simulated and visualized to understand the spatial variation of pollutants along the river course. The dissertation is structured into 7 chapters, chapter 1 outlines the background of the study and reviews the current progress. Chapter Il compares the main available models for evaluating river water quality so that a better model can be selected as the basis to establish a modeling system for Mudan River. Chapter Ill establishes the model, the required boundary conditions and parameters for the model were verified and calibrated. Chapter IV, a distributed simulation procedure was designed to increase the simulation efficiency. Chapter V discusses more about the programing and operational issues of the distributed simulation. Chapter VI is about the core techniques to implement the system. Chapter VII is the conclusion of the study to summarize the key points and innovations of the study. The study has the following three points as innovation : a two-dimensional environmental fluid dynamics model for Mudan River, an efficient distributed model computational method and a prototype of SEWS, which can greatly improve the capability of monitoring and management of water quality in Mudan River and other similar rivers.