Analog Circuit Design in PD-SOI CMOS Technology for High Temperatures up to 400°C using Reverse Body Biasing (RBB)

Die vorliegende Arbeit ist im Bereich der analogen, integrierten CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) Schaltungstechnik in SOI (Silicon on Insulator) Technologie für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen angesiedelt. Ausgehend von der Untersuchung analoger Transistoreigenschaften von SOI-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) Transistoren unter Verwendung von RBB (Reverse body biasing), wird zusätzlich die verbesserte Hochtemperaturtauglichkeit grundlegender analoger Schaltungen bis 400°C unter dem Einfluss von RBB untersucht.
Da nahezu alle wesentlichen Material- und Leistungseigenschaften integrierter Schaltungen durch steigende Umgebungstemperaturen negativ beeinflusst werden, liegt die momentane Temperaturobergrenze von SOI-basierten Hochtemperaturschaltungen im Bereich der praktischen Anwendung daher lediglich bei 300°C bis 350°C. Somit werden die Möglichkeiten zur Realisierung integrierter Schaltungen über diese Grenze hinaus durch die Degeneration der Transistoreigenschaften bei hohen Temperaturen limitiert. Hier Setzt diese Arbeit an und untersucht, wie die elementaren Eigenschaften der Transistoren bei extrem hohen Umgebungstemperaturen mit Hilfe von RBB verbessert werden können.
Neben der Untersuchung der SOI-MOSFET Transistoreigenschaften wurde zudem der Einfluss von RBB auf die Hochtemperaturtauglichkeit grundlegender analoger Schaltungen, wie z. B. analoger Schalter, Stromspiegel, Operationsverstärker und Bandgap Spannungsreferenzen untersucht. Es zeigt sich, dass sich die Hochtemperaturtauglichkeit dieser Schaltungen durch den Einsatz von RBB maßgeblich verbessern lässt.