Estudo do efeito da radiação em um amplificador operacional de transcondutância implementado com SOI FinFETs.

Abstract

Neste trabalho é proposto o projeto de um amplificador operacional de transcondutância (OTA) com transistores SOI FinFETs e o estudo do efeito da radiação ionizante de prótons sobre tais circuitos. Uma vez que o SOI FinFET não tem um modelo analítico-matemático de primeira ordem preciso para programas de simulação elétrica, é proposto o uso do método chamado 'lookup table' em Verilog-A.Esse método consiste na caracterização experimental detalhada do dispositivo SOI FinFET para obtenção do seu comportamento elétrico para alimentar uma tabela com os dados e simular suas interpolações, que serão utilizados em simulações de circuitos. Utilizando este método, os dispositivos FinFET dos tipos p e n com três diferentes larguras de aleta (Wfin) foram analisados (20 nm, 120 nm e 870 nm) e utilizados tanto em circuitos básicos (como o circuito de polarização intitulado também de "bias" e o espelho de corrente) como em circuitos amplificadores operacionais de transcondutância de dois estágios (Operational Transconductance Amplifiers -OTA).Apesar da conhecida degradação causada pela radiação ionizante nos dispositivos semicondutores, e no caso dos FinFETs naqueles dispositivos que possuem maior largura de aleta, a combinação dos efeitos causados nos dispositivos que formam o OTA resulta num inesperado aumento de ganho de tensão em todos os circuitos estudados. No caso do OTA estudado, observou-se um aumento de ganho de tensão diferencial quando comparados os circuitos pré-radiados e pós-radiados, para todos os circuitos estudados. Este aumento de ganho de tensão foi de 1,84 dB, 2,38 dB e 6,16 dB, para os circuitos OTA formados por dispositivos FinFETs de Wfin de 20 nm, 120 nm e 870 nm, respectivamente. Já no caso dos OTAs com fonte de corrente ideal, os resultados de aumento de ganho tensão obtidos foram de 0,87 dB, 1,19 dB e 6,21 dB, para os circuitos formados por dispositivos FinFETs de Wfin de 20 nm, 120 nm e 870 nm, respectivamente. Estes aumentos de ganhos de tensão nos circuitos pósradiados estão relacionados à mudança dos pontos de polarização nos circuitos, que causa diferentes valores de transcondutância (gm) e condutância de saída (gD). Essa variação na condutância de saída é mais relevante no dispositivo pFinFET, principal responsável pelo aumento do ganho de tensão após a radiação.Palavras-chave: radiação de prótons, SOI FinFETs, lookup table, Verilog-A, circuitos analógicos.