Bias and Gate-Length Dependent Data Extraction of Substrate Circuit Parameters for Deep Submicron MOSFETs

The study on the RF substrate circuit is necessary to model RF output characteristics of deep submicron MOSFETs below 0.2$\mum$ gate length that have bun commercialized by the recent development of Si submicron process. In this paper, direct extraction methods are developed to apply for a simple substrate resistance model as well as another substrate model with connecting resistance and capacitance in parallel. Using these extraction methods, better agreement with measured Y22-parameter up to 30 GHz is achieved for 0.15$\mum$ CMOS device by using the parallel RC substrate model rather than the simple resistance one, demonstrating the RF accuracy of the parallel model and extraction technique. Using this model, bias and gate length dependent curves of substrate parameters in the RF region are obtained by increasing drain voltage of 0 to 1.2V at deep submicron devices with various gate lengths of 0.11 to 0.5㎛ These new extraction data will greatly contribute to developing a scalable RF nonlinear substrate model.

Deep Submicron MOSFET 기판회로 파라미터의 바이어스 및 게이트 길이 종속 데이터 추출

최근 실리콘 미세공정의 발달로 상용화된 0.2$\mum$ 게이트길이 이하의 deep submicron MOSFET 출력특성을 정확히 모델링하기 위해서는 RF 기판 회로 연구가 필수적이다. 먼저 본 논문에서는 기판 캐패시던스와 기판 저항이 병렬로 연결된 모델과 기판 저항만을 사용한 단순 모델들에 적합한 직접 추출 방법을 각각 개발하였다. 이 추출방법들을 0.15$\mum$ CMOS 소자에 적용한 결과 단순 모델보다 RC 병렬 기판모델이 측정된 $Y_{22}$-parameter에 30GHz까지 더 잘 일치하는 것을 확인하였으며, 이는 RC 병렬 기판모델 및 직접추출방법의 RF 정확도를 증명한다. 이러한 RC 병렬 기판모델을 사용하여 게이트 길이를 0.11에서 0.5$\mum$까지 변화시키고 드레인 전압을 0에서 1.2V까지 증가시키면서 기판 모델 파라미터들의 bias 종속 특성과 게이트 길이 종속 특성을 새롭게 추출하였다. 이러한 새로운 추출 결과는 scalable한 RF 비선형 기판 모델 개발에 유용하게 사용될 것이다.