• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
• /
• v.43 no.4 s.346
• /
• pp.23-30
• /
• 2006

This paper describes the short-channel effect(SCE), corner effect of nano-scale MuGFETs(Multiple-Gate FETs) by three-dimensional simulation. We can extract the equivalent gate number of MuGFETs(Double-gate=2, Tri-gate=3, Pi-gate=3.14, Omega-gate=3.4, GAA=4) by threshold voltage model. Using the extracted gate number(n) we can calculate the natural length for each gate devices. We established a scaling theory for MuGFETs, which gives a optimization to avoid short channel effects for the device structure(silicon thickness, gate oxide thickness). It is observed that the comer effects decrease with the reduction of doping concentration and gate oxide thickness when the radius of curvature is larger than 17 % of the channel width.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.565-565
• /
• 2012

그래핀(Graphene) 기반의 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor) 응용에 있어, 가장 핵심적인 도전과제중 하나는 에너지 밴드갭(Energy bandgap)을 갖는 그래핀 채널의 제작이다. 그래핀은 에너지 밴드갭이 존재하지 않는 반금속(semi metal)의 특성을 지니고 있어, 그 본래의 물리적 특성을 지니고서는 소자구현에 어려움이 있다. 그러나 폭이 수~수십 나노미터인 그래핀 나노리본(Graphene nanoribbon)의 경우 양자구속효과(Quantum confinement effect)에 의하여 에너지 밴드갭이 형성되며, 갭의 크기는 리본의 폭에 반비례한다는 연구결과가 보고된 바 있다. 이러한 이유에서, 효과적이며 실현가능한 그래핀 나노리본의 제작은 필수적이다. 본 연구에서는 은 나노 와이어(Ag nanowire)를 기반으로 한 그래핀 나노리본의 합성을 연구하였다. 은 나노와이어를 열화학 기상증착법(Thermal chemical vapor deposition)을 이용, 아세틸렌(Acetylene, C2H2) 가스를 탄소공급원으로 하여 그래핀을 나노와이어 표면에 합성하였다. 합성과정에서 구조에 영향을 미치는 요인인 합성온도와 가스의 비율, 압력 등을 조절하여 최적화된 합성조건을 확립하였다. 합성된 나노리본의 특성을 라만분광법(Raman spectroscopy)과 주사전자 현미경(Scanning electron microscopy), 투과전자현미경(Transmission electron microscopy), 원자힘 현미경(Atomic force microscopy)를 통하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.08a
• /
• pp.403-403
• /
• 2012

그래핀(graphene)은 우수한 전기적, 물리적인 특성을 지닌 물질로써 다양한 분야에서 이를 활용하려는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 그중 그래핀을 채널로 이용하는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)로의 응용에 있어, 가장 핵심적인 도전과제는 전하농도(carrier concentration)의 제어 및 에너지 밴드갭(energy bandgap) 형성이라 할수 있다. 최근 다양한 물질을 이용한 도핑을 통해 이를 해결하기 위한 노력들이 진행되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition)을 통해 합성된 단일층의 그래핀에 염화니켈 나노입자의 분산액을 스핀코팅 한후 열처리를 통해 그래핀-니켈 나노입자의 하이브리드 구조를 제작하였다. 제작된 그래핀-니켈 나노입자 하이브리드 물질의 구조적 특징을 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope)과 원자힘 현미경(Atomic force microscopy)을 통하여 확인하였다. 또한 니켈 분산액의 농도와 도핑효과 와의 상관관계를 라만분광법(Raman spectroscopy)과 이온성 용액법(Ionic liquid)을 이용한 전계효과 특성분석을 통해 조사하였다. 나노입자의 형성 메커니즘은 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)을 통하여 규명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2012.02a
• /
• pp.142-142
• /
• 2012

최근 반도체 산업의 발전과 동시에 소자의 집적화에 따른 단채널 효과가 문제되고 있다. 채널 영역에 대한 게이트 영역의 제어능력이 떨어지면서 누설전류의 증가, 문턱전압의 변화가 발생하며, 이를 개선하기 위해 이중게이트 혹은 다중게이트 구조의 트랜지스터가 제안되었다. 하지만 채널길이가 수십나노미터 영역으로 줄어듦에 따라 소스/드레인과 채널간의 접합형성이 어렵고, 고온에서 열처리 과정을 거칠 경우 채널의 유효길이를 제어하기 힘들어진다. 최근에 제안된 Junctionless 트랜지스터의 경우, 소스/드레인과 채널간의 접합이 없기 때문에 접합형성 시 발생하는 공정상의 문제뿐만 아니라 누설전류영역을 개선하며, 기존의 CMOS 공정과 호환되는 이점이 있다. 한편, 집적화되는 반도체 기술에 따라, 동작 시 발생하는 스트레스가 소자의 신뢰성에 중요한 요인으로 작용하게 되며, 현재 Junctionless 트랜지스터의 신뢰성 특성에 관한 연구가 부족한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 Junctionless 트랜지스터의 NBTI 특성과 hot carrier effect에 의한 신뢰성 특성을 분석하였다. Junctionless 트랜지스터의 경우, 축적모드로 동작하기 때문에 스트레스에 의해 유기되는 캐리어의 에너지가 낮다. 그 결과, 반전모드로 동작하는 Junction type의 트랜지스터에 비해 스트레스에 의한 subthreshold swing 기울기의 열화와 문턱전압의 이동이 감소하였다. 또한 소스/드레인과 채널간의 접합이 없기 때문에 hot carrier effect에 의한 게이트 절연막 및 계면에서의 열화가 개선되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.185-185
• /
• 2013

반도체 트랜지스터의 집적화 기술이 발달하고 소자가 나노미터 크기로 집적화 됨에 따라 문턱 전압의 변동, 높은 누설 전류, 문턱전압 이하에서의 기울기의 열화와 같은 단 채널 효과가 문제되고 있다. 이러한 문제점들은 비 휘발성 플래시 메모리에서 메모리 윈도우의 감소에 따른 retention 특성을 저하시킨다. 이중 게이트 구조의 metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs)은 이러한 단 채널 효과 중에서도 특히 문턱 전압의 변동을 억제하기 위해 제안되었다. 이중 게이트 MOSFETs는 상부 게이트와 하부 게이트 사이의 capacitive coupling을 이용하여 문턱전압의 변동의 제어가 용이하다는 장점을 가진다.기존의 플래시 메모리는 쓰기 및 지우기 (P/E) 동작, 그리고 읽기 동작이 채널 상부의 컨트롤 게이트에 의하여 이루어지며, 메모리 윈도우 및 신뢰성은 플로팅 게이트의 전하량의 변화에 크게 의존한다. 이에 따라 메모리 윈도우의 크기가 결정되고, 높은 P/E 전압이 요구되며, 터널링 산화막에 인가되는 높은 전계에 의하여 retention에서의 메모리 윈도우의 감소와 산화막의 물리적 손상을 초래하기 때문에 신뢰성 및 수명을 열화시키는 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는, 상부 게이트 산화막과 하부 게이트 산화막 사이의 capacitive coupling 효과에 의하여 하부 게이트로 읽기 동작을 수행하면 메모리 윈도우를 크게 증폭시킬 수 있고, 이에 따라 동작 전압을 감소시킬 수 있는 이중 게이트 구조의 플래시 메모리를 제작하였다. 그 결과, capacitive coupling 효과에 의하여 크게 증폭된 메모리 윈도우를 얻을 수 있음을 확인하였고, 저전압 구동 및 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2009.06a
• /
• pp.432-432
• /
• 2009

본 연구에서는 HW-PLD(Hot-walled Pulsed Laser Deposition) 법을 이용하여 ZnO 나노와이어를 $Al_2O_3$ 기판 위에 성장하였다. 성장된 ZnO 나노와이어는 SEM, XRD, PL 분석을 통하여 구조적 특성을 확인하였으며, 성장된 나노와이어를 photolithography 공정을 통하여 FET(Field Effect Transistor)소자를 제작하였다. 제작된 소자의 I-V 특성 측정 결과 Ti/Au 전극과 ZnO nanowire 채널 간에 ohmic 접합이 형성된 것을 확인하였으며 게이트 전압의 증가에 따라 소스와 드레인 사이의 전류가 증가하는 전형적인 n-type FET소자 특성을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
• /
• 2008.05a
• /
• pp.709-712
• /
• 2008

본 연구에서는 이중게이트 MOSFET 제작시 가장 중요한 요소인 채널도핑농도가 전송특성에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 이를 위하여 분석학적 전송모델을 사용하였으며 분석학적 모델을 유도하기 위하여 포아슨방정식을 이용하였다. 나노구조 이중게이트 MOSFET에서 문턱전압이하의 전류전도에 영향을 미치는 열 방사전류와 터널링전류에 대하여 분석하였으며 본 연구의 모델이 타당하다는 것을 입증하기 위하여 서브문턱스윙값과 채널도핑농도의 관계를 이차원 시뮬레이션 값과 비교하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 전송특성모델이 이차원 시뮬레이션모델과 매우 잘 일치하였으며 이중게이트 MOSFET의 구조적 파라미터에 따라 전송특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.130-130
• /
• 2011

최근 반도체 메모리 산업의 발전과 동시에 발생되는 문제들을 극복하기 위한 새로운 기술들이 요구되고 있다. DRAM (dynamic random access memory) 의 경우, 소자의 크기가 수십 나노미터 영역으로 줄어들면서, 단채널 효과에 의한 누설전류와 소비전력의 증가 등이 문제가 되고 있다. 하나의 캐패시터와 하나의 트랜지스터로 구성된 기존의 DRAM은, 소자의 집적화가 진행 되어 가면서 정보저장 능력이 감소하는 것을 개선하기 위해, 복잡한 구조의 캐패시터 영역을 요구한다. 이에 반해 하나의 트랜지스터로 구성되어 있는 1T-DRAM의 경우, 캐패시터 영역이 없는 구조적인 이점과, SOI (silicon-on-insulator) 구조의 기판을 사용함으로써 뛰어난 전기적 절연 특성과 기생 정전용량의 감소, 그리고 기존 CMOS (complementary metal oxide semiconductor) 공정과의 호환성이 장점이다. 또한 새로운 물질 혹은 구조를 적용하여, 개선된 전기적 특성을 통해 1T-DRAM의 메모리 특성을 향상 시킬 수 있다. 본 연구에서는, SOI와 SGOI (silicon-germanium-on-insulator) 및 sSOI (strained-si-on-insulator) 기판을 사용한 MOSFET을 통해, strain 효과에 의한 전기적 특성 및 메모리 특성을 평가 하였다. 그 결과 strained-Si층과 relaxed-SiGe층간의 tensile strain에 의한 캐리어 이동도의 증가를 통해, 개선된 전기적 특성 및 메모리 특성을 확인하였다. 또한 채널층의 결함이 적은 sSOI 기판을 사용한 1T-DRAM에서 가장 뛰어난 특성을 보였다.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
• /
• v.45 no.4
• /
• pp.49-56
• /
• 2008

This paper introduces a compact analytical current conduction model of long-channel depletion-mode n-type nanowire field-effect transistors (NWFETs). The NWFET used in this work was fabricated with the bottom-up process and it has a bottom-gate structure. The model includes all current conduction mechanisms of the NWFET operating at various bias conditions. The results simulated from the newly developed NWFET model reproduce a reported experimental results within a 10% error.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
• /
• v.41 no.6
• /
• pp.1-7
• /
• 2004

We performed two-dimensional (20) computer-based modeling and simulation of FinFET by solving the coupled Poisson-Schrodinger equations quantum-mechanically in a self-consistent manner. The simulation results are carefully investigated for FinFET with gate length(Lg) varying from 10 to 80nm and with a Si-fin thickness($T_{fin}$) varying from 10 to 40nm. Current-voltage (I-V) characteristics are compared with the experimental data. Device optimization has been performed in order to suppress the short-channel effects (SCEs) including the sub-threshold swing, threshold voltage roll-off, drain induced barrier lowering (DIBL). The quantum-mechanical simulation is compared with the classical appmach in order to understand the influence of the electron confinement effect. Simulation results indicated that the FinFET is a promising structure to suppress the SCEs and the quantum-mechanical simulation is essential for applying nano-scale device structure.