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[국내논문] 드레인 전압 종속 게이트-벌크 MOSFET 캐패시턴스 추출 데이터를 사용한 측면 채널 도핑 분포 측정
Lateral Channel Doping Profile Measurements Using Extraction Data of Drain Voltage-Dependent Gate-Bulk MOSFET Capacitance 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SD, 반도체, v.48 no.10 = no.412, 2011년, pp.62 - 66  

최민권 (한국외국어대학교 전자공학과) ,  김주영 (한국외국어대학교 전자공학과) ,  이성현 (한국외국어대학교 전자공학과)

초록
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본 연구에서는 측정된 S-파라미터를 사용하여 드레인-소스 전압 Vds에 무관한 게이트-소스 overlap 캐패시턴스를 추출하고, 이를 바탕으로 deep-submicron MOSFET의 Vds 종속 게이트-벌크 캐패시턴스 곡선을 추출하는 RF 방법이 새롭게 개발 되었다. 추출된 캐패시턴스 값들을 사용한 등가회로 모델과 측정된 데이터가 잘 일치하는 것을 관찰함으로써 추출방법의 정확도가 검증되었다. 추출된 데이터로부터 overlap과 depletion 길이의 Vds 종속 곡선이 얻어졌으며, 이를 통해 drain 영역의 채널 도핑 분포를 실험적으로 측정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a new RF method to extract the drain-source voltage Vds-dependent gate-bulk capacitance of deep-submicron MOSFETs is developed by determining Vds-independent gate-source overlap capacitance using measured S-parameters. The accuracy of extraction method is verified by observing good ag...

Keyword

#MOSFET   #capacitance extraction   #gate-bulk capacitance   #overlap and depletion length   #lateral channel doping profile  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 게이트-소스 overlap 캐패시턴스 Cgso가 Vds에 무관하다는 가정 아래 CSB 구조에서 측정된 S-파라미터를 사용한 새로운 Vds 종속 Cgb 추출방법을 개발하였다. 이로부터 얻어진 Vds 종속 캐패시턴스 종속 곡선으로부터 드레인 영역의 채널 도핑 분포를 측정하였다.
  • 본 연구에서는 측정된 S-파라미터를 사용하여 Vds 에 무관한 Cgso를 Vds = 0V일 때 추출하고 이를 바탕으로Vds 종속성을 구하는 새로운 Cgb 추출 방법을 개발하였다. 이 방법의 정확도는 추출된 캐패시턴스 값들을 대입하여 모델링한 AC 등가회로와 측정된 데이터가 잘 일치하는 것을 확인함으로써 증명되었다.

가설 설정

  • 먼저 그림 2의 등가회로로부터 게이트-드레인 overlap 캐패시턴스 Cgdo와 드레인-벌크 junction 캐패시턴스 Cjdo는 저주파(LF)영역에서 유도된 다음의 관계식을 사용하여 추출되었다. Nf가 큰 소자에서 Cjso는 Cjdo와 같은 것으로 가정되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MOSFET의 캐패시턴스-전압 (C-V) 특성 곡선은 어디에 사용되는가? 일반적으로 MOSFET의 캐패시턴스-전압 (C-V) 특성 곡선은 소자의 채널 도핑 분포 추출과 같은 공정특성화와 MOSFET의 AC 모델링을 위해서 중요하게 사용되어 왔다[1].
MHz의 저주파 영역에서 short-channel MOSFET과의 불일치에 의해 모델링 오차가 발생하는 문제점을 극복하기 위해 사용하는 것은? MHz의 저주파 영역에서 Cgb를 측정하기 위해서는 일반적으로 큰 테스트 소자가 필요하지만, 실제 short-channel MOSFET과의 불일치에 의해 모델링 오차가 발생해왔다. 이를 극복하기 위해 최근에는 GHz 영역에서 측정된 S-파라미터를 사용한 RF 측정방법이 short-channel MOSFET의 적은 Cgb를 추출하는데 사용되고 있다.
MOSFET의 saturation 영역에서 RF성능은 어떤 것에 따라 크게 달라지게 되는가? 또한 MOSFET의 saturation 영역에서 드레인-소스 전압 Vds의 변화에 따라 RF성능이 크게 달라지게 되므로 캐패시턴스의 Vds 종속성을 추출하는 것이 매우 중요하다. MOSFET 모델링 파라미터인 유효 channel 길이 Leff의 Vds 종속성을 알기 위해서는 L ef 추출에 필요한 게이트-벌크 캐패시턴스 Cgb의 Vds 종속성 추출이 중요하다[2～3].
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참고문헌 (10)

  1. 고봉혁, 이성현, "고온 종속 RF MOSFET 캐패시턴스-전압 곡선 추출 및 모델링," 전자공학회 논문지 제 47권c 10호, 1-6쪽, 2010년. 

  2. J.-Y. Kim, B.-H. Ko, M.-K. Choi,. and S. Lee, "RF extraction method for source/drain overlap and depletion length of deep-submicron RF MOSFETs using intrinsic gate-bulk capacitance", Electronics Letters, Vol. 46, No. 23, pp.1566-1568, 2010. 

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  3. T.S. Hsieh, Y.W. Chang, W.J. Tsai, and T.C. Lu, "A new Leff extraction approach for devices with pocket implants". Proc. IEEE Int. Conf. on Microelectronic Test Structure, Kobe, Japan, pp. 15-18, March 2001. 

  4. A. Ferrero and U. Pisani, "QSOLT: A new fast calibration algorithm for two port S parameter measurements," 38th ARFTG Conference Digest, pp. 15-24, Winter 1991. 

  5. J. Cha, J. Cha, and S. Lee, "Uncertainty analysis of two-step and three-step methods for deembedding on-wafer RF transistor measurements," IEEE Trans. Electron Device, Vol. 55, No. 8, pp. 2195-2201, 2008. 

  6. S. Lee, "A direct method to extract RF MOSFET model parameters using common source-gate and source drain configurations", Microwave and Optical Technology Letters, Vol.50, No. 4, pp. 915-917, April 2008. 

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  7. S. Lee, "Direct extraction of substrate parameters for the small-signal model of a RF MOSFET", Asia-Pacific Microwave Conference, pp. 346-349, 2003. 

  8. S. Lee, "Accurate RF extraction method for resistances and inductances of sub-0.1 ${\mu}m$ CMOS transistors", Electronics Letters, Vol. 41, No. 24, pp. 1325-1327, 2005. 

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  9. 김종혁, 이용택, 최문성, 구자남, 이성현, "Nano-Scale MOSFET의 게이트길이 종속 차단주파수 추출," 전자공학회 논문지, 제 42권 SD편 12호, 1-8쪽, 2005년. 

  10. S.M. Sze "SEMICONDUCTOR DEVICES Physics and Technology", 2nd Edition, John Wiley & Sons, p.103, 2001. 

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