[논문]2차원 채널 물질을 활용한 전계효과 트랜지스터의 저항 요소 분석

홍태영; 홍슬기

doi:10.6117/kmeps.2023.30.3.083

2차원 채널 물질을 활용한 전계효과 트랜지스터의 저항 요소 분석
Performance Impact Analysis of Resistance Elements in Field-Effect Transistors Utilizing 2D Channel Materials 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.30 no.3, 2023년, pp.83 - 87

홍태영 (서울과학기술대학교 지능형반도체공학과) , 홍슬기 (서울과학기술대학교 지능형반도체공학과)

초록
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전자 및 반도체 기술 분야에서는 Si를 대체할 혁신적인 반도체 소재 연구가 활발하게 진행 중이다. 그러나 대체 소재에 대한 연구는 진행 중이지만 2차원 물질을 채널로 사용하는 트랜지스터의 구성요소, 특히 기생 저항과 RF(고주파) 응용 프로그램과의 관계에 대한 연구는 매우 부족한 편이다. 본 연구는 이러한 부족한 부분을 메우기 위해 다양한 트랜지스터 구조에 중점을 두고 전기적 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. 연구 결과, Access 저항과 Contact 저항이 반도체 소자 성능 저하의 주요 요인 중 하나로 작용함을 확인하였으며, 특히 고도로 scaling down된 경우 그 영향이 더욱 두드러지는 것을 확인하였다. 고주파 RF 소자에 대한 수요가 계속해서 증가함에 따라 원하는 RF 성능을 달성하기 위한 소자 구조 및 구성 요소를 최적화하기 위한 가이드라인을 수립하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 2차원 물질을 채널로 사용하는 다음 세대 RF 트랜지스터의 설계 및 개발에 도움이 될 수 있는 구조적 가이드라인을 제공함으로써 이 목표에 기여할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the field of electronics and semiconductor technology, innovative semiconductor material research to replace Si is actively ongoing. However, while research on alternative materials is underway, there is a significant lack of studies regarding the relationship between 2D materials used as channels in transistors, especially parasitic resistance, and RF (radio frequency) applications. This study systematically analyzes the impact on electrical performance with a focus on various transistor structures to address this gap. The research results confirm that access resistance and contact resistance act as major factors contributing to the degradation of semiconductor device performance, particularly when highly scaled down. As the demand for high-frequency RF components continues to grow, establishing guidelines for optimizing component structures and elements to achieve desired RF performance is crucial. This study aims to contribute to this goal by providing structural guidelines that can aid in the design and development of next-generation RF transistors using 2D materials as channels.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. The process of fabricating semiconductor devices using 2D materials as channels involves the following steps.
그림 Fig. 2. (a) Overview of parasitic resistance elements in 2D channel devices and (b) optical microscope image of the fabricated device.
그림 Fig. 3. Results obtained by processing the I-V data measured on various 2D devices using the TLM method: (a) The results obtained when changing the access length at three different channel lengths. (b) The reorganized results of the Y-intercept obtained in (a) as a function of channel length and gate bias.
그림 Fig. 4. A graph illustrating the composition ratios of extracted resistance components using the TLM method based on device specifications: (a) Resistance composition ratios with respect to access length for a channel length of 50nm (short channel). (b) Resistance composition ratios with respect to access length for a channel length of 1000nm (long channel). (c) Resistance composition ratios with respect to channel length for an access length of 10nm (self-aligned). (d) Resistance composition ratios with respect to channel length for an access length of 500nm (without self-alignment).

참고문헌 (5)

H. Wu, et al., "Parasitic resistance reduction strategies for advanced CMOS FinFETs beyond 7nm", 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 18420795 (2018)
C. Huyghebaert, et al., "2D materials: roadmap to CMOS integration", 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 18420807 (2018)
C. D. English, et al., "Improved contacts to MoS 2 transistors by ultra-high vacuum metal deposition", Nano letters, 16(6), 3824-3830 (2016)

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S. Russo, et al., "Contact resistance in graphene-based devices", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 42(4), 677-679 (2010)

상세보기
A. Venugopal, L. Colombo, E. M. Vogel, "Contact resistance in few and multilayer graphene devices" Appl. Phys. Lett., 96(1), 013512 (2010)

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