Journal of information and communication convergence engineering
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v.8
no.1
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pp.107-111
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2010
This paper has presented the dependence of the threshold voltage on back gate bias and drain voltage for FinFET. The FinFET has three gates such as the front gate, side and back gate. Threshold voltage is defined as the front gate bias when drain current is 1 micro ampere as the onset of the turn-on condition. In this paper threshold voltage is investigated into the analytical potential model derived from three dimensional Poisson's equation with the variation of the back gate bias and drain voltage. The threshold voltage of a transistor is one of the key parameters in the design of CMOS circuits. The threshold voltage, which described the degree of short channel effects, has been extensively investigated. As known from the down scaling rules, the threshold voltage has been presented in the case that drain voltage is the 1.0V above, which is set as the maximum supply voltage, and the drain induced barrier lowing(DIBL), drain bias dependent threshold voltage, is obtained using this model.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.2
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pp.129-135
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2023
An analytical threshold voltage model is presented to observe the change in threshold voltage shift ΔVth of a junctionless double gate MOSFET using ferroelectric-metal-SiO2 as a gate oxide film. The negative capacitance transistors using ferroelectric have the characteristics of increasing on-current and lowering off-current. The change in the threshold voltage of the transistor affects the power dissipation. Therefore, the change in the threshold voltage as a function of theferroelectric thickness is analyzed. The presented threshold voltage model is in a good agreement with the results of TCAD. As a results of our analysis using this analytical threshold voltage model, the change in the threshold voltage with respect to the change in the ferroelectric thickness showed that the threshold voltage increased with the increase of the absolute value of charges in the employed ferroelectric. This suggests that it is possible to obtain an optimum ferroelectric thickness at which the threshold voltage shift becomes 0 V by the voltage across the ferroelectric even when the channel length is reduced. It was also found that the ferroelectric thickness increased as the silicon thickness increased when the channel length was less than 30 nm, but the ferroelectric thickness decreased as the silicon thickness increased when the channel length was 30 nm or more in order to satisfy ΔVth=0.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.6
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pp.1422-1428
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2014
This paper has analyzed threshold voltage roll-off for bottom gate voltages of asymmetric double gate(DG) MOSFET. Since the asymmetric DGMOSFET is four terminal device to be able to separately bias for top and bottom gates, the bottom gate voltage influences on threshold voltage. It is, therefore, investigated how the threshold voltage roll-off known as short channel effects is reduced with bottom gate voltage. In the pursuit of this purpose, off-current model is presented in the subthreshold region, and the threshold voltage roll-off is observed for channel length and thickness with a parameter of bottom gate voltage as threshold voltage is defined by top gate voltage that off-currnt is $10^{-7}A/{\mu}m$ per channel width. As a result to observe the threshold voltage roll-off for bottom gate voltage using this model, we know the bottom gate voltage greatly influences on threshold voltage roll-off voltages, especially in the region of short channel length and thickness.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.9
no.3
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pp.310-314
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2011
This paper has presented doping profile dependent threshold voltage for DGMOSFET using analytical transport model based on Gaussian function. Two dimensional analytical transport model has been derived from Poisson's equation for symmetrical Double Gate MOSFETs(DGMOSFETs). Threshold voltage roll-off is very important short channel effects(SCEs) for nano structures since it determines turn on/off of MOSFETs. Threshold voltage has to be constant with decrease of channel length, but it shows roll-off due to SCEs. This analytical transport model is used to obtain the dependence of threshold voltage on channel doping profile for DGMOSFET profiles. Also we have analyzed threshold voltage for structure of channel such as channel length and gate oxide thickness.
Delta doping method can separate the threshold voltage control region from the charge transport region in a-Si TFT, whereby the threshold voltage of a TFT could be modified. Threshold voltage could be changed by delta doping, while field effect mobility was estimated to be 80% of that of standard TFT.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.32
no.2
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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.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.05a
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pp.741-744
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2014
This paper has analyzed threshold voltage roll-off for bottom gate voltages of asymmetric double gate(DG) MOSFET. Since the asymmetric DGMOSFET is four terminal device to be able to separately bias for top and bottom gates, the bottom gate voltage influences on threshold voltage. It is, therefore, investigated how the threshold voltage roll-off known as short channel effects is reduced with bottom gate voltage. In the pursuit of this purpose, off-current model is presented in the subthreshold region, and the threshold voltage roll-off is observed for channel length and thickness with a parameter of bottom gate voltage as threshold voltage is defined by top gate voltage that off-currnt is $10^{-7}A/{\mu}m$ per channel width. As a result to observe the threshold voltage roll-off for bottom gate voltage using this model, we know the bottom gate voltage greatly influences on threshold voltage roll-off voltages, especially in the region of short channel length and thickness.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.12
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pp.2939-2945
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2014
This paper has analyzed the change of threshold voltage for oxide structure of symmetric and asymmetric double gate(DG) MOSFET. The asymmetric DGMOSFET can be fabricated with different top and bottom gate oxide thickness, while the symmetric DGMOSFET has the same top and bottom gate oxide thickness. Therefore optimum threshold voltage is considered for top and bottom gate oxide thickness of asymmetric DGMOSFET, compared with the threshold voltage of symmetric DGMOSFET. To obtain the threshold voltage, the analytical potential distribution is derived from Possion's equation, and Gaussian distribution function is used as doping profile. We investigate for bottom gate voltage, channel length and thickness, and doping concentration how top and bottom gate oxide thickness influences on threshold voltage using this threshold voltage model. As a result, threshold voltage is greatly changed for oxide thickness, and we know the changing trend greatly differs with bottom gate voltage, channel length and thickness, and doping concentration.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.9
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pp.2183-2188
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2014
This paper has analyzed threshold voltage movement for channel doping concentration of asymmetric double gate(DG) MOSFET. The asymmetric DGMOSFET is generally fabricated with low doping channel and fully depleted under operation. Since impurity scattering is lessened, asymmetric DGMOSFET has the adventage that high speed operation is possible. The threshold voltage movement, one of short channel effects necessarily occurred in fine devices, is investigated for the change of channel doping concentration in asymmetric DGMOSFET. The analytical potential distribution of series form is derived from Possion's equation to obtain threshold voltage. The movement of threshold voltage is investigated for channel doping concentration with parameters of channel length, channel thickness, oxide thickness, and doping profiles. As a result, threshold voltage increases with increase of doping concentration, and that decreases with decrease of channel length. Threshold voltage increases with decrease of channel thickness and bottom gate voltage. Lastly threshold voltage increases with decrease of oxide thickness.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.1
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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 Pr and coercive field Ec, 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 Pr decreases and Ec increases, and the threshold voltage is also maintained constant when the Pr/Ec is constant. However, as the drain voltage increases, the threshold voltage changes significantly according to Pr/Ec, so the DIBL greatly changes for Pr/Ec. In other words, when Pr/Ec=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 Pr/Ec 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 Pr and Ec of ferroelectric.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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