나노 구조 MOSFET의 문턱전압 변화를 최소화하기 위한 스케일링 이론

Scaling theory to minimize the roll-off of threshold voltage for nano scale MOSFET

본 논문에서는 halo doping profile을 갖는 나노구조 LDD MOSFET의 문턱전압에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내었다. 소자 크기는 generalized scaling을 사용하여 100nm에서 40nm까지 스케일링하였다. Van Dort Quantum Correction Model(QM)을 사용하여 정전계 스케일링과 정전압 스케일링에 대한 문턱 전압과 각각의 게이트 oxide 두께에 대한 direct tunneling 전류를 조사하였다. 게이트 길이가 감소할 때 정전계 스케일링에서는 문턱전압이 감소하고, 정전압 스케일링에서는 문턱전압이 증가하는 것을 알 수 있었고, 게이트 oxide두께가 감소할 때 direct tunneling 전류는 증가함을 알 수 있었다. 감소하는 채널 길이를 갖는 MOSFET 문턱전압에 대한 roll-off 특성을 최소화하기 위해 generalized scaling에서 $\alpha$값은 1에 가깝게 되는 것을 볼 수 있었다.

In this paper, we have presented the simulation results about threshold voltage of nano scale lightly doped drain (LDD) MOSFET with halo doping profile. Device size is scaled down from 100nm to 40nm using generalized scaling. We have investigated the threshold voltage for constant field scaling and constant voltage scaling using the Van Dort Quantum Correction Model(QM) and direct tunneling current for each gate oxide thickness. We know that threshold voltage is decreasing in the constant field scaling and increasing in the constant voltage scaling when gate length is reducing, and direct tunneling current is increasing when gate oxide thickness is reducing. To minimize the roll-off characteristics for threshold voltage of MOSFET with decreasing channel length, we know u value must be nearly 1 in the generalized scaling.