• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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• pp.118-120
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• 2022

본 논문은 M3D(Monolithic 3-Dimension) Inverter의 소자 구조에서 메탈 게이트의 WFV(Work-function Variation)의 영향에 따른 임계전압의 변화에 대하여 조사했다. 또한 PMOS 위에 NMOS가 적층된 인버터의 전기적 상호작용에 따른 임계전압의 변화를 조사하기 위해 PMOS에 0과 1 V의 전압을 인가하여 전기적 상호작용을 조사하였다. 사용된 메탈 게이트의 평균 일함수에 대한 임계전압의 변화량은 0.1684 V로 측정되었고, 표준편차는 0.00079 V가 조사 되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.682-687
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• 2022

터널링 전계효과 트랜지스터(tunneling field-effect transistor; TFET)로 적층된 3차원 적층형 집적회로(monolithic 3D integrated-circuit; M3DIC)에 대한 연구 결과를 소개한다. TFET는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)와 달리 소스와 드레인이 비대칭 구조이므로 대칭구조인 MOSFET의 레이아웃과 다르게 설계된다. 비대칭 구조로 인해서 다양한 인버터 구조 및 레이아웃이 가능하고, 그 중에서 최소 금속선 레이어를 가지는 단순한 인버터 구조를 제안한다. 비대칭 구조의 TFET를 순차적으로 적층한 논리 게이트인 NAND 게이트, NOR 게이트 등의 M3DIC의 구조와 레이아웃을 제안된 인버터 구조를 바탕으로 제안한다. 소자와 회로 시뮬레이터를 이용해서 제안된 M3D 논리게이트의 전압전달특성 결과를 조사하고 각 논리 게이트의 동작을 검증한다. M3D 논리 게이트 별 셀 면적은 2차원 평면의 논리게이트에 비해서 약 50% 감소된다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제16권3호
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• pp.156-161
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• 2015

In this paper, we present simulation results obtained using SILVACO TCAD tools for a 3-D silicon on insulator (SOI) n-FinFET structure with a gate length of 8 nm at 300K. The effects of variations of the device’s key electrical parameters, such as threshold voltage, subthreshold slope, transconductance, drain induced barrier lowering, oncurrent, leakage current and on/off current ratio are presented and analyzed. We will also describe some simulation results related to the influence of the gate work function variations on the considered structure. These variations have a direct impact on the electrical device characteristics. The results show that the threshold voltage decreases when we reduce the gate metal work function Φ_m. As a consequence, the behavior of the leakage current improves with increased Φ_m. Therefore, the short channel effects in real 3-D FinFET structures can reasonably be controlled and improved by proper adjustment of the gate metal work function.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권6호
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• pp.576-580
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• 2022

Semiconductor devices have evolved from 2D planar FETs to 3D bulk FinFETs, with aggressive device scaling. Bulk FinFETs make it possible to suppress short-channel effects. In addition, the use of low-k dielectric materials as a vacuum gate spacer have been suggested to improve the AC characteristics of the bulk FinFET. However, although the vacuum gate spacer is effective, correlation between the vacuum gate spacer and the short-channel-effects have not yet been compared or discussed. Using a 3D TCAD simulator, this paper demonstrates how to optimize bulk FinFETs including a vacuum gate spacer and to suppress short-channel effects.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.565-569
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• 2018

For the conventional power MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-state resistance (Ron,sp) and breakdown voltage (BV). In order to overcome this tradeoff, a super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure with uniform or non-uniform doping concentration, which decreases linearly in the vertical direction from the N drift region at the bottom to the channel at the top, for an optimal design is suggested in this paper. The on-state resistance of $0.96m{\Omega}-cm2$ at the SJ TMOSFET is much less than that at the conventional power MOSFET under the same breakdown voltage of 100V. A design methodology for the edge termination is proposed to achieve the same breakdown voltage and on-state resistance as the main body of the super-junction TMOSFET by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.560-561
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• 2022

본 논문은 Nanosheet FET(NSFET)와 FinFET의 소자 성능을 3차원 소자 시뮬레이션을 통하여 다양한 구조의 NSFET와 FinFET의 소자 시뮬레이션을 한다. NSFET와 FinFET의 전류-전압 특성을 시뮬레이션하였고, 그 전류-전압 특성으로부터 추출한 문턱전압, 문턱전압이하 기울기 등의 성능을 비교하였다. NSFET이 FinFET보다 전류-전압 특성에서 드레인 전류가 더 많이 흐르며 더 높은 문턱전압을 갖는다. 문턱전압이하 기울기는 NSFET와이 FinFET보다 더 가파른 기울기를 갖는다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제16권2호
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• pp.191-197
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• 2016

In this paper, we investigated the hotcarrier injection (HCI) mechanism, one of the most important reliability issues, in 10 nm node Input/Output (I/O) bulk FinFET. The FinFET has much intensive HCI damage in Fin-bottom region, while the HCI damage for planar device has relatively uniform behavior. The local damage behavior in the FinFET is due to the geometrical characteristics. Also, the HCI is significantly affected by doping profile, which could change the worst HCI bias condition. This work suggested comprehensive understanding of HCI mechanisms and the guideline of doping profile in 10 nm node I/O bulk FinFET.

• 전자공학회논문지
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• 제53권8호
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• pp.39-48
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• 2016

본 논문에서는 소스와 드레인의 구조가 육각형인 FinFET에서 구조 변수 및 핀/핑거 개수 증가에 따른 열 저항 모델을 제안한다. 소자의 크기가 감소하여 발열 효과 및 열 특성의 영향이 커졌으며, 이를 분석하기 위해 소자의 열 저항은 중요한 요소이다. 열 저항 모델은 소자에서 열이 생성되는 열원과 열이 빠져나가는 contact를 설정했으며, 도메인은 열원과 4 부분의 소스, 드레인, 게이트, 서브스트레이트 contact를 통해 나누어진다. 또 각각의 contact 열 저항 모델은 TCAD의 시뮬레이션 결과의 온도 및 열 흐름을 분석하여 해석이 용이한 형태로 세분화하였다. 도메인들은 그 구조에 따라 구조 변수를 통한 적분 및 등각 매핑 방식을 기반으로 모델링하였다. 먼저 싱글 핀으로 열 저항을 분석하여 모델링하였으며, 멀티 핀/핑거의 열 저항 모델의 정확도를 높이기 위해 채널증가에 따른 파라미터의 변화를 적용하였다. 제안한 열 저항 모델은 3D Technology CAD 시뮬레이션을 해석하여 얻은 열 저항 결과와 비교하였으며, 싱글 핀 및 멀티 핀의 전체 열 저항 모델은 3 % 이하의 오차를 얻었다. 제안한 열 저항은 핀/핑거 개수의 증가에 따른 열 저항을 예측할 수 있으며, 발열효과 및 열 특성 분석을 계산하여 회로 특성을 개선할 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권10호
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• pp.1927-1934
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• 2016

본 논문에서는 일반적인 실리콘 기반 n-MOSFET(n-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 절연 산화막 계면에서 방사선으로부터 유발되는 누설전류 경로를 차단하기 위하여 I형 게이트 n-MOSEFT 구조를 제안하였다. I형 게이트 n-MOSFET 구조는 상용 0.18um CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정에서 레이아웃 변형 기법을 이용하여 설계되었으며, ELT(Enclosed Layout Transistor)와 DGA(Dummy Gate-Assisted) n-MOSFET와 같은 레이아웃 변형 기법을 사용한 기존 내방사선 전자소자의 구조적 단점을 개선하였다. 따라서, 기존 구조와 비교하여 반도체 칩 제작에서 회로 설계의 확장성을 확보할 수 있다. 또한, 내방사선 특성 검증을 위하여 TCAD 3D(Technology Computer Aided Design 3-dimension) tool을 사용하여 모델링과 모의실험을 수행하였고, 그 결과 I형 게이트 n-MOSFET 구조의 내방사선 특성을 확인하였다.

• 전기학회논문지
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• 제67권6호
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• pp.745-752
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• 2018

ICs(Integrated circuits) for nuclear power plant exposed to radiation environment occur malfunctions and data errors by the TID(Total ionizing dose) effects among radiation-damage phenomenons. In order to protect ICs from the TID effects, this paper proposes a radiation-hardening of the logic circuit(D-latch) which used for the data synchronization and the clock division in the ICs design. The radiation-hardening technology in the logic device(NAND) that constitutes the proposed RH(Radiation-hardened) D-latch is structurally more advantageous than the conventional technologies in that it keeps the device characteristics of the commercial process. Because of this, the unit cell based design of the RH logic device is possible, which makes it easier to design RH ICs, including digital logic circuits, and reduce the time and cost required in RH circuit design. In this paper, we design and modeling the structure of RH D-latch based on commercial $0.35{\mu}m$ CMOS process using Silvaco's TCAD 3D tool. As a result of verifying the radiation characteristics by applying the radiation-damage M&S (Modeling&Simulation) technique, we have confirmed the radiation-damage of the standard D-latch and the RH performance of the proposed D-latch by the TID effects.