본 논문에서는 고주파에서 동작하는 공핍형 SOI MOSFET의 드레인 전류가 유도성 기생성분에 의해서 응답지연이 일어나는 것을 처음으로 확인하였다. 공핍형 SOI MOSFET는 드레인전압 변동에 따른 드레인전류의 응답지연이 발생하기 때문에 일반적인 MOSFET 고주파모델로는 해석할 수가 없다. 이러한 응답지연은 non-quasi-static 효과로 설명될 수 있으며 SOI MOSFET에서는 일반적인 MOSFET에 비해 유도성 기생성분에 의해 응답지연이 크게 발생하게 된다. 본 논문에서 제시한 고주파모델을 이용하여 공핍형 SOI MOSFET의 드레인 응답지연을 잘 표현하는지 확인한다.
매몰 산화층 밑의 실리콘 기판에 자기정렬 방법으로 ground plane 전극을 만든 SOI MOSFET의 단채널 현상과 Punchthrough 특성을 측정·분석하였다. 채널 길이가 $0.2{\mu}m$ 이하의 소자에서는 GP-SOI 소자가 FD-SOI 소자보다 채널 길이에 따른 문턱전압 저하 및 subthreshold swing이 작고 DIBL 현상이 크게 개선됨을 알 수 있었다. 기판전압에 따른 문턱전압 특성으로부터 GP-SOI 소자의 body factor가 FD-SOI 소자보다 큰 것을 알 수 있었다. 그리고 punchthrough 전압 특성으로부터 GP-SOI 소자의 punchthrough 전압이 FD-SOI 소자보다 큰 것을 알 수 있었다.
SOI MOSFET를 이용하여 5GHz대역 저잡음 증폭기를 설계하였다. 잡음특성을 향상시키기 위해 공핍형 SOI-MOSFET를 사용하였고, 저전압에서 동작시키기 위해 소스접지와 게이트접지 증폭기를 연결한 2단형으로 설계 하였다. 제작된 LNA는 5.5GHz에서 이득이 21dB, S11이 -10dB이하, 소비전력 8.3mW의 결과를 얻었으며 잡음지수는 공핍형 저잡음 증폭기가 1.7dB로 일반형보다 0.3dB 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 이 같은 결과로 공핍형 SOI MOSFET를 사용함으로써 보다 잡음특성이 우수한 CMOS LNA를 설계 할 수 있음을 확인하였다.
The Pseudo MOSFET measurements technique has been used for the electrical characterization of the nano SOI wafer. Silicon islands for the Pseudo MOSFET measurements were fabricated by selective etching of surface silicon film with dry or wet etching to examine the effects of the etching process on the device properties. The characteristics of the Pseudo MOSFET were not changed greatly in the case of thick SOI film which was 205 nm. However the characteristics of the device were dependent on etching process in the case of less than 100 nm thick SOI film. The sub 100 nm SOI was obtained by thinning the silicon film of standard thick SOI wafer. The thickness of SOI film was varied from 88 nm to 44 nm by chemical etching. The etching process effects on the properties of pseudo MOSFET characteristics, such as mobility, turn-on voltage, and drain current transient. The etching Process dependency is greater in the thinner SOI wafer.
본 연구에서는 고온에서 Schottky barrier SOI nMOS 및 pMOS의 전류-전압 특성을 분석하기 위해서 Er 실리사이드를 갖는 SB-SOI nMOSFET와 Pt 실리사이드를 갖는 SB-SOI pMOSFET를 제작하였다. 게이트 전압에 따른 SB-SOI nMOS 및 pMOS의 주된 전류 전도 메카니즘을 온도에 따른 드레인 전류 측정 결과를 이용하여 설명하였다. 낮은 게이트 전압에서는 온도에 따라 열전자 방출 및 터널링 전류가 증가하므로 드레인 전류가 증가하고 높은 게이트 전압에서는 드리프트 전류가 감소하여 드레인 전류가 감소하였다. 고온에서 ON 전류가 증가하지만 드레인으로부터 채널영역으로의 터널링 전류 증가로 OFF 전류가 더 많이 증가하게 되므로 ON/OFF 전류비는 감소함을 알 수 있었다. 그리고 SOI 소자나 bulk MOSFET 소자에 비해 SB-SOI nMOS 및 pMOS의 온도에 따른 문턱전압 변화는 작았고 subthreshold swing은 증가하였다.
In this study SOI MOSFET model of the structure with 4-terminals and 3-interfaces is proposed. An SOI MOSFET is modeled with the equivalent circuit considered the interface capacitances. Parameters of SOI MOSFET device are extracted, and the electrical characteristics due to back-bias change is simulated. In SOI-MOSFET model device we describe the characteristics of threshold voltage, subthreshold slope, maxium electrical field and drain currents in the front channel when the back channel condition move into accmulation, depletion, and inversion regions respectively.
In this study, partially-depleted SOI MOSFET with multi-gate was fabricated on p-type SIMOX(Seperation by Implanted Oxygen). As increase the number of its gate, increase the breakdown voltage. But kink effect was not affected by the number of its gate. However, it is known that the asymmetric gate structure reduce kink effect. So if asymmetric multi-gate applied to partially-depleted SOI MOSFET, it is expected that the breakdown voltage of SOI MOSET with asymmetric multi-gate is higher than that of SOI MOSFET with single gate and that kink effect is reduced by SOI MOSFET with asymmetric multi-gate.
Strained silicon 기술은 MOSFET 채널 내 캐리어 이동도를 향상시켜 집적회로의 성능을 향상시키는 기술이다. 최근에는 strained 실리콘 기술과 SOI(silicon On Insulator) 기술을 접목시켜 집적회로 소자의 특성을 더욱 향상시킨 SSOI(Strained Silicon On Insulator) 기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 pseudo MOSFET 측정법을 이용하여 strained SOI 웨이퍼의 전기적 특성 분석을 행하였다. pseudo MOSFET 측정법은 SOI 웨이퍼의 전기적 특성분석을 위해 고안된 방법으로써 산화, 도핑 등의 소자 제조 공정 없이도 SOI 표면 실리콘층의 이동도와 매몰산화막과의 계면 특성 등을 분석해 낼 수 있는 기술이다. 표면 실리콘층의 두께와 매몰산화막의 두께가 각각 60nm, 150nm인 SOI 웨이퍼와 동일한 막 두께를 가지며 표면 실리콘층이 strained silicon인 SSOI 웨이퍼를 제작하여 그 특성을 비교 분석하였다. Pseudo MOSFET 측정 결과 Strained SOI 웨이퍼에서 표면 실리콘총 내의 전자 이동도가 일반적인 SOI 웨이퍼보다 약 25% 향상되었으며 정공 이동도나 매몰산화막의 계면 트랩밀도는 큰 차이를 보이지 않았다.
In order to design SOI CMOS image sensors, SOI MOSFET model parameters were extracted using the equation of bulk MOSFET model parameters and were optimized using SPICE level 2. Simulated I-V characteristics of the SOI NMOSFET using the extracted model parameters were compared to the experimental I-V characteristics of the fabricated SOI NMOSFET. The simulation results agreed well with experimental results. A unit pixel for SOI CMOS image sensors was designed and was simulated for the PPS, APS, and logarithmic circuit using the extracted model parameters. In these CMOS image sensors, a nano-wire MOSFET photodetector was used. The output voltage levels of the PPS and APS are well-defined as the photocurrent varied. It is confirmed that SOI CMOS image sensors are faster than bulk CMOS image sensors.
The electrical characteristics of strained-SOI wafer were evaluated by using pseudo-MOSFET. The electrical characteristics of sSOI pseudo-MOSFET were superior to conventional SOI device. Moreover, the electrical characteristics were enhanced by forming gas anneal due to reduction of back interface trap density between substrate and buried oxide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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