An, TaeYoon;Choe, KyeongKeun;Kwon, Kee-Won;Kim, SoYoung
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제14권5호
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pp.525-536
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2014
Recently, the first generation of mass production of FinFET-based microprocessors has begun, and scaling of FinFET transistors is ongoing. Traditional capacitance and resistance models cannot be applied to nonplanar-gate transistors like FinFETs. Although scaling of nanoscale FinFETs may alleviate electrostatic limitations, parasitic capacitances and resistances increase owing to the increasing proximity of the source/drain (S/D) region and metal contact. In this paper, we develop analytical models of parasitic components of FinFETs that employ the raised source/drain structure and metal contact. The accuracy of the proposed model is verified with the results of a 3-D field solver, Raphael. We also investigate the effects of layout changes on the parasitic components and the current-gain cutoff frequency ($f_T$). The optimal FinFET layout design for RF performance is predicted using the proposed analytical models. The proposed analytical model can be implemented as a compact model for accurate circuit simulations.
In this paper, a novel trench power MOSFET using a Separate-W-gated technique MOSFET (SWFET) is proposed. Because the SWFET has a very low $Q_{GD}$ compared to other forms of technology, it can be applied to high-speed power systems. The results found that the SWFET-applied $Q_{GD}$ was decreased by 40% when compared to simply using the more conventional trench gate MOSFET. $C_{ISS}$ (input capacitance : $C_{GS}+C_{GD}$), $C_{OSS}$ (output capacitance : $C_{GD}+C_{DS}$) and $C_{RSS}$ (reverse recovery capacitance : $C_{GD}$) were improved by 24%, 40%, and 50%, respectively. The switching characteristics of the inverter circuit shows a 24.9% enhancement of reverse recovery time, and the power efficiency of the DC-DC buck converter increased by 14.2%. In addition, the proposed SWFET does not require additional process steps and There was no degradation in the electrical performance of the current-voltage and on-resistance.
기존의 BSIM4 모델과 다이오드를 사용한 BSIM4 Macro 모델의 바이어스 종속 게이트-드레인 오버렙 캐패시턴스 $C_{gdo}$ 시뮬레이션의 부정확성에 대하여 자세히 분석하였다. 이러한 Macro 모델은 기존의 BSIM4 모델보다 더 정확하지만 선형영역에서 사용될 수 없음을 발견하였다. 기존 모델들의 부정확성을 제거하기 위해서 물리적인 바이어스 종속 $C_{gdo}$ 모델 방정식을 사용한 새로운 BSIM4 Macro 모델을 제안하였고 전체 바이어스 영역에서 유효함을 입증하였다.
In recent years, chip delay estimation has had an increasingly important impact on overall design technology. The analysis of the timing behavior of an ASIC should be based not only on the delay characteristics of gates and interconnect circuits but also on the interactions between them. This model plays an important role in our CAD system to analyze the ASIC timing characteristics accurately, together with two-dimensional gate delay table model, AWE algorithm and effective capacitance concept. In this paper, we present an efficient algorithm which accounts for series resistance by computing a reduced-order approximation for the driving-point admittance of an RC-tree and an effective capacitance equation that captures the complete waveform response accurately.
Metal oxides with high dielectric constants have the potential to expend scaling of transistor gate capacitance beyond that of ultrathin silicon dioxide. However, during deposition of most metal oxides on silicon, an interfacial region of SiOx is formed and limits the specific capacitance of the gate structure. We deposisted aluminum oxide and examined the composition of the interfacial layer by employing high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray reflectivity. We find that the interfacial region is not pure SiO$_2$, but is composed of a complex depth-dependent ternary oxide of $AlSi_xO_y$ and the pure SiO$_2$.
We studied p-type capacitance characteristics of ZnO thin-film transistors (TFT's), grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). We compared two ZnO TFT's: one grown at $450^{\circ}C$ and the other grown at $350^{\circ}C$. ZnO grown at $450^{\circ}C$ showed smooth capacitance profile with electron density of $1.5{\times}10^{20}cm^{-3}$. In contrast, ZnO grown at $350^{\circ}C$ showed a capacitance jump when gate voltage was changed to negative voltages. Current-voltage characteristics measured in the two samples did not show much difference. We explain that the capacitance jump is related to p-type ZnO layer formed at the $SiO_2$ interface. Current-voltage and capacitance-voltage data support that p-type characteristics are observed only when background electron density is very low.
A 6-GHz-to-18-GHz monolithic nonuniform distributed power amplifier has been designed using the load modulation of increased series gate capacitance. This amplifier was implemented using a $0.25-{\mu}m$ AlGaN/GaN HEMT process on a SiC substrate. With the proposed load modulation, we enhanced the amplifier's simulated performance by 4.8 dB in output power, and by 13.1% in power-added efficiency (PAE) at the upper limit of the bandwidth, compared with an amplifier with uniform gate coupling capacitors. Under the pulse-mode condition of a $100-{\mu}s$ pulse period and a 10% duty cycle, the fabricated power amplifier showed a saturated output power of 39.5 dBm (9 W) to 40.4 dBm (11 W) with an associated PAE of 17% to 22%, and input/output return losses of more than 10 dB within 6 GHz to 18 GHz.
Improvement in MOS fabrication technology have led to high-density high-performance integrated circuits with MOSFET channel lengths in the sub-micron range. For devices of the size, transistor characteristics become highly sensitive to effective channel length. We propose a new approach to extract the effective channel length of MOSFET by Capacitance-Voltage (C-V) method. Gate-to-Source, Drain capacitance ( $C_{gsd}$) are measured and the effective channel length can be extracted. In addition, compared to l/$\beta$ method and Terada method, which has been point out that it fails to extract the accurate effective channel length of the devices, we prove that our approach still works well for the devices with down to sub-micron regime.e.
5 MeV proton-irradiation with total dose of $10^{15}/cm^2$ was performed on AlGaN/GaN-on-Si high electron mobility transistors (HEMTs) with various gate metals including Ni, TaN, W, and TiN to investigate the degradation characteristics. The positive shift of pinch-off voltage and the reduction of on-current were observed from irradiated HEMTs regardless of a type of gate materials. Hall and transmission line measurements revealed the reduction of carrier mobility and sheet charge concentration due to displacement damage by proton irradiation. The shift of pinch-off voltage was dependent on Schottky barrier heights of gate metals. Gate leakage and capacitance-voltage characteristics did not show any significant degradation demonstrating the superior radiation hardness of Schottky gate contacts on GaN.
In this paper, the characteristics of co-sputtered Ru-Zr metal alloy as gate electrode of MOS capacitors have been investigated. The atomic compositions of alloy were varied by using the combinations of relative sputtering power of Ru and .Zr. C-V and I-Vcharacteristics of MOS capacitors were measured to find the effective oxide thickness and work function. The alloy made of about 50% of Ru and 50% of Zr exhibited an adequate work function for nMOS. C-V and I-V measurements after 600 and $700^{\circ}C$ rapid thermal annealing were performed to prove the thermal and chemical stability of the Ru-Zr alloy film. Negligible changes in the accumulated capacitance and work function before and after annealing were observed. Sheet resistance of Ru-Zr alloy was lower than that of poly-silicon. It can be concluded that the Ru-Zr alloy can be a possible substitute for the poly-silicon used as a gate of nMOS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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