• 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.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제5권1호
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• pp.45-49
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• 2007

The analytical transport model in subthreshold regime for double gate MOSFET has been presented to analyze the short channel effects such as subthreshold swing, threshold voltage roll-off and drain induced barrier lowering. The present approach includes the quantum tunneling of carriers through the source-drain barrier. Poisson equation is used for modeling thermionic emission current, and Wentzel-Kramers-Brillouin approximations are applied for modeling quantum tunneling current. This model has been used to investigate the subthreshold operations of double gate MOSFET having the gate length of the nanometer range with ultra thin gate oxide and channel thickness under sub-20nm. Compared with results of two dimensional numerical simulations, the results in this study show good agreements with those for subthreshold swing and threshold voltage roll-off. Note the short channel effects degrade due to quantum tunneling, especially in the gate length of below 10nm, and DGMOSFETs have to be very strictly designed in the regime of below 10nm gate length since quantum tunneling becomes the main transport mechanism in the subthreshold region.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제11권2호
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• pp.111-120
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• 2011

A two-dimensional analytical model for deriving the threshold voltage of a short channel fully depleted (FD) cylindrical/surrounding gate MOSFET (CGT/SGT) is suggested. By taking into account the lateral variation of the surface potential, introducing the natural length expression, and using the Bessel functions of the first and the second kinds of order zero, we can derive potentials in the gate oxide layer and the silicon core fully two-dimensionally. Making use of these potentials, the minimum surface potential can be obtained to derive the threshold voltage as a closed-form expression in terms of various device parameters and applied voltages. Obtained results can be used to explain the drain-induced threshold voltage roll-off of a CGT/SGT in a unified manner.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.760-765
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• 2007

본 연구에서는 나노구조 이중게이트 FinFET에 대하여 문턱전압이동 특성 및 드레인유기장벽저하(Drain Induced Barrier Lowering; DIBL)특성을 분석하였다. 분석을 위하여 분석학적 전류모델을 개발하였으며 열방사전류 및 터널링전류를 포함하였다. 열방사전류는 포아슨방정식에 의하여 구한 포텐셜분포 및 맥스월-볼쯔만통계를 이용한 캐리어분포를 이용하여 구하였으며 터널링 전류는 WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin)근사를 이용하였다. 이 두 모델은 상호 독립적이므로 각각 전류를 구해 더함으로써 문턱 전압을 구하였다. 본 연구에서 제시한 모델을 이용하여 구한 문턱 전압 이동값이 이차원 시뮬레이션값과 비교되었으며 잘 일치함을 알 수 있었다. 분석 결과 10nm 이하에서 특히 터널링의 영향이 증가하여 문턱전압이동 및 DIBL이 매우 현저하게 나타남을 알 수 있었다. 이러한 단채널현상을 감소시키기 위하여 채널두께 및 게이트산화막의 두께를 가능한한 얇게 제작하여야함을 알았으며 이를 위한 산화공정개발이 중요하다고 사료된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제14권10호
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• pp.2305-2309
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• 2010

본 연구에서는 상단게이트와 하단게이트를 갖는 더블게이트 MOSFET에서 채널길이와 채널두께의 비에 따른 문턱전압의 변화에 대하여 분석하였다. 더블게이트 MOSFET는 두개의 게이트를 가지고 있기 때문에 전류제어 능력이 기존 MOSFET의 두배에 가깝고 나노소자에서 단채널효과를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. MOSFET에서 채널길이와 채널두께는 소자의 크기를 결정하며 단채널효과에 커다란 영향을 미치고 있다. 채널길이가 짧아지면 서 채널두께와의 비에 따라 단채널효과 중 문턱전압의 변화가 크게 영향을 받고 있다. 그러므로 이 연구에서는 DGMOSFET에서 채널길이와 채널두께의 비를 변화시키면서 문턱전압의 변화와 드레인 유기장벽감소현상을 분석할 것이다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제12권4호
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• pp.473-481
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• 2012

For a mesa-isolated small geometry SOI MOSFET, the potentials in the silicon film, front, back, and side-wall oxide layers can be derived three-dimensionally. Using Taylor's series expansions of the trigonometric functions, the derived potentials are written in terms of the natural length that can be determined by using the derived formula. From the derived 3-D potentials, the minimum values of the front and the back surface potentials are derived and used to obtain the closed-form expressions for the front and back gate threshold voltages as functions of various device parameters and applied bias voltages. Obtained results can be found to explain the drain-induced threshold voltage roll-off and the narrow width effect of a fully depleted small geometry SOI MOSFET in a unified manner.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권1호
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• pp.25-32
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• 2005

본 논문에서는 단 채널 GaAs MESFET과 SOI-구조의 Si JFET가 갖는 전형적인 특성: i) 드레인 전압 인가에 의한 문턱전압 roll-off, ii) 포화영역에서의 유한한 ac 출력저항, iii) 채널길이에 대한 드레인 포화전류의 의존성 약화, 등을 통합적으로 기술할 수 있는 해석적 모델을 제안하였다. 채널 방향의 전계 변화를 포함하는 새로운 형태의 가정을 기존의 GCA와 대체하고, 채널의 전류 연속성과 전계-의존 이동도를 고려하여, 공핍영역과 전도 채널에서 2차원 전위분포 식을 도출해 내었다. 이 결과, 문턱전압, 드레인 전류의 표현 식들이 동작전압전 구간의 영역에 걸쳐 비교적 정확하게 도출되었다. 또한 본 모델은 기존의 채널 shortening 모델에 비해 Early 효과에 대한 보다 더 적절한 설명을 제공하고 있음을 보이고 있다.

• 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.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제16권9호
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• pp.2015-2020
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• 2012

본 연구에서는 이중게이트(Double Gate; DG) MOSFET에 스켈링이론을 적용할 때 두 개의 게이트에 의한 효과를 반영하기 위하여 스켈링인자에 가중치를 적용하여 문턱전압이하 특성을 해석하였다. 포아송방정식에 의한 전위분포를 구하기 위하여 전하분포는 가우스분포함수를 이용할 것이며 이의 타당성은 이미 여러 논문에서 입증하였다. 이 전위분포를 이용하여 단채널효과 중 문턱전압이동, 문턱전압이하 스윙, 드레인유도장벽감소 등을 스켈링인자에 대한 가중치의 변화에 따라 관찰하였다. 이중게이트 MOSFET의 구조적 특성상 채널길이에 대한 가중치는 0.1에서 1까지 사용하였으며 채널두께에 대한 가중치는 1에서 2까지 가중치를 사용하였다. 결과적으로 문턱전압 이하 스윙은 스켈링인자에 따라 거의 변화가 없었으나 가중치에 따라 변화하였으며 문턱전압이동 및 드레인유도 장벽감소 등은 스켈링인자에 따라 그리고 가중치에 따라 큰 변화를 보이는 것을 알 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.263-268
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• 2003

본 논문에서는 main gate(MG)와 side gate(SG)를 갖는 double gate(DG) MOSFET 구조를 조사하였다. MG가 50nm일 때 최적의 SG 전압은 약 3V임을 알 수 있었고, 각각의 MG에 대한 최적의 SG 길이는 약 70nm임을 알 수 있었다. DG MOSFET는 매우 작은 문턱 전압 roll-off 특성을 나타내고, 전류-전압 특성곡선에서 VMG=VDS=1.5V, VSG=3V인 곳에서 포화전류는 550$\mu\textrm{A}$/m임을 알 수 있었다. subthrehold slope는 82.6㎷/decade, 전달 컨덕턴스는 l14$\mu\textrm{A}$/$\mu\textrm{m}$ 그리고 DIBL은 43.37㎷이다 다중 입력 NAND 게이트 로직 응용에 대한 이 구조의 장점을 조사하였다. 이때, DG MOSFET에서 41.4GHz의 매우 높은 컷오프 주파수를 얻을 수 있었다.