RF 수동소자 및 VCO/PLL 설계 (제 1...

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전자정보대학 김영석 1 FINFET 김 영 석 충북대학교 전자정보대학 2017.3.1 Email: [email protected]

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전자정보대학 김영석 1

FINFET

김 영 석

충북대학교 전자정보대학

2017.3.1

Email: [email protected]

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Introduction

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현재 MOSFET의 문제점: Short channel Effect로 인해

Drain-Induced-Barrier-Lowering 심하다

Subthreshold Swing S 크다

해결방법:

SOI(Silicon on Insulator)

FINFET

Bulk nmos Silicon on insulator

FinFet

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DIBL(Drain-Induced-Barrier-Lowering)

Channel Length 짧아지면 드레인 전압에 의해 소스-채널의 장벽이 낮아져서 전류가 증가함. 이는 MOSFET의 스위칭 ON/OFF 특성을 악화시킴. OFF시에 leakage 전류가 흐름을 의미함.

해결: FINFET와 같이 Double Gate를 사용하여 게이트에 의한 채널 컨트롤을 증가시켜서 DIBL 완화시킴

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Subthreshold Swing S Subthreshold 동작 시에 채널의 전압(즉, npn BJT의 베이스-에미터 전압)과 드레인 전류:

Subthreshold Swing S는 다음과 같이 정의됨

S는 작을수록 좋다. Short Channel MOSFET는 S가 크다.

해결: SOI, FINFET와 같이 기판을 줄여 Cd를 증가시킴(Cd=es/Xd)

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TGS VVDD

oxd

GSGS

dox

oxC

eII

CCVV

CC

CV

/

0

/1

1 ,

η

ηη

=

+==

+=

)/1()10ln(log

10

oxdT

D

GS

GSD

CCVI

V

VIS

+=∆∆

=

∆= 필요한데증가시키는배

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Dealing with Short Channel Effects in Fully depleted Silicon on Insulator (SOI)

Use ultra-thin film (tsi is small) as the conducting body, depletion layer is confined in the film.( Xd<= tsi).

Eliminate the junction parasitic capacitors.

Cuff off the leakage current path from drain to substrate.

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FINFET 구조 SOI + Double Gate => FINFET

Effective channel length Leff = Lgate + 2×Lext

Effective channel width W = Tfin + 2×Hfin

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Source Drain

Gate

Source Drain

Gate

Source Drain

Gate

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FINFET Process Flow

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“Easy in concept----Tough to build”

(a) SiN is deposited as a hard mask, SiO2 cap is used to relieve the stress. (b) Si fin is patterned (c) A thin sacrificial SiO2 is grown (d) The sacrificial oxide is stripped completely to remove etch damage (e) Gate oxide is grown (f) Poly-Si gate is formed

10 nm gate length, 12 nm fin width

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FINFET Performance

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FINFET Performance

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FinFet characteristics

Lg = 15nm

Lg = 30nm

Threshold Voltage = 0.196 V

Subthreshold Slope = 72 mV/decade

Off Current = 70 ηA/µm

DIBL = 64.67 mV/V

Some values:

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FINFET I-V

Square law?

One way is using nth power law to computer the FinFet current.

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FINFET 장점

Having excellent control of short channel effects in submicron regime and making transistors still scalable. Due to this reason, the small- length transistor can have a larger intrinsic gain compared to the bulk counterpart.

Much Lower off-state current compared to bulk counterpart.

Promising matching behavior.

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FINFET Applications

Low power design in digital circuit, such as RAM, because of its low off-state current.

Power amplifier or other application in analog area which requires good linearity.

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