Ruído de baixa frequência em transistores mos soi do estado da arte em temperaturas criogênicas para computação quantica

• Processo: 25/11752-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2025
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2029
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Materiais Elétricos
• Pesquisador responsável: Marcelo Antonio Pavanello
• Beneficiário: Jefferson Almeida Matos
• Instituição Sede: Centro Universitário FEI (UNIFEI). Campus de São Bernardo do Campo. São Bernardo do Campo , SP, Brasil
• Assunto(s): Computação quântica Transistores MOSFET Semicondutores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: computação quântica | f | Mosfet | Ruido de Baixa Frequência | Ruído 1 | Temperaturas criogênicas | Transistores totalmente depletados | Dispositivos Semicondutores

Resumo

A miniaturização dos transistores MOS impulsiona a indústria de semicondutores ao permitir maior integração e menor consumo, mas intensifica os efeitos de canal curto, comprometendo o desempenho dos dispositivos, como o aumento indesejada da corrente de fuga e a perda de controle eletrostático pela porta. Para contornar esses desafios, estruturas avançadas com substrato SOI (Silicon-On-Insulator), como transistores planares totalmente depletados (FDSOI), e estruturas com múltiplas portas (FinFETs, nanofios/nanofolhas de silício empilhados ou não), têm sido adotadas por oferecerem melhor controle eletrostático. Esses dispositivos também se mostram promissores para circuitos de interface em computadores quânticos, que operam em temperaturas criogênicas (miliKelvin). A célula fundamental desses sistemas, o Qubit, requer circuitos de controle baseados em tecnologia CMOS, cuja operação em baixas temperaturas (entre 77 K e 4 K) reduz o ruído térmico e a necessidade de correção de erro. Em adição, o ruído de baixa frequência, um dos principais limitantes da confiabilidade e estabilidade em transistores, ainda é pouco compreendido nessas condições extremas de temperatura. Entender esse fenômeno é crucial para a estabilidade dos circuitos e a avaliação da interface dielétrica em baixas temperaturas. Neste contexto, este trabalho se propõe a realizar um estudo inédito do ruído de baixa frequência em dispositivos MOS de última geração, fabricados em tecnologia SOI e operando na faixa de temperaturas criogênicas. Trata-se de uma iniciativa pioneira no cenário internacional, com potencial para preencher uma lacuna importante na literatura e fornecer subsídios fundamentais para o desenvolvimento de circuitos criogênicos mais robustos. A análise será realizada com medições experimentais em dispositivos de última geração, fabricados no CEA-Leti, na França, e simulações tridimensionais, com o objetivo de elucidar os mecanismos físicos que impactam a estabilidade elétrica desses transistores em baixas temperaturas. (AU)