본 논문에서는 1.9 GHz대의 down converting 믹서를 능동 cascode 구조의 MMIC로 상용 설계 툴을 이용하고 일반적인 증폭기의 설계 방법을 응용한 시뮬레이션을 통하여 설계, 제작, 측정 및 분석하였다. 본 연구에서는 특히 능동 믹서의 설계과정 및 측정 결과를 자세히 기술하였다. 본 연구에서 사용된 능동소자는 Gate Length 0.5 ${\mu}$m, Gate Width 300 ${\mu}$m 인 GaAs MESFET이다. 개발된 회로는 3V 의 전원의 7.5 mA 의 전류를 소모하는 저전력소모의 MMIC 능동믹서로 변환 이득이 6.63 dB 이고 최저 잡음지수는 5.06 dB이며 Output $3^{rd}$ Order Intercept Point는 6.4 dBm 이다. 제작된 칩의 크기는 가로 1.86 mm 세로 1.28 mm 이다.
MOS 트랜지스터의 채널이 짧아짐에 따라 threshold 전압과 punchthrough 전압이 감소하는 현상을 실리콘 게이트 NMOS 기술로 제작한 소자로써 실험적으로 관찰하였다. 또한 게이트 산화막의 두께를 50nm와 70nm로 감소시키고 보론(boron)을 임플랜트한 소자를 제작하여 게이트 산화막의 두께와 서브스트레이트의 불순물의 농도가 threshold 전압과 Punchthrough 전압의 감소에 미치는 영향을 측정하였다. 또 채널의 길이가 3㎛인 소자에 대하여 hot-electron의 방출을 플로우팅 게이트 패준 방법에 의하여 측정하였으며 그 결과 채널의 길이가 3㎛까지는 hot-electron의 방출은 문제가 되진 않음을 관찰하였다.
본 연구에서는 이중게이트 MOSFET에서 스켈링 이론에 대한 문턱전압이하 스윙을 분석하였다. 포아송방정식의 해석학적 전위분포를 구하기 위하여 가우스 전하분포를 이용하였다. 문턱전압이하 스윙의 저하와 같은 단채널 효과를 분석하기 위하여 스켈링이론이 사용되었으며 이중게이트 MOSFET의 특성상 두 개의 게이트 효과를 포함하기 위하여 일반적인 스켈링 이론을 수정하였다. 게이트길이에 대한 스켈링인자가 일반적인 스켈링인자의 1/2일 때 문턱전압이하 스윙의 저하현상이 매우 빠르게 감소하였으며 가우스함수의 이온주입범위 및 분포편차도 문턱전압이하 스윙에 영향을 미치는 것을 알았다.
본 연구에서는 측정된 S-파라미터를 사용하여 드레인-소스 전압 Vds에 무관한 게이트-소스 overlap 캐패시턴스를 추출하고, 이를 바탕으로 deep-submicron MOSFET의 Vds 종속 게이트-벌크 캐패시턴스 곡선을 추출하는 RF 방법이 새롭게 개발 되었다. 추출된 캐패시턴스 값들을 사용한 등가회로 모델과 측정된 데이터가 잘 일치하는 것을 관찰함으로써 추출방법의 정확도가 검증되었다. 추출된 데이터로부터 overlap과 depletion 길이의 Vds 종속 곡선이 얻어졌으며, 이를 통해 drain 영역의 채널 도핑 분포를 실험적으로 측정하였다.
Sub-$0.1{\mu}m$로 스케일이 감소함에 따라 기생 저항 효과가 크게 발생되는 dc Ids 측정 데이터 없이 측정 S-파라미터로부터 얻어진 RF Ids를 사용하여 벌크 MOSFET의 포화영역에서 게이트 전압 종속 유효 캐리어 속도를 추출하는 새로운 방법이 개발되었다. 이 방법은 바이어스 종속 기생 게이트-소스 캐패시턴스와 유효 채널 길이의 복잡한 추출 없이 포화영역의 유효 캐리어 속도를 추출할 수 있게 한다. 이러한 RF 기술을 사용하여 벌크 포화 속도를 초과하는 전자 속도 overshoot 현상이 $0.065{\mu}m$ 게이트 길이의 벌크 N-MOSFET에서 관찰되었다.
현재 폭넓게 이용되고 있는 STI (Shallow Trench Isolation) 공정에서 active edge 부분에 발생하는 기생 transistor의 subthreshold hump 특성을 제어하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 일반적으로 STI 공정을 이용하는 MOSFET에서 active edge 부분의 얇게 형성된 gate oxide, sharp한 active edge 형성, STI gap-fill 공정 중에 생기는 channel dopant out-diffusion은 subthreshold hump 특성의 주된 요인이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 active edge rounding process와 channel dopant compensation의 implantation을 이용하여 subthresold hump 특성 개선을 연구하였다. 본 연구는 STI 공정에 필요한 wafer와 phosphorus를 함유한 wafer를 한 chamber 안에서 auto-doping하는 방법을 이용하여 subthresold hump 특성을 구현하였다. phosphorus를 함유한 wafer에서 빠져나온 phosphorus가 STI 공정중인 wafer로 침투하여, active edge 부분의 channel dopant인 boron 농도를 상대적으로 낮춰 active edge 부분의 가 감소하고 leakage current를 증가시킨다. transistor의 channel length, gate width이고, wafer#No가 클수록 phosphorous를 함유한 wafer까지의 거리는 가까워진다. wafer #01은 hump 특성이 없고, wafer#20은 에서 심한 subthreshold hump 특성을 보였다. channel length 고정, gate width를 ~으로 가변하여 width에 따른 영향을 실험하였다. active 부분에 대한 SCM image로 확인된 phosphorus에 의한 active edge 부분의 boron 농도 감소와 gate width vs curve에서 확인된 phosphorus에 의한 감소가 narrow width로 갈수록 커짐을 확인하였다.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제4권2호
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pp.94-99
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2004
silicided 50-nm-gate-length n-type Schottky barrier metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (SB-MOSFETs) with 5 nm gate oxide thickness are manufactured. The saturation current is $120{\mu}A/{\mu}m$ and on/off-current ratio is higher than $10^5$ with low leakage current less than $10{\mu}A/{\mu}m$. Novel phenomena of this device are discussed. The increase of tunneling current with the increase of drain voltage is explained using drain induced Schottky barrier thickness thinning effect. The abnormal increase of drain current with the decrease of gate voltage is explained by hole carrier injection from drain into channel. The mechanism of threshold voltage increase in SB-MOSFETs is discussed. Based on the extracted model parameters, the performance of 10-nm-gate-length SB-MOSFETs is predicted. The results show that the subthreshold swing value can be lower than 60 mV/decade.
본 논문에서는 로드-풀을 이용하여 X-band에서 on-Wafer 상태의 GaN HEMT 소자에 대한 성능을 분석하고 분석한 결과를 바탕으로 최적의 임피던스 점을 분석하였다. 패키징 하기 전 on-Wafer 상태에 있는 반도체 소자의 최적의 임피던스 분석을 통해 소자 자체에서 최적의 성능을 내는 방안을 제안하였다. Gate length가 0.25um이고 Gate Width가 각각 400um, 800um인 소자에 대한 최적의 임피던스를 선정하여 성능을 분석한 결과, 400um는 $P_{sat}$=33.16dBm(2.06W), PAE=67.36%, Gain=15.16dBm의 성능을 가지며, 800um는 $P_{sat}$=35.9 dBm(3.9W), PAE=69.23%, Gain=14.87dB의 성능을 보였다.
We have studied PHEMTs optimization by means of fabrication of PHEMTs. All PHEMTs have been fixed with a gate length of 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$, a gate head size of 0.75${\mu}{\textrm}{m}$, and two gate fingers. We have measured the characteristics of PHEMTs with variation of source-drain spacing, pad size, and gate width. As a result, we have found the enhanced characteristics of $I_{dss}$, $S_{21}$, $h_{21}$, $f_{T}$, $f_{max}$, and $G_{ms}$ with increasing gate width. Also, $g_{m}$ has improved with decreasing source-drain spacing, and $S_{21}$ has improved with deceasing pad size.e.e.e.e.
One set of MMIC library has been developed using gate recess etching by spin processor. It is superior than that of dipping Method in the uniformity and the reproducibility of gate recess. A DC characteristics of p-HEMT have a uniform characteristics in the whole wafer than that of dipping method. The low noise p-HEMT with the $0.6{\mu}m$ and $200{\mu}m$ of gate length and gate width, respectivily, has a uniform characteristics of Idss 130~145 mA, conductances 190~220mS/nm, and threshold voltage -0.7~-1.1V in the drain voltage of 2V.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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