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저소비전력 완전 공핍형 SOI-MOSFET의 현황과 전망

전문가 제언: ○ 벌크 실리콘을 이용한 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자는 실리콘 평탄 표면을 이용하는 방법과 더욱 미세화를 위한 3차원 구조로 제작하는 방법이 있다. 3차원 구조는 각 박막의 뚜께와 불순물의 확장 길이 등을 다양하게 조절할 수 있다.

○ SOI(Silicon 0n Insulator) 기판을 이용하는 CMOS(Complementary MOS) 회로는 기존의 벌크 실리콘 소자보다 낮은 기판 바이어스 효과를 가지기 때문에 낮은 전압에서도 작동이 가능하다. 또한 매립 산화층이 존재하기 때문에 소자 간의 전기적 분리가 이루어져 소스 및 드레인 접합과 기판 사이의 기생 용량이 낮아 저전압 고속작동이 가능하다.

○ 일반적으로 SOI 두께가 두꺼워서 게이트 전압에 의해 실리콘 채널층 전체를 전계효과로 조절할 수 있는 경우와 없는 경우로 나누어 부분 공핍형(PD-SOI)과 완전 공핍형(FD-SOI)으로 구분한다.

– PD-SOI는 주로 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)나 전력소자 등에 응용되며 기판제조는 용이하지만 부동몸체효과(floating body effect)로 인해 단 채널소자에 적용하기에는 한계가 있다.

– 반면 FD-SOI는 부동몸체효과를 완전하게 제어할 수 있어 VSLI 소자 및 회로 제조에 많이 응용되고 있지만 실리콘 채널 두께 변화에 따른 소자 특성의 변화가 심하기 때문에 두께를 균일하게 하는 것이 대단히 중요하기 때문에 PD-SOI보다 높은 제조기술이 요구된다.

○ 우리나라의 삼성전자에서는 이미 1998년 말경에 반도체의 집적밀도를 높이고 회로설계를 개선한 FD-SOI를 개발한 것으로 발표하였다. 이 기술로 반도체의 신호 전송속도를 높일 수 있고 전력소모를 줄일 수 있으며 회로설계가 용이하다는 것이 특징이라고 하였다. 향후에도 이러한 기술을 꾸준히 발달시켜 차세대 반도체 산업에서도 우리나라가 확고한 우위를 차지하길 기대한다.

저자: Jiro IDA
자료유형: 학술정보