Analysis of I-MOS (Impact- Ionization MOS) Characteristics using Device Simulator

Abstract

As MOSFET scaling is reduced down, the subthreshold swing decrement has become an important issue to improve the speed and integration of device circuit. However the subthreshold swing of MOSFET is limited below 60mV/decade at room temperature even though gate oxide thickness is zero in ideal case. The I-MOS (impact ionization MOS) is proposed as the solution of the problem. Because I-MOS is controlled by impact ionization occurred by high electric field in I region, it can reduce the subthreshold swing less than 60mV/decade at room temperature. In this paper, it is important to explain the proper bias condition for I-MOS and to analyze the characteristic of I-MOS according to variation of structural parameters using 2-D device simulator. Furthermore the optimization of I-MOS is alternative to complement the weak characteristic of I-MOS.;MOSFET의 scaling이 줄어듬에 따라 동작 속도와 회로의 집적도를 향상시키기 위하여 중요한 요소 중 하나가 subthreshold swing의 감소이다. 그러나 기존의 MOSFET 소자는 subthreshold swing이 상온에서 60mV/decade로 제한되므로 이러한 한계를 극복하기 위하여 impact ionization을 이용한 I-MOS (impact ionization MOS) 소자가 제안되었다. I-MOS는 I 영역의 높은 electric field에 의하여 발생하는 impact ionization에 의하여 control 되기 때문에 상온에서도 subthreshold swing을 60mV/decade 이하로 감소시키는 것이 가능하다. 본 논문에서는 제안된 IMOS 소자에 대한 적절한 bias 조건에 대하여 설명하고 I-MOS의 구조적인 parameter 변화에 따른 소자특성에 관하여 2-D 시뮬레이터인 silvaco를 통하여 분석한다. 또한 I-MOS가 가지고 있는 문제점을 보안할 수 있는 최적화된 소자를 제시한다.