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Tese

Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas (2025)

  • Authors:
  • Autor USP: PERINA, WELDER FERNANDES - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PSI
  • Subjects: ELÉTRONS; TRANSISTORES
  • Agências de fomento:
  • Language: Português
  • Abstract: Neste trabalho foi analisado o comportamento dos Transistores de Alta Mobilidade de Elétrons de Metal-Isolante-Semicondutor (MISHEMTs), por meio de análise dos parâmetros elétricos extraídos experimentalmente, e simulações, operando em temperaturas de 200 K até 450 K, variando o comprimento de porta de 200 nm até 900 nm. Seu funcionamento é baseado na criação de uma região chamada de gás de elétrons bidimensional (2DEG), que possui alta densidade de elétrons com elevada mobilidade e é causada pela junção de 2 materiais com bandas proibidas diferentes. Porém, além da condução de corrente por esta região, na porta do transistor há uma estrutura MOS que contribui com a condução total de corrente do dispositivo. A análise dos dados experimentais via, parâmetros elétricos dos dispositivos, mostrou a contribuição de dois mecanismos de condução diferentes: um chamado de condução MOS (Metal-Óxido-Isolante) e outra de condução HEMT (Transistor de Alta Mobilidade de Elétrons) ou 2DEG. A participação de dois mecanismos de condução diferentes nos dispositivos torna-se mais evidente através das variações na tensão de limiar (VTH) e na transcondutância (gm), que afetam o dispositivo significativamente, principalmente a partir da temperatura de 350 K. Ao analisar a influência da alta tensão de dreno (VDS) no dispositivo, foi observada grande influência na inclinação de sublimiar e na razão ION/IOFF aparentando uma melhora nos parâmetros em que o oposto que é esperado, e esse comportamento é explicado pelas relações de correntes dos terminais do dispositivo. Apesar disso foram apresentados valores de DIBL entre 25 mV/V e 65 mV/V. Em seguida foram realizadas simulações a fim de estudar melhor o efeito rebote observado no VTH do dispositivo onde se observou que as armadilhas de interface são a principal responsável.Segundo a literatura, estes tipos de dispositivos são projetados para operarem em aplicações analógicas, portanto, o estudo de alguns parâmetros analógicos como frequência de ganho unitário (ft) e ganho intrínseco de tensão (AV) também foram realizados. A gm em saturação em 200 K apresentou uma variação de apenas 16% ao dobrar o comprimento de canal (400 nm até 800 nm) mostrando baixa dependência com o comprimento de porta do dispositivo. As múltiplas conduções do MISHEMT causam um efeito na curva de saída do dispositivo chamado de MH Kink neste trabalho, que torna possível observar a influência da tensão de porta nas múltiplas conduções presentes no dispositivo de estudo. Quanto à influência da temperatura em parâmetros analógicos, a ft aumenta de 800 MHz (450 K) até 1,8 GHz (200 K) enquanto que o AV se comporta de maneira oposta indo de 43 dB (450 K) até 38 dB (200 K). Por fim, é feita a comparação do comportamento de parâmetros analógicos de um MISHEMT com um MOSFET fabricado em estrutura de GaN. Neste estudo notou-se que o MOSFET apresenta uma corrente elétrica cerca de 4 vezes menor que do MISHEMT, e uma faixa de operação de tensão entre 0 V a 2 V, enquanto que no MISHEMT essa faixa é entre -6 V a 0 V. No entanto, o MOSFET estudado apresentou um comportamento de histerese (inicialmente de 0,25 V) que acaba deslocando o VTH após cada medida feita em sequência até chegar em um certo limite, porém o efeito de histerese diminui também a cada medida sequencial.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 25.02.2025
    • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      PERINA, Welder Fernandes. Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-27052025-112523/pt-br.php. Acesso em: 04 jan. 2026.

    • APA

      Perina, W. F. (2025). Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-27052025-112523/pt-br.php

    • NLM

      Perina WF. Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-27052025-112523/pt-br.php

    • Vancouver

      Perina WF. Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-27052025-112523/pt-br.php

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