A Study on the Reduction of Current Kink Effect in NMOSFET SOI Device

NMOSFET SOI 소자의 Current Kink Effect 감소에 관한 연구

Thin film SOI(Silicon-on-insulator) device offer unique advantages such as reduction in short channel effects, improvement of subthreshold slope, higher mobility, latch-up free nature, and so on. But these devices exhibit floating-body effet such as current kink which inhibits the proper device operation. In this paper, the SOI NMOSFET with a T-type gate structure is proposed to solve the above problem. To simulate the proposed device with TSUPREM-4, the part of gate oxide was considered to be 30nm thicker than the normal gate oxide. The I-V characteristics were simulated with 2D MEDICI. Since part of gate oxide has different oxide thickness, the gate electric field strength is not same throughout the gate and hence the impact ionization current is reduced. The current kink effect will be reduced as the impact ionization current drop. The reduction of current kink effect for the proposed device structure were shown using MEDICI by the simulation of impact ionization current, I-V characteristics, and hole current distribution.

박막의 SOI(Silicon-On-Insulator) 소자는 짧은 채널 효과(short channel effect), subthreshold slope의 개선, 이동도 향상, latch-up 제거 등 많은 이점을 제공한다. 반면에 이 소자는 current kink effect와 같이 정상적인 소자 동작에 있어 주요한 저해 요소인 floating body effect를 나타낸다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 T-형 게이트 구조를 갖는 SOI NMOSFET를 제안하였다. T-형 게이트 구조는 일부분의 게이트 산화막 두께를 다른 부분보다 30nm 만큼 크게 하여 TSUPREM-4로 시뮬레이션 하였으며, 이것을 2D MEDICI mesh를 구성하여 I-V 특성 시뮬레이션을 시행하였다. 부분적으로 게이트 산화층의 두께가 다르기 때문에 게이트 전계도 부분적으로 차이가 발생되어 충격 이온화 전류의 크기도 줄어든다. 충격 이온화 전류가 감소한다는 것은 current kink effect가 감소하는 것을 의미하며, 이것을 MEDICI 시뮬레이션을 통해 얻어진 충격 이온화 전류 곡선, I-V 특성 곡선과 정공 전류의 분포 형태를 이용하여 제안된 구조에서 current kink effect가 감소됨을 보였다.