Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering (한국정보통신학회논문지)

The Korea Institute of Information and Commucation Engineering (한국정보통신학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of Subthreshold Swing for Oxide Thickness and Doping Distribution in DGMOSFET

산화막두께 및 도핑분포에 대한 DGMOSFET의 문턱전압이하 스윙분석

  • Received : 2011.06.08
  • Accepted : 2011.06.23
  • Published : 2011.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, the relationship of potential and charge distribution in channel for double gate(DG) MOSFET has been derived from Poisson's equation using Gaussian function. The relationship of subthreshold swing and oxide thickness has been investigated according to variables of doping distribution using Gaussian function, i.e. projected range and standard projected deviation, The analytical potential distribution model has been derived from Poisson's equation, and subthreshold swing has been obtained from this model for the change of oxide thickness. The subthreshold swing has been defined as the derivative of gate voltage to drain current and is theoretically minimum of 60 mS/dec, and very important factor in digital application. Those results of this potential model are compared with those of numerical simulation to verify this model. As a result, since potential model presented in this paper is good agreement with numerical model, the relationship of subthreshold swing and oxide thickness have been analyzed according to the shape of doping distribution.

본 연구에서는 이중게이트(Double Gate; DG)MOSFET의 채널내 전위와 전하분포의 관계를 가우스 함수를 이용한 포아송방정식으로부터 유도하고자 한다. 즉, 도핑분포는 가우스 함수를 이용하였으며 변수인 이온주입범위 및 분포편차에 대하여 문턱전압이하 스윙과 산화막 두께의 관계를 관찰하고자 한다. 포아송방정식으로부터 해석학적 전위분포 모델을 구하였으며 이를 이용하여 산화막 두께에 대한 문턱전압이하 스윙값의 변화를 구하였다. 문턱전압이하 스윙은 게이트전압에 대한 드레인전류의 변화를 나타내고 이론적으론 최소값 60 mV/dec을 나타내며 디지털소자응용에 매우 중요한 요소이다. 본 연구의 모델이 타당하다는 것을 입증하기 위하여 포텐셜 분포값을 수치해석학적 값과 비교하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 포텐셜모델이 수치해석학적 시뮬레이션모델과 매우 잘 일치하였으며 도핑분포에 따라 문턱전압이하 스윙과 산화막두께의 관계를 분석하였다.

Keywords

References

  1. S.Namana, S.Baishya and K.Koley," A Subthreshold Surface Potential Modeling of Drain/Source Edge Effect on Double Gate MOS Transistor," 2010 International Conference on Electronics and Information Engineering, vol. 1, pp.87-91, 2010.
  2. 정학기,"20nm이하 FinFET의 크기변화에 따른 서브문턱스윙분석," 한국해양정보통신학회 논문지, Vol.10, No.10,pp.1815-1821,2006.
  3. U.Monga, T.A.Fjeldly,"Compact Subthreshold Current Modeling of Short-Channel Nanoscale Double-Gate MOSFET," IEEE Tran. Electron Devices, Vol.56, No.7, pp.1533-1537, 2009. https://doi.org/10.1109/TED.2009.2021714
  4. P.K. Tiwari, S. Kumar, S. Mittal, V. Srivastava, U. Pandey and S. Jit, "A 2D Analytical Model of the Channel Potential and Threshold Voltage of Double-Gate(DG) MOSFETs with Vertical Gaussian Doping Profile," IMPACT-2009, pp.52-55, 2009.
  5. H.K.Jung, "Analysis of Doping Profile Dependent Threshold Voltage for DGMOSFET Using Gaussian Function,"한국해양정보통신학회 영문지, vol.9, no.3, pp.310-314, 2011.
  6. H.K.Jung and S.Dimitrijev,"Analysis of Subthreshold Carrier Transport for Ultimate DGMOSFET," IEEE Tran. Electron Devices, Vol.53, No.4, pp.685-691, 2006. https://doi.org/10.1109/TED.2006.870282
  7. Q.Chen, B.Agrawal and J.D.Meindl,"A Comprehensive Analytical Subthreshold Swing(S) Model for Double-Gate MOSFETs," IEEE Tran. Electron Devices, Vol.49, No.6, pp.1086-1092, 2002. https://doi.org/10.1109/TED.2002.1003757