CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS

As principais áreas de uso da tecnologia robusta às radiações (Hard Rad) são: espacial (satélites, sondas e lançadores), aérea (aviônica), defesa (submarino nuclear, mísseis, sensores e imagem), energia (usina nuclear) e médica (radioterapia). No contexto de componentes eletrônicos, o embargo (International Traffics and Arms Regulation, ITAR), pelo regulamento americano do Departamento de Estado que controla a comercialização de produtos Hard Rad, e o domínio tecnológico são os primordiais motivadores para o Brasil se desenvolver nesse campo.

Este trabalho consiste em um estudo teórico e prático acerca dos efeitos das radiações ionizantes sobre os MOSFETs inovadores com sua geometria de porta hexagonal (DMs) em relação aos seus respectivos convencionais (com porta retangular) CMs equivalentes (GIMENEZ; ALATI, 2015), (SEIXAS; FINCO; GIMENEZ,2017).

Inicialmente, foi feita uma revisão teórica a respeito das origens da radiação espacial e os seus efeitos nos MOSFETs e, do estado da arte das técnicas de projeto e fabricação para redução e/ou mitigação dos efeitos das radiações ionizantes sobre os MOSFETs e CIs CMOS.

Foram apresentados três estudos experimentais dos MOSFETs de leiaute do tipo Diamante (DM) em relação aos seus respectivos convencionais CMs equivalentes sob os efeitos das radiações ionizantes. Além disso, foram desenvolvidos programas computacionais dedicados para configuração da instrumentação de medidas para caracterização elétrica dos efeitos da radiação ionizante sobre os MOSFETs.

Os DUTs foram testados com três diferentes fontes de radiações ionizantes:

a) O primeiro experimento com fonte de prótons com alta taxa de dose (250 krad/s) em relação as normas (ESA-22900 e MIL-STD-883), para estudar os efeitos da TID nos DMs (α=36,9o_{, 90}o_{, 144,1}o_{) em relação aos seus CM equivalentes;}

b) O segundo com íons pesados com um fluxo de partículas calculado, aproximadamente, de 8,84.1010 _{partículas/cm}2_{.s para estudar a sensibilidade ao SEE do DM (α=90}o_{) em}

relação ao seu CM equivalente, considerando-se os MOSFETs operando em condições específicas (FERLET, 2006);

c) O terceiro para estudar os efeitos da TID à baixa taxa (1 krad/h confrontado às normas ESA-22900 e MIL-STD-883) nos DMs (α=36,9o_{, 53,1}o_{, 90}o_{, 126,9}o_{, 144,1}o_{) em relação}

aos seus CM equivalentes polarizados nas condições ON e OFF durante radiação com fonte de raios-gama, importante para aplicações espaciais (SCHWANK, 2013).

O MOSFET de leiaute do tipo Diamante foi criado através de uma simples mudança de leiaute da região de porta, modificada de retangular para hexagonal, a fim de aumentar o campo elétrico longitudinal resultante (LEF) sobre o canal, implicando no aumento da velocidade média de deriva dos seus portadores móveis nessa região. A ampliação da corrente entre dreno e fonte do DM tem como consequência o acréscimo da sua transcondutância, o que beneficia outros parâmetros elétricos em comparação ao seu CM equivalente, levando-se em consideração MOSFETs de mesmas áreas de porta (AG), larguras de canal (W) e condições de

polarização. Sabe-se que os DMs fornecem maiores correntes entre dreno e fonte do que aquelas encontradas em seus respectivos CMs homólogos. Ao se fixar uma determinada corrente entre dreno e fonte num projeto de CIs CMOS, é possível diminuir a área ocupada pela redução das suas larguras de canal (W) (GIMENEZ, 2016).

A principal conclusão deste trabalho é que os efeitos LCE, PAMDLE e DEPAMBBRE permanecem ativos sob às radiações ionizantes. Pode-se melhorar o desempenho elétrico para as aplicações espaciais, mantendo-se o compromisso (α = 90°) entre os ganhos devido aos efeitos LCE e PAMDLE e à tolerância aos efeitos pela TID, graças ao DEPAMBBRE (SEIXAS, 2017).

A partir dos resultados experimentais, destacou-se o DM (α = 90°) que apresentou uma tendência de maior tolerância à radiação por prótons à alta taxa de dose. Além disso, o DM (α = 90°) apresentou ganhos de tolerância à radiação por fonte de raios-gama em relação aos seus respectivos convencionais equivalentes (CMs), polarizados em ON- condition como na tensão de limiar VTH (-150 %), na inclinação de sublimiar S (-1.130 %), na corrente de fuga no dreno

ILEAK (40 vezes menor), na corrente entre dreno e fonte na condição de saturação IDS_SAT (-25

%), na relação gm/IDS (-1.190 %), na tensão Early VEA (59 %), no ganho de tensão intrínseco

AV (-890 %), na resistência série entre dreno e fonte em estado ligado RDS_ON (7,8 %), na

corrente entre dreno e fonte em estado desligado IOFF (30 vezes menor), na corrente entre dreno

e fonte em estado ligado ION (-29 %), na relação ION/IOFF (2 . 106 %). Também, o DM (α = 90°)

melhorou a sua relação ION/IOFF em 80 %.

Além disso, o estilo de leiaute DM (α = 90°) pode ser utilizado alternativamente, fabricado como SOI MOSFETs, prevenir o SEL (Single Event Latch-up) em aplicações de CI CMOS analógicos e digitais, sem promover qualquer custo adicional ao processo de SOI CMOS de mercado (SEIXAS, 2015).

O DM (α = 90°) pode proporcionar um melhor compromisso entre desempenho elétrico e a tolerância às radiações ionizantes, em relação ao seu respectivo CM equivalente. Fabricado a

partir da tecnologia planar, assim representando uma alternativa de baixo custo para aplicações nas áreas espaciais e ou de medicina.

Este trabalho apresentou um sistema de teste do tipo PXI como uma opção para caracterização dos efeitos TID e SEE, úteis às infraestruturas laboratoriais do projeto CITAR (SEIXAS; FINCO; GIMENEZ, 2017). Tal sistema é baseado numa plataforma integrada tipo PXI (barramento do PC estendido para instrumentação), que é um barramento padrão mais rápido do mercado (NI, 2017).

O presente projeto de pesquisa contribuiu com as Instituições a seguir relacionadas:

a) O Instituto de Estudos Avançados da Aeronáutica (IEAv) com o seu Laboratório de Radiação Ionizante (LRI);

b) O Instituto de Física da USP (IFUSP) no Departamento de Física Nuclear com os seus Laboratórios;

c) O Centro Universitário FEI nos Departamentos de Engenharia Elétrica e de Física, através do Laboratório de Estudos dos Efeitos das Radiações (LERI);

d) O Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI) no Departamento de Concepção de Sistemas de Hardware (DCSH);

e) O Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) na qualificação das aplicações espaciais. São sugestões para trabalhos futuros decorrentes desta tese de doutorado:

a) estudo experimental para o DM de potência fabricado com tecnologia SOI CMOS de 130 nm em relação ao seu respectivo CM equivalente à baixa taxa de dose (60_{Co e/ou}

raios-X);

b) estudo experimental para o DM de potência para caracterização do efeito SEE, através da sua curva de seção de choque (σSEE . LET) utilizando-se fonte de íons pesados;

c) estudo experimental para o DM de potência para caracterização do efeito SEE, através da sua curva de seção de choque (σSEE . LET) utilizando-se fonte de nêutrons (aplicação

em aviônica);

d) estudo dos dados obtidos do annealing pós radiação por 60_{Co dos DUTs (CI-5 e CI-7);}

e) estudo experimental para o DM do tipo PMOSFET como sensor de radiação;

f) continuidade à rede tecnológica de testes para caracterização da sensibilidade à radiação ionizante de semicondutores e CIs, capacitando as infraestruturas de teste no Brasil.