افزاره آی‌ماس با ساختار نوار مهندسی‌شده (ناهمگون)
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترحمیده گدازگر 1 , محمدكاظم مروج فرشي 2 * , مرتضی فتحی پور 3
1 - دانشگاه تربیت مدرس
2 - دانشگاه تربيت مدرس
3 - دانشگاه تهران
کلید واژه: آي‌ماس تونل‌زني نوار به نوار ولتاژ شكست يونش برخوردي نسبت جریان روشن به خاموش,
چکیده مقاله :
الگوی جدیدی برای افزاره آی‌ماس با ساختار نوار مهندسی‌شده (ناهمگون) پیشنهاد و شبیه‌سازی شده است. با توجه به این که ناحیه ذاتی در یک آی‌ماس نقش کنترل‌کننده فرایند تونل‌زني نوار به نوار را ایفا می‌کند و ساز و کار غالب تولید حامل درون این ناحیه یونش برخوردی است، در الگوی پیشنهادی فرض شده که ماده تشکیل‌دهنده ناحیه ذاتی از جنس SixGex (1x5/0) باشد و اندازه گاف نوار آن از اندازه گاف Si در لبه سورس تا گاف 5/0Ge5/0Si در لبه گیت به طور خطی تغییر کند. این امر سبب می‌شود تا بزرگ‌ترین اختلاف در گاف نوار الگوی پیشنهادی برابر eV 32/0EG=EG= در فصل مشترک سورس و ناحیه ذاتی پدیدار شود و از احتمال وقوع تونل‌زني نوار به نوار و در نتیجه از اندازه جریان خاموش بکاهد. نتایج عددی نشان می‌دهد ولتاژ شكست برای آی‌ماس ناهمگون پیشنهادی نسبت به یک ساختار آی‌ماس همگون از جنس 5/0Ge5/0Si با ابعاد مشابه، به اندازه V 3/0 و جریان خاموش آن حدود چهار برابر کاهش یافته است
A novel model for impact ionization metal-semiconductor (IMOS) device with an engineered bandstructure (heterostructure) has been proposed and simulated. The IMOS intrinsic, wherein the carrier generation is mainly due to impact ionization, controls the band to band tunneling. In the proposed model, it is assumed the intrinsic region to be SixGe1−x (0.5≤x≤1) whose bandgap varies linearly from that of Si at the source edge to that of Si0.5Ge0.5 at the gate edge. Maximum gap difference of ΔEG=ΔEC=0.32 eV appears at the source /intrinsic region interface. As a consequence, the probability of band to band tunneling and hence the device dark current is reduced. The numerical result shows that the breakdown voltage and the dark current for the proposed heterostructure IMOS are respectively ~0.3 V and four times smaller than those of the homojunction Si0.5Ge0.5-IMOS, with the same dimensions.
[1] F. Mayer, C. Le Royer, G. Le Carval, L. Clavelier, and S. Deleonibus, "Experimental and TCAD investigation of the two components of the impact ionization MOSFET (IMOS) switching," IEEE Electron Dev. Lett., vol. 28, no. 7, pp. 619-621, Jul. 2007.
[2] K. Gopalakrishnan, P. B. Griffin, and J. D. Plummer, "I-MOS: a novel semiconductor device with a subthreshold slope lower than kT/q," in Proc. Int. Electron Devices Meeting, IEDM'02, pp. 289-292, 8-11 Dec. 2002.
[3] K. Gopalakrishnan, P. B. Griffin, and J. D. Plummer, "Impact ionization MOS (I-MOS)-part i: device and circuit simulations," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 52, no. 1, pp. 69-76, Jan. 2005.
[4] W. Y. Choi, Impact-Ionization Metal-Oxide-Semiconductor (I-MOS) Devices Using Avalanche Breakdown Mechanism, Ph.D. Dissertation, College of Eng, Seoul National Univ., 2006.
[5] E. H. Toh, G. H. Wang, L. Chan, G. Samudra, and Y. C. Yeo, "A double-spacer I-MOS transistor with shallow source junction and lightly doped drain for reduced operating voltage and enhanced device performance," IEEE Electron Device Lett., vol. 29, no. 2, pp. 189-191, Feb. 2008.
[6] E. H. Toh, G. H. Wang, L. Chan, G. Q. Lo, G. Samudra, and Y. C. Yeo, "I-MOS transistor with an elevated silicon-germanium impact-ionization region for bandgap engineering," IEEE Electron Device Lett., vol. 27, no. 12, pp. 975-977, Dec. 2006.
[7] U. Abelein, M. Born, K. K. Bhuwalka, M. Schindler, M. Schmidt, T. Sulima, and I. Eisele, "A novel vertical impact ionization MOSFET (I-MOS) concept," in Proc. 5th Int. Conf. Microelectronics. pp. 121-123, Belgrade, Serbia and Montenegro, 14-17 May 2006.
[8] E. H. Toh, et al., "A novel CMOS compatible L-shaped impact-ionization MOS (LI-MOS) transistor," in Proc. Int. Electron Devices Meeting, IEDM'05, pp. 951-954, 5-5 Dec. 2005.
[9] F. A. Hassani, M. Fathipour, and M. Mehran, "A comparison study between double and single gate p-IMOS," AFRICON, Windhoek, 7 pp., 26-28 Sept. 2007.
[10] D. Sarkar, N. Singh, and K. Banerjee, "A novel enhanced electric-field impact-ionization MOS transistor," IEEE Electron Device Lett., vol. 31, no. 11, pp. 1175-1177, Nov. 2010.
[11] H. Nematian, M. Fathipour, and M. Nayeri, "A novel impact ionization MOS (I-MOS) structure using a silicon-germanium/silicon heterostructure channel," in Proc. Int. Conf. on Microelectronics, pp. 228-231, 14-17 Dec. 2008.
[12] W. Y. Choi, J. Y. Song, J. D. Lee, Y. J. Park, and B. G. Park, "A novel biasing scheme for I-MOS (impact-ionization MOS) devices," IEEE Trans. Nanotechnology, vol. 4, no. 3, pp. 322-325, May 2005.
[13] F. Mayer, C. L. Royer, G. L. Carval, L. Clavelier, and S. Deleonibus, "Static and dynamic TCAD analysis of IMOS performance: from the single device to the circuit," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 53, no. 8, pp. 1852-1857, Aug. 2006.
[14] K. Gopalakrishnan, R. Woo, C. Jungemann, P. B. Griffin, and J. D. Plummer, "Impact ionization MOS (I-MOS)-part ii: experimental results," IEEE Trans. Electron Devices, vol. 52, no. 1, pp. 77-84, Jan. 2005.