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Transistor à quatre grilles (G4-FET): influence du dopage de canal M. M. Mojarradi K. Akarvardar, F. Allibert, S. Cristoloveanu & T. Higashino B. Dufrene.

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1 transistor à quatre grilles (G4-FET): influence du dopage de canal M. M. Mojarradi K. Akarvardar, F. Allibert, S. Cristoloveanu & T. Higashino B. Dufrene et B. J. Blalock

2 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 2 Sommaire Structure Fonctionnement Simulations Mesures électriques Conclusion

3 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 3 Structure - 1 La structure est exactement la même quun SOI p-MOSFET -à inversion- partiellement désérté avec deux prises de body La grille avant (G1), la grille arrière (G2) et les deux jonctions p+/n (JG1 et JG2) constituent les quatres grilles du G4-FET n+ D p+ JG2 p+ JG1 Si G2 Si-Poly G1 BOX n+ S canal n G4 -FET à canal n

4 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 4 ID S D BODY G SDG1 ID JG1 JG2 PMOS, vue de dessusN-G4 FET, vue de dessus poly n+ p+ n+ Seule la définition des terminaux change Les prises de body du PMOS deviennent la source et le drain du N-G4 FET La source et le drain du PMOS deviennent les grilles JG1 et JG2 du N-G4 FET Structure - 2 n

5 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 5 Fonctionnement Le G4-FET est la combinaison dun JFET et dun MOSFET à accumulation partageant le même body PD Le courant est conduit par des porteurs majoritaires et sa direction est perpendiculaire à celle du courant du MOSFET ordinaire à inversion 3 composants éventuels de courant (le courant volumique, le courant daccumulation à linterface avant et arrière) sont contrôlés par les 4 grilles VG2 POLY p+ VG1 VJG1VJG2 ID n JFET MOSFET à ACCUMULATION +=G4-FET N-G4 FET, vue en coupe

6 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 6 Simulations - 1 Profil de concentration délectrons (cm - 3 ): les interfaces avant et arrière sont désertées zone désertée zone ~neutre 1e17 5e µm 0 5e16 1e nm VJG = -1V VG1 = -1V VG2 = -25V POLY W p+ 0 0 t Si ND (cm -3 ) 0t Si

7 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 7 Simulations - 2 Profil de concentration délectrons (cm -3 ): linterface avant en accumulation, linterface arrière désertée zone désertée zone neutre zone en accumulation -20V -1V 1V 0 2e17 4e17 6e17 0 t Si

8 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 8 Simulations - 3 Profils de concentration délectrons (cm -3 ) -20V -1V 1V-1V -20V -1V 12.5V -1V -0.5V -1V 1V -1V 12.5V zone désertée zone neutre zone en accumulation

9 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 9 Mesures Electriques - 1 VJG=0V VG1=1V VG2=10V VJG=0V VG1=1V VG2=0V VJG=0V, VG1=0V, VG2=0V VJG=-0.4V, VG1=0V, VG2=0V VJG=-1.6V, VG1=0V, VG2=0V VDS (V) ID (A) } Courant volumique Courant daccumulation à linterface avant Courant daccumulation à linterface arrière Caractéristiques de Sortie W=0.35µm x 20 L=3.4µm

10 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 10 Mesures Electriques - 2 Caractéristiques de Transfert : ID = f(VJG,VG1) VJG (V) ID (A) VG1=0.99V } } modulation par élargissement de la zone désertée de linterface avant modulation par accumulation à linterface avant VJG (V) ID (A) VG1=0.99V 0.66V 0V -3.3V 68mV/dec échelle logarithmiqueéchelle linéaire VG2 = 0V VDS = 50mV

11 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 11 Mesures Electriques - 3 Caractéristiques de Transfert : ID = f(VG1, VJG) VG1 (V) ID (A) } } courant daccumulation + courant volumique échelle linéaire -4V VJG =0V -0.8V-2.4V VG1 (V) ID (A) échelle logarithmique VJG =0V -0.8V -2.4V-4V 73mV/dec VG2 = 0V VDS = 50mV

12 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 12 Mesures Electriques - 4 Caractéristiques de Transfert: ID = f(VG1, VG2) canal totalement pincé par les grilles à jonction couplage entre linterface arrière et avant comportement FD du body PD VG1 (V) ID (A) VG2=16V 12V0V-32V accumulation à linterface avant accumulation à linterface avant et arrière VJG = -2V VDS = 50mV

13 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 13 Mesures Electriques - 5 La Transconductance VJG (V) VG2 (V) VG1 (V) ID (µA) int. avant int. avant int. avant volume int. arrière VG1=0.99V VJG=-1V VG2=0V VJG=0V VG1=0.99V VG2=0V gm (µS) VDS=50mV multiples bosses issues de différents mécanismes de conduction

14 FTFC 2003 Kerem Akarvardar – 14 Conclusion Les mécanismes de conduction dun nouveau dispositif SOI sont mis en évidence par des simulations et par des mesures électriques Cest un dispositif pouvant éventuellement faciliter la réalisation des fonctions logiques grâce à ses multiples entrées Les différentes caractéristiques de transconductance coexistantes rendent le G4-FET intéressant pour la réalisation des fonctions analogiques Les circuits mixtes G4-FET/ MOSFET sont technologiquement aussi bien réalisables que les circuits full G4-FET Puisque la technologie du G4-FET et celle du MOSFET sont exactement les mêmes, le G4-FET peut aisément remplacer le MOSFET pour certaines applications si on arrive à démontrer ses avantages


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