JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.3
no.4
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pp.217-222
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2003
A new two-dimensional analytical model for the potential distribution and drain-induced barrier lowering (DIBL) effect of fully depleted short-channel Silicon-on-insulator (SOI)-MESFET's has been presented in this paper. The two dimensional potential distribution functions in the active layer of the device is approximated as a simple parabolic function and the two-dimensional Poisson's equation has been solved with suitable boundary conditions to obtain the bottom potential at the Si/oxide layer interface. It is observed that for the SOI-MESFET's, as the gate-length is decreased below a certain limit, the bottom potential is increased and thus the channel barrier between the drain and source is reduced. The similar effect may also be observed by increasing the drain-source voltage if the device is operated in the near threshold or sub-threshold region. This is an electrostatic effect known as the drain-induced barrier lowering (DIBL) in the short-gate SOI-MESFET's. The model has been verified by comparing the results with that of the simulated one obtained by solving the 2-D Poisson's equation numerically by using the pde toolbox of the widely used software MATLAB.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.45
no.7
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pp.9-16
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2008
In this paper, a simple analytical model for deriving the threshold voltage of a short-gate SOI MESFET is suggested. Using the iteration method, the Poisson equation in the fully depleted silicon channel and the Laplace equation in the buried oxide region are solved two-dimensionally, Obtained potential distributions in each region are expressed in terms of fifth-order of $\chi$, where $\chi$ denotes the coordinate perpendicular to the silicon channel direction. From them, the bottom channel potential is used to describe the threshold voltage in a closed-form. Simulation results show the dependencies of the threshold voltage on the various device geometry parameters and applied bias voltages.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.44
no.7
s.361
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pp.16-23
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2007
For a fully depleted SOI type symmetric double gate MOSFET, a simple expression for the threshold voltage has been derived in a closed-form To solve analytically the 2D Poisson's equation in a silicon body, the two-dimensional potential distribution is assumed approximately as a polynomial of fourth-order of x, vertical coordinate perpendicular to the silicon channel. From the derived expression for the surface potential, the threshold voltage can be obtained as a simple closed-form. Simulation result shows that the threshold voltage is exponentially dependent on channel length for the range of channel length up to $0.01\;[{\mu}m]$.
The breakdown voltage in fully depleted SOI N-MOSFET’s have been studied over a wide range of film thicknesses, channel doping, and channel lengths. An asynmmetric Source/Drain SOI technology is proposed, which having the advantages of Normal LDD SOI(Silicon-On-Insulator) for breakdown voltage and gives a high drivability of LDD SOI without sacrificings hot carrier immunity The two-dimensional simulations have been used to investigate the breakdown behavior in these device. It is found that the breakdown voltage(BVds) is almost same with high current drivability as that in Normal LDD SOI device structure.
Kim, Min-Su;O, Jun-Seok;Jeong, Jong-Wan;Jo, Won-Ju
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.11a
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pp.35-35
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2009
Capacitorless one transistor dynamic random access memory (1T-DRAM) cells were fabricated on the fully depleted strained-silicon-on-insulator (FD sSOI) and the effects of silicon back interface state on buried oxide (BOX) layer on the memory properties were evaluated. As a result, the fabricated 1T-DRAM cells showed superior electrical characteristics and a large sensing current margin (${\Delta}I_s$) between "1" state and "0" state. The back interface of SOI based capacitorless 1T-DRAM memory cell plays an important role on the memory performance. As the back interface properties were degraded by increase rapid thermal annealing (RTA) process, the performance of 1T-DRAM was also degraded. On the other hand, the properties of back interface and the performance of 1T-DRAM were considerably improved by post RTA annealing process at $450^{\circ}C$ for 30 min in a 2% $H_2/N_2$ ambient.
We fabricated a hybrid bulk/fully depleted silicon on insulator (FDSOI) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) active pixel image sensor. The active pixel is comprised of reset and source follower transistors on the SOI seed wafer, while the pinned photodiode and readout gate and floating diffusion are fabricated on the SOI handle wafer after the removal of the buried oxide. The source of dark current is eliminated by hybrid bulk/FDSOI pixel structure between localized oxidation of silicon (LOCOS) and photodiode(PD). By using the low noise hybrid pixel structure, dark currents qm be suppressed significantly. The pinned photodiode can also be optimized for quantum efficiency and reduce the noise of dark current. The spectral response of the pinned photodiode on the SOI handle wafer is very flat between 400 nm and 700 nm and the dark current that is higher than desired is about 10 nA/cm2 at a $V_{DD}$ of 2 V.
Park, Chang-Hyun;Oh, Myung-Hwan;Kang, Hee-Sung;Kang, Ho-Kyu
ETRI Journal
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v.26
no.6
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pp.575-582
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2004
Fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) devices with a 15 nm SOI layer thickness and 60 nm gate lengths for analog applications have been investigated. The Si selective epitaxial growth (SEG) process was well optimized. Both the single- raised (SR) and double-raised (DR) source/drain (S/D) processes have been studied to reduce parasitic series resistance and improve device performance. For the DR S/D process, the saturation currents of both NMOS and PMOS are improved by 8 and 18%, respectively, compared with the SR S/D process. The self-heating effect is evaluated for both body contact and body floating SOI devices. The body contact transistor shows a reduced self-heating ratio, compared with the body floating transistor. The static noise margin of an SOI device with a $1.1\;{\mu}m^2$ 6T-SRAM cell is 190 mV, and the ring oscillator speed is improved by 25 % compared with bulk devices. The DR S/D process shows a higher open loop voltage gain than the SR S/D process. A 15 nm ultra-thin body (UTB) SOI device with a DR S/D process shows the same level of noise characteristics at both the body contact and body floating transistors. Also, we observed that noise characteristics of a 15 nm UTB SOI device are comparable to those of bulk Si devices.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.42
no.9
s.339
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pp.9-18
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2005
To make high-performance, low-power transistors beyond the technology node of 60 nm complementary metal-oxide-semiconductor field-effect transistors(C-MOSFETs) possible, the effect of electron mobility of the thickness of strained Si grown on a relaxed SiGe/SiO2/Si was investigated from the viewpoint of mobility enhancement via two approaches. First the parameters for the inter-valley phonon scattering model were optimized. Second, theoretical calculation of the electronic states of the two-fold and four-fold valleys in the strained Si inversion layer were performed, including such characteristics as the energy band diagrams, electron populations, electron concentrations, phonon scattering rate, and phonon-limited electron mobility. The electron mobility in an silicon germanium on insulator(SGOI) n-MOSFET was observed to be about 1.5 to 1.7 times higher than that of a conventional silicon on insulator(SOI) n-MOSFET over the whole range of Si thickness in the SOI structure. This trend was good consistent with our experimental results. In Particular, it was observed that when the strained Si thickness was decreased below 10 nm, the phonon-limited electron mobility in an SGOI n-MOSFT with a Si channel thickness of less than 6 nm differed significantly from that of the conventional SOI n-MOSFET. It can be attributed this difference that some electrons in the strained SGOI n-MOSFET inversion layer tunnelled into the SiGe layer, whereas carrier confinement occurred in the conventional SOI n-MOSFET. In addition, we confirmed that in the Si thickness range of from 10 nm to 3 nm the Phonon-limited electron mobility in an SGOI n-MOSFET was governed by the inter-valley Phonon scattering rate. This result indicates that a fully depleted C-MOSFET with a channel length of less than 15 m should be fabricated on an strained Si SGOI structure in order to obtain a higher drain current.
Sung-Eun Kim;Kwang-Il Oh;Taewook Kang;Sukho Lee;Hyuk Kim;Mi-Jeong Park;Jae-Jin Lee
ETRI Journal
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v.46
no.5
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pp.878-889
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2024
To expand the scale of spiking neural networks (SNNs), an interface circuit that supports multiple SNN cores is essential. This circuit should be designed using an asynchronous approach to leverage characteristics of SNNs similar to those of the human brain. However, the absence of a global clock presents timing issues during implementation. Hence, we propose an intermediate latching template to establish asynchronous nonlinear connectivity with multipipeline processing between multiple SNN cores. We design arbitration and distribution blocks in the interface circuit based on the proposed template and fabricate an interface circuit that supports four SNN cores using a full-custom approach in a 28-nm CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) FDSOI (fully depleted silicon on insulator) process. The proposed template can enhance throughput in the interface circuit by up to 53% compared with the conventional asynchronous template. The interface circuit transmits spikes while consuming 1.7 and 3.7 pJ of power, supporting 606 and 59 Mevent/s in intrachip and interchip communications, respectively.
Nam, Hyohyun;Lee, Gyo Sub;Lee, Hyunjae;Park, In Jun;Shin, Changhwan
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.14
no.1
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pp.8-22
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2014
In the past few decades, CMOS logic technologies and devices have been successfully developed with the steady miniaturization of the feature size. At the sub-30-nm CMOS technology nodes, one of the main hurdles for continuously and successfully scaling down CMOS devices is the parametric failure caused by random variations such as line edge roughness (LER), random dopant fluctuation (RDF), and work-function variation (WFV). The characteristics of each random variation source and its effect on advanced device structures such as multigate and ultra-thin-body devices (vs. conventional planar bulk MOSFET) are discussed in detail. Further, suggested are suppression methods for the LER-, RDF-, and WFV-induced threshold voltage (VTH) variations in advanced CMOS logic technologies including the double-patterning and double-etching (2P2E) technique and in advanced device structures including the fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) MOSFET and FinFET/tri-gate MOSFET at the sub-30-nm nodes. The segmented-channel MOSFET (SegFET) and junctionless transistor (JLT) that can suppress the random variations and the SegFET-/JLT-based static random access memory (SRAM) cell that enhance the read and write margins at a time, though generally with a trade-off between the read and the write margins, are introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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