Secondary Effect (1)

 

 

1) Mobility Reduction Effect with Gate Voltage

: 수직전계로 인한 이동도 (Mobility) 감소

 

위의 그림에서 보이는 것과 같이 게이트와 드레인에 Positive 전압을 인가하면

전자가 소스에서 드레인으로 움직이는 과정에서

게이트 전압에 의해 전자가 게이트 쪽으로 끌어 당겨지며 Surface Scattering이 발생합니다.

이에 따라 이동도가 감소하게 됩니다.

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2) Mobility Reduction with Drain Voltage

: 수평전계로 인한 이동도 (Mobility) 감소

이는 속도 포화(Velocity Saturation)에 의해 발생되는 이동도 감소라고 할 수도 있습니다.

캐리어의 드리프트 속도식을 살펴보면 전계가 커짐에 따라 드리프트 속도 커져야 하지만,

실제로는 특정한 값 이상으로 드리프트 속도가 증가할 수 없습니다.

그 이유는 전계가 점점 증가할 수록 캐리어끼리의 충돌 확률이 증가하게 되기 때문입니다.

따라서 이동도가 감소하게 됩니다.

이때 수평전계, 즉 드레인 전압에 의해 형성되는 반전층의 전계에만 관련있기에 산화막 두께와는 무관합니다.

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3) Channel Length Modulation Effect (채널길이변조효과)

: 채널 길이(Length)의 감소에 따라 전류 증가

지난 포스트에서 드레인 전압이 증가하면서 핀치 오프 (Pinch-Off) 현상이 나타남을 언급하였습니다.

이처럼 핀치 오프 현상이 발생함에 따라 드레인 전류값은 포화되어 일정해야 합니다.

그렇지만 실제로는 일정하지 않고 드레인 전압이 증가하면서 드레인 전류값도 함께 증가하게 됩니다.

 

그 이유는 핀치 오프 현상이 발생하면서 채널 길이가 감소하기 때문입니다.

즉, 드레인 전압이 증가함에 따라 기판-드레인 사이 역바이어스가 걸리게 되고, 해당 영역에 공핍 영역이 형성되면서 채널의 길이가 점점 감소하게 됩니다.

실제 드레인 전류식을 살펴보면 채널 길이가 감소함에 따라 드레인 전류가 증가하는 것을 확인할 수 있습니다.

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4) DIBL (Drain Induced Barrier Lowering) Effects

: 채널 길이(Length)의 감소에 따라 드레인 전압이 증가할 때, 소스 쪽의 장벽 낮아짐

 

짧은 채널 길이를 가진 소자에서 드레인 전압은 크게 작용하게 됩니다.

드레인 전압을 증가시키면 위에서 언급한 것과 마찬가지로 드레인 쪽에 공핍 영역이 확장하게 되고, 이에 따라 채널 길이가 감소하게 됩니다.

이는 3번의 Channel Length Modulation을 함께 형성하는 것을 의미합니다.

 

이렇게 채널 길이가 감소하면 드레인의 전위 장벽이 감소하게 되고,

이에 따라 문턱 전압이 감소하여 누설 전류가 발생하게 됩니다.

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5) Changes of the Threshold Voltage Related Short Channel Effects

: 채널 길이(Length)가 감소함에 따라 문턱 전압 감소

그림처럼 채널 길이가 짧을 경우 소스, 드레인, 그리고 게이트의 공핍 영역이 중첩되는  'Charge Sharing'에 의해

게이트 전압의 영향을 받는 영역이 감소하게 됩니다.

즉, 게이트에 의해 조절되는 채널 영역 내 전하 일부가 감소하게 되는 것입니다.

이에 따라 작은 전압으로도 조절 가능하여 문턱 전압이 감소하게 됩니다.

 

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6) Reverse Short Channel Effect

: 채널 길이(Length)가 감소함에 따라 문턱 전압 증가

5번과 반대로 Halo Doping 또는 Pocket Implat 공정을 진행하는 경우,

해당 공정을 진행하는 영역의 도핑 농도가 다른 영역에 비해 높기 때문에 문턱전압이 증가하는 현상이 발생합니다.

 

Halo Doping과 Pocket Implat 공정의 경우 뒤에서 언급할 펀치-스루를 억제하기 위해 고안된 공정입니다.

 

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7) Narrow Channel Effects

: 채널 폭(Width)이 감소함에 따라 문턱 전압 증가

LOCOS 공정을 진행하였을 때만 발생하는 Secondary Effect 입니다.

Isolation을 위해 LOCOS 공정을 진행하게 되면 Bird's Beak가 발생하고, 이것이 Active 영역을 감소시킵니다.

이렇게 발생한 Bird's Beak 아래에 마찬가지로 반전층을 형성하기 위해서는 더 큰 전압이 필요하기 때문에

문턱전압이 증가하게 됩니다.

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8) Inversion Narrow Width Effect (Reverse Narrow Width Effect)

: 채널 폭(Width)이 감소함에 따라 문턱 전압 감소

STI 공정을 진행하였을 때 발생하는 Secondary Effect 입니다.

그림처럼 식각된 표면에 Fixed Charge가 쌓이게 되어 문턱 전압이 감소하게 됩니다.

Fixed Carge(+)에 의해 게이트 전압이 작아도 충분히 반전층이 형성되기 때문입니다.

 

 

이렇게 총 8가지 Secondary Effect에 대해 알아보았습니다.

Punch Through(펀치스루)와 같은 남은 부분에 대해서는 Secondary Effect 다음 포스트에서는 알아보도록 하겠습니다!