Analysis of Double Gate MOSFET characteristics for High speed operation

초고속 동작을 위한 더블 게이트 MOSFET 특성 분석

  • 정학기 (군산대학교 전자정보공학부) ;
  • 김재홍 (군산대학교 전자정보공학부)
  • Published : 2003.04.01

Abstract

In this paper, we have investigated double gate (DG) MOSFET structure, which has main gate (NG) and two side gates (SG). We know that optimum side gate voltage for each side gate length is about 3V in the main gate 50nm. Also, we know that optimum side gate length for each for main gate length is about 70nm. DG MOSFET shows a small threshold voltage roll-off. From the I-V characteristics, we obtained IDsat=550$mutextrm{A}$/${\mu}{\textrm}{m}$ at VMG=VDS=1.5V and VSG=3.0V for DG MOSFET with the main gate length of 50nm and the side gate length of 70nm. The subthreshold slope is 86.2㎷/decade, transconductance is 114$mutextrm{A}$/${\mu}{\textrm}{m}$ and DIBL (Drain Induced Barrier Lowering) is 43.37㎷. Then, we have investigated the advantage of this structure for the application to multi-input NAND gate logic. Then, we have obtained very high cut-off frequency of 41.4GHz in the DG MOSFET.

본 논문에서는 main gate(MG)와 side gate(SG)를 갖는 double gate(DG) MOSFET 구조를 조사하였다. MG가 50nm일 때 최적의 SG 전압은 약 3V임을 알 수 있었고, 각각의 MG에 대한 최적의 SG 길이는 약 70nm임을 알 수 있었다. DG MOSFET는 매우 작은 문턱 전압 roll-off 특성을 나타내고, 전류-전압 특성곡선에서 VMG=VDS=1.5V, VSG=3V인 곳에서 포화전류는 550$\mu\textrm{A}$/m임을 알 수 있었다. subthrehold slope는 82.6㎷/decade, 전달 컨덕턴스는 l14$\mu\textrm{A}$/$\mu\textrm{m}$ 그리고 DIBL은 43.37㎷이다 다중 입력 NAND 게이트 로직 응용에 대한 이 구조의 장점을 조사하였다. 이때, DG MOSFET에서 41.4GHz의 매우 높은 컷오프 주파수를 얻을 수 있었다.

Keywords

References

  1. Woo Yong Choi, Byung Yong Choi, Dong Soo Woo, Young Jin Choi, Jong Duk Le and Byung Gook Park, 'Side-Gate Design Optimization of 50nm MOSFETs with Electrically Induced Source/Drain', Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 41, Part 1, No. 4B, pp. 2345-2347, 2002 https://doi.org/10.1143/JJAP.41.2345
  2. Byung Yong Choi, Suk Kang Sung, Byung Gook Park and Jong Duk Lee, '70nm NMOSFET Fabrication with 12nm n+-p Junctions Using As2+ Low Engergy Implantations', Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 40, Part1, No. 4B, pp. 2607-2610, 2001 https://doi.org/10.1143/JJAP.40.2607
  3. Young Jin Choi, Byoung Yong Choi, Kyung Rok Kim, Jong Duk Lee and Byung Gook Park, 'A New 50-nm nMOSFET With Side-Gates for Virtual Source-Drain Extensions', IEEE Trans, Electron Dev., Vol. 49, No. 10, pp. 1833-1835, 2002 https://doi.org/10.1109/TED.2002.803648
  4. 김영동, 김재홍, 정학기, '나노구조 MOSFET의 문턱전압 변화를 최소화하기 위한 스케일링 이론', 한국해양정보통신학회 추계종합학술대회논문집, Vol. 6, No. 2, pp. 494-497, 2002
  5. X. Zhou, K. Y. Lim, W. Qian, 'Threshold voltage definition and extration for deep-submicron MOSFETs', Solid-State Electronics, Vol. 45, pp.507-510, 2001 https://doi.org/10.1016/S0038-1101(01)00035-1