Landau 파라미터에 따른 음의 정전용량 전계 효과 트랜지스터 (NCFET)의 커패시턴스 매칭

Abstract

본 논문에서는 차세대 저전력, 고효율 반도체 로직 소자인 negative capacitance field-effect transistor (NCFET)을 소개하고, NCFET을 이상적으로 동작 시키기 위해 필요한 디자인 가이드 라인을 제안한다. 특히, 전류-전압 특성에서, 이력현상(hysteresis) 없이 높은 전류를 얻기 위해 필요한 capacitance matching 조건을 강유전체 물질 상수 영향에 따른 관점에서 분석하고, 강유전체 물질 상수를 모델링한 Landau parameter 지침을 제안하였다. 먼저, 금속 게이트-강유전체-절연체-반도체 (metal gate-ferroelectric-insulator-semiconductor: MFIS) 구조로부터, capacitance matching을 유도하고, 의미를 분석하였다. 본 연구 두 번째 과정에서는, 유도한 capacitance matching과 이력현상 사이의 관계를 Landau parameter 관점에서 분석하였다. 수행과정 중, 처음으로, Landau parameter에 따른 NCFET의 inversion charge model과 inversion capacitance model을 유도하고, 제안하였다. 세 번째 과정에서는, capacitance matching과 높은 전류를 얻기 위해 필요한 전압 증폭 조건 사이의 관계를 다뤘다. 마지막으로, 앞서 살펴본 두 관계를 정리하고, Landau parameter 영향에 따른 capacitance matching 가이드 라인을 제안한다. 이번 연구를 통해, 보다 효율적인 NCFET 시뮬레이션 혹은 실험이 가능할 것이라 기대 된다.