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.

Esse trabalho apresenta uma proposta na área de Educação em Microeletrônica que visa enriquecer práticas de ensino adotadas na área de projetos de circuitos integrados através do uso de máquinas de ensino-aprendizagem (TLM Teaching-Learning Machine) em aulas de laboratórios como instrumentos auxiliares e complementares ao ensino teórico. As TLMs propostas permitem a verificação experimental de conceitos fundamentais em VLSI Design, tais como: polarização de transistores NMOS e PMOS, inversores CMOS, curvas de transferência do inversor CMOS, implementação de diversas portas lógicas CMOS estática e dinâmica usando transistores de passagem ou portas de transmissão (NAND, NOR, AND, OR, XOR, XNOR, MUX, DECODER, Half ADDERs e Full ADDERs), Latches, Flip-flops e células de memória (RAM e ROM). A metodologia usada foi baseada em pesquisa bibliográfica, observações em sala de aula, participação em projetos didáticos, entrevistas com alunos e professores de microeletrônica. As TLMs foram construídas na forma de painéis de papelão de 100 cm x 70 cm com eletrônica embarcada ou conjuntos de módulos de circuito impresso com tamanhos A4 até A10, interligados entre si por meio de conectores, cabos elétricos padronizados e acondicionados em caixas flexíveis de borracha sintética. Considerou-se o uso combinado desses materiais com diferentes técnicas de montagens eletrônicas. No leiaute das TLMs foram considerados aspectos da interação homem-máquina (HMI) e projetos de interações por PREECE (2002), e da transposição didática de CHEVALHARD e JOSHUA (1981). Os resultados efetivos da aprendizagem usando TLMs foram obtidos por meio de uma dinâmica em sala de aula baseada no microensino em ALLEN (1967). / This paper presents a proposal in the area of Education in Microelectronics which aims to enrich the educational practices adopted in the area of integrated circuits design through the use of teaching-learning machines (TLM) in classes, laboratories as auxiliary and complementary instruments to the theoretical ones. The proposed TLMs allow the experimental verification of fundamental concepts in VLSI design, such as: NMOS and PMOS transistors biasing, CMOS inverters, transfer curves of a CMOS inverter, implementation of various static and dynamic CMOS logic using the pass-transistor or transmission gates (NAND, NOR, AND, OR, XOR, XNOR, MUX, DECODER, Half ADDERs and Full ADDERs), Latches, flip-flops and memory cells (RAM and ROM). The used methodology was based on a literature search, observations in the classroom, participation in educational projects, interview of students and professors involved with microelectronics. The TLMs were assembled in the form of paper panels, 100 cm x 70 cm embedded with electronic modules, or sets of printed circuit boards with A4 size up to A10 size, connected with each other through connectors, electrical wires and packed in synthetic rubber flexible boxes. The combined use of these materials with different techniques of electronic assemblies has been very important. The layout of TLMs concerns about the aspects of human-machine interaction (HMI) and design interactions from PREECE (2002), and the didactical transposition from CHEVALHARD and JOSHUA (1981). The effective learning results using TLMs were obtained through a dynamic in classroom based on microteaching from ALLEN (1967).