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연구개요
High resistivity silicon (HRS) Silicon-on-Insulator (SOI) MOSFET을 RF Front-End IC에서 가장 중요한 블럭인 RF switch 설계에 적용하기 위해서는 mm-wave와 대신호 영역에서 정확히 switch 특성을 모델링할 수 있는 기초연구가 시급히 수행되어야 한다. 하지만, 기존의 SPICE BSIMSOI4 모델은 RF switch 설계에 부적절하고 RF Macro SOI MOSFET 모델 논문도 발표되었지만 여러 중요한 RF 비선형 효과가 무시되고 단순한 B

연구개요
High resistivity silicon (HRS) Silicon-on-Insulator (SOI) MOSFET을 RF Front-End IC에서 가장 중요한 블럭인 RF switch 설계에 적용하기 위해서는 mm-wave와 대신호 영역에서 정확히 switch 특성을 모델링할 수 있는 기초연구가 시급히 수행되어야 한다. 하지만, 기존의 SPICE BSIMSOI4 모델은 RF switch 설계에 부적절하고 RF Macro SOI MOSFET 모델 논문도 발표되었지만 여러 중요한 RF 비선형 효과가 무시되고 단순한 BOX와 기판 모델이 사용되어 28GHz 대역의 switch-on과 off 특성 시뮬레이션 오차가 크게 발생한다. 따라서, 본 과제에서는 고성능 mm-wave switch IC 설계에 적합한 HRS-SOI MOSFET의 새로운 scalable RF 대신호 모델을 구축하기 위하여 저항, 인덕턴스, 바이어스 종속 캐패시턴스, 및 drain breakdown RF 모델 파라미터들의 scalable 비선형 모델링을 수행하고, buried oxide(BOX) 및 HRS 기판 영역의 등가 회로 모델을 새롭게 연구하였다.

연구 목표대비 연구결과
(1) 최종 연구목표: 고성능 mm-wave switch IC 설계에 적합한 HRS-SOI MOSFET의 새로운 scalable RF 대신호 모델을 구축
(2) 세부 연구목표 #1: 새로운 저항, 인덕턴스 및 캐패시턴스 모델링 연구
o 연구결과 :
- On state 저항 추출용 RF 방법을 구축하고, 개선된 multi-finger 레이아웃 종속 금속 배선 저항 모델 방정식 구축
- RF 인덕턴스 direct 추출 방법을 구축하고, 이를 사용해 scalable 인덕턴스 모델 방정식을 새롭게 구축
- Overlap 캐패시턴스, gate-body 캐패시턴스, body 접합 캐패시턴스 및 drain-source 캐패시턴스들의 새로운 비선형 모델링 및 RF 추출 방법 구축
(3) 세부 연구목표 #2: 새로운 기판 모델링 및 정확한 RF 대신호 모델 구축
o 연구결과 :
- Drain, body와 source 아래에 별도의 vertical RC 병렬회로, 그 사이에는 lateral RC 병렬회로를 사용한 모델 구축
- Body floating한 RF TEG의 Y-파라미터 방정식들을 사용한 direct 모델 파라미터 추출 방법 제안
- Soft drain breakdown 영역에서 substrate current-induced body 효과 (SCBE)에 의해 발생된 RF inductive 효과의 분석과 empirical 비선형 RF 전류원과 RLC 공진회로를 추가하여 개선된 SPICE Macro 모델 개발
- 이와같이 얻어진 각 Macro 파라미터들의 geometry 데이터들을 사용하여 새로운 scalable 모델 방정식 구축
- 위의 RF 단위 모델 방정식들을 기존 SPICE 모델에 추가하여 새로운 mm-wave 대신호 HRS-SOI MOSFET 모델 구축
- Device TEG의 측정 S-파라미터와 bias 종속 시뮬레이션 결과를 비교하여 mm-wave HRS-SOI MOSFET 대신호 모델 정확도 검증

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제에서 연구된 RF HRS-SOI MOSFET 대신호 모델링 결과들은 mm-wave 이동통신 SoC 제작에 필요한 RF Front-End IC 설계분야의 과학적 지식을 증진시키고 원천기술을 확보하는데 크게 기여할 수 있다. 이러한 새로운 RF SOI MOSFET 모델을 사용하여 T-CAD 회로 설계 툴 및 변수 추출 시뮬레이터들의 mm-wave 성능 정확도 향상을 크게 기대할 수 있다. 본 과제에서 확보된 첨단 대신호 모델링 기술은 mm-wave switch IC용 HRS-SOI CMOS 소자의 성능 최적화 및 설계 분야의 기반 기술 발전에 크게 활용 가능하다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 가. RF 소자 TEG 패턴 측정 데이터 확보 ... 4
• 나. S-파라미터 De-embedding 수행 ... 4
• 다. 개선된 Switch-on 저항 모델 구축 ... 4
• 라. 기생 인덕턴스 모델 구축 ... 5
• 마. 새로운 Switch-off 캐패시턴스 모델 구축 ... 5
• 바. 새로운 BOX/HRS 기판 모델링 ... 7
• 사. BOX/HRS 기판 파라미터 추출 ... 8
• 아. Drain Breakdown RF 모델링 ... 8
• 자. Scalable 파라미터 모델링 ... 10
• 차. 새로운 RF 대신호 SPICE 모델 구축 ... 10
• 카. RF 소자 모델 정확도 검증 ... 10
• 타. RF Switch 회로 시뮬레이션 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 25