2D 양자 효과를 고려한 극미세 Double-Gate MOSFET 특성분석

Abstract

최근 CMOS 소자가 지속적으로 축소화되면서 단채널 효과를 제어하기 힘들어짐에 따라 양쪽 gate에서 채널을 제어하는 Double-Gate (DG) MOSFET이 제안되었다. 이러한 DG MOSFET의 경우 소자가 극미세화 되면서 양쪽 산화막 barrier에 의한 구조적 confinement에 의하여 기존에 무시할 수 있었던 inversion layer에서 발생하는 양자 효과가 소자 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 또한 source-to-drain tunneling current와 ballistic transport와 같은 특성들이 주요하게 된다. 따라서 본 논문은 2차원 양자 효과를 고려할 수 있는 nanoMOS 시뮬레이터를 이용하여 극미세 DG MOSFET의 구조적 파라미터 변화에 따른 소자 특성을 분석하고 소자 구조 최적화 방향을 제시한다. 본 연구 결과에 따르면, short channel DG MOSFET은 subthreshold swing (SS)과 tunneling 퍼센트가 증가하게 되는데 이는 source와 drain의 영향이 커지면서 gate control이 어려워져 나타나는 현상이다. 이러한 현상을 제어하기 위해 source와 drain의 저항 값을 줄이는 적당한 underlap값과 lateral doping gradient값이 요구된다. Asymmetric DG MOSFET의 경우는 Vth가 positive shift되고 Tsi의 dependency가 증가하는 특성을 가지게 된다. Vth의 증가로 인해 Ion이 감소하게 되므로 이를 제어하기 위해서 적당한 Tsi값과 underlap, lateral doping gradient값이 필요하다.;As CMOS technology advances, devices shrink into the nanometer scales. The double-gate MOSFET is the next generation device for supreme CMOS scaling due to its good control of short channel effect. The quantum effect happens when the effective channel lengths of DG MOSFET is under 20nm. At the same time, ballistic transport is getting important. So, we focus on quantum effect and ballistic transport in extremely scaled transistors. This study shows optimized device physics, modeling and design issues of nanoscale 2D DG MOSFET at the quantum level. Consequently, subthreshold swing and the percentage of tunneling for short channel DG MOSFET are increasing. Because the gate control is getting hard as the effect of the source and the drain are getting bigger. The proper value of underlap and lateral doping gradient are needed to control these problems. In case of Asymmetric DG MOSFET, the Vth shifts positively and dependency of Tsi is increasing. We need the proper value of Tsi, underlap and lateral doping gradient since Ion is decreased depending on the increasing of the Vth