• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제22권4호
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• pp.136-141
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• 2023

The continuous shrinking of transistors in integrated circuits leads to difficulties in improving performance, resulting in the emerging transistors such as nanosheet field-effect transistors. In this paper, we propose a TCAD-machine learning framework of nanosheet FETs to model the current-voltage characteristics. Sentaurus TCAD simulations of nanosheet FETs are performed to obtain a large amount of device data. A machine learning model of I-V characteristics is trained using the multi-layer perceptron from these TCAD data. The weights and biases obtained from multi-layer perceptron are implemented in a PSPICE netlist to verify the accuracy of I-V and the DC transfer characteristics of a CMOS inverter. It is found that the proposed machine learning model is applicable to the prediction of nanosheet field-effect transistors device and circuit performance.

• 전자공학회논문지
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• 제53권11호
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• pp.25-31
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• 2016

FinFET의 기생 커패시턴스와 기생저항은 회로의 고주파 성능을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 선행 연구에서 BSIM-CMG에 구현된 FinFET의 기생 커패시턴스와 저항 모델보다 더 정확한 압축 모델을 개발하였다. 모델의 정확도를 검증하고, FinFET으로 구현 가능한 RF 회로의 성능을 정확하게 예측하기 위해 $S_{21}$ 10dB 이상 중심 주파수 60GHz 이상을 갖는 Low Noise Amplifier (LNA) 에 설계하였다. 22 nm FinFET 소자의 압축모델에 기반한 HSPICE를 사용하여 예측한 회로 성능의 정확도를 검증하기 위해 3D TCAD simulator인 Sentaurus의 mixed-mode 기능을 사용하여 LNA를 시뮬레이션 하였다. TCAD 시뮬레이션 결과를 정확도 측정의 기준으로 삼아 10GHz~100GHz 대역에서 제안한 모델과 Sentaurus의 $S_{21}$을 비교한 결과 87.5%의 정확도를 달성하였다. 이는 기존의 BSIM-CMG의 기생성분으로 예측한 정확도가 56.5%도임에 비해 31% 향상된 정확도를 보여준다. 이를 통해 FinFET의 기생 성분 모델의 정확도를 RF 영역에서 확인하였고, 정확한 기생 저항과 커패시턴스 모델이 LNA 성능을 정확하게 예측하는데 중요한 것임을 확인하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2007년도 춘계종합학술대회
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• pp.544-547
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• 2007

본 연구에서는 Shallow trench isolation(STI)를 형성하기 위한 과정을 제시할 것이다. 소자간 분리를 위한 전통적인 방법으로 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 방식이 사용되어왔으나, 소자가 미세해짐에 따라 LOCOS 방식에서 나타나는 단차와 Birds Beak이라는 횡 방향의 산화에 의한 활성 영역의 손실을 무시할 수 없게 되어 새로운 소자 분리 방법이 필요하게 되었으며 이러한 요구에 의해 도입된 Isolation 기술이 Shallow Trench Isolation(STI) 기술이다. 다양한 etching options은 중요한 부분이다. 이 경우에 trench etching의 방향은 점점 좁아지는 측면을 경사지게 하면서 협곡을 만드는 효과적인 방법을 사용할 것이다. 본 연구에서는 좁은 협곡(Shallow trench)의 절반만 시뮬레이션 될 것이다. 만약 모든 협곡의 시뮬레이션을 필요로 한다면 다변의 etching은 사용될 수 있다. STI 공정의 핵심은 trench etch를 좁게하면서 반도체 소자를 어떻게 하면 잘 분리할 수 있는가에 있다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권6호
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• pp.712-717
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• 2014

The performance of npn SiGe HBT on thin film SOI is investigated at 32 nm technology node by applying body bias. An n-well is created underneath thin BOX to isolate the body biased SOI HBT from SOI CMOS. The results show that the HBT voltage gain and power gain can be programmed by applying body bias to the n-well. This HBT can be used in variable gain amplifiers that are widely used in the receiver chain of RF systems. The HBT is compatible with 32 nm FDSOI technology having 10 nm film thickness and 30 nm BOX thickness. As the breakdown voltage increases by applying the body bias, the SOI HBT with 3 V $V_{CE}$ has very high $f_tBV_{CEO}$ product (839 GHzV). The self heating performance of the proposed SOI HBT is studied. The high voltage gain and power gain (60 dB) of this HBT will be useful in designing analog/RF systems which cannot be achieved using 32 nm SOI CMOS (usually voltage gain is in the range of 10-20 dB).

• 전자공학회논문지
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• 제51권8호
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• pp.30-37
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• 2014

본 논문에서는 실제 공정을 반영한 FinFET의 게이트 저항 압축모델을 개발하였다. 삼차원 소자 시뮬레이터 Sentaurus를 사용하여, Y-parameter 해석 방법을 적용하여 게이트 저항을 추출하여 제안하는 모델을 검증하였다. FinFET 게이트의 전기장이 수평 수직 방향으로 형성됨을 고려하여 모델링함으로써, FinFET 게이트 저항의 비선형성을 반영하였다. 현재 제작되고 있는 FinFET에서 게이트가 두 물질(Tungsten, TiN)로 적층된 구조일 수 있음을 고려하여, 비저항이 서로 다른 물질을 적층 시킨 구조에 대한 압축 모델을 개발하였다. 제안하는 모델을 사용하여, 게이트의 기하학적 구조 변수 변화에 따른 게이트 저항이 최소가 되는 fin의 수를 제안하였다. BSIM-CMG에 제안하는 모델을 구현한 후, ring-oscillator를 설계하고, 게이트 저항이 고려되지 않았을 때와 고려되었을 때의 각단의 신호지연을 회로 시뮬레이터를 통해 비교하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제50권4호
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• pp.35-42
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• 2013

본 논문에서는 3차원 소자 시뮬레이터인 Sentaurus를 사용하여, spacer 및 selective epitaxial growth (SEG) 구조 등 공정적 요소를 고려한 22 nm 급 FinFET 구조에서 레이아웃에 따른 DC 및 AC 특성을 추출하여 아날로그 성능을 평가하고 개선방법을 제안한다. Fin이 1개인 FinFET에서 spacer 및 SEG 구조를 고려할 경우 구동전류는 증가하지만 아날로그 성능지표인 unity gain frequency는 total gate capacitance가 dominant하게 영향을 주기 때문에 동작 전압 영역에서 약 19.4 % 저하되는 것을 알 수 있었다. 구동전류가 큰 소자인 multi-fin FinFET에서 공정적 요소를 고려하지 않을 경우, 1-finger 구조를 2-finger로 바꾸면 아날로그 성능이 약 10 % 정도 개선되는 것으로 보이나, 공정적 요소를 고려 할 경우 multi-finger 구조의 게이트 연결방식을 최적화 및 gate 구조를 최적화 해야만 이상적인 아날로그 성능을 얻을 수 있다.

• 전기전자학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.214-219
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• 2014

본 논문에서는 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 기반으로 한 tilt-implanted trench Schottky diode(TITSD)를 제안한다. 4H-SiC 트랜치 쇼트키 다이오드(trench Schottky diode)에 형성되는 트랜치 측면에 경사 이온주입(tilt-implantation)을 하여 소자가 역저지 상태(reverse blocking mode)로 동작 시 trench insulator가 모든 퍼텐셜(potential)을 포함하는 구조를 제안하고, 그 특성을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. TITSD는 트랜치의 측면(sidewall)에 nitrogen을 $1{\times}10^{19}cm^{-3}$ 으로 도밍(doping) 하여 항복전압(breakdown voltage) 특성도 경사 이온주입을 하지 않았을 때와 같게 유지하면서 trench oxide insulator가 모든 퍼텐셜을 포함하도록 함으로써 termination area를 감소시켰다. 트랜치 깊이(trench depth)를 $11{\mu}m$로 깊게 하고 최적화된 폭(width)을 선택함으로써 2750V의 항복전압을 얻었고, 동급의 항복전압을 가진 가드링(guard ring) 구조보다 termination area를 38.7% 줄일 수 있다. 이에 대한 전기적 특성은 synopsys사의 TCAD simulation을 사용하여 분석하였으며, 그 결과를 기존의 구조와 비교하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제18권4호
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• pp.199-202
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• 2017

Silicon carbide (SiC) is being spotlighted as a next-generation power semiconductor material owing to the characteristic limitations of the existing silicon materials. SiC has a wider band gap, higher breakdown voltage, higher thermal conductivity, and higher saturation electron mobility than those of Si. When using this material to implement Schottky barrier diode (SBD) devices, SBD-state operation loss and switching loss can be greatly reduced as compared to that of traditional Si. However, actual SiC SBDs exhibit a lower dielectric breakdown voltage than the theoretical breakdown voltage that causes the electric field concentration, a phenomenon that occurs on the edge of the contact surface as in conventional power semiconductor devices. Therefore in order to obtain a high breakdown voltage, it is necessary to distribute the electric field concentration using the edge termination structure. In this paper, we designed an edge termination structure using a field plate structure through oxide etch angle control, and optimized the structure to obtain a high breakdown voltage. We designed the edge termination structure for a 650 V breakdown voltage using Sentaurus Workbench provided by IDEC. We conducted field plate experiments. under the following conditions: $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, and $75^{\circ}$. The experimental results indicated that the oxide etch angle was $45^{\circ}$ when the breakdown voltage characteristics of the SiC SBD were optimized and a breakdown voltage of 681 V was obtained.

• 전기전자학회논문지
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• 제26권1호
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• pp.50-55
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• 2022

SiC는 차세대 전력반도체의 핵심 재료로 넓은 밴드갭과 높은 절연파괴강도, 열전도율을 가지고 있지만 deep level defect와 같은 다양한 문제를 야기하는 결함이 존재한다. SiC에서 나타나는 defect는 물성에서 나타나는 defect와 계면에서 나타나는 interface trap 2가지로 나뉜다. 본 논문은 상온 (300 K)에서 보고되는 Z_1/2 trap concentration 0 ~ 9×10¹⁴ cm^-3을 SiC substrate와 epi layer에 적용하여 turn-on 특성을 알아보고자 한다. 전류밀도와 SRH(Shockley-Read-Hall), Auger recombination을 통해 구조 내 재 결합률을 확인하였다. trap concentration이 증가할수록 turn-on시 전류밀도와 재 결합률은 감소하며 Ron은 0.004에서 0.022 mΩ으로 약 550% 증가하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권4호
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• pp.413-417
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• 2023

Gallium Oxide (Ga₂O₃) is preferred as a material for next generation power semiconductors. The Ga₂O₃ should solve the disadvantages of low thermal resistance characteristics and difficulty in forming an inversion layer through p-type ion implantation. However, Ga₂O₃ is difficult to inject p-type ions, so it is being studied in a heterojunction structure using p-type oxides, such as NiO, SnO, and Cu₂O. Research the lateral-type FET structure of NiO/Ga₂O₃ heterojunction under the Gate contact using the Sentaurus TCAD simulation. At this time, the VG-ID and VD-ID curves were identified by the thickness of the Epi-region (channel) and the doping concentration of NiO of 1×10¹⁷ to 1×10¹⁹ cm-3. The increase in Epi region thickness has a lower threshold voltage from -4.4 V to -9.3 V at I_D = 1×10^-8 mA/mm, as current does not flow only when the depletion of the PN junction extends to the Epi/Sub interface. As an increase of NiO doping concentration, increases the depletion area in Ga₂O₃ region and a high electric field distribution on PN junction, and thus the breakdown voltage increases from 512 V to 636 V at I_D =1×10^-3 A/mm.