• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제29권7호
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• pp.387-393
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• 2016

Threshold voltage shift has been observed from many thin-film transistors (TFTs) and the time evolution of the shift can be modeled as the stretched-exponential and -hyperbola function. These analytic models are derived from the kinetic equation for defect-creation or charge-trapping and the equation consists of only reversible reactions. In reality TFT's a shift is permanent due to an irreversible reaction and, as a result, it is reasonable to consider that both reversible and irreversible reactions exist in a TFT. In this paper the case when both reactions exist in parallel and make a combined threshold voltage shift is modeled and simulated. The results show that a combined threshold voltage shift observed from a TFT may agrees with the analytic models and, thus, the analytic models don't guarantee whether the cause of the shift is defection-creation or charge-trapping.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제19권1호
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• pp.61-66
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• 2020

Threshold voltage shift occurring during operation is implemented in a SPICE simulation tool. Among the shift models the stretched-exponential function model, which is frequently observed from both single-crystal silicon and thin-film transistors regardless of the nature of causes, is selected, adapted to transient simulation, and added to BSIM4 developed by BSIM Research Group at the University of California, Berkeley. The adaptation method used in this research is to select degradation and recovery models based on the comparison between the gate and threshold voltages. The threshold voltage shift is extracted from SPICE transient simulation and shows the stretched-exponential time dependence for both degradation and recovery situations. The implementation method developed in this research is not limited to the stretched-exponential function model and BSIM model. The proposed method enables to perform transient simulation with threshold voltage shift in situ and will help to verify the reliability of a circuit.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제36권2호
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• pp.129-135
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• 2023

An analytical threshold voltage model is presented to observe the change in threshold voltage shift ΔV_th of a junctionless double gate MOSFET using ferroelectric-metal-SiO₂ as a gate oxide film. The negative capacitance transistors using ferroelectric have the characteristics of increasing on-current and lowering off-current. The change in the threshold voltage of the transistor affects the power dissipation. Therefore, the change in the threshold voltage as a function of theferroelectric thickness is analyzed. The presented threshold voltage model is in a good agreement with the results of TCAD. As a results of our analysis using this analytical threshold voltage model, the change in the threshold voltage with respect to the change in the ferroelectric thickness showed that the threshold voltage increased with the increase of the absolute value of charges in the employed ferroelectric. This suggests that it is possible to obtain an optimum ferroelectric thickness at which the threshold voltage shift becomes 0 V by the voltage across the ferroelectric even when the channel length is reduced. It was also found that the ferroelectric thickness increased as the silicon thickness increased when the channel length was less than 30 nm, but the ferroelectric thickness decreased as the silicon thickness increased when the channel length was 30 nm or more in order to satisfy ΔV_th=0.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.1311-1316
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• 2016

본 연구에서는 단채널 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널길이에 따른 문턱전압이동에 터널링전류가 미치는 영향을 분석하고자 한다. 채널길이가 10 nm 이하로 감소하면 터널링 전류는 급격히 증가하여 문턱전압이동 등 2차효과가 발생한다. 단채널 효과를 감소시키기 위하여 개발된 비대칭 이중게이트 MOSFET의 경우에도 터널링 전류에 의한 문턱전압이동은 무시할 수 없게 된다. 차단전류는 열방사전류와 터널링 전류로 구성되어 있으며 채널길이가 작아질수록 터널링전류의 비율은 증가한다. 본 연구에서는 터널링 전류를 분석하기 위하여 WKB(Wentzel-Kramers-Brillouin) 근사를 이용하였으며 채널 내 전위분포를 해석학적으로 유도하였다. 결과적으로 단채널 비대칭 이중게이트 MOSFET에서는 채널길이 가 작아질수록 터널링 전류의 영향에 의한 문턱전압이동이 크게 나타나고 있다는 것을 알 수 있었다. 특히 하단게이트 전압 등에 따라 터널링 전류에 의한 문턱전압 값은 변할지라도 문턱전압이동은 거의 일정하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권4호
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• pp.789-794
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• 2017

본 논문에서는 무접합 원통형 MOSFET의 해석학적 전위분포를 이용하여 문턱전압이하 전류모델을 제시하고 이를 이용하여 문턱전압이동을 해석하였다. 무접합 원통형 MOSFET는 채널을 게이트 단자가 감싸고 있기 때문에 캐리어 흐름을 제어하는 게이트 단자의 능력이 매우 우수하다. 본 연구에서는 쌍곡선 전위분포모델을 이용하여 포아송방정식을 풀고 이 때 얻어진 중심 전위분포를 이용하여 문턱전압이하 전류 모델을 제시하였다. 제시된 전류모델을 이용하여 $0.1{\mu}A$의 전류가 흐를 때 게이트 전압을 문턱전압으로 정의하고 2차원 시뮬레이션 값과 비교하였다. 비교결과 잘 일치하였으므로 이 전류모델을 이용하여 채널크기 및 도핑농도에 따라 문턱전압이동을 고찰하였다. 결과적으로 채널 반지름이 증가할수록 문턱전압이동은 매우 크게 나타났으며 산화막 두께가 증가할 경우도 문턱전압이동은 증가하였다. 채널 도핑농도에 따라 문턱전압을 관찰한 결과, 소스/드레인과 채널 간 도핑농도의 차이가 클수록 문턱전압은 크게 증가하는 것을 관찰하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제28권3호
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• pp.154-159
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• 2015

In this paper, we propose a numerical method to model temperature dependent threshold voltage shift observed in metal oxide thin-film transistors (TFTs). The proposed model is then implemented in AIM-SPICE circuit simulation tool. The proposed method consists of modeling the well-known stretched-exponential time dependent threshold voltage shift and their temperature dependent coefficients. The outputs from AIM-SPICE tool and the stretched-exponential model at different temperatures in the literature are compared and they show a good agreement. Since metal oxide TFTs are the promising candidate for flat panel displays, the proposed method will be a good stepping stone to help enhance reliability of fast-evolving display circuits.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권2호
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• pp.1176-1178
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• 2007

A novel integrated a-Si:H gate driver with high reliability has been designed and simulated. Since the a-Si:H TFT is easily degraded by gate bias stress, we should optimize the circuit considering the threshold voltage shift. The conventional circuit shows voltage drop at the input stage by threshold voltage of the TFT, however, the proposed circuit dose not shows voltage drop and keeps constant regardless of threshold voltage shift of the TFT.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권2호
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• pp.92-97
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• 2013

In this paper the author proposes a method of implementing a numerical model for threshold voltage ($V_{th}$) shift in organic thin-film transistors (OTFTs) into SPICE tools. $V_{th}$ shift is first numerically modeled by dividing the shift into sequentially ordered groups. The model is then used to derive a simulations model which takes into simulation parameters and calculation complexity. Finally, the numerical and simulation models are implemented in AIM-SPICE. The SPICE simulation results agree well with the $V_{th}$ shift obtained from an OTFT fabricated without any optimization. The proposed method is also used to implement the stretched-exponential time dependent $V_{th}$ shift in AIM-SPICE and the results show the proposed method is applicable to various types of $V_{th}$ shifts.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2008년도 International Meeting on Information Display
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• pp.517-520
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• 2008

A voltage-programming pixel circuit, which compensates the threshold voltage shift of TFTs and the degradation of OLED, is proposed for large sized a-Si:H active matrix organic light emitting diode (AMOLED) applications. Considering threshold voltage variation (or shift), OLED degradation and reverse bias annealing, HSPICE simulation results indicate that luminance error of every gray level is less than 0.4 LSB under the condition of +1V threshold voltage shift and from -0.2 LSB to 2.6 LSB within 30% degradation of OLED in the case of 40-inch full HDTV condition.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.903-908
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• 2015

본 연구에서는 비대칭 이중게이트(double gate; DG) MOSFET의 채널 내 도핑분포함수의 변화에 따른 문턱전압이동 현상에 대하여 분석하였다. 반도체소자를 도핑시킬 때는 주로 이온주입법을 사용하며 이때 분포함수는 가우스분포를 나타내고 있다. 가우스분포함수는 이온주입범위 및 분포편차에 따라 형태를 달리하며 이에 따라 전송특성도 변화하게 된다. 그러므로 비대칭 DGMOSFET의 채널 내 도핑분포함수의 변화는 문턱전압에 영향을 미칠 것이다. 문턱전압은 트랜지스터가 동작하는 최소한의 게이트전압이므로 단위폭 당 드레인 전류가 $0.1{\mu}A$ 흐를 때 상단 게이트전압으로 정의하였다. 문턱전압을 구하기 위하여 해석학적 전위분포를 포아송방정식으로부터 급수형태로 유도하였다. 결과적으로 도핑농도가 증가하면 도핑분포함수에 따라 문턱전압은 크게 변하였으며 특히, 고 도핑 영역에서 하단 게이트전압에 따라 이온주입범위 및 분포편차에 의한 문턱전압의 변화가 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.