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이중 물질 이중 층 게이트 스택의 SON MOSFET: 제1부 게이트 금속 일함수 공학

전문가 제언: ○ SOI(Silicon On Insulator) MOSFET는 소자 분리의 용이성, 래치-업 프리(latch-up free), 소스/드레인 접합 용량이 작다는 등의 장점이 있다. 특히, 완전공핍형 SOI 트랜지스터는 저소비 전력이면서 고속 동작이 가능하고 저전압 구동이 용이하기 때문에 SOI MOSFET를 완전공핍 모드로 동작시키는 경우가 많다.

○ 일반적으로 SOI의 절연체에 상당하는 것은 산화실리콘(SiO2)이다. 산화실리콘의 유전율은 3.9로서 실리콘의 유전율 11.9에 비해서 충분히 작다. 그러나 유전율이 가장 작은 물질은 공기이다. 그 때문에 공기를 절연층에 갖는 트랜지스터, 즉 SON(Silicon On Nothing) 트랜지스터가 등장했다.

○ 공기는 산화실리콘이나 실리콘에 비해서 열전도율이 나쁘다. 이 때문에 SON 소자의 동작온도는 높아진다. 이 발열효과는 소자의 성능이나 신뢰성을 악화시킨다. 또 SOI 소자에서는 완전 소자 분리에 의해 SOI 트랜지스터의 바디가 부유 상태가 됨으로서 발생하는 기판 부유효과(임팩트 이온화에 의해 드레인 측에 홀(hole)이 발생하고, 이 홀이 바디에 축적됨으로서 내압이 열화하는 등)도 문제이다.

? 발열효과를 저감시키고 기판 부유효과도 해소할 수 있도록 하기위해서 소스층과 기판사이 및 드레인층과 기판사이에는 각각 공동부를 두되 게이트전극과 기판사이에는 공동부가 존재하지 않는 구조(SDON: Source/Drain on nothing)가 제시된 바 있다.

○ 이 글에서 시뮬레이션을 통하여 단순 SOI 구조에 비해 SON 구조가 우수함을 그리고 SON에서도 단일물질 게이트보다 2종의 물질을 사용한 게이트가 여러 가지 우수한 특징을 보여줌을 정량적으로 분석하였다. SON구조도 다양한 변형이 발표되고 있으며 그 중 하나가 SDON인데 이렇게 분화한 형태도 시뮬레이션을 통하여 특징을 분석할 수 있을 것이며 저자의 다음 발표를 기대해 본다.

저자: Kasturi, et.al.
자료유형: 학술정보