• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.38 no.6
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• pp.52-61
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• 2023

With semiconductor scaling approaching the physical limits, devices including CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) components have managed to overcome yet are currently struggling with several technical issues like short-channel effects. Evolving from the process node of 22 nm with FinFET (fin field effect transistor), state-of-the-art semiconductor technology has reached the 3 nm node with the GAA-FET (gate-all-around FET), which appropriately addresses the main issues of power, performance, and cost. Technical problems remain regarding the foundry of GAA-FET, and next-generation devices called post-GAA transistors have not yet been devised, except for the CFET (complementary FET). We introduce a CFET that spatially stacks p- and n-channel FETs on the same footprint and describe its structure and fabrication. Technical details like stacking of nanosheets, special spacers, hetero-epitaxy, and selective recess are more thoroughly reviewed than in similar articles on CFET fabrication.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.303.1-303.1
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• 2014

좋은 전기적 특성을 가지면서 소자의 크기를 줄이기에 용이한 Gate-all-around (GAA) twin Si nanowire field-effect transistors (TSNWFETs)의 연구가 많이 진행되고 있다. Switching 특성과 단채널 효과가 없는 TSNWFETs의 특성은 GAA 구조의 본질적인 특성이다. TSNWFETs는 기존의 single Si nanowire TSNWFETs와 bulk FET에 비하여 Drive current가 nanowire의 지름에 많은 영향을 받지 않는다. 그러나 TSNWFETs의 전체 on-current는 훨씬 작고 nanowire의 지름이 작아지면서 줄어들게 되면서 소자의 sensing speed와 sensing margin 특성의 악화를 가지고 온다. GAA TSNWFETs의 제작 및 전기적 실험에 대한 연구는 많이 진행되었으나, GAA TSNWFETs의 전기적 특성에 대한 이론적 연구는 매우 적다. 본 연구에서는 GAA TSNWFETs의 nanowire 크기에 따른 전기적 특성을 관찰하였다. GAA TSNWFETs와 bulk FET의 전기적 특성을 양자역학을 고려하여 3차원 TCAD 시뮬레이션을 툴을 이용하여 계산하였다. GAA TSNWFETs와 bulk FET의 전류-전압 특성 계산을 통해 on-current 크기, subthreshold swing, drain-induced barrier lowering (DIBL), gate-induced drain leakage를 보았다. 전류가 흐르는 경로와 전기적 특성의 물리적 의미에 대한 연구를 위해 TSNWFETs에서의 전류 밀도, conduction band edge, potential 특성을 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 Switching 특성, 단채널 효과에 대한 면역 특성, nanowire의 단면적에 따른 전류 흐름을 보았다. nanowire의 크기가 작아지면서 DIBL이 증가하고 문턱전압과 전체 on-current는 감소하면서 소자의 특성이 악화된다. 이러한 결과는 GAA TSNWFETs의 전기적 특성을 이해하고 좋은 소자 특성을 위한 구조를 연구하는데 많은 도움이 될 것이다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2017.03a
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• pp.412-416
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• 2017

CMOS device에서 off leakage current로 인한 power dissipation 문제는 미래 소자에 주어진 주요한 과제이다. Nanowire FET은 이러한 문제를 해결할 주요 미래소자로 각광받고있다. 하지만 nanowire FET을 공정할 때 채널 에칭을 완벽한 원형 구조로 가지는 것이 어렵기 때문에 타원형으로 시뮬레이션을 진행해 볼 필요성이 있다. 본 논문에서는 nanowire의 aspect ratio, crystal orientation의 변화에 따른 nanowire FET의 전압-전류 특성 및 transport 특성을 관찰하는 연구를 진행하였다. 시뮬레이션 결과, [100] 방향은 완벽한 원형구조에서 최적인 반면에 [110] 방향은 타원형으로 모델링함에 있어서 장점이 있는 것으로 나타났다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2017.03a
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• pp.398-403
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• 2017

본 연구에서는 gate-all-around(GAA) 수직 나노선 Field-Effect Transistor(FET)의 소스/드레인 반도체/실리사이드 접합에 존재하는 Schottky 장벽이 트랜지스터의 DC특성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. Non-Equilibrium Green's Function와 Poisson 방정식 기반의 시뮬레이터를 사용하여, Schottky 장벽의 위치와 높이, 그리고 채널 단면적의 크기에 따른 전류-전압 특성 곡선과 에너지 밴드 다이어그램을 통해 분석을 수행하였다. 그 결과, 드레인 단의 Schottky 장벽은 드레인 전압에 의해 장벽의 높이가 낮아져 전류에 주는 영향이 작지만, 소스 단의 Schottky 장벽은 드레인 전압과 게이트 전압으로 제어가 불가능하여 외부에서 소스 단으로 들어오는 캐리어의 이동을 방해하여 큰 DC성능 저하를 일으킨다. 채널 단면적 크기에 따른 DC특성 분석 결과로는 동작상태의 전류밀도는 채널의 폭이 5 nm 일 때까지는 유지되고, 2 nm가 되면 그 크기가 매우 작아지지만, 채널 단면적은 Schottky 장벽에 영향을 끼치지 못하였다. 본 논문의 분석 결과로 향후 7 nm technology node 에 적용될 GAA 수직 나노선 FET의 소자 구조 설계에 도움이 되고자 한다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.357-364
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• 2015

In this work, we investigate the quantum effects exhibited from ultra-thin GAA(gate-all-around) Nanowire FETs for Sub 14nm Technology. We face designing challenges particularly short channel effects (SCE). However traditional MOSFET SCE models become invalid due to unexpected quantum effects. In this paper, we investigated various performance factors of the GAA Nanowire FET structure, which is promising future device. We observe a variety of quantum effects that are not seen when large scale. Such are source drain tunneling due to short channel lengths, drastic threshold voltage increase caused by quantum confinement for small channel area, leakage current through thin gate oxide by tunneling, induced source barrier lowering by fringing field from drain enhanced by high k dielectric, and lastly the I-V characteristic dependence on channel materials and transport orientations owing to quantum confinement and valley splitting. Understanding these quantum phenomena will guide to reducing SCEs for future sub 14nm devices.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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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.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.03a
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• pp.277-279
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• 2016

Nanowire-FET은 Gate-All-Around (GAA) 구조로 차세대 반도체 소자 구조로 여겨지고 있다. Nanowire-FET은 채널 두께에 따라 $I_D-V_G$ curve에 매우 중요한 영향을 끼친다. 따라서 본 논문은, Edison 시뮬레이션을 이용하여 Nanowire-FET의 Silicon Thickness에 따른 여러 특성을 비교하여 최적 Silicon Thickness에 대해 연구하였다.

• Vacuum Magazine
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• v.3 no.3
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• pp.15-18
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• 2016

In future wearable electronic systems, 3-dimensional (3D) devices have attracted much attention due to their high density integration and low-power functionality. Among 3D devices, gate-all-around (GAA) nanowire transistor provides superior gate controllability, resulting in suppressing short channel effect and other drawbacks in 2D metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). Silicon nanowires (SiNWs) are the most promising building block for GAA structure device due to their compatibility with the current Si-based ultra large scale integration (ULSI) technology. Moreover, the theoretical limit for subthreshold swing (SS) of MOSFET is 60 mV/dec at room temperature, which causes the increase in Ioff current. To overcome theoretical limit for the SS, it is crucial that research into new types of device concepts should be performed. In our present studies, we have experimentally demonstrated feedback FET (FBFET) and tunnel FET (TFET) with sub-60 mV/dec based on SiNWs. Also, we fabricated SiNW based complementary TFET (c-TFET) and SiNW complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) inverter. Our research demonstrates the promising potential of SiNW electronic devices for future wearable electronic systems.

• Applied Microscopy
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• v.52
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• pp.1.1-1.8
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• 2022

As semiconductor device architecture develops, from planar field-effect transistors (FET) to FinFET and gate-all-around (GAA), there is an increased need to measure 3D structure sidewalls precisely. Here, we present a 3-Dimensional Atomic Force Microscope (3D-AFM), a powerful 3D metrology tool to measure the sidewall roughness (SWR) of vertical and undercut structures. First, we measured three different dies repeatedly to calculate reproducibility in die level. Reproducible results were derived with a relative standard deviation under 2%. Second, we measured 13 different dies, including the center and edge of the wafer, to analyze SWR distribution in wafer level and reliable results were measured. All analysis was performed using a novel algorithm, including auto fattening, sidewall detection, and SWR calculation. In addition, SWR automatic analysis software was implemented to reduce analysis time and to provide standard analysis. The results suggest that our 3D-AFM, based on the tilted Z scanner, will enable an advanced methodology for automated 3D measurement and analysis.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.35 no.5
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• pp.452-458
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• 2022

The electro-thermal erasing (ETE) configuration utilizes Joule heating intentionally generated at word-line (WL). The elevated temperature by heat physically removes stored electrons permanently within a very short time. Though the ETE configuration is a promising next generation NAND flash memory candidate, a consideration of power efficiency and erasing speed with respect to device structure and its scaling has not yet been demonstrated. In this context, based on 3-dimensional (3-D) thermal simulations, this paper discusses the impact of device structure and scaling on ETE efficiency. The results are used to produce guidelines for ETEs that will have lower power consumption and faster speed.