Tesis doctoral de Jesús Roberto Urresti Ibáñez
La constante reducción de tamaño y de tensión de trabajo en los circuitos integrados (cis) de nueva generación requiere una reducción del espesor de las diferentes capas que los componen (en especial de los óxidos de puerta y de aislamiento entre niveles conductores), con el fin de aumentar su densidad de integración y su velocidad, reduciendo su consumo de energía. Sin embargo, estas mejoras conllevan un aumento de su sensibilidad frente a perturbaciones externas tales como las fluctuaciones en la red eléctrica, los acoplamientos capacitivos o las descargas electrostáticas (esd). Aunque existe una amplia gama de dispositivos electrónicos concebidos para proteger a los cis de este tipo de perturbaciones evitando su destrucción (diodos zener, tiristores, etc.), La continua reducción de la tensión de operación y el aumento de la frecuencia de trabajo ha requerido un gran esfuerzo de investigación para adaptar los dispositivos de protección a las nuevas condiciones de operación. las características principales que debe cumplir todo dispositivo destinado a la protección de un sistema electrónico son: rapidez de respuesta, baja capacidad parásita, baja resistencia en conducción, alta capacidad de absorción de corriente, baja corriente de fuga en inversa, mínimo tamaño, bajo coste, no debe interferir en el modo de operación normal del sistema que protege y debe mantener inalterables sus características eléctricas a lo largo del tiempo. en aplicaciones de alta tensión, los diodos zener y los tiristores son los elementos más utilizados, tanto en formato discreto como de forma monolítica con el ci, para la protección frente a fenómenos de esd. Sin embargo, las nuevas generaciones de cis para aplicaciones móviles (ordenadores portátiles, telecomunicaciones, control de sistemas remotos, etc.) Requieren dispositivos capaces de trabajar a baja tensión y con bajos consumos de energía (con el fin de maximizar la vida de las baterías). En estas condiciones, los elementos de protección tradicionales no son óptimos, por lo que son necesarios nuevos dispositivos de protección con baja tensión de disparo y baja corriente de fuga en su estado de bloqueo. en esta situación, el uso de nuevas estructuras de protección basadas en un proceso de ruptura por vaciamiento (punch-through) mejora las características de las basadas en una ruptura por avalancha (base de los componentes tradicionales). Así, este trabajo pretende analizar, optimizar, diseñar y fabricar nuevos elementos de protección con ruptura por punch-through, conocidos como supresores de transitorios de tensión o transient voltage suppressors (tvs), que mejoren las prestaciones de los diodos zener en aplicaciones de baja tensión (menor de 3 v). así, el capítulo 1 describe las principales perturbaciones eléctricas y las fuentes que las originan, junto a una descripción de sus efectos sobre los cis. También se presenta una descripción de los diferentes dispositivos supresores existentes, con especial énfasis en los tvs, principal tema de estudio de este trabajo. en el capítulo 2 se presenta un estudio de los tvs de efecto punch-through verticales, donde se analizan las características eléctricas de sus dos configuraciones (tvs 3 capas, tvs 4 capas). También se presenta el modelo teórico de ruptura desarrollado para este tipo de estructuras, así como la verificación del mismo mediante simulaciones numéricas y datos experimentales. el capítulo 3 trata sobre el diseño, fabricación y caracterización de tvs verticales. Se presentan los procesos tecnológicos realizados y se detallan las mejoras, poniendo de manifiesto la superioridad de los tvs 4 capas respecto a los tvs 3 capas y los diodos zener. el capítulo 4 presenta el primer estudio publicado sobre dispositivos tvs laterales de efecto punch-through destinados a ser integrados conjuntamente con la circuitería a proteger. El estudio se realiza para diferentes configuraciones propuestas en tecnología bulk de silicio, se comparan entre ellas y se escoge la configuración que muestra mejores características. Este capítulo también presenta una novedosa forma de utilizar la placa de campo para reducir la tensión de ruptura en los tvs laterales. Por último, y como línea de futuro, se evalúa la viabilidad de integrar dispositivos tvs laterales en sustratos soi (silicon-on-insulator). finalmente, el capítulo 5 muestra el proceso de fabricación de los tvs laterales. Se detalla el proceso tecnológico, el diseño de máscaras, la fabricación en sala blanca y finalmente la caracterización, tanto tecnológica, utilizando técnicas de reverse engineering, como eléctrica.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modelización y fabricación de dispositivos tvs para protección en aplicaciones de baja tensión«
- Título de la tesis: Modelización y fabricación de dispositivos tvs para protección en aplicaciones de baja tensión
- Autor: Jesús Roberto Urresti Ibáñez
- Universidad: Autónoma de barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 11/12/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Salvador Hidalgo Villena
- Tribunal
- Presidente del tribunal: jose Millan gomez
- seamus Mcquaid (vocal)
- (vocal)
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