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나노 MOSFETs의 노이즈 모델링 및 성능 평가
Noise Modeling and Performance Evaluation in Nanoscale MOSFETs 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.19 no.3, 2020년, pp.82 - 87  

이종환 (상명대학교 시스템반도체공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The comprehensive and physics-based compact noise models for advanced CMOS devices were presented. The models incorporate important physical effects in nanoscale MOSFETs, such as the low frequency correlation effect between the drain and the gate, the trap-related phenomena, and QM (quantum mechanic...

주제어

#Compact Noise Model   #Quantum-Mechanical Effects   #Low Frequency Correlation   #Noise Performance  

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문제 정의

  • 본 논문은 QM 효과와 실제적인 트랩 관련 패러미터를 고려한 드레인 전류 1 ⁄ f노이즈 및 드레인-게이트 상관노이즈 모델을 개발하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
QM 효과가 없는 기존 모델을 MOSFET 동작에 대한 QM 효과와 비교하면? 반전층의 유한 두께와 평균 중심 위치(average centroid position)의 증가는 MOSFET 동작에 대한 QM 효과 중 하나이다 [7]. QM 효과 없는 기존 모델 (classical model)과 비교하여 QM 효과는 반전층 전하밀도와 총 게이트 산화물 정전용량 (gate oxide capacitance)을 감소시키고 [8], 문턱전압 이동(threshold voltage shift) 효과를 유발한다 [9]. 또한 양자 전하 시트(quantum charge sheet) 모델로부터 드레인 전류의 QM 효과는 반전층과 표면 전위(surface potential)의 기울기에 대한 영향에 기인한다 [10].
기존 모델이 최근 MOS 구조에 적합하지 않은 이유는? 이러한 조건에서 반전층(inversion layer)의 전자는 실제로 채널 내에서 양자화된 에너지 준위를 갖는 2 차원 전자 가스를 형성한다 [4]. 이러한 양자 역학 (QM, quantum mechanics) 효과는 나노 MOSFET의 성능에 상당한 영향을 미치므로, 기존 모델은 최근 MOS 구조에 적합하지 않다 [5,6]. 반전층의 유한 두께와 평균 중심 위치(average centroid position)의 증가는 MOSFET 동작에 대한 QM 효과 중 하나이다 [7].
나노 채널의 공격적인 CMOS 소자의 도입으로 인해 구동 전류를 증가시키고 단 채널 효과를 최소화하기 위해 필요한 것은? 나노 채널의 공격적인 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 소자의 도입으로 인해 구동 전류를 증가시키고 단 채널(short channel) 효과를 최소화하기 위해 초박형 게이트 산화물 (ultrathin gate oxide), 높은 도핑 농도 및 신규 구조가 필요하다 [1-4]. 이러한 조건에서 반전층(inversion layer)의 전자는 실제로 채널 내에서 양자화된 에너지 준위를 갖는 2 차원 전자 가스를 형성한다 [4].
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참고문헌 (22)

  1. Huang J. Z., Chew W. C., Tang M., and Jiang L., "Efficient Simulation and Analysis of Quantum Ballistic Transport in Nanodevices with AWE," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 59, pp. 932-938, 2012. 

  2. van Dort M. J., Woerlee P. H., and Walker A. J., "A Simple Model for Quantization Effects in Heavily-Doped Silicon MOSFETs at Inversion Conductions," Solid-State Electronics, Vol. 37, pp. 411-414, 1994 

  3. J. H. Lee, "A Study of Dynamic Properties of Graphene-Nanoribbon Memory," Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 13, pp. 53-56, 2014 

  4. Ando T., Fowler A. B., and Stern F., "Electronic Properties of Two-Dimensional Systems," Reviews of Modern Physics, Vol. 54, pp. 437-672, 1982 

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  5. Karim M. A. and Haque A., "A Physically Based Accurate Model for Quantum Mechanical Correction to the Surface Potential of Nanoscale MOSFETs," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 57, pp. 496-502, 2010. 

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  6. Lee J. H. and Hong D. K, "Charge-Based Quantum Correction Noise Model in Nanoscale MOSFET," Journal of Semiconductor Technology and Science," Vol. 19, pp.50-62, 2019 

  7. Liu W., Jin X., and King Y., and Hu C., "An Efficient and Accurate Compact Model for Thin-Oxide-MOSFET Intrinsic Capacitance Considering the Finite Charge Layer Thickness," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 46, pp. 1070-1072, 1999. 

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  8. Larcher L., Paccagnella, Scarpa A., and Ghidini G., "A new Model of Gate Capacitance as a Simple Tool to Extract MOS Parameters," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 48, pp. 935-945, 2001. 

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  9. Ma Y., Li Z., Liu L., Tian L., and Yu Z., "Effective Density-of-States Approach to QM Correction in MOS Structure," Solid-State Electronics, Vol. 44, pp. 401-407, 2000 

  10. Ip B. K. and Brews J. R., "Quantum Effects upon Drain Current in a Biased MOSFET," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 45, pp. 2213-2221, 1998. 

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  11. Zhang X. and White M. H., "A Quantum Mechanical Treatment of Low Frequency Noise in High-K NMOS Transistors with Ultrathin Gate Dielectrics," Solid-State Electronics, Vol. 78, pp. 131-135, 2012 

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  12. Celik-Butler Z. and Wang F., "Effects of Quantization on Random Telegraph Signals Observed in Deep-Submicron MOSFETs," Microelectronics Reliability, Vol. 40, pp.1823-1831, 2000 

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  13. Pacelli A., Villa S., Lacaita A. L., and Perron L. M., "Quantum Effects on the Extraction of MOS Oxide Traps by 1/f noise measurements," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 46, pp. 1029-1035, 1999. 

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  14. Chauhan Y. S., Karim M. A., Venugopalan S., Agarwal H., "BSIM6.0 MOSFET Compact Model," Technical Manual, 2013. 

  15. Lopez-Villanueva J. A., Cartujo-Casinello P., Banqueri J. Gamiz F., and Rodriguez S., "Effects of the Inversion Layer Centroid on MOSFET Behavior," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 44, pp. 1915-1922, 1997. 

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  16. Masson P., Ghibaudo G., Autran J. L., Morfouli P., and Brini J., "Influence of Quadratic Mobility Degradation Factor on Low Frequency Noise in MOS Transistors," Electronics Letters, Vol. 34, pp. 1977-1979, 1998 

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  17. Ma Y., Liu L., Tian L., Yu Z., and Li Z., "Analytical Charge-Control and I-V Model for Sub-micrometer and Deep-submicrometer MOSFETs Fully Comprising Quantum Mechanical Effects," IEEE Transactions on Computer-Aided Design, Vol. 20, pp. 495-502, 2001 

  18. Lee J. H., "Noise model of Gate-Leakage Current in Ultrathin Oxide MOSFETs," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 50, pp.2499-2506, 2003 

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  19. Lee J. H., Bosman G., Green K. R., and Ladwig D., "Model and Analysis of Gate Leakage Current in Ultrathin Nitrided Oxide MOSFETs," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 49, pp.1232-1241, 2002 

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  20. Lee J. H. and Bosman G., " $1/f^{\gamma}$ Drain Current Noise Model in Ultrathin Oxide MOSFETs," Fluctuation and Noise Letters, Vol. 4, pp.L297-L307, 2004 

  21. Lee J. H. and Bosman G., "Comprehensive Noise Performance of Ultrathin Oxide MOSFETs at Low Frequency," Solid-State Electronics, Vol. 48, pp. 61-71, 2004. 

  22. Cappy A., "Noise Modeling and Measurement Techniques," IEEE Transactions on Microwave Theory Technology, Vol. 36, pp. 1-10, 1988 

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