하프니아 강유전체의 분극 스위칭 특성에 따른 의 임계전압이하 NCFET 스윙 개선 연구 :

함우리

자료유형: 학위논문

저자정보: 함우리 (한국산업기술대학교, 한국산업기술대학교 일반대학원)

지도교수: 안승언

발행연도: 2022

저작권: 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수32

초록· 키워드

첨단 산업의 발달로 집적회로의 성능이 기하급수적으로 향상되었지만 트랜지스터의 스케일링과 집적밀도의 증가는 에너지 소비를 무시할 수 없는 요소로 만들었다 초 저전력 반도체 소자 규현을 위해 기존 트랜지스터의 한계를 뛰어 넘는 Negtive Capacitance Field Effect Transistor (NC-FET) NC effect 가 주목받고 있다. 강유전체의 분극 스위칭에 의한
표면 전위의 증폭을 통해 이 물리적 한계인 Sub-threshold Swing(SS) 60mV/decade 미만으로 개선될 수 있도록 한다 많은 연구에서 실제로 NC-FET SS 의 개선 가능성을 입증하였지만 핵심 원인이 되는 강유전체 분극 스위칭 특성과의 직접적인 상관관계는 명확하게 규명되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 을 도핑한 Zr HfO2 강유전체와 유전체 직렬 회로를
통해 전압 증폭 현상을 관찰했으며 모델링을 통해 강유전체 분극 스위칭 특성에 따른 내부 전압의 변화를 분석하였다 또한 시뮬레이션을 통해 강유전체 파라미터에 따른 를 추출하여 강유전체 분극 transfer curve 특성에 따라 개선 효과를 평가할 수 있는 모델을 제시했다

표 목 차 ⅰ
그림목차 ⅱ
기호설명 ⅴ
국문요약 ⅶ
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 이론 3
제1절 강유전체 3
1. 강유전성 7
2. 강유전체 도메인 9
3. 강유전체 전기적 특성 7
4. 하프니아 기반 강유전체 15
제2절 MOSFET 22
1. 구조 및 동작 원리 22
2. 전기적 특성 평가 27
3. Sub-threshold Swing(SS)의 의미 및 한계 31
제3절 NC-FET 34
1. Negative Capacitance 34
2. NC-FET 원리 42
3. NC-FET 소자 연구 동향 44
제4절 실험 및 측정 방법 48
1. 강유전체의 분극 스위칭 특성 측정 48
2. Piexoelectric Force Microscopy (PFM) 51
목 차
Ⅲ. 본론 54
제1절 Zr Doped HfO2 MFM Capacitor 54
1. 공정 과정 54
2. 강유전체 전기적 특성 분석 56
3. 강유전체(FE)/유전체(DE) 커패시터 직렬 회로 59
제2절 내부 전압 Modeling & Simulation 66
1. RC 등가회로를 통한 모델링 66
2. 강유전체 커패시턴스의 수식적 표현 및 결과 68
제3절 NC-FET Simulation 75
1. MOSFET 파라미터 설정 75
2. NC-FET transfer curve 78
2. 강유전체 분극 스위칭 특성에 따른 Sub-threshold Swing(SS) 81
Ⅳ. 결론 90
참고문헌 91
Abstract 96

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