Modelo do descasamento (Mismatch) entre transistores MOS: [tese]

Abstract

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.