In this paper, we propose new physically based threshold voltage models for short channel Surrounding Gate Silicon Nanowire Transistor with two different geometries. The model explores the impact of various device parameters like silicon film thickness, film height, film width, gate oxide thickness, and drain bias on the threshold voltage behavior of a cylindrical surrounding gate and rectangular surrounding gate nanowire MOSFET. Threshold voltage roll-off and DIBL characteristics of these devices are also studied. Proposed models are clearly validated by comparing the simulations with the TCAD simulation for a wide range of device geometries.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.9
no.2
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pp.110-116
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2009
The prominent advantages of Dual Material Surrounding Gate (DMSG) MOSFETs are higher speed, higher current drive, lower power consumption, enhanced short channel immunity and increased packing density, thus promising new opportunities for scaling and advanced design. In this Paper, we present Transconductance-to-drain current ratio and electric field distribution model for dual material surrounding gate (DMSGTs) MOSFETs. Transconductance-to-drain current ratio is a better criterion to access the performance of a device than the transconductance. This proposed model offers the basic designing guidance for dual material surrounding gate MOSFETs.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.48
no.10
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pp.54-61
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2011
In this paper, a simple analytical model for deriving the I-V characteristics of a cylindrical surrounding gate SOI MOSFET with intrinsic silicon core is suggested. The Poisson equation in the intrinsic silicon core and the Laplace equation in the gate oxide layer are solved analytically. The surface potentials at both source and drain ends are obtained by means of the bisection method. From them, the surface potential distribution is used to describe the I-V characteristics in a closed-form. Simulation results seem to show the dependencies of the I-V characteristics on the various device parameters and applied bias voltages within a range of satisfactory accuracy.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.8
no.1
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pp.92-97
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2008
In this Paper, we present a scaling theory for dual material surrounding gate (DMSGTs) MOSFETs, which gives a guidance for the device design and maintaining a precise subthreshold factor for given device parameters. By studying the subthreshold conducting phenomenon of DMSGTs, the effective conductive path effect (ECPE) is employed to acquire the natural length to guide the design. With ECPE, the minimum channel potential is used to monitor the subthreshold behavior. The effect of ECPE on scaling factor significantly improves the subthreshold swing compared to conventional scaling rule. This proposed model offers the basic designing guidance for dual material surrounding gate MOSFETs.
In this paper, an analytical model for Surrounding Gate (SG) metal-oxide- semiconductor field effect transistors (MOSFETs) considering quantum effects is presented. To achieve this goal, we have used variational approach for solving the Poission and Schrodinger equations. This model is developed to provide an analytical expression for inversion charge distribution function for all regions of device operation. This expression is used to calculate the other important parameters like inversion charge density, threshold voltage, drain current and gate capacitance. The calculated expressions for the above parameters are simple and accurate. This paper also focuses on the gate tunneling issue associated with high dielectric constant. The validity of this model was checked for the devices with different dimensions and bias voltages. The calculated results are compared with the simulation results and they show good agreement.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.6
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pp.585-593
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2015
In the nanoscale regime, many multigate devices are explored to reduce their size further and to enhance their performance. In this paper, design of a novel device called, Triple Material Surrounding Gate Tunnel Field effect transistor (TMSGTFET) has been developed and proposed. The advantages of surrounding gate and tunnel FET are combined to form a new structure. The gate material surrounding the device is replaced by three gate materials of different work functions in order to curb the short channel effects. A 2-D analytical modeling of the surface potential, lateral electric field, vertical electric field and drain current of the device is done, and the results are discussed. A step up potential profile is obtained which screens the drain potential, thus reducing the drain control over the channel. This results in appreciable diminishing of short channel effects and hot carrier effects. The proposed model also shows improved ON current. The excellent device characteristics predicted by the model are validated using TCAD simulation, thus ensuring the accuracy of our model.
Kim, Ji-Hyun;Sun, Woo-Kyung;Park, Seung-Hye;Lim, Hye-In;Shin, Hyung-Soon
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.11
no.4
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pp.278-286
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2011
In this paper, we present a compact model of gate-voltage-dependent quantum effects in short-channel surrounding-gate (SG) metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). We based the model on a two-dimensional (2-D) analytical solution of Poisson's equation using cylindrical coordinates. We used the model to investigate the electrostatic potential and current sensitivities of various gate lengths ($L_g$) and radii (R). Schr$\ddot{o}$dinger's equation was solved analytically for a one-dimensional (1-D) quantum well to include quantum effects in the model. The model takes into account quantum effects in the inversion region of the SG MOSFET using a triangular well. We show that the new model is in excellent agreement with the device simulation results in all regions of operation.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.11
no.2
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pp.111-120
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2011
A two-dimensional analytical model for deriving the threshold voltage of a short channel fully depleted (FD) cylindrical/surrounding gate MOSFET (CGT/SGT) is suggested. By taking into account the lateral variation of the surface potential, introducing the natural length expression, and using the Bessel functions of the first and the second kinds of order zero, we can derive potentials in the gate oxide layer and the silicon core fully two-dimensionally. Making use of these potentials, the minimum surface potential can be obtained to derive the threshold voltage as a closed-form expression in terms of various device parameters and applied voltages. Obtained results can be used to explain the drain-induced threshold voltage roll-off of a CGT/SGT in a unified manner.
We analyzed the relationship between center potential and subthreshold swing (SS) of Junctionless Cylindrical Surrounding Gate (JLCSG) and Junctionless Double Gate (JLDG) MOSFET. The SS was obtained using the analytical potential distribution and the center potential, and SSs were compared and investigated according to the change of channel dimension. As a result, we observed that the change in central potential distribution directly affects the SS. As the channel thickness and oxide thickness increased, the SS increased more sensitively in JLDG. Therefore, it was found that JLCSG structure is more effective to reduce the short channel effect of the nano MOSFET.
Balamurugan, N.B.;Sankaranarayanan, K.;Amutha, P.;John, M. Fathima
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.8
no.3
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pp.221-226
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2008
A new two dimensional (2-D) analytical model for the Threshold Voltage on dual material surrounding gate (DMSG) MOSFETs is presented in this paper. The parabolic approximation technique is used to solve the 2-D Poisson equation with suitable boundary conditions. The simple and accurate analytical expression for the threshold voltage and sub-threshold swing is derived. It is seen that short channel effects (SCEs) in this structure is suppressed because of the perceivable step in the surface potential which screens the drain potential. We demonstrate that the proposed model exhibits significantly reduced SCEs, thus make it a more reliable device configuration for high speed wireless communication than the conventional single material surrounding gate (SMSG) MOSFETs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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