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InAs 나노와이어 MOSFET의 축소화 특성에 대한 밴드구조의 영향

전문가 제언: ○ InAs는 밴드갭이 좁은 반도체로서 상온에서 실리콘보다 약 20배 정도 전자 이동도가 높다. 이는 InAs에서 전자의 유효질량이 작기 때문이다. 또한 이 물질은 표면 효과 없이도 전도성 InAs 나노와이어를 제작하기 쉽다는 장점을 가지고 있다.

○ 무어의 법칙이 끝날 것이라는 예언이 여러 번 틀려 왔지만 이제 트랜지스터의 근본적인 한계, 더 이상 나눌 수 없는, 원자의 숫자를 셀 수 있는 수준까지 이르게 되었다. 이러한 상황에서 세부적인 원자 배열과 양자역학적인 거동이 소자 이해의 핵심사항이 되어 있다. 소자의 구조가 축소화될 뿐 아니라 평면에서 3-D로 변형(morphing)되고 있으며 새로운 원소가 등장하고 있다. 이제 새로운 소자라는 말과 새로운 재료라는 말이 구분이 불분명한 시대로 접어들고 있으며 수송 모델링은 원자 및 양자 개념을 도입하지 않으면 안 되게 되었다.

○ 이와 같은 원자 수준까지의 분석을 위하여 다양한 모델 및 툴이 개발되어 제시되고 있으며 그 중 하나는 과거 Texas Instrument 사가 개발한 RTD(resonant tunneling diode)가 등장할 때 물리기반 모델로 제시되었던 NEMO1D(Nano Electronic Modeling -1D)이었으며 이것은 NEMO3D를 거쳐 지금은 OMEN의 명칭으로 제공되고 있다.

○ 이 글에서 InAs 나노와이어 MOSFETs의 전자 특성 및 전하수송 특성을 검토하였다. 나노와이어 밴드 구조는 원자론적 sp3d5s? 최인접원소 밀착결합(tight-binding) 모델로 계산하였다. 밀착 구속 해밀터니언(Hamiltonian)의 고유값(eigenvalue)을 계산하기 위하여 Jacobi?Davison 방법을 사용하고 소자 전류 및 커패시턴스는 준분석적(semi analytical)인 탄도 모델(ballistic model)을 이용하여 산출하였다. 상용 시뮬레이터를 이용하지 않고, 모든 과정을 직접 고안한 모델과 시뮬레이터로 수행하였으므로 앞으로도 자유로운 응용이 용이할 것으로 보인다.

저자: Erik Lind, Martin P. Persson, Yann-Michel Niquet, Lars-Erik Wernersson
자료유형: 학술정보