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비대칭 이중게이트 MOSFET에서 상단과 하단 산화막 두께비가 문턱전압이하 스윙에 미치는 영향
Influence of Ratio of Top and Bottom Oxide Thickness on Subthreshold Swing for Asymmetric Double Gate MOSFET 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.3, 2016년, pp.571 - 576  

정학기 (Department of Electronic Engineering, Kunsan National University)

초록
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비대칭 이중게이트 MOSFET는 다른 상하단 게이트 산화막 두께를 갖는다. 상하단 게이트 산화막 두께 비에 대한 문턱전압이하 스윙 및 전도중심의 변화에 대하여 분석하고자한다. 문턱전압이하 스윙은 전도중심에 따라 변화하며 전도중심은 상하단의 산화막 두께에 따라 변화한다. 비대칭 이중게이트 MOSFET는 문턱전압이하 스윙의 저하 등 단채널효과를 감소시키기에 유용한 소자로 알려져 있다. 포아송방정식의 해석학적 해를 이용하여 문턱전압이하 스윙을 유도하였으며 상하단의 산화막 두께 비가 전도중심 및 문턱전압이하 스윙에 미치는 영향을 분석하였다. 문턱전압이하 스윙 및 전도중심은 상하단 게이트 산화막 두께 비에 따라 큰 변화를 나타냈다. 특히 하단 게이트 전압은 문턱전압이하 스윙에 큰 영향을 미치며 하단게이트 전압이 0.7V 일 때 $0<t_{ox2}/t_{ox1}<5$의 범위에서 문턱전압이하 스윙이 약 200 mV/dec 정도 변화하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Asymmetric double gate(DG) MOSFET has the different top and bottom gate oxides thicknesses. It is analyzed the deviation of subthreshold swing(SS) and conduction path for the ratio of top and bottom gate oxide thickness of asymmetric DGMOSFET. SS varied along with conduction path, and conduction pat...

주제어

#비대칭 이중게이트   #문턱전압이하 스윙   #전도중심   #상하단 산화막 두께비  

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

문제 정의

  • 대칭형에 대해선 많은 연구가 진행되고 있으나 비대칭형에 대해선 아직 연구가 미흡한 상황이다. 그러므로 본 논문에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 단채널 효과 중 문턱전압이하 스윙에 대하여 분석할 것이다. 특히 상하단 게이트 산화막 두께를 달리 제작할 수 있는 비대칭 이중게이트 MOSFET에 대하여 상하단 게이트 산화막 두께 비에 대하여 문턱전압이하 스윙을 분석할 것이다.
  • 가 직접적으로 전위분포 및 문턱전압이하 스윙 그리고 전도중심에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러므로 본 논문에서는 상하단 게이트 산화막 두께 비에 따른 문턱전압이하 스윙의 변화 및 전도중심과의 관계를 분석하고자한다.
  • 본 논문에서 제시한 문턱전압이하 스윙 모델 및 전위분포 모델에 대한 타당성은 이미 발표된 논문[6]에서 입증되었으므로 본 논문에서는 2장에서 제시한 모델을 이용하여 문턱전압이하 스윙 및 전도중심의 상하단 게이트 산화막 두께 비에 대한 변화를 고찰할 것이다.
  • 단채널 효과는 궁극적으로 채널길이가 감소하면서 게이트전압에 의한 채널 내 전하의 제어능력 감소 때문에 발생하므로 이러한 현상을 해결하기 위한 노력이 진행 중이다. 트랜지스터 구조개선은 채널주변에 게이트의 수를 증가시켜 게이트 전압에 의한 전류제어 능력을 향상시키는데 목적이 있다. 이러한 구조로 가장 활발히 연구되고 있는 구조가 다중게이트 MOSFET이다[1-3].
  • 그러나 채널이 감소하면 문턱전압이하 스윙 값이 매우 증가하여 디지털소자로 사용하기 어려운 상황이 발생한다. 특히 문턱전압이하 스윙은 전도중심에 따라 크게 변화하므로 본 논문에서는 전도중심과 문턱전압이하 스윙의 관계를 고찰하고자 한다. 전도중심은 채널길이 및 두께, 상하단 게이트 전압 그리고 도핑분포함수 등에 따라 크게 변화하므로 이러한 변수에 따라 상하단 게이트 산화막 두께 비에 대한 전도중심 및 문턱전압이하 스윙의 변화를 고찰할 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
트랜지스터 구조개선의 목적은 무엇인가? 단채널 효과는 궁극적으로 채널길이가 감소하면서 게이트전압에 의한 채널 내 전하의 제어능력 감소 때문에 발생하므로 이러한 현상을 해결하기 위한 노력이 진행 중이다. 트랜지스터 구조개선은 채널주변에 게이트의 수를 증가 시켜 게이트전압에 의한 전류제어 능력을 향상시키는데 목적이 있다. 이러한 구조로 가장 활발히 연구되고 있는 구조가 다중게이트 MOSFET이다[1-3].
문턱전압이하 스윙 값의 저하의 문제점은? 단채널 효과로 알려진 문턱전압이하 스윙 값의 저하는 차단상태에서 차단전류의 증가로 인하여 고집적회로의 소비전력 증가 및 발열 등을 발생시켜 트랜지스터를 미세화 하는데 가장 큰 걸림돌이 되고 있다. 기존의 CMOSFET는 이러한 단채널 효과 때문에 20 nm 이하의 채널길이를 갖는 구조를 제작하기 어려워 트랜지스터 배치에 대한 3차원 구조 뿐만 아니라 트랜지스터의 새로운 구조 연구가 활발히 진행 중에 있다.
다중게이트 MOSFET은 어떤 어려움을 겪고 있는가? 이러한 구조로 가장 활발히 연구되고 있는 구조가 다중게이트 MOSFET이다[1-3]. 그러나 모두 3차원적인 구조로써 공정에 어려움을 겪고 있다. 그중 가장 간단한 이중게이트 MOSFET는 상단과 하단에 게이트를 제작하여 2 개의 게이트를 이용하는 구조이다.
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참고문헌 (7)

  1. S.M.Lee, J.Y.Kim, C.G.Yu and J.T.Park, "A Comparative study on hot carrier effects in inversion-mode and junctionless MugFETs," Solid-State Electronics, vol.79, pp.253-257, July 2013. 

    상세보기 crossref

  2. G.A.T.Seville, J.P.Rojas, H.M.Fahad, A.M.Hussain, C.E.Smith, M.M.Hussain and R. Ghanem, "Flexible and transparant silicon-on-polymer based sub-20 nm non-planar 3D FinFET for brain-architecture inspired computation," Advanced Materials, vol.26, no.18, pp.2794-2799, Feb. 2014. 

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  3. J.B.Roldan, B.Gonzalez, B.Iniguez, A.M.Roldan, A.Lazaro and A.Cerdeira, "In-depth analysis and modelling of self-heating effects in nanometric DGMOSFETs," Solidstate electronics, vol.79, no.1, pp.179-184, Jan. 2013. 

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  4. S. Mohammadi, A. Afzali-Kusha and S. Mohammadi," Compact modeling of short-channel effects in symmetric and asymmetric 3-T/4-T double gate MOSFETs," Microelectronics Reliability, vol.51, pp.543-549, Nov. 2011. 

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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, Dec. 2011. 

    상세보기 crossref

  6. Hakkee Jung, "Relation of Conduction Path and Subthreshold Swing for Doping Profile of Asymmetric Double Gate MOSFET," J. of KIICE, vol.18, no.8, pp.1925-1930. Aug. 2014. 

  7. Q. Chen, B. Agrawal and J.D. Meindl, "A Comprehensive Analytical Subthreshold Swing(S) Model for Double-Gate MOSFETs," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 49, pp. 1086-1090, Jun. 2011. 

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