Development of an analytical trapezoidal MOSFET model: Used in a methodology for gate enclosed MOS transistors design based on technology layout rules

Abstract

Gate enclosed or annular MOS transistors are one of the more successful solutions to improve the radiation resistance in an electronic circuit. There are many types of research and works regarding one of the main issues that come from using this type of device and its geometrical shape. Analytical or experimental methods reported different solutions to calculate the reciprocal aspect ratio of annular MOSFETs. Analytical approaches found in the literature use the drawn layout of the gate enclosed MOS transistor. Drawn shapes (rectangular or with broken corners) were deconstructed into smaller devices, such as trapezoid, squares, rectangles, or transformed using dedicated software. Analytical solutions give the designer the advantage of being able to simulate their designs before fabrication. On the post-fabrication stage, a comparison is made between the simulated electrical response of the calculated equivalent aspect ratio and the experimental measurements to ensure the accuracy of the analytical solutions. Transistor parameters such as width and length are among those a designer can modify. This thesis presents an analytical method using a trapezoidal shape for gate enclosed MOSFET width over length calculation. The analytical approach is a relevant part of the methodology for annular MOS transistors design based on technology layout rules, which gives designers a more familiar solution to integrate annular transistors in their circuits.

Los transistores MOS, anulares o de compuerta cerrada son una de las soluciones más exitosas para mejorar la resistencia a la radiación en un circuito electrónico. Hay muchos tipos de investigaciones y trabajos sobre uno de los principales problemas que se derivan del uso de este tipo de dispositivo y su forma geométrica. Diferentes soluciones para calcular la relación reciproca de la razón de tamaño de los MOSFET anulares has sido reportadas por métodos analíticos o experimentales. Los enfoques analíticos que se encuentran en la literatura utilizan el diseño dibujado del transistor MOS de puerta cerrada, deconstruyendo las formas dibujadas (rectangulares o con esquinas recortadas) en dispositivos más pequeños, como trapezoides, cuadrados, rectángulos o transformado utilizando un software dedicado. Las soluciones analíticas dan al diseñador la ventaja de poder simular sus diseños antes de la fabricación. En la etapa de post-fabricación, una comparación entre la respuesta eléctrica simulada de la relación de aspecto equivalente calculada y las medidas experimentales es necesaria para garantizar la precisión de las soluciones analíticas. Parámetros del transistor como el ancho y el largo se encuentran entre los que un diseñador puede modificar. Esta tesis presenta un método analítico que utiliza una forma trapezoidal para el cálculo de la razón de ancho y largo del MOSFET de compuerta cerrada. El enfoque analítico es una parte relevante para el desarrollo de la metodología para el diseño de transistores MOS anulares basado en reglas de trazado de tecnología, lo que brinda a los diseñadores una solución más familiar para integrar transistores anulares en sus circuitos.