[논문]Double gate MOSFET의 C-V 특성

나영일; 김근호; 고석웅; 정학기; 이재형

Double gate MOSFET의 C-V 특성
Characteristics of C-V for Double gate MOSFET 원문보기

나영일 (군산대학교 전자정보공학부) , 김근호 (논산 백제병원 방사선과) , 고석웅 (군산대학교 전자정보공학부) , 정학기 (군산대학교 전자정보공학부) , 이재형 (군산대학교 전자정보공학부)

본 논문에서는 main gate와 side gate를 갖는 double gate MOSFET의 C-V 특성을 조사하였다. Main gate 전압을 -5V에서 ＋5V까지 변화시킴으로써 main gate 길이가 50nm이고, side gate 길이가 70nm인 MOSFET의 C-V 특성을 조사하였다. 또한, Main gate 길이가 50nm인 double gate MOSFET의 side gate의 길이를 40nm에서 90nm로 변화시키면서 C-V 곡선을 비교ㆍ분석하였다. Side gate 길이가 줄어들수록 전달컨덕턴스는 증가하고, 커패시턴스는 감소하는 경향을 나타내었다. 게이트 전압이 1.8V일 때, side gate의 영향으로 C-V곡선에 굴곡이 나타났으며, 소자의 특성 분석을 위해 ISE-TCAD를 사용하여 시뮬레이션 하였다.

In this paper, we have investigated Characteristics of C-V for Double gate MOSFET with main gate and side gate. DG MOSFET has the main gate length of 50nm and the side gate length of 70nm. We have investigated characteristics of C-V and main gate voltage is changed from -5V to ＋5V. Also we have investigated characteristics of C-V for DG MOSFET when the side gate length is changed from 40nm to 90nm. As the side gate length is reduced, the transconductance is increased and the capacitance is reduced. When the side gate voltage is 3V, we know that C-V curves are bending at near the main gate voltage of 1.8V. We have simulated using ISE-TCAD tool for characteristics analysis of device.

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문제 정의

지난 20년 동안에 CMOS기술의 괄목할만한 발달로 인해, 스켈링 기술과 소자의 크기는 나노 크기 영역에서의 기본적인 물리적 한계에 다다르고 있다 [2], MOSFET의 게이트 길이가 lOOnm 이하로 줄어들게 되면, 소자의 디자인에 있어 단채널효과(SCE)로 인한 문제들을 고려해야만 한다. 그러므로 MOSFET를 스켈링할 때, 매우 얕은 소스와 드레인 접합으로 인한 SCE를 억압시키는 것이 가장 중요한 문제들 중 한가지이다⑶, 본 논문에서는 이러한 SCE문제들을 해결하기 위하여, main gate(MG)와 side gate(9G)를 갖는 double-gate(DG) MOSFET를 조사하였다.
본 논문에서는 main 게이트와 side 게 이트를 갖는 DG MOSFET에 대하여 조사하였다. side 게이트는 단체널효과를 억압하기 위하여 사용되었다.
본 논문에서는 각 side gat으 길이와 盛de gate 전압에 대한 최적의 값을 얻기 위해 문턱 전압을 서로 비교하였다. Main gate 길이는 100脚에서 40皿까지 스케일링하였고, side gate 길이는 90nm에서 40 nm까지 스케일링하면서 각 gate 길이에 따른 최적의 side gate 길이를 조사하였다.

제안 방법

또한, 각 gate 길이에 따른 두 개의 side gate에 5V에서 IV까지 인가하였다. DG MOSFET의 특성 분석을 위해 문턱 전압을 조사하였다.
Main gate 길이는 100脚에서 40皿까지 스케일링하였고, side gate 길이는 90nm에서 40 nm까지 스케일링하면서 각 gate 길이에 따른 최적의 side gate 길이를 조사하였다. 또한, 각 gate 길이에 따른 두 개의 side gate에 5V에서 IV까지 인가하였다.
또한 MOSFET의 동작 특성에 있어 가장 중요한 요소 중 하나인 커패시턴스-전압(C-V) 관계에 대하여 VSG를 변화시키면서 조사하였匸卜 이때 ISE-TCAD 시뮬레이터를 사용하여 소자의 특성들을 분석하였다.
소자의 우수한 전기적 특성들을 얻기 위하여 side gate 길이(LSG)에 대한 최적의 side gate 전압 (VSG)과 문턱 전압(VT) 그리고 주파수 특성들을 조사 충 卜였다. 또한 MOSFET의 동작 특성에 있어 가장 중요한 요소 중 하나인 커패시턴스-전압(C-V) 관계에 대하여 VSG를 변화시키면서 조사하였匸卜 이때 ISE-TCAD 시뮬레이터를 사용하여 소자의 특성들을 분석하였다.
5V를 인가하고, side gate에는 3V 를 인가 하였다. 이때, drain 전압을 0V에서 1.5V 까지 변화시키고, 300K일 때와 77K일 때의 전류- 전압 특성을 조사하였다.
곡선을 나타낸 그림이다. 이때, 어de gate 전압은 3V이고 drain 전압은 2V를 인가하여 C-V 특성을 조사하였다. 그림에서 보듯이 main gate 전압이 약 L8V일 때 C-V 특성 곡선에서 굴곡 현상을 볼 수 있다.

성능/효과

Side gate 길이가 70nm 일 때 cut-off frequency는 4L4GHz이匸卜 Side gate 전압이 2V이고, side gate 길이가 70nni 일 때, DG MOSFET의 SCE가 가장 작다는 것을 알았다. 그러므로, 50n(n main gate 길이를 갖는 DG MOSFET의 side gate 길이에 따른 side gate 전압이 2V일 때 최적임을 알았다. 또한, 각 main gate 길이에 따른 최적의 side gate 길이는 이다.
즉, side 게이트 전압과 side 게이트 길이가 각각 2V오} 70nm이고 main 게이트 길이가 50nm일 때, 더블게이트 MOSFET의 단체널효과를 가장 효과적으로 억압함을 볼 수 았었다. 또한 본 논문에서 디자인한 DG MOSFET는 낮은 온도(77K)에서도 동작 특성이 우수함을 알았으며, side 게이트 길이가 70nm일 때 41.4GHz의 아주 높은 cut-off주파수 특성을 볼 수 있었다. 그러므로 본 논문에서 사용한 DG MOSFET의 기본적인 데이터들은 IC의 제작에 사용할 수 있을 것이라고 생각한다.
side 게이트는 단체널효과를 억압하기 위하여 사용되었다. 즉, side 게이트 전압과 side 게이트 길이가 각각 2V오} 70nm이고 main 게이트 길이가 50nm일 때, 더블게이트 MOSFET의 단체널효과를 가장 효과적으로 억압함을 볼 수 았었다. 또한 본 논문에서 디자인한 DG MOSFET는 낮은 온도(77K)에서도 동작 특성이 우수함을 알았으며, side 게이트 길이가 70nm일 때 41.
513V 값을 갖는다. 즉, 높은 온도에서 보다 낮은 온도에서의 문턱 전압이 더 높다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

4GHz의 아주 높은 cut-off주파수 특성을 볼 수 있었다. 그러므로 본 논문에서 사용한 DG MOSFET의 기본적인 데이터들은 IC의 제작에 사용할 수 있을 것이라고 생각한다.

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