[논문]나노구조 이중게이트 MOSFET에서 전도중심의 파라미터 의존성

정학기

doi:10.6109/jkiice.2008.12.3.541

[국내논문] 나노구조 이중게이트 MOSFET에서 전도중심의 파라미터 의존성
Parameter dependent conduction path for nano structure double gate MOSFET 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.12 no.3, 2008년, pp.541 - 546

정학기 (군산대학교 전자정보공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 분석학적 모델을 이용하여 나노구조 이중게이트 MOSFET의 전도현상을 고찰하고자 한다. 분석학적 모델을 유도하기 위하여 포아슨방정식을 이용하였다. 전류전도에 영향을 미치는 전도메카니즘은 열방사전류와 터널링전류를 사용하였으며 본 연구의 모델이 타당하다는 것을 입증하기 위하여 서브문턱스윙값에 대하여 이차원 시뮬레이션 값과 비교하였다. 이중게이트 MOSFET의 구조적 파라미터인 게이트길이, 게이트 산화막 두께, 채널두께에 따라 전도중심의 변화와 전도중심이 서브문턱스윙에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 채널 도핑농도에 따른 전도중심의 변화를 고찰함으로써 이중게이트 MOSFET의 타당한 채널도핑농도를 결정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, conduction phenomena have been considered for nano structure double gate MOSFET, using the analytical model. The Possion equation is used to analytical model. The conduction mechanisms to have an influence on current conduction are thermionic emission and tunneling current, and subthreshold swings of this paper are compared with those of two dimensional simulation to verify this model. The deviation of current path and the influence of current path on subthreshold swing have been considered according to the dimensional parameters of double gate MOSFET, i.e. gate length, gate oxide thickness, channel thickness. The optimum channel doping concentration is determined as the deviation of conduction path is considered according doping concentration.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

오메가(Q) 게이트구조 [4]에 대해서도 개발되고 있으며 이와 같은 특수/다중 게이트 구조에서는 핀의 크기를 정확히 측정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이중게이트 MOSFET의 채널 내 전류흐름을 분석하기 위하여 크기 변화에 따른 전도 중심 변화에 대하여 고찰하고자 한다. 또한 전도 중심과 서브문턱스윙과의 관계에 대하여 고찰함으로써 전도 중심이 전류전도에 미치는 현상을 설명하고자 한다.
본 연구에서는 이중게이트 MOSFET의 채널 내 전류흐름을 분석하기 위하여 크기 변화에 따른 전도 중심 변화에 대하여 고찰하고자 한다. 또한 전도 중심과 서브문턱스윙과의 관계에 대하여 고찰함으로써 전도 중심이 전류전도에 미치는 현상을 설명하고자 한다.
본 연구에서는 이와 같은 분석학적 모델의 타당성도 분석할 것이다.
본 연구에서는 이중게이트MOSFET에서 크기 및 채널 도핑 등의 파라미터가 변화할 때 전도중심의 변화를 고찰하였다. 제시한 전송모델의 타당성을 입증하기 위하여 이 차원 시 뮬레 이 션값과 서브문턱 스윙 값을 비교하였으며 매우 잘 일치함을 알 수 있었다.

제안 방법

이중게이트 구조는 초기의 수평형 구조에서 수직 형구조로 변화하고 있다[3]. 수평 형 구조는 단채널효과를 감소시킬 수는 있으나 전체적으로 집적도 향상에 는 기 여 하지 못한다는 단점 때문에 수직 형구조를 연구하게 되었다. 그러나 수직형구조도 제작방법이 난해하여 핀(fin)을 이용한 FinFET까지 개발되 기 에 이르렀다.
즉 그림 1과 같이 게이트산화막이 채널을 둘러싼 형태를 취하고 있다. 채널의 도핑은 가능하면 작게 하여 완전 결핍 상태에서 동작하도록 하며, 대칭적인 구조로 두 개의 동일한P+ 폴리 실리콘게이트를 사용하였으며 구조적 파라미터는 매우 낮게 P형 도핑된 채널의 두께 %, 게이트산화막 tox 그리고 게이트길이 Lg 등이다. P형 채널은 NA=10l6cni'3 을 사용하였다.
전도중심에 대한 이론적 고찰을 위하여 먼저 채널 내 포텐셜 에너지 분포를 구하였다. 그림 5에 채널길이 Lg=10㎛, 채널두께 £“.
제시한 전송모델의 타당성을 입증하기 위하여 이 차원 시 뮬레 이 션값과 서브문턱 스윙 값을 비교하였으며 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 포텐셜에너지 분포를 이용하여 열방사전류와 터널링전류를 구하였으며 전도 중심 을 크기 및 도핑 농도 등 파라미터에 따라 고찰하였다. 도핑농도가 증가할수록 전도중심은 게이트콘텍으로 이동하여 서브문턱스윙 값이 작아짐을 알 수 있다.

대상 데이터

채널의 도핑은 가능하면 작게 하여 완전 결핍 상태에서 동작하도록 하며, 대칭적인 구조로 두 개의 동일한P+ 폴리 실리콘게이트를 사용하였으며 구조적 파라미터는 매우 낮게 P형 도핑된 채널의 두께 %, 게이트산화막 tox 그리고 게이트길이 Lg 등이다. P형 채널은 NA=10l6cni'3 을 사용하였다. n형 소스와 드레인 영 역은 ND=102Ocm'3 을 사용하였으며 폴리실리콘게이트의 P형 도핑도 ND=1020cra'3i- 사용하였다 [5].
P형 채널은 NA=10l6cni'3 을 사용하였다. n형 소스와 드레인 영 역은 ND=102Ocm'3 을 사용하였으며 폴리실리콘게이트의 P형 도핑도 ND=1020cra'3i- 사용하였다 [5].

데이터처리

먼저 본 연구의 모델에 대한 타당성을 검토하기 위하여 서브문턱스윙을 이차원 시뮬레이 션값[기과 비교하였다. 그림 2에 도시한 바와 같이 이차원 시뮬레이션 값과 매우 잘 일치하므로 본 연구에서 제시한모델이 타당함을 알 수 있었다’ 게이트길이가 감소하면 터널링전류에 의한 효과를 무시 할 수 없어 서브문턱스윙 이 급격 히증가함을 알 수 있었다.

성능/효과

그림 2에 도시한 바와 같이 이차원 시뮬레이션 값과 매우 잘 일치하므로 본 연구에서 제시한모델이 타당함을 알 수 있었다’ 게이트길이가 감소하면 터널링전류에 의한 효과를 무시 할 수 없어 서브문턱스윙 이 급격 히증가함을 알 수 있었다.
Chen등이 제시한 분석 학적 '을 사용하였을 경우 수치해석 학적 모델과 거의 일치함을 알 수 있었다. 그러 나 채널두께가 증가할수록 차이가 급격히 증가하므로 분석 학적 모델을 사용할 때는 채널두께가 작을 때로 국한해야만 한다는 것을 알 수 있었다. 또한 채널 두께가 증가할수록 서 브문턱 스윙 은 매우 증가하므로 채널 두께를 얇게 제작하는 것이 중요하다고 사료된다.
서브문턱스윙은 채널내 도핑농도가 높을수록 감소함을 알 수 있었다. 특히 게이트길이가작을 때에는 도핑농도의 변화에 따라 서브문턱스윙 이 매우 가파르게 변화하였으며 분석학적 灼과수치해석적 入]의 경우에 차이도 크게 발생함을 알 수 있었다.
알 수 있었다. 특히 게이트길이가작을 때에는 도핑농도의 변화에 따라 서브문턱스윙 이 매우 가파르게 변화하였으며 분석학적 灼과수치해석적 入]의 경우에 차이도 크게 발생함을 알 수 있었다. 게이트길이가 감소함에 따라 채널도핑농도에 의한 여향이 급격히 증가하는 것도 그림 4에서 알 수 있었다.
5徃所일 때 포텐셜 에너지 분포를 도시하였다. 소스에서 드레인으로 이동하고 있는 열방사전자와 터널링전자는 일정한 전도중심으로 이동 한다고 생각할 수 있으며 특히 본 연구에서 제시한 분석학적 모델에서는 전자가 이동하는 경로 즉, 전도 중심 d «는 매우 중요한 파라미터 이다. 그림 6에 도핑 농도의 변화에 따른 전도중심의 변화를 도시하였다.
그림 6에서도 알 수 있듯이 저도핑영역에서 일정한 전도 중심을 보이며 고도핑으로 진행할수록 전도중심은 게이트콘텍으로 이동한다. 특히 채널두께가 커지면 도핑에 따른 증가도 빨리 발생함을 알 수 있었다. 전도중심이 게이트콘텍으로 이동하면 서브문턱 영역 에서 서브문턱 스윙 값이 감소하는 장점은 있으나 선형영역 및 포화영역에서 불순물산란 및 캐리어산란 등이 증가하고 부분결핍 (partially depleted)상태가 되 므로 전송특성이 저하될 수 있다.
제시한 전송모델의 타당성을 입증하기 위하여 이 차원 시 뮬레 이 션값과 서브문턱 스윙 값을 비교하였으며 매우 잘 일치함을 알 수 있었다. 포텐셜에너지 분포를 이용하여 열방사전류와 터널링전류를 구하였으며 전도 중심 을 크기 및 도핑 농도 등 파라미터에 따라 고찰하였다.
도핑농도가 증가할수록 전도중심은 게이트콘텍으로 이동하여 서브문턱스윙 값이 작아짐을 알 수 있다. 또한 채널두께가 작아지면 작은 도핑농도에도 게이트콘텍 방향으로 전도중심이 이동하며 게이트 산화막 두께에는 거의 영향을 받지 않는 것으로 관찰 되었다.

참고문헌 (7)

B.Yu,L.Chang, S.Ahmed, H.Wang, S.Bell, C.Yang, C.Tabery, C.Ho, Q.Xiang, T.King, J.Bokor, C.Hu, M.Lin, D.Kyser,"FinFET Scaling to 10nm Gate Length," IEDM, San Francisco, CA, 2002
X.Huang, W.C..Lee, C.Kuo et al. "Sub-50nm P-Channel Fin FET,"IEEE Trans. Electron Devices, col. 48, no.5, 2001
H.R.Huff and P.M.Zeitzoff, "The Ultimate CMOS Device:A 2003 Perspective, "the 2003 International Conference on Characterization and Metrology for ULSI Technology, pp.1-16, Austin,Texas,2003
F.L.Yang, H.Y.Chen, C.C.Huang, C.Y.Chang, H.K.Chiy, C.C.Lee et al. "25nm CMOS Omega FETs,"IEDM, pp.255-258, 2002
H.K.Jung and S.Dimitrijev,"Analysis of Subthreshold Carrier Transport for Ultimate Double Gate MOSFET," IEEE Trans. Electron Devicesm, vol. 53, no.4, to be published, 2006
Q.Chen, B.Agrawal, J.D.Mein이, "A Compre -hensive Analytical Subthreshold Swing(S) Model for Double-Gate MOSFETs," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 49, no.6, pp.1086-1090, Jun, 2002

상세보기
D.Munteanu and J.L.Autran,"Two-dimensional modeling of quantum ballistic transport in ultimate double-gate SOI devices," Solid-State Electronics, vol.47, pp.1219-1225, 2003

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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