• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제7권4호
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• pp.287-298
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• 2007

A two-dimensional treatment of the potential distribution under the depletion approximation is presented for poly-crystalline silicon thin film transistors. Green's function approach is adopted to solve the two-dimensional Poisson's equation. The solution for the potential distribution is derived using Neumann's boundary condition at the silicon-silicon di-oxide interface. The developed model gives insight into device behavior due to the effects of traps and grain-boundaries. Also short-channel effects and drain induced barrier lowering effects are incorporated in the model. The potential distribution and electric field variation with various device parameters is shown. An analysis of threshold voltage is also presented. The results obtained show good agreement with simulated results and numerical modeling based on the finite difference method, thus demonstrating the validity of our model.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권2호
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• pp.104-109
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• 2019

An analytical threshold voltage model is proposed to analyze the threshold voltage roll-off and drain-induced barrier lowering (DIBL) for a junction-based double-gate (JBDG) MOSFET and a junction-less double-gate (JLDG) MOSFET. We used the series-type potential distribution function derived from the Poisson equation, and observed that it is sufficient to use n=1 due to the drastic decrease in eigenvalues when increasing the n of the series-type potential function. The threshold voltage derived from this threshold voltage model was in good agreement with the result of TCAD simulation. The threshold voltage roll-off of the JBDG MOSFET was about 57% better than that of the JLDG MOSFET for a channel length of 25 nm, channel thickness of 10 nm, and oxide thickness of 2 nm. The DIBL of the JBDG MOSFET was about 12% better than that of the JLDG MOSFET, at a gate metal work-function of 5 eV. It was also found that decreasing the work-function of the gate metal significantly reduces the DIBL.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2001년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1357-1359
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• 2001

0.2${\mu}m$ 이하의 최소 선폭을 가지는 소자를 구현할 때 drain induced barrier lowering (DIBL)이나 hot electron effect와 같은 short channel effect (SCE)가 나타나며 이로 인하여 소자의 신뢰성이 악화되기도 한다. 이를 개선하기 위한 방법 중 하나가 silicon selective epitaxial growth (SEG)를 이용한 elevated source/drain (ESD) 구조이다. 본 연 구에서는 silicon selective epitaxial growth를 이용하여 elevated source/drain 구조를 갖는 MOSFET 소자와 일반적인 MOSFET 구조를 갖는 소자와의 차이를 elevated source/drain의 높이 변화에 따른 전류 전압 특성을 이용하여 비교, 분석하였으며 그 결과 elevated source/drain 구조가 short channel effect를 감소시킴을 확인할 수 있었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제38권6호
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• pp.390-397
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• 2001

GIDL(Gate-Induced Drain-Leakage)을 줄일 수 있는 새로운 구조의 ESD(Elevated Source Drain) MOSFET을 제안하고 분석하였다. 제안된 구조는 SDE(Source Drain Extension) 영역이 들려진 형태를 갖고 있어서 SDE 임플란트시 매우 낮은 에너지 이온주입으로 인한 저활성화(low-activation) 효과를 방지 할 수 있다. 제안된 구조는 건식 식각 및 LAT(Large-Angle-Tilted) 이온주입 방법을 사용하여 소오스/드레인 구조를 결정한다. 기존의 LDD MOSFET과의 비교 시뮬레이션 결과, 제안된 ESD MOSFET은 전류 구동능력은 가장 크면서 GIDL 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) 값은 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. GIDL 전류가 감소되는 원인으로는 최대 전계의 위치가 드레인 쪽으로 이동함에 따라 최대 밴드간 터널링이 일어나는 곳에서의 최대 전계값이 감소되기 때문이다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제9권2호
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• pp.110-116
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• 2009

The prominent advantages of Dual Material Surrounding Gate (DMSG) MOSFETs are higher speed, higher current drive, lower power consumption, enhanced short channel immunity and increased packing density, thus promising new opportunities for scaling and advanced design. In this Paper, we present Transconductance-to-drain current ratio and electric field distribution model for dual material surrounding gate (DMSGTs) MOSFETs. Transconductance-to-drain current ratio is a better criterion to access the performance of a device than the transconductance. This proposed model offers the basic designing guidance for dual material surrounding gate MOSFETs.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권1호
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• pp.48-55
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• 2024

The changes in threshold voltage and DIBL were investigated for changes in remanent polarization P_r and coercive field E_c, which determine the characteristics of the P-E hysteresis curve of ferroelectric in NCFET (negative capacitance FET). The threshold voltage and DIBL (drain-induced barrier lowering) were observed for a junctionless double gate MOSFET using a gate oxide structure of MFMIS (metal-ferroelectric-metal-insulator-semiconductor). To obtain the threshold voltage, series-type potential distribution and second derivative method were used. As a result, it can be seen that the threshold voltage increases when P_r decreases and E_c increases, and the threshold voltage is also maintained constant when the P_r/E_c is constant. However, as the drain voltage increases, the threshold voltage changes significantly according to P_r/E_c, so the DIBL greatly changes for P_r/E_c. In other words, when P_r/E_c=15 pF/cm, DIBL showed a negative value regardless of the channel length under the conditions of ferroelectric thickness of 10 nm and SiO₂ thickness of 1 nm. The DIBL value was in the negative or positive range for the channel length when the P_r/E_c is 25 pF/cm or more under the same conditions, so the condition of DIBL=0 could be obtained. As such, the optimal condition to reduce short channel effects can be obtained since the threshold voltage and DIBL can be adjusted according to the device dimension of NCFET and the P_r and E_c of ferroelectric.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.434-438
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• 2014

CMOS의 최종형태로써 Gate-All-Around(GAA) Silicon Nanowire(NW)가 각광받고 있다. 이 논문에서 NW FET(Field Effect Transistor)의 채널 길이와 NW의 폭과 같은 size에 따른 특성변화를 실제 실험 data와 NW FET 특성분석 simulation을 이용해서 비교해보았다. MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 소형화에 따른 쇼트 채널 효과(short channel effect)에 의한 threshold voltage($V_{th}$), Drain Induced Barrier Lowering(DIBL), subthreshold swing(SS) 또한 비교하였다. 이에 더하여, 기존의 상용툴로 NW를 해석한 시뮬레이션 결과와도 비교해봄으로써 NW의 size scaling에 대한 EDISON NW 해석 simulation의 정확도를 파악해보았다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 춘계학술대회
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• pp.683-685
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• 2012

본 연구에서는 두개의 게이트단자를 가진 차세대 나노소자인 DGMOSFET에 대하여 문턱전압이하영역에서 발생하는 단채널효과 중 문턱전압 및 드레인유도장벽감소의 변화를 스켈링이론에 따라 분석하고자 한다. 포아송방정식의 분석학적 해를 구하기 위하여 전하분포함수에 대하여 가우시안 함수를 사용함으로써 보다 실험값에 가깝게 해석하였으며 이때 가우시안 함수의 변수인 이온주입범위 및 분포편차 그리고 소자 파라미터인 채널의 두께, 도핑농도 등에 대하여 문턱전압 특성의 변화를 관찰하였다. 본 연구의 모델에 대한 타당성은 이미 기존에 발표된 논문에서 입증하였으며 본 연구에서는 이 모델을 이용하여 문턱전압이하 특성을 분석할 것이다. 분석결과 스켈링이론 적용시 문턱전압 및 드레인유도장벽감소 현상이 변화하였으며 변화정도는 소자 파라미터에 따라 변화한다는 것을 관찰하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권6호
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• pp.1-7
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• 2004

본 논문에서는 2차원 양자 역학적 모델링 및 시뮬레이션(quantum mechanical modeling and simulation)으로써, 자기정렬 이중게이츠 구조(self-aligned double-gate structure)인 FinFET에 관하여 결합된 푸아송-슈뢰딩거 방정식(coupled Poisson and Schrodinger equations)를 셀프-컨시스턴트(self-consistent)한 방법으로 해석하는 수치적 모델을 제안한다. 시뮬레이션은 게이트 길이(Lg)를 10에서 80nm까지, 실리콘 핀 두께($T_{fin}$)를 10에서 40nm까지 변화시켜가며 시행되었다. 시뮬레이션의 검증을 위한 전류-전압 특성을 실험 결과값과 비교하였으며, 문턱 전압 이하 기울기(subthreshold swing), 문턱 전압 롤-오프(thresholdvoltage roll-off), 그리고 드레인 유기 장벽 감소(drain induced barrier lowering, DIBL)과 같은 파라미터를 추출함으로써 단채널 효과를 줄이기 위한 소자 최적화를 시행하였다. 또한, 고전적 방법과 양자 역학적 방법의 시뮬레이션 결과를 비교함으로써,양자 역학적 해석의 필요성을 확인하였다. 본 연구를 통해서, FinFET과 같은 구조가 단채널 효과를 줄이는데 이상적이며, 나노-스케일 소자 구조를 해석함에 있어 양자 역학적 시뮬레이션이 필수적임을 알 수 있었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권4호
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• pp.367-380
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• 2013

In this paper, an analytical threshold voltage model is developed for a short-channel double-material-gate (DMG) strained-silicon (s-Si) on silicon-germanium ($Si_{1-X}Ge_X$) MOSFET structure. The proposed threshold voltage model is based on the so called virtual-cathode potential formulation. The virtual-cathode potential is taken as minimum channel potential along the transverse direction of the channel and is derived from two-dimensional (2D) potential distribution of channel region. The 2D channel potential is formulated by solving the 2D Poisson's equation with suitable boundary conditions in both the strained-Si layer and relaxed $Si_{1-X}Ge_X$ layer. The effects of a number of device parameters like the Ge mole fraction, Si film thickness and gate-length ratio have been considered on threshold voltage. Further, the drain induced barrier lowering (DIBL) has also been analyzed for gate-length ratio and amount of strain variations. The validity of the present 2D analytical model is verified with ATLAS$^{TM}$, a 2D device simulator from Silvaco Inc.