Independent-Gate-Mode Double-Gate MOSFET를 이용한 RF Receiver 설계

Abstract

As CMOS technology is fast moving toward the scaling limit, double-gate(DG) MOSFETs is considered the most promising structure to reduce the short channel effect for a given equivalent gate oxide thickness by using two gates to control the channel. In conventional DG transistors, front and back gates are connected together to achieve more on current and suppress short channel effects. Because the two gates are tied together, circuit designs based on DG MOSFETs has the limitation of 3-terminal device structure. Independent-gate-mode double-gate(IGM-DG) MOSFET overcomes the limitation of 3-terminal device structure, and enables to operate with different voltages for front-gate and back-gate. Therefore, circuit designs becomes not only simple, but also area-efficient due to the controllability of the 4th terminal provided by IGM-DG MOSFETs. In this paper, an RF receiver utilizing IGM-DG MOSFETs is presented and also, the circuit performance is verified by the HSPICE simulations. Besides, the circuit analysis and optimization are performed for various IGM-DG characteristics.;집적회로의 동작속도와 집적도 향상을 위해 MOSFET의 크기는 지속적으로 감소되어왔다. 이러한 소자의 축소화로 인해 threshold voltage(Vth) roll-off나 sub-threshold degradation과 같은 short channel effect(SCE)를 제어하기 어려워졌고 이에 대한 대안으로 양쪽의 게이트를 이용하여 channel을 효율적으로 제어 가능한 double-gate MOSFET(DG MOSFET)는 현재 차세대 소자로 적용 가능성이 가장 높게 평가되고 있다. 그러나 DG MOSFET는 기본적으로 front 게이트와 back 게이트에 동일한 전압이 인가되는 3-terminal 소자구조의 제한을 가지고 있으므로 bulk MOSFET에 기반한 회로에서 크게 벗어나지 못하는 제한점을 가진다. Independent-gate-mode double-gate(IGM-DG) MOSFET는 기존의 DG-MOSFET의 3-terminal 소자구조가 갖고 있는 한계에서 벗어나 front-gate와 back-gate를 서로 다른 전압으로 구동하는 것이 가능하다. IGM-DG를 이용함으로써 4번째 단자의 자유도에 의해 회로설계가 간단해 질 뿐 아니라, 집적도를 향상시킬 수 있는 장점을 가진다. 본 논문에서는 IGM-DG MOSFET를 사용하여 RF 수신단을 설계하였고, HSPICE 시뮬레이션을 통해 회로성능을 검증하고 소자의 특성변화에 따른 최적의 회로설계 방향을 제시하였다.