• 한국산업정보학회:학술대회논문집
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• 한국산업정보학회 2002년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.195-199
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• 2002

This paper describes the effect of substrate back bias of CMOS Inverter. When the substrate back bias applied in body, the MOS transistor threshold voltage increased and drain saturation current decreased. The back gate reverse bias or substrate bias has been widely utilized and the following advantage has suppressing subthreshold leakage, lowering parasitic junction capacitance, preventing latch up or parasitic bipolar transistor, etc. When the reverse voltage applied substrate, this paper stimulated the propagation delay time CMOS inverter.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제9권4호
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• pp.240-248
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• 2009

Moore's law has driven silicon technology scale down aggressively, and it results in significant increase of leakage current on nano-meter scale CMOS. Especially, in mobile devices, leakage current has been one of designers' main concerns, and thus many studies have introduced low power methodologies. However, there are few studies to minimize implementation cost in the mixed use of the methodologies to the best of our knowledge. In this paper, we introduce industrial applications of low power design methodologies for the decrease of leakage current. We focus on the design cost reduction of power gating and reverse body bias when used together. Also, we present voltage scale as an alternative to reverse body bias. To sustain gate leakage current, we discuss the adoption of high-$\kappa$ metal gate, which cuts gate leakage current by a factor of 10 in 32 nm CMOS technology. A 45 nm mobile SoC is shown as the case study of the mixed use of low power methodologies.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2004년도 하계종합학술대회 논문집(2)
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• pp.343-346
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• 2004

This paper proposes a leakage-suppressed SRAM with dynamic power saying scheme for the future leakage-dominant sub-70-nm technology. By dynamically controlling the common source-line voltage ($V_{SL}$) of sleep cells, the sub-threshold leakage through these sleep cells can be reduced to be 1/10-1/100 due to the reverse body-bias effect, dram-induced barrier lowering (DIBL) and negative $V_{GS}$ effects. Moreover, the bit-ling leakage which mar introduce a fault during the read operation can be completely eliminated in this new SRAM. The dynamic $V_{SL}$ control can also reduce the bit-line swing during the write so that the dynamic power in write can be reduced. This new SRAM was fabricated in 0.35-${\mu}m$ CMOS process and more than $30\%$ of dynamic power saying is experimentally verified in the measurement. The leakage suppression scheme is expected to be able to reduce more than $90\%$ of total SRAM power in the future leakage-dominant 70-nm process.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권3호
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• pp.21-32
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• 2006

본 논문에서는 누설전력 소비뿐만 아니라 스위칭 전력 소비를 동시에 줄일 수 있는 새로운 저전력 SRAM 회로를 제안한다. 제안된 저전력 SRAM은 대기모드와 쓰기동작에서는 셀의 소스라인 전압을 $V_{SSH}$로 증가시키고 읽기동작에서만 소스라인 전압을 다시 $V_{SS}$가 되도록 동적으로 조절한다. SRAM 셀의 소스라인 전압을 동적으로 조절하면 reverse body-bias 효과, DIBL 효과, 음의 $V_{GS}$ 효과를 이용하여 셀 어레이의 누설전류를 1/100 까지 감소시킬 수 있다. 또한 누설전류를 억제하기 위해 사용된 소스라인 드라이버를 이용하여 SRAM의 쓰기동작에서 비트라인 전압의 스윙 폭을 $V_{DD}-to-V_{SSH}$로 감소시킴으로써 SRAM의 write power를 대폭 감소시킬 수 있고 쓰기동작 중에 있는 셀들의 누설 전류 소비도 동시에 줄일 수 있다. 이를 위해 새로운 write driver를 사용하여 low-swing 쓰기동작 시 성능 감소를 최소화하였다. 누설전력 소비 감소 기법과 스위칭 전력 소비 감소 기법을 동시에 사용함으로써 제안된 SRAM은 특히 미래의 큰 누설전류가 예상되는 70-nm 이하 급 초미세 공정에서 유용할 것으로 예측된다. 70-nm 공정 파라미터를 이용해서 시뮬레이션한 결과 누설전력 소비의 93%와 스위칭 전력 소비의 43%를 줄일 수 있을 것으로 보인다. 본 논문에서 제안된 저전력 SRAM의 유용성과 신뢰성을 검증하기 위해서 $0.35-{\mu}m$ CMOS 공정에서 32x128 bit SRAM이 제작 및 측정되었다. 측정 결과 기존의 SRAM에 비해 스위칭 전력이 30% 적게 소비됨을 확인하였고 사용된 메탈 차폐 레이어로 인해서 $V_{DD}-to-V_{SSH}$ 전압이 약 1.1V 일 때까지 오류 없이 동작함을 관측하였다. 본 논문의 SRAM 스위칭 전력감소는 I/O의 bit width가 증가하면 더욱 더 중요해질 것으로 예상할 수 있다.