A carregar...
Publicação
Study and Design of Temperature-Compensated Voltage and Current Reference Circuits in oxide TFT technologies
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.4 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
This work presents the design, fabrication, and experimental characterization of a temperature-compen-
sated voltage reference fully implemented with unipolar amorphous In-Ga-Zn-O (a-IGZO) thin-film transis-
tors (TFTs).
Unlike previous oxide-based references that relied on external biasing or complementary devices, the
proposed circuit operates in a fully self-biased configuration, exploiting the naturally normally-on behavior of
n-type a-IGZO TFTs to generate balanced proportional-to-absolute-temperature (PTAT) and complementary-
to-absolute-temperature (CTAT) components. The circuit was fabricated using a bottom-gate a-IGZO process
on glass substrates and experimentally tested between 25 °C and 125 °C.
Among nineteen fabricated designs, there were 6 of them that reached a temperature coefficient below
100 ppm/°C across the 25-100 °C range and the optimized configuration achieved a minimum of 43.8 ppm/°C
within the same range, confirming effective first-order PTAT/CTAT cancellation. One of the designs could be
tested up to 125 ºC proving that the designed circuit operates in this range of temperature.
These results establish the first experimental demonstration of a self-biased, unipolar a-IGZO voltage
reference, achieving sub-50 ppm/°C stability without complementary devices or external current sources, pav-
ing the way toward reliable analog building blocks for low-power flexible and large-area electronics.
Este trabalho apresenta o desenvolvimento, fabrico e caracterização experimental de um circuito gerador de referência de tensão compensado em temperatura, totalmente implementado com transístores de filme fino (TFTs) tipo-n de óxido de índio-gálio-zinco amorfo (a-IGZO). Ao contrário das soluções anteriores baseadas em óxidos, que recorriam a polarizações externas ou a dispositivos complementares, o circuito proposto funciona de forma auto-polarizada, tirando partido do com- portamento natural dos TFTs em modo de depleção para proporcionar o equilíbrio entre componentes propor- cionais (PTAT) e complementares (CTAT) à temperatura absoluta. O circuito foi fabricado através de um processo bottom-gate de a-IGZO sobre substratos de vidro e avaliado experimentalmente entre 25 °C e 125 °C. Entre as 19 configurações produzidas, 6 delas apresentaram um coeficiente de temperatura inferior a 100 ppm/°C no intervalo de 25 °C a 100 °C, onde a melhor apresentou um coeficiente de temperatura mínimo de 43,8 ppm/°C neste intervalo, comprovando a compensação térmica eficaz de primeira ordem entre as com- ponentes PTAT e CTAT. O teste a 125 ºC foi possível numa das configurações, o que provou que o circuito desenvolvido opera normalmente nesta temperatura. Estes resultados constituem a primeira demonstração experimental de um gerador de referência de tensão unipolar em a-IGZO totalmente auto-polarizada, capaz de atingir estabilidade inferior a 50 ppm/°C sem recorrer a dispositivos complementares nem a fontes de corrente externas. O trabalho demonstra o potencial desta abordagem para o desenvolvimento de blocos analógicos fiáveis destinados a circuitos flexíveis, de baixo consumo e de grande área
Este trabalho apresenta o desenvolvimento, fabrico e caracterização experimental de um circuito gerador de referência de tensão compensado em temperatura, totalmente implementado com transístores de filme fino (TFTs) tipo-n de óxido de índio-gálio-zinco amorfo (a-IGZO). Ao contrário das soluções anteriores baseadas em óxidos, que recorriam a polarizações externas ou a dispositivos complementares, o circuito proposto funciona de forma auto-polarizada, tirando partido do com- portamento natural dos TFTs em modo de depleção para proporcionar o equilíbrio entre componentes propor- cionais (PTAT) e complementares (CTAT) à temperatura absoluta. O circuito foi fabricado através de um processo bottom-gate de a-IGZO sobre substratos de vidro e avaliado experimentalmente entre 25 °C e 125 °C. Entre as 19 configurações produzidas, 6 delas apresentaram um coeficiente de temperatura inferior a 100 ppm/°C no intervalo de 25 °C a 100 °C, onde a melhor apresentou um coeficiente de temperatura mínimo de 43,8 ppm/°C neste intervalo, comprovando a compensação térmica eficaz de primeira ordem entre as com- ponentes PTAT e CTAT. O teste a 125 ºC foi possível numa das configurações, o que provou que o circuito desenvolvido opera normalmente nesta temperatura. Estes resultados constituem a primeira demonstração experimental de um gerador de referência de tensão unipolar em a-IGZO totalmente auto-polarizada, capaz de atingir estabilidade inferior a 50 ppm/°C sem recorrer a dispositivos complementares nem a fontes de corrente externas. O trabalho demonstra o potencial desta abordagem para o desenvolvimento de blocos analógicos fiáveis destinados a circuitos flexíveis, de baixo consumo e de grande área