균일하게 도핑된 반도체에서, 분포된 확산 잡음원에 의해서 발생하는 단자잡음전류의 전력주파수밀도를 계산하였다. 고정된 전압에서 반도체의 길이가 작아짐에 따라, 또는 주어진 반도체에서 전류레벨이 증가함에 따라, AC 단락잡음전류는 열잡음 뿐만 아니라 과잉잡음을 보인다. 이 과잉잡음은 채널길이가 외인성 Debye 길이에 비해 매우 작은 경우에는 산탄잡음의 스펙트럼과 같은 모습을 보인다. 유한한 주파수에서 속도요동 잡음원에 의한 외인성 반도체에서 발생하는 과잉잡음을 최초로 유도하였다. 유도된 과잉잡음 공식은 반도체 채널의 통과 시간, 유전 이완 시간, 속도 이완 사이의 상호 작용에 따라 단자잡음 전류와 캐리어 농도 요동이 결정됨을 명시적으로 보여준다. 또한 유도된 해석적 식을 사용하여 여러 가지 반도체 샘플 길이와 바이어스, 주파수에 따른 잡음 스펙트럼의 변화도를 계산하였다. 유도된 공식은 quasi-ballistic 수송현상이 중요한 역할을 하는 나노스케일 MOSFET의 잡음 발생 기제를 이해할 수 있는 기반이 된다.
균일하게 도핑된 반도체에서, 분포된 확산 잡음원에 의해서 발생하는 단자잡음전류의 전력주파수밀도를 계산하였다. 고정된 전압에서 반도체의 길이가 작아짐에 따라, 또는 주어진 반도체에서 전류레벨이 증가함에 따라, AC 단락잡음전류는 열잡음 뿐만 아니라 과잉잡음을 보인다. 이 과잉잡음은 채널길이가 외인성 Debye 길이에 비해 매우 작은 경우에는 산탄잡음의 스펙트럼과 같은 모습을 보인다. 유한한 주파수에서 속도요동 잡음원에 의한 외인성 반도체에서 발생하는 과잉잡음을 최초로 유도하였다. 유도된 과잉잡음 공식은 반도체 채널의 통과 시간, 유전 이완 시간, 속도 이완 사이의 상호 작용에 따라 단자잡음 전류와 캐리어 농도 요동이 결정됨을 명시적으로 보여준다. 또한 유도된 해석적 식을 사용하여 여러 가지 반도체 샘플 길이와 바이어스, 주파수에 따른 잡음 스펙트럼의 변화도를 계산하였다. 유도된 공식은 quasi-ballistic 수송현상이 중요한 역할을 하는 나노스케일 MOSFET의 잡음 발생 기제를 이해할 수 있는 기반이 된다.
Noise in homogeneous extrinsic semiconductor samples is calculated due to distributed diffusion noise sources. As the length of the device shrinks at a fixed bias voltage, the ac-wise short-circuit noise current shows excess noise as well as thermal noise spectra. This excess noise behaves like a fu...
Noise in homogeneous extrinsic semiconductor samples is calculated due to distributed diffusion noise sources. As the length of the device shrinks at a fixed bias voltage, the ac-wise short-circuit noise current shows excess noise as well as thermal noise spectra. This excess noise behaves like a full shot noise when the channel length becomes very small compared with the extrinsic Debye length. For the first time, the analytic formula of the excess noise in extrinsic semiconductors from velocity-fluctuation noise sources is given for finite frequencies. This formula shows the interplay between transit time, dielectric relaxation time, and velocity relaxation time in determining the terminal noise current as well as the carrier density fluctuation. As frequency increases, the power spectral density of the excess noise rolls off. This formula sheds light on noise in nanoscale MOSFETs where quasi-ballistic transport plays an important role in carrier transport and noise.
Noise in homogeneous extrinsic semiconductor samples is calculated due to distributed diffusion noise sources. As the length of the device shrinks at a fixed bias voltage, the ac-wise short-circuit noise current shows excess noise as well as thermal noise spectra. This excess noise behaves like a full shot noise when the channel length becomes very small compared with the extrinsic Debye length. For the first time, the analytic formula of the excess noise in extrinsic semiconductors from velocity-fluctuation noise sources is given for finite frequencies. This formula shows the interplay between transit time, dielectric relaxation time, and velocity relaxation time in determining the terminal noise current as well as the carrier density fluctuation. As frequency increases, the power spectral density of the excess noise rolls off. This formula sheds light on noise in nanoscale MOSFETs where quasi-ballistic transport plays an important role in carrier transport and noise.
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문제 정의
해석이 필요하다. 균질의 반도체 저항체에서의 잡음 현상을 다루는 연구결과들이 이미 발표되었다[2F 하지만, 기존 연구의 해석은 오로지 주파수가 fl 田인 DC의 경우에 대해서만 이루어졌다囲 따라서 본 논문에서는 임피던스 장 방법론'"9J (Impedance Field Method, IFM)을 이용하여 유한한 주파수에서 성립하는 균질 반도체의 잡음 공식을 유도하고자 한다. 유도된 잡음 공식을 통해 소자의 크기가 작아지거나, 바이어스전압이 커짐에 따라 과잉 잡음이 발생하는 기제를 명확히 밝혀내고자 한다.
본 논문에서는 균일한 도핑농도를 갖는 반도체 저항체에 대해서 확산잡음원에 의해 유도되는 단자 잡음 전류의 전력주파수밀도의 공식을 유한한 주파수에서 유도하였다. 전류레벨이 큰 경우에는 잡음 스펙트럼이 열잡음 뿐만 아니라 과잉잡음을 보임을 확인하였다.
균질의 반도체 저항체에서의 잡음 현상을 다루는 연구결과들이 이미 발표되었다[2F 하지만, 기존 연구의 해석은 오로지 주파수가 fl 田인 DC의 경우에 대해서만 이루어졌다囲 따라서 본 논문에서는 임피던스 장 방법론'"9J (Impedance Field Method, IFM)을 이용하여 유한한 주파수에서 성립하는 균질 반도체의 잡음 공식을 유도하고자 한다. 유도된 잡음 공식을 통해 소자의 크기가 작아지거나, 바이어스전압이 커짐에 따라 과잉 잡음이 발생하는 기제를 명확히 밝혀내고자 한다.
제안 방법
단자잡음전류에 대한 전 력 주파수밀도 (power spectral density)의 해석식을 구한 후 이에 대한 수치계산을 실시하였다. 이를 계산할 때 전자 확산 계수 以에 대한 주파수 의존성이 3>=玖(0)/(1+渺如2)가 고려되었고 또한, 보통의 드리프트-확산 식에서 전자속도이완에 의한 효과인 (1+js而)가 고려되었다.
이론/모형
본 논문에서는, 도핑 농도가 균일한 n형 반도체의 AC 단락잡음전류를 계산하기 위해(그림 1 참조), 확산잡음 원, 또는 속도요동 잡음원만을 고려하고, 속도 이완 시간 包 가 고려된 드리프트-확산 모델을 이용한다. 이러한 상황에서, 주파수 0), 위치 V에 있는 확산 잡음 원에 의한, 위치 X에서의 잡음전류밀도의 푸리에 변환 矶(x, 0)은 다음과 같이 표현된다WTU
참고문헌 (11)
P. R. Gray and R. G. Meyer et al., Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 4th Ed., Wiley, 2001
R. Landauer, Phys. Rev. B, vol. 47, no. 24, pp. 16427-16432, 1993
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S.-M. Hong, H. S. Min, C. H. Park, and Y. J. Park, in Proc. of SPIE Noise in Devices and Circuits II, vol. 5470, pp. 16-27, 2004
M. Lax et al., Random Processes in Physics and Finance, Oxford University Press, pp. 211-226, 2003
W. Shockley, J. A. Copeland and R. P. James, in Quantum Theory of Atoms, Molecules and the Solid State, edited by P.-O. Lowdin, Academic, pp. 537-563, 1966
G. Ghione and F. Filicori, IEEE Trans. Comp.-Aided Design Integr. Circuits Sys., vol. 45, pp. 261-269, 1998
F. Bonani, G. Ghione, M. R. Pinto, and R. K. Smith, IEEE Trans. Electron Devices, vol. 45, pp. 261-269, 1998
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