Silicon 기반 Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET)의 크기가 감소함에 따라 silicon자체의 물성적 한계가 나타나고 있다. 이를 극복하고자 III-V 화합물 반도체가 채널소자로서 각광받고 있다. 본 연구에서는 III-V 화합물반도체 중 $In_xGa_{1-x}As$는 Indium 조성에 따른 전자구조 및 n-type MOSFET의 소자 특성을 본다. Indium의 조성이 증가함에 따라 subband의 개수와 간격이 증가하게 되어 Density of state가 감소하게 된다. 이로 인하여 Indium의 조성이 증가함에 따라 $In_xGa_{1-x}As$ 채널 MOSFET에서 상대적으로 Fermi level을 더 많이 상승시키게 되어 potential barrier를 얇아지게 만들며 또한 에너지에 따른 전류 밀도를 넓게 분포하도록 만든다. 이로 인하여 단채널에서는 In 조성이 증가함에 따라 direct source-to-drain tunnelling current이 증가하게 된다. 이로 인하여 In 조성의 증가에 따라 subthreshold swing과 ON-state current가 저하된다.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.31
no.2
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pp.74-79
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2018
In this report, the results of a systematic study on the effects of polycrystalline silicon gate depletion on the reliability characteristics of metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) devices were discussed. The devices were fabricated using standard complimentary metal-oxide semiconductor (CMOS) processes, wherein phosphorus ion implantation with implant doses varying from $10^{13}$ to $5{\times}10^{15}cm^{-2}$ was performed to dope the polycrystalline silicon gate layer. For implant doses of $10^{14}/cm^2$ or less, the threshold voltage was increased with the formation of a depletion layer in the polycrystalline silicon gate layer. The gate-depletion effect was more pronounced for shorter channel lengths, like the narrow-width effect, which indicated that the gate-depletion effect could be used to solve the short-channel effect. In addition, the hot-carrier effects were significantly reduced for implant doses of $10^{14}/cm^2$ or less, which was attributed to the decreased gate current under the gate-depletion effects.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.12
no.5
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pp.175-188
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2011
As complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) continues to scale down deeper into the nanoscale, various device non-idealities cause the I-V characteristics to be substantially different from well-tempered metal-oxide semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). The last few years witnessed a dramatic increase in nanotechnology research, especially the nanoelectronics. These technologies vary in their maturity. Carbon nanotubes (CNTs) are at the forefront of these new materials because of the unique mechanical and electronic properties. CNTFET is the most promising technology to extend or complement traditional silicon technology due to three reasons: first, the operation principle and the device structure are similar to CMOS devices and it is possible to reuse the established CMOS design infrastructure. Second, it is also possible to reuse CMOS fabrication process. And the most important reason is that CNTFET has the best experimentally demonstrated device current carrying ability to date. This paper discusses and reviewsthe feasibility of the CNTFET's application at this point of time in integrated circuits design by investigating different types of circuit blocks considering the advantages that the CNTFETs offer.
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.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.146-146
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2010
일반적인 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor)은 소스와 드레인의 형성을 위해서 불순물을 주입하고 고온의 열처리 과정을 거치게 된다. 이러한 고온의 열처리 과정 때문에 녹는점이 낮은 메탈게이트와 게이트 절연막으로의 high-k 물질의 사용에 제한을 받게된다. 이와 같은 문제점을 보완하기 위해서 소스와 드레인 영역에 불순물 주입공정 대신에 금속접합을 이용한 Schottky Barrier Tunnel Transistor (SBTT)가 제안되었다. SBTT는 $500^{\circ}C$ 이하의 저온에서 불순물 도핑없이 소스와 드레인의 형성이 가능하며 실리콘에 비해서 수십~수백배 낮은 면저항을 가지며, 단채널 효과를 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. 또한 고온공정에 치명적인 단점을 가지고 있는 high-k 물질의 적용 또한 가능케한다. 본 연구에서는 p-type SOI (Silicon-On-Insulator) 기판을 이용하여 Pt-silicide 소스와 드레인을 형성하고 전기적인 특성을 분석하였다. 또한 본 연구에서는 기존의 sidewall을 사용하지 않는 새로운 구조를 적용하여 메탈게이트의 사용을 최적화하였고 게이트 절연막으로써 실리콘 옥사이드를 스퍼터링을 이용하여 증착하였기 때문에 저온공정을 성공적으로 수행할 수 있었다. 이러한 게이트 절연막은 열적으로 형성시키지 않고도 70 mv/dec 대의 우수한 subthreshold swing 특성을 보이는 것을 확인하였고, $10^8$정도의 높은 on/off current ratio를 갖는 것을 확인하였다.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.2
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pp.43-51
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2023
In this paper, we introduce the development trends of power devices which is the key component for power conversion system in electric vehicles, and discuss the characteristics of the next-generation wide-bandgap (WBG) power devices. We provide an overview of the characteristics of the present mainstream Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices and technology roadmap of Si IGBT by different manufacturers. Next, recent progress and advantages of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) which are the most important unipolar devices, is described compared with conventional Si IGBT. Furthermore, due to the limitations of the current GaN power device technology, the issues encountered in applying the power conversion module for electric vehicles were described.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.7
no.2
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pp.82-87
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2007
The electrical properties of metallic junction diodes and metallic source/drain (S/D) Schottky barrier metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (SB-MOSFET) were simulated. By using the abrupt metallic junction at the S/D region, the short-channel effects in nano-scaled MOSFET devices can be effectively suppressed. Particularly, the effects of trap states at the metal-silicide/silicon interface of S/D junction were simulated by taking into account the tail distributions and the Gaussian distributions at the silicon band edge and at the silicon midgap, respectively. As a result of device simulation, the reduction of interfacial trap states with Gaussian distribution is more important than that of interfacial trap states with tail distribution for improving the metallic junction diodes and SB-MOSFET. It is that a forming gas annealing after silicide formation significantly improved the electrical properties of metallic junction devices.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.14
no.2
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pp.47-49
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2004
Gate protection $SiN_x$ as an alternative to a conventional re-oxidation process in Dynamic Random Access Memory devices is investigated. This process can not only protect the gate electrode tungsten against oxidation, but also save the thermal budget due to the re-oxidation. The protection $SiN_x$ process is applied to the poly-Si gate, and its device performance is measured and compared with the re-oxidation processed poly-Si gate. The results on the gate dielectric integrity show that etch damage-curing capability of protection $SiN_x$ is comparable to the re-oxidation process. In addition, the hot carrier immunity of the $SiN_x$ deposited gate is superior to that of re-oxidation processed gate.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.20
no.11
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pp.939-942
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2007
We investigated the characteristics of UTB-SOI pMOSFETs with SOI thickness($T_{SOI}$) ranging from 10 nm to 1 nm and evaluated the dependence of electrical characteristics on the silicon surface orientation. As a result, it is found that the subthreshold characteristics of (100)-surface UTB-SOI pMOSFETs were superior to (110)-surface. However, the hole mobility of (110)-surface were larger than that of (100)-surface. Especially, the enhancement of effective hole mobility at the effective field of 0.1 MV/cm was observed from 3-nm to 5-nm SOI thickness range.
So, Hyun-Wook;Lee, Dong-Hyeok;Jang, Jin-Nyoung;Hong, Mun-Pyo
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.253-253
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2012
Low temperature SiOx film process has being required for both silicon and oxide (IGZO) based low temperature thin film transistor (TFT) for application of flexible display. In recent decades, from low density and high pressure such as capacitively coupled plasma (CCP) type plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) to the high density plasma and low pressure such as inductively coupled plasma (ICP) and electron cyclotron resonance (ECR) have been used to researching to obtain high quality silicon oxide (SiOx) thin film at low temperature. However, these plasma deposition devices have limitation of controllability of process condition because process parameters of plasma deposition such as RF power, working pressure and gas ratio influence each other on plasma conditions which non-leanly influence depositing thin film. In compared to these plasma deposition devices, neutral beam assisted chemical vapor deposition (NBaCVD) has advantage of independence of control parameters. The energy of neutral beam (NB) can be controlled independently of other process conditions. In this manner, we obtained NB dependent high crystallized intrinsic and doped silicon thin film at low temperature in our another papers. We examine the properties of the low temperature processed silicon oxide thin films which are fabricated by the NBaCVD. NBaCVD deposition system consists of the internal inductively coupled plasma (ICP) antenna and the reflector. Internal ICP antenna generates high density plasma and reflector generates NB by auger recombination of ions at the surface of metal reflector. During deposition of silicon oxide thin film by using the NBaCVD process with a tungsten reflector, the energetic Neutral Beam (NB) that controlled by the reflector bias believed to help surface reaction. Electrical and structural properties of the silicon oxide are changed by the reflector bias, effectively. We measured the breakdown field and structure property of the Si oxide thin film by analysis of I-V, C-V and FTIR measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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