In this paper, we present a highly-sensitive gate/body-tied (GBT) metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET)-type photodetector using multi-finger structure whose photocurrent increases in proportion to the number of fingers. The drain current that flows through a MOSFET using multi-finger structure is proportional to the number of fingers. This study intends to confirm that the photocurrent of a GBT MOSFET-type photodetector that uses the proposed multi-finger structure is larger than the photocurrent per unit area of the existing GBT MOSFET-type photodetectors. Analysis and measurement of a GBT MOSFET-type photodetector that utilizes a multi-finger structure confirmed that photocurrent increases in ratio to the number of fingers. In addition, the characteristics of the photocurrent in relation to the optical power were measured. In order to determine the influence of the incident the wavelength of light, the photocurrent was recorded as the incident the wavelength of light varied over a range of 405 to 980 nm. A highly-sensitive GBT MOSFET-type photodetector with multi-finger structure was designed and fabricated by using the Taiwan semiconductor manufacturing company (TSMC) complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) 0.18 um 1-poly 6-metal process and its characteristics have been measured.
In this paper, we investigate three different types of multi-fingered layout nMOSFET devices with varying $W_f$(unit finger width) and $N_f$(number of finger). Using layout modification, we improve $f_T$(current gain cutoff frequency) value of 15GHz without scaling down, and moreover, we decrease $NF_{min}$(minimum noise figure) by 0.23dB at 5GHz. The RF noise can be reduced by increasing $f_T$, choosing proper finger width, and reducing the gate resistance. For the same total gate width using multi-fingered layout, the increase of finger width shows high $f_T$ due to the reduced parasitic capacitance. However, this does not result in low $NF_{min}$ since the gate resistance generating high thermal noise becomes larger under wider finger width. We can obtain good RF characteristics for MOSFETs by using a layout optimization technique.
Acupuncture-like transcutaneous electrical nerve stimulation(ALTENS) on acupuncture site(dorsal and ventral side of finger) were compared with a placebo site(forearm) by infrared thermal imaging. Six disease-free volunteers underwent, on different days, an ALTENS treatment and a placebo treatment in a cross-over sequences of stimulation control and inhibition control in excess of 50 treatments. ALTENS treatments were given at 30Hz at an intensity just below pain threshold delivered to acupuncture points on fingers. Placebo stimulations were administered in similar manner. After every thirty minutes of ALTENS and placebo treatment with stimulation, inhibition control sequence and vice versa, we examined whole body infrared thermal imaging and checked changed skin temperature on frontal, anterior chest, upper and lower abdomen, dorsal and ventral aspect of hand, thoracic and lumbar area, anterior and posterior aspect of lower leg. There were significant skin temperature elevations with ALTENS treatment, especially finger control gate corresponding organ area. Placebo treatment revealed no skin temperature change. We concluded that ALTENS on finger control gate influence physiologic state as opposed to conventional electric stimulation.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제15권2호
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pp.312-317
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2015
In this paper, the RF characteristics of multi-finger MOSFETs were improved by decreasing the parasitic capacitance in spite of increased gate resistance in a 90-nm CMOS technology. Two types of device structures were designed to compare the parasitic capacitance in the gate-to-source ($C_{gs}$) and gate-to-drain ($C_{gd}$) configurations. The radio frequency (RF) performance of multi-finger MOSFETs, such as cut-off frequency ($f_T$) and maximum-oscillation frequency ($f_{max}$) improved by approximately 10% by reducing the parasitic capacitance about 8.2% while maintaining the DC performance.
본 연구에서는 MOSFET의 RF 성능을 극대화하기 위해 단위 게이트 finger 폭($W_u$)에 대한 $f_T$ 및 $f_{max}$의 종속데이터를 측정하고 이 결과를 소신호 모델 파라미터들을 추출함으로써 새롭게 분석하였다. 이러한 물리적 분석결과로 $f_T$의 최대값이 존재하는 원인은 좁은 $W_u$에서 $W_u$에 무관한 parasitic gate-bulk capacitance와 넓은 $W_u$에서 트랜스컨덕턴스의 증가율이 감소하는 wide width effect에 의한 것임을 알 수 있다. 또한, $f_{max}$의 최대값은 게이트저항이 좁은 $W_u$에서 크게 줄어들고 넓은 $W_u$에서 점점 일정하게 되는 non-quasi-static effect에 의해 발생된다는 사실이 밝혀졌다.
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.
본 연구에서는 common source-bulk와 common source-gate 테스트 구조에서 측정된 S-파라미터를 사용하여 multi-finger RF MOSFET의 기판 파라미터들을 정확하게 추출하였다. 이 추출 방법을 바탕으로 세 개의 기판저항을 사용한 비대칭 RF 모델이 하나의 기판저항을 사용한 단순 모델보다 측정된 Y-파라미터 데이터와 더 잘 일치하는 것을 관찰하였으며, 이는 비대칭 기판 모델의 정확도를 증명한다. 또한 비대칭 RF 모델의 시뮬레이션 S-파라미터가 측정 데이터와 20GHz까지 잘 일치하는 것을 확인하였다.
In this paper, we have developed a general purpose motion controller using an FPGA(Field Programmable Gate Array). The multi-PID controllers on a single chip are implemented as a system-on-chip for multi-axis motion control. We also develop a PC GUI for an efficient interface control. Comparing with the commercial motion controller LM 629 it has multi-independent PID controllers so that it has several advantages such as space effectiveness, low cost and lower power consumption. In order to test the performance of the proposed controller, robot finger is controlled. The robot finger has three fingers with 2 joints each. Finger movements show that position tracking was very effective. Another experiment of balancing an inverted pendulum on a cart has been conducted to show the generality of the proposed FPGA PID controller. The controller has well maintained the balance of the pendulum.
다양한 게이트 핑거 수(Nf)의 MOSFET에 대한 두 종류의 입력 저항이 $S_{11}$-parameter와 $Z_{11}$-parameter으로부터 변환 되어 저주파 영역에서 측정되었다. 본 연구에서 사용된 $Nf{\leq}64$의 범위에서 $S_{11}$-parameter로부터 추출된 1/Nf 종속 입력저항은 $Z_{11}$-parameter로부터 추출된 입력 저항보다 훨씬 낮은 값을 보여주며, 이러한 1/Nf 종속성은 MOSFET의 등가회로로부터 유도된 Nf 종속 비선형 방정식으로부터 이론적으로 증명하였다.
Hot carrier 현상으로 인한 0.8㎛ RF NMOSFET의 성능저하 현상을 일반적인 소자 열화 메커니즘을 이용하여 분석하였다. 게이트 finger가 하나인 기존의 소자 열화 모델을 게이트가 multi finger인 RF NMOSFET에 적용할 수 있었다. Hot carrier 스트레스 후의 차단 주파수와 최대 주파수 감소 현상은 transconductance 감소와 출력 드레인 전도도의 증가로 해석할 수 있었다. Hot carrier로 인한 DC 특성 열화와 RF 특성 열화의 상관관계를 구하였으며 이를 이용하여 DC 특성 열화를 측정하므로 RF 특성 열화를 예측할 수 있게 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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