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비대칭 이중게이트 MOSFET의 도핑농도에 대한 문턱전압이동
Channel Doping Concentration Dependent Threshold Voltage Movement of Asymmetric Double Gate MOSFET 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.18 no.9, 2014년, pp.2183 - 2188  

정학기 (Department of Electronic Engineering, Kunsan National University)

초록
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본 연구에서는 비대칭 이중게이트(double gate; DG) MOSFET의 채널 도핑농도 변화에 따른 문턱전압이동 현상에 대하여 분석하였다. 비대칭 DGMOSFET는 일반적으로 저 농도로 채널을 도핑하여 완전결핍상태로 동작하도록 제작한다. 불순물산란의 감소에 의한 고속 동작이 가능하므로 고주파소자에 응용할 수 있다는 장점이 있다. 미세소자에서 필연적으로 발생하고 있는 단채널 효과 중 문턱전압이동현상이 비대칭 DGMOSFET의 채널도핑농도의 변화에 따라 관찰하고자 한다. 문턱전압을 구하기 위하여 해석학적 전위분포를 포아송방정식으로부터 급수형태로 유도하였다. 채널길이와 두께, 산화막 두께 및 도핑분포함수의 변화 등을 파라미터로 하여 도핑농도에 따라 문턱전압의 이동현상을 관찰하였다. 결과적으로 도핑농도가 증가하면 문턱전압이 증가하였으며 채널길이가 감소하면 문턱전압이 크게 감소하였다. 또한 채널두께와 하단게이트 전압이 감소하면 문턱전압이 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 산화막 두께가 감소하면 문턱전압이 증가하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper has analyzed threshold voltage movement for channel doping concentration of asymmetric double gate(DG) MOSFET. The asymmetric DGMOSFET is generally fabricated with low doping channel and fully depleted under operation. Since impurity scattering is lessened, asymmetric DGMOSFET has the adv...

주제어

#비대칭 이중게이트   #문턱전압   #도핑농도   #포아송방정식  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 단채널 효과 중 가장 중요한 비대칭 이중게이트 MOSFET에 대한 문턱전압이동현상에 대한 연구는 아직 미흡한 상황이다. 그러므로 본 연구에서는 채널도핑농도의 변화에 대한 비대칭 이중게이트 MOSFET의 문턱전압이동현상에 대하여 관찰하고자 한다. 이때 채널길이, 채널두께, 도핑분포함수의 형태 그리고 상하단의 산화막 두께 그리고 하단게이트 전압을 파라미터로 사용할 것이다.
  • 본 연구에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널도핑농도 변화에 따른 문턱전압이동 현상에 대하여 분석하였다. 문턱전압을 구하기 위하여 해석학적 전위분포를 포아송방정식으로부터 급수형태로 유도하였다.
  • 식 (2)에서 알 수 있듯이 전위분포는 도핑농도 뿐만이 아니라 채널길이, 채널두께, 산화막 두께 및 하단게이트 전압에 따라 변화할 것이며 이는 드레인 전류에도 영향을 미쳐 결국 문턱전압이 이와 같은 파라미터에 따라 변화하게 된다. 본 연구에서는 이와 같이 구한 문턱전압의 채널도핑농도에 따른 변화를 고찰하고자 한다.
  • 식 (6)을 이용하여 구한 문턱전압의 타당성은 이미 기존의 논문[10]에서 언급하였으므로 본 연구에서는 채널도핑농도에 따른 문턱전압의 변화에 대하여 고찰할 것이다. 그림 3에 채널길이를 파라미터로 구한 채널도핑농도에 따른 문턱전압의 변화를, 이온주입범위와 분포편차의 변화에 따른 최대값, 최소값 그리고 평균값을 도시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반도체소자의 높은 경쟁력을 위해 어떤 제품을 개발해야하는가? 반도체 산업의 높은 경쟁력을 유지하기 위한 노력이 진행되고 있는 가운데 반도체소자의 미세화는 가장 중요한 핵심기술로 등장하고 있다. IT산업의 급격한 변화에 대응하기 위해 반도체소자는 더욱 초고속, 고용량, 저 전력 및 고 신뢰성 제품개발이 요구되고 있는 실정이다. 이러한 요구 조건을 만족하기 위하여 반도체소자는 더욱 미세화 되어야하며 고 집적도를 유지해야만 한다.
미세소자를 이용하는 데 걸림돌이 되는 2차 효과는? 그러나 미세화에는 물리적 한계가 있으며 미세화공정에서 발생하는 2차 효과는 반도체소자의 특성을 더욱 저하시키고 있다. 2차 효과 중 단채널 효과로 알려져 있는 문턱전압이동현상은 디지털응용에서 미세소자를 이용하는데 큰 걸림돌이 되고 있다. 기존의 CMOSFET를 이용한 집적회로는 고용량 IC제작에 한계를 보이고 있어 반도체업체에서는 새로운 소자개발에 박차를 가하고 있으며 3차원적인 배열에 의한 집적도 향상에 노력하고 있다.
다중게이트 MOSFET 중 FInFET의 단점은? 이와 같이 제작한 트랜지스터로는 이중게이트 MOSFET와 FinFET가 가장 대표적인 다중게이트 MOSFET이다[3,4]. FinFET의 경우 구조적으로 얇은 핀형태의 채널이 필요하므로 공정상의 어려움을 격고 있다. 그러나 이중게이트 MOSFET는 상하단에 게이트 단자를 제작하는 구조로서 SOI기술을 기반으로 제작 가능한 가장 간단한 다중게이트 MOSFET이다.
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참고문헌 (10)

  1. G. Deng anf C. Chen, "Binary Multiplication Using Hybrid MOS and Multi-Gate Single-Electron Transistors", IEEE Trans. on VLSI systems, vol.21, no.9, pp.1573-1582, 2013. 

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  2. P.Zhang, E.Jacques, R.Rogel and O.Bonnaud, "P-type and N-type multi-gate polycrystalline silicon vertical thin film transistors based on low-temperature," Solid-state electronics, vol.86, no.1, pp.1-5, 2013. 

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  3. M.C.Cheng, J.A.Smith, W.Jia and R.Coleman, "An Effective Thermal Model for FinFET Structure," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 61, no.1, pp.202-206, 2014. 

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  4. S.H.Chou, M.L.Fan and P.Su, "Investigation and Comparison of Work Function Variation for FinFET and UTB SOI Devices Using a Voronoi Approach," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 60, no.4, pp.1485-1489, 2013. 

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  5. Z.Ding, G.Hu, J.Gu, R.Liu, L.Wang and T.Tang, "An analytical model for channel potential and subthreshold swing of the symmetric and asymmetric double-gate MOSFETs," Microelectronics J., vol.42, pp.515-519, 2011. 

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  6. S.Jandhyala and S.Mahapatra,"Inclusion of body doping in compact models for fully-depleted common double gate MOSFET adapted to gate-oxide thickness asymmetriy", Electronics Lett., vol.48, no.13, pp.794-795, 2012. 

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  7. D.S.Havaldar, G.Katti, N.DasGupta and A.DasGupta, "Subthreshold Current Model of FinFETs Based on Analytical Solution of 3-D Poisson's Equation," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 53, no.4, pp.737-741, 2006. 

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  8. H.K.Jung and D.S.Cheong,"Analysis for Relation of Oxide Thickness and Subthreshold Swing of Asymmetric Double Gate MOSFET," Conference on Information and Communication Eng., vol.17, no.2, pp.698-701, 2013. 

  9. TCAD Manual, Part.4: INSPEC, ISE Integrated Systems Engineering AG, Zurich, Switzerland, 2001, p.56. ver.7.5. 

  10. H.K.Jung and S.Dimitrijev, "Analysis of Subthreshold Carrier Transport for Ultimate DGMOSFET," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 53, no.4, pp.685-691, 2006. 

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