In d o n e sian   Jou r n al of  Ele c tr i c a l  En g in e erin g   a n d  C om pu t er S c ien ce   Vol.  14, No.  1, April 2019,   pp.  241~249  ISSN: 2502- 4752,  DOI :   10.115 91/ijeecs. v 14. i 1 . pp241-249          241     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/ i j eec s   Compac t modeling of str a ine d  G AA  SiNW      Fat i m a h K.  A Ham id 1 , N .  Ez ail a   A l i as 2 ,   R.   Ismail 3 ,  M .   A nas  Razali 4   1, 2 , 3 School  of  E l ect rical   E ngi n eeri n g,  U n i versiti  T e knologi Malays ia , Joh or Bh a ru,   M alaysi a   4 Nan o  S imulation Res earc h  Gro up  (Nan o S I M ) , Facu lty  of El ectrical   a nd   E l ectro nic   Eng i n eerin g ,   U ni vers iti  T un  Hussei n   On n  M a l a ysia,  Joh o r,   M a l ays i a       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  Ju n  1 ,   2018   R e v i s e d   Oct   10 , 2 0 18  Ac ce p t ed  No v   2 5 ,  2 018      S t rai n -bas ed  on  advan c ed M O S FET is  a pro m i s i ng can did a te f o r  th e  f u t u re  o f  CM OS   t ech no log y .   A   num eri c a l   m od el  i s   not  f avo r able  c o m pared  t o  a   com p act  m o d el   b ecause   i t   can no t  be  i n t egrat e d  in to  m ost  si m u l a t or  s o f tw are.  Th us ,  a  com p act   m o d e l   i s   p r opos ed  t o   ov ercom e   t h e   s ho rtco mi ngs  in   t he   anal yt ical  m o d el.  In   t his   pap e r,   a   c harg e-bas e d  com p act  m o d el  i s   pres ented   f o r  l o ng-channel   s t rained  G ate- A ll- Ar o u n d   Si li c o n  N a no wir e   ( GA A  S i N W )   fro m   a n   un do pe d   c h a n ne l  to  a   d o p e d   b od y.  T h e   m od e l   d e r iva t io n   i s   b a sed  on  an  i n v ers i on  charge  w h i ch   h as  b een  s o l v e d  exp licitl y   u s i n g   t h e   s m ooth i ng  f u n c ti on.   T he  d rain   c u r ren t   m od e l   i s  f o rm ul ated   f rom  P a o  S a h’s  du al  i n t egral  wh ich   is   f o r m e d  i n   t erms  o f   i n v e rsio n  ch arg e   a t   the  d r ain   and   s ou rc e  termi n als.   T he  p ro po sed  m o d e l  h a s  been   e xt ens i vel y   v erified   wit h  the  nu m e rical  s im u l ato r   d ata.  T h e   s tr ain e d  ef f e c t   on  th e  el ectri ca l   p aram eters  ar e   st udied   b ased   o n   in versi on  charge,   th res h o l d  voltag e   a nd   c urren t - vo lt age  (I- V)  c haracteri s t i c s .   Results  s ho w  th a t   t he  c u rrent ,   the  i n v e rsio n  charge  a nd   t h e   th resh old   volt a g e   c an  b e  g r e a tly  i m p roved   by   t he  s train .   T he  t h re sh old  vo lt age  was  redu ced  a pp ro xi mately   4 0%   f rom   the  co nv enti on al  GAA  S i N W .   M o reo v er,   t h e  inv e rsi on  charge  w as  i m p ro ved   by   3 0   %   and  th e  on - stat e  curren t   h as  d ou b l ed   c om p a red  t o  u ns trai ned  dev i ce.   K eyw ord s :   3D   MOSF ET  St rai n e d  GAA  Si NW  TCAD  Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d   Scien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Mu ham m a d  A nas  Ra za li,    N a no  S i m u l a ti on  Rese arc h  G rou p   ( N a noS IM),   Fa cult y   o f   E l e c t rica l   and  E l e c t r on ic E n g i n ee rin g ,  U n i v e r s iti  Tu n   H u ssei n  O nn  Ma la ys i a ,  P a rit   Raja,  86 4 00,  B a t u  P a ha t,  Johor,   Mala y s ia.   Em ail:  anas@ u thm . edu. my       1.   I N TR OD U C TI O N    An   a dv a n ced  M O SFET  su ch  a s  Gat e -A l l - Ar o u n d   S I N W   (GAA  Si NW )   i s   i n t rod u ce d  t o   ove rc om e  the  s h ortc om ings  i n  t h e  c o n v en t i o n a l   M O S F E T.   T he  a rchi tec t ur e  o f  the   ga te  c omp l ete l y  s u rr ound in g  th e   ch an n e l   i n   GAA  S i N W   a l l o w s  t h e  d e vi c e   t o   h a v e   e x c el l e nt   g at e  co ntr o l  a nd  a b l e   t o  min i m i z e   t he  s h o r t   cha nne l effec t s   [1-2].    To  u nde rs t a n d   the   beha v i or  o f  the   de vice ,   an  a na ly tic a l   m ode l  i s  requ i r e d   [ 1 - 10 ].  H o w ev e r ,  t h i s   mode l i ng   m e t h od  is  i mpr act i c a l   b e c a use  it  i s   una b l e  to  e x t en d  i n t o  the   c i rc u i t   le vel  si m u l a t o r.  T he  m ode ls   nee d   t o  be  s o l v e d  i t er a t i v e l y  a n d   t h is  f u n ct io n( iter a t i on)   n o t   p r ov id ed   i n  the   ci rc uit   si mu lat o r  su ch   a s   H s pi c e .   A s   a   r esul t  of  t h i s  l i mi ta ti o n ,  m o re   c om pac t   m ode lin g  w o r k s  ha v e  bee n   p ro pose d   w h i c h   a re   n ee ded  f o r  th e   des i g n  an d   c ha r acte r izat i on o f   t he G A A  S i N W a t   c irc u i t   l e v el [1 4- 19].    The r e  is  e x t e n si ve  l i t era t ur e  on  impr o v in g  t h e  m ode l  for   a   di ff eren t   con d i t i o n   su c h   a s  un dop ed   a nd   do pe d  bo dy  c h a nne l  [2-10].   H o w e ver ,   t her e   i s   li tt l e   w ork  on   d e v i c e  model i ng   u si ng   s t r ai n  on   GAA  stru ctu r e.   Fro m   p rev i ou s  st ud i e s,  s t r ai n-b a se d   on   G e  fra ct i o n  is  u sed   t o   b oos t  up   t he   c u r rent   a nd   l ow ering   the   t h re shol d   for  co nve n t i o n a l  an d  ad vanc ed  M O S F ET  struc t ur es  [ 17-2 3 ].   F or  s t r a in  a pp lic a tio n  in  G A A   s truc t u res,  t h e   exi s ti ng   m ode l s   h a v e  use d   t h e   a na ly t i ca l  a p proac h   [ 2 2 - 23] .  H o w e ver ,   t he   m ode l  is  l imit ed  t o  t h e  t h re shol d   and  is  not  e n o u gh t o  a na ly se t he  s t r ai n be ha v i our .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2502- 4752  I n do n e si an  J  E l e c   E n g   &   C o m p  S ci , V o l .   1 4 ,   No. 1, April 2019 :   241 –  2 49  24 2 I n   o r d er  t o   e n ab l e   t h e   e xt ensi o n   o f   t h e   s t r ai n e d   GAA  i n t o   t h e   c i r c u i t   l e v el ,  a   co mp ac t   mod e l   appr oa ch  i s  i n t r od uce d .  In  t h i s  pa per,   w e  pre s e n t  a   com p a c t  m o d el   f o r   s trai n e d   GAA  S i NW .  Th i s   m o d el   c an  b e   d e r i v ed  from  t h e  an aly t i cal   m od el   a n d   s ol v e d   exp l i c i t l y   u s i n g   t h e  smo o t hi ng  fu n c t i on .  Th e   mode l   was  inc o rp ora t e d   w it h  the   i n terfac e d   t ra p p e d   c ha rge   a nd  fixe d  o x i d e   c harge .   M oreo ver ,   t he  m ode l i s   a l s o  va lid fo r   a  pra c t i ca l  ran g e   of   d o p i n g.  W e   ha ve   c o n s i dere d  a   l o ng   c han n e l   dev i c e   to  f oc us  t he  e ffec t   o f  stra in   o n   de vic e   b e h a v i o u r .  T h i s   w o r k  c a n  b e   u s e d  a s   a   c o r e  m o d e l   f o r   s t r a i n e d  G A A   dev i ce.   T o  va lida t e   our  m ode l,  r e s u l t s   are   c o mpa r ed  w it h  p u b l i s hi n g   w ork  a n d  t h re e-dim e ns io na l  (3D )   s i m u l a ti on s  o b ta i n e d   u s i ng  Tec h n o lo gy   Com p u t er  A id ed De s i g n  (TC AD)  s oft w are .       2.   MODELING OF S T R A I N E D   G A T E ALL- AROU N D   S I L I CON  NAN OWI R E  F i gure  1  il lustr a t e s  the   sch e m a tic  d i a gr am   o f  t h e  pro p o s ed   m ode l  u s i n g  the   ex pl ic i t   m etho d.   I n  th is   mode l,  f i x e d   o xi de   ( ln ( / ) f th A i vN n )  cha r g e   i s  co n s id e r ed   t o   en ume r a t e   t h e  act u a l  fab r i c a t i on  env i ro nm en t  e s pec i a l l y   f or  a   t hi n  o x i d e  la ye r.  T he   d iam e te r  an d   c ha nn e l   a re  d ef ine d   a t  r - direc tio n  and   y- direc t i o n,  r espe ctive l y.           F i gure  1.  C r o ss   s e c ti ona l d i agr a m  for  n-type stra i ne d G a t e  A ll  Ar o u n d   GA A Si NW       O n e   d i m e ns io n a l  ( 1 D )   P oiso n- Bo ltzm a n n   f o r   G AA   S iN W  F i gur e  1  c a n   b e   repre s ente d  in  c y l in drica l   coor di na te  a s     2 1 (1 ) ch f V a si N dr d qe rd r d r        ( 1 )     wher e  r   a nd    a r e   d efi n ed   a s  the  rad i al   o f   th e  GAA  an d   p o t e n t i a l   at   t h e   c h a n ne l   re g i on  d u e   t o  ga te  b ias i ng.  The  c onst a n t ,  ,   i s  d e f i n e d  a s   1/ th v ,  w h e r e  th v   i s  t h e   the r m a l  v o l ta ge .  This   m o d e l   c an  b e  use d   f o r   b o t h  the   un d ope d  a n d  do pe d  c h a nne l.   T he  qua si-fe r mi  p o t en t i a l   a lon g   y -a x i s   ( c h anne l)  i s  as sum e d  a s   c on sta n t   a n d   fe rmi  po te nt i a l  c a n  be  e xp l i c i tl y  c a lc ula t e d   a s  ln ( / ) f th A i vN n   w i t h   int r i n si c  d o p i ng   body ,  10 3 1. 45 1 0 i nc m  .  Th e  p o t e nt i a l   at  t h e   s u r f a ce  ( s )   and  c e n ter  r e gi o n   ( o )  c a n  b e   d e t e r m i ne d  u s i n g   t h e   fo l l ow i n g  b oun da ry c o n d iti o n s :     (0 ) 0 ( ) 0 0, , rr R s r r      ( 2 )     The   ve rtic a l  e le ctric  fiel d ( s E ) at   t he s urface  c an  be formulate d  as      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind ones i a n   J   E lec  En g & Co mp  S c i    IS S N : 2502- 47 52       C o m pac t Mo de li n g  of S t r a ine d  G A A  Si NW  (Fa tim ah K.  A H a m i d)   24 3 in v d ep s si rR QQ d E dr   ( 3 )     wher e  inv q   a nd  de p q a r e  in ver s io n  c h arge   a n d   d e p l e ti on  a t   t he   c ha n n el.  By  s o l v i n g   e q u a t i on  (2)  a nd  ( 3 ),   t he  cha nge s o f   p o t e n tia l   at r -direc t i o n  c an  b e sim p li fie d   a s    22 2 1 () ( 1 ) sc h f s c h f th t h VV de p d e p vv s i de p i nv QQ d ee dr R Q q     ( 4 )     The  fi na l so lu ti on o f  surfa ce  p ote n ti a l  ca n  be   re p r esente d  as     22 44 2 l n( ) l n( ) ln ( 1 ) l n ( ( 1 ) ) ' s f c h th i n th th s i qN R q N R aa in si si th th de p R Vv Q v v Q vv e e Q        (5)     wher e  '/ ' qC v H dep o x t h  i s   d e f i n e d   i n  t e r m s  o f   t h e   d o p i n g   e f f e c t  ( ' H )  and  s t r u ct ural   p ara m e t er  w h i ch   w e r e  ta k en fro m  [16-17] . F rom   the  G a uss La w ,   t h e  c harge   ca n be   ca l c ula t ed a s     () f to x G S f b s ox Q QC V V C   ( 6 )     wher e  ox C is  t he  o xi de  g a t e   ca p a cita nce ,   f b V i s   t he   f lat b a n d   v o l t a ge  a nd    i s  th e  v a ri abl e   r e l ate d   t o  th e  i n t e rf ac ed   t rap p e d   ch a r g e   w hi ch   i s  si g n if i c a n t   a t   h eav il y   bo dy   do pi n g   ( 1/ it o x qD C  ).  T hu s,  f o r   u nd op ed  and   li gh t l y do p e d case s ,     c an  b e   set   as  1 [1 0 ] .  Th e   equ a t i o n in (6) ca n  be re arra nged to  for m   a   u n i fie d  c h a r g e  con t ro l  mode l   ( U CC M)  a da p t e d   f rom   [1 1]  by  re pl a c i ng  t h e   equa ti o n  (5)  int o   e q u a t i o n  (6).  T he   f ina l   f orm   of  U CCM m ode l c a n  be form u la t e d a s       0 ln ( ) ln ( 1 ) ' in in th in th G S c h ox de p QQ vQ v V V V CQ     ( 7)    wher e  0 V  is the  th re sho l d  v o l ta ge  for  G AA  S iNW ca n be  exp l i c it ly  calc u l at ed   a s       0 2 2l n ( ) 2 ln 1 e x p 4 fd e p ft h ox ox t h s i a th si QQ R Vv CC v qN R v             ( 8 )             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2502- 4752  I n do n e si an  J  E l e c   E n g   &   C o m p  S ci , V o l .   1 4 ,   No. 1, April 2019 :   241 –  2 49  24 4 Mea n w h ile,   th e  t h r e sh old  v o lta ge w i t h s t ra ine d  ef f ec t ca n be  f o rmu l at ed  a s   0_ _ _ 2 ln ( ) l n 1 e x p 24 Q de p VV st ra i n f b st ra i n s s t r a i n C ox qN R R a vv th t h v th s i s i           (9)     wher e  _ f bs t r a i n V   a nd  _ s strain ar e   the  s t rai n   p ar a m eter  b a s e d   o n  Ge  f r acti o n  (x)  whic h  c a n  b e   fo un d  in  [ 1 7 - 18].  The  new   form  of  U CCM m odel  w ith  s tra i n ca n be  r e p r e sen t ed  as   0_ ln ( ' ) l n ( ) ' ln ( 1 ) ' in in GS s t r a i n c h t h d e p t h ox de p in th de p QQ VV V v q v CQ Q v Q                                ( 10)    The  i m p lic i t   e q u at i on from  (7-8)   ca n be  s olve d e x p l ici t l y  using   t he  fol l o w i n g  fu n c t i o n a s  sug ges t e d  in  [1 3]:     2 (; , ) l n ( ) 0 fz s G z z s z G   ( 1 1 )     The  fi na l so lu ti on o f  fu n c t i o n g  ca n be  r epr e sente d   a s     2 22 22 11 1 () l n ( 1 ) 22 G ze s s s      ( 1 2 )     w h er e  z  is  t he  e xp l i ci t  form   o f  func tio n  g  w h ic h  ca n  b e   a p p l i e d   o n  U CCM  m o d el  t o  so lve  t h e  c h arge   m od e l   j u s t   lik e  in   [ 1 1 ].  T h u s ,  th e   i n it i a l   a n d   fin a l   so lut i o n   o f   e xp l ic it  c h a r ge   m o d el   f or  s tra i ne d  G A A   S i N W   c an  b e   repr esente d  as    0 22 2 ' 22 2 0_ 22 2 ' 2 2 () 4 l n ( 1 e x p ) 2 ox t h in de p G S st ra i n ch ox t h ox t h de p t h Cv Q Q VV V Cv Cv Qv      (1 3 )     22 2 ' 22 2 _ 22 2 ' 2 2 () 4 l n ( 1 e x p ) 2 ox t h in de p GS t h f c h ox t h ox t h de p t h Cv Q Q VV V Cv Cv Qv     ( 1 4 )     wher e  _ V th f   i s  t h e   fina l   e xpl ic it   t hr es ho ld  b a s e d   on  i n i t ia l   i nvers io n  c h a r g e  an d  de p l e t i on  c h ar g e   i s   f o rmu l at ed  a s    0 _0 _ 2l n ( 1 ) in th f s t r ain t h o Q VV v Q   ( 1 5 )     The  curr ent m ode l c a n be  der i v e d  fr o m  t h e   f o l l o w i ng eq ua tio n a s    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Indonesia n   J  Elec Eng  &   C o m p  S ci   ISSN:  2502- 4752      C o m p a c t M o de lin g  of   S t ra ine d   G AA Si NW ( F a t im ah  K .  A H a m i d)   24 5 2. DS i n ch Id y R q d V    ( 16)     wh ere  i s  t h e  m o b i l i t y  f o r  t h e   e l e c t r o n   o r  h o l e ,  R  i s   t h e   r a d i u s  o f   t h e   ch ann e l ,   a nd   ch V i s  t h e   f e r m i  p o t e n t i a l   w h ic h  var i e s   f r o m  sour ce   t o  dr ai n  a l o n g   t h e   c ha nne l.   B y   so l v i n g   t he   e q u a t ion   ( 1 5) ,   th e  f i na l  dr ai n  c u r r en t   m odel i s  sim p lifie d  as    22 21 2( ) ( ) 2 2 ln ( ) D S th in s i n d in s i n d Go x in d d e p th d e p G i ns de p R Iv Q Q Q Q LC QQ R vQ LQ Q           ( 17)       3.   RESULTS  A ND  A NAL YS IS   F i gur e  2  s how s  the   c o m p ar is on   r e s ult s   o f  c u r r e nt - g a t e  v o l t age   ( ID-VG)  g raph   b etwee n   t h e   i mplicit  m odel  in   ( 7)   a nd  pr op ose d   m ode l  in  ( 13)   w hi c h   h a v e  be e n   s o l ve d  exp licitly   f o r   u nst r ained   GAA  S i N W .  Th e   pr o pose d   m o d e l   i s   c on side r a bl y  va lid  b eca use   bo t h   m o d e l s  in dic a t e   s i m i l a r  t r e n d s   a s   c a n  b e   s e e n  i n   F i g u r e   2( a )   a nd  F i g u r e   2 ( b ) .   T he  p r o pos ed  m o d el  i s   the n   e x t e n ded   for   s train   a p p l icatio n   at  t h e   c h a nn el  a r ea  o f   GAA  Si N W .         (a )       (b )     F i gur e   2.   I DS -V GS   ch ar acter is tic  o f   imp l i c i t   a nd  ex p licit of GAA SiNW with   10 2 31 0 f Qc m  ( x =0 )  (a)  Line ar  s cale   (b)   Log sc ale   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2502- 4752  I n do n e si an  J  E l e c   E n g   &   C o m p  S ci , V o l .   1 4 ,   No. 1, April 2019 :   241 –  2 49  24 6 A n o t her   va li da ti o n   m et h o d   is pe r form ed t o i d en t i fy t he c o m pati b ili ty of str a i n  in   the   pro pos ed  mode l   (equa tio n  (14)).   F igure  3  in d i cates  t ha t  t h e  I-V   c ur ves  of  b ot h   m od el  a nd   s im u l a t or   a gr eed  w el l  (usin g   G e   fra c ti o n , x= 0 .4 ). The  sig nific a n t o u t com e s  prove  t ha t   th e mode l  is  ap p l ic a b le  f or stra i n  d e vice .            F i gure   3.  I DS -V GS   c h ar acte r ist i c  of e xp lic it m ode l  an d simu l a tor  for  strai n e d   G A A  S iNW   ( 3 51 0 , 2 , 1 , 1 Ao x D Nc m t n m L m V V  )      The   de pe nde n ce  o f   I d-V g   o n  stra in  i s  pr ese n te d  i n   F igur e  4.  T he   r e s ults  i n d i c a t e   t hat  th e  c u rre nt   i s   i n c r ea sed   sig n i f i cant l y   a s   th e  st ra i n   l ev e l s  a r e  v a ri e d   f rom  x = 0  to  x =0. 4 .  The   c u rre nt  i ncr e m e nt  i s  alm o st   do u b l e d  c o mp a r ed  t o  t h e   uns trai ned   de v i c e .  O t her   t h an   t ha t,  w it h  t h e  s t rai n   a pp l i cat i o n,  t he  t hr es ho ld  v ol ta ge   als o   s how s  a   gr eat  i mpro ve me nt   w he n  o p e r at in g  vol ta ge   i s  red u c e d  by   ~ 40   %   e v e n  wit hou t   a  fu rt h e r  dow nsca li n g   o n  i t s  di m e n s i o n.  T he  t re nd  o f   t he   o n  c u rr ent  a nd  t hresh o l d  c h a nges  a l i g n   w i t h   r e p ort e d  da ta  from  [17-1 8 ,2 0 ] . F r om these  f i n d i ngs,   dev i c e   pe rform a nc e  i s   s ig ni fica n tly  i m p ro ved  w i t h   s tr ai n app l ica t i on.            F i gure  4.  I DS -V G S  cha rac t e r is ti c   o f   s t r ai ne d G A A S i N W  for di f fe re nt   s t r ain le ve l     ( 10 3 51 0 , 2 , 1 , 1 Ao x D Nc m t n m L m V V  )      The   c u rre nt  i n c re me nt   d ue  t o  s t rai n   c a n   b e  j u s t i f ied   us i ng  cha r g e   d e n sit y   o f   el ect ron s .  C h arge  den s i t y  de pe n d enc e   on   t he   s trai n  c a n   b e   obs e r ved   in   F i gure   5   w i t h   d if fe rent   l e v el s  o f   bod y  d opi ng .  Th e  conc e n trat io n  of  c arr i e r s  i s   i ncre ased  b y  30  %  a s   t he   s tr ain   l e ve l  i s   i n c re ased  f r o m  62 2. 7 1 0 / Cc m   t o   62 3. 5 1 0 / Cc m  ,  as  s how n  i n   F i g ure   5( a)  f or  u n d ope d   bo d y .   Th is  i ncr e m e nt  w i l l   l ea d  t o   c urre nt   enha nc em en t  a nd  i m pro v e   t h e  sw itc hi n g   s p e e d   i m p ro ve me n t   o f  th e  de v i ce .  Meanw h i l e ,   w h e n   t he   c han n e l   w a s  d ope d  w i t h   15 3 11 0 cm ,  the  carrier s   reduced  from   62 2. 8 1 0 / Cc m   F i gur e  5( a)  t o   62 2. 2 1 0 / Cc m  F i gure   5(b)  a t x = 0.  H ow eve r ,  the  lost carriers co m p ensa te d  by t he  s t r ai n(x = 0.4).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind ones i a n   J   E lec  En g & Co mp  S c i    IS S N : 2502- 47 52       C o m pac t Mo de li n g  of S t r a ine d  G A A  Si NW  (Fa tim ah K.  A H a m i d)   24 7   (a)        ( b )     F i gure   5.  Q in -V GS  ch a racteri s t i c s   o f   s t rain ed  GAA S i NW f o r  d i f feren t   s t r ain   at   ( a)und ope d bo d y  (b)  dop ed  bod y    ( 15 3 21 0 , 2 , 1 , 0 . 6 Ao x D Nc m t n m L m V V  )      4.   CONCL U S ION    I n   t h i s   wo rk ,   c o mp act  mo d e lin g   of   s t r ain e d   GAA  Si NW   i s  p r esent e d   an d  t h e  re su l t s  a r e  c o m p are d   t o  t h e   u n s t r a i n e d  d e v i c e .  T h e  c o m p a c t  m o d e l  t e c h n i q u e   h a s  b e e n   e x t en de d  for  s t r a i n   a p p lic a t i o n  re s u lt in g  i n   b e tt er  e l ect ri ca l   p r o p e rti e s  comp ared   t o   conv en ti on al   GAA  Si NW.   T he  p r opose d   m o d el  h as  b ee n  ve rifi e d   w ith  t he  n um er i c al  m o d el   a n d   3 D   s i m u lat o r  da ta.  By  i n duc i ng  s t r ai n  i n   t he   c ha n n el  a r e a ,   t he   e le c t ri cal   p r op e r t i es  o f   th e   d e vi ce   h a v e   i m p r ov ed   s ig nif i c a nt ly   i n c l udi ng   o n   c urr e nt,  thre s hol d  vo l t age ,   a nd  c h ar ge   c a rri e r   d e n si t y .  Th e   on   c u rren t   i s  dou bl ed   u p  co mp ared   t o   t h e  u ns tra i n e d  c h an ne l .   I n  ad dit i o n ,  t h re sh ol d   vo lta ge  w as  r e duce d  by 40 %   depe n d i n g  o n  t he   G e   frac t i o n .  Besi d es,  t h e  in v e rsi o n   ch a r ges  were   a l s o   aff e c t ed   by t h e  st r a i n e d  e ffe c t  due   t o t h e  carrier  d ensi ty  e nha nc em en t   w ith t he  i nc rem e nt  o f 3 0   % .      ACKNOW LEDG E MEN T S   Th e  aut h o r s   wo ul d   l i k e   t o  ap p r e c i a t e   t he  f i n an ci al   s up po rt   f ro m   M in is t r y  o f   H i g her  Educ a t ion   (MO H E )  un de r  the   F unda me nta l   R e s e a rc h  G r a n t   S c he me   ( F R G S )  vo t  n o   15 35 .  Al so   t ha n k s  t o   t h e   R ese a rc h  Ma nage me n t   C e n tre   (R MC)   of   U n i ve rs iti  Tu n  H u sse i n   O nn  Ma la ysia   (U TH M )   a nd   U ni ver s i t i   T e k n o l og i   Ma lays ia ( U T M) for pr ovi di ng o u t s t a n d i n g   resea r ch  e nvironm en t a n d  fa c il it ies to  m a k e   thi s  w ork  is  p ossib l e.         REFE RENCES   [1]   C.  P .   Auth   a n d   J .  D .   P lumm er,  “S cali ng  th eory   f or  c yl ind r ical ,  f u ll y-deplet ed,   su rroun di ng -gate  MOS F ET ’s, ”   I EEE  Ele c t ro n   De vic e   Le t t . , vo l .   18 ,   no .   2 ,   p p.  7 4– 76 ,   1 9 9 7 .   [2]   D.  J im enez,   B .   In íg uez,  J .   S u ne,  L .   F .  M a rsal,   J .   P all a res,  J .  R o ig ,  a n d  D.  F lore s ,   “ Co nt in uo us  a n a ly t i c   I-V  m o d e l   f o r  su rrou n d ing - gate MOS FETs, ”  IEEE E lect ro n  Device L e t t ., vo l .   2 5 ,   n o.  8 ,  p p .  5 7 1–5 73 ,   2 004 .  [3]   B .  Y u ,  W . Y .   L u ,   H .  L u ,   a n d   Y .   T a u r ,   “ A n a l y t i c   C h a r g e  M o d e l   f o r   S u rrou nding-Gat e   M OS FETs , ”   I EEE  Trans.   El ectron  Dev i ces ,   vol.   54,   n o .   3 ,   p p .   49 2–4 96 ,  2 0 0 7 .   [4]   N .  K .   C h o ,  S .   H .  C h o i ,  N .   H .   K i m ,   S .  H .   K i m ,   a n d  Y .   S .  Y u ,   “ C o n ti nuous  a nalyt i c  current -vol tage  (I-V)  m o del  f o r   lon g -c h a n n e l   d op e d   s u rro un ding -g at e  M O S F ETs  (S G M O S FET s ),”  in   P r o ceedin gs   -   2 0 0 8   In ternat io nal   Co nf erence  on   A d v an c e d   Tech no lo gies   f or  C o m m unicati ons,   ATC  2 0 0 8 ,  Held   i n  Conju n ct ion   with  R EV   M eeti ng,   2 0 08,   pp.  31 5– 318 .   [5]   J .  H e ,  Y .   T a o ,  F .   L i u ,  J .   F e n g ,   a n d   S .  Y a n g ,   “ A n a l y t i c   c h a n n e l   po tential   s o l u tion  to   t he  u ndo ped   s u rro un din g -gate  M O SF ET s, ”  S o lid.   S tat e .  El ectron. ,   vol.   51 ,   no.   5 ,  p p .   8 02 –8 05 ,   2007 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2502- 4752  I n do n e si an  J  E l e c   E n g   &   C o m p  S ci , V o l .   1 4 ,   No. 1, April 2019 :   241 –  2 49  24 8 [6]   J.  H e,  X .  Z h an g ,   G .  Z h an g,  M .  Chan ,  and   Y .   W ang,  “ A  carrier-b as ed  a nalytic   D CIV  model  f o r  long  c hannel   un do ped  cyli nd rical   s u rroun di ng -gate  M O SF ET s,”  S o li d.  S tate.   E l ectro n.,  v o l .  50 ,  n o. 3 , p p.  41 6 – 4 2 1 ,   2 00 6 .   [7]   J.  H e,  J .  Z h an g,  L .  Zhan g,  C .  M a ,  an d  M.  C h a n ,   “ A   su rf ace  p o t e n tial - b a sed   non -charg e-she e t   c ore  m ode l   f o r  u n d o p e d   su rrou n d i n g - gate M OSF E T s ,”  J .   Semicon d ., vo l . 3 0 , no . 2 ,   200 9.   [8]   J.  B .  Ro l d an,  F . G a m i z,  F .  Jim é n ez-M o li no s ,   C .  S a mp edro ,  A .   G o d o y ,   F .  J . Garcí a -Ruiz  and   N .   R o d ri gu ez,  “ An   anal yti cal  I -V  m o d el   f o r   s urro undin g -g ate  tran si sto r s  t h at  i nc l udes   quan t um   a n d   v eloci t y  o v ers h o o t  e f f ects , ”  IEEE   Tran s.  Elect ron   Dev i ces,   vol.  57,   n o .   1 1 ,   p p .   2 9 25–29 33 ,   2 010 .  [9]   T.  K .  Ch i a ng ,  “A  c o m p act,  an aly t ical   t w o -d im e n s i o n al  t hres ho ld   v o l t ag e  mo de l   f o r  cyl i n d ri ca l,  f ully -dep leted ,   su rrou ndi ng -gate(S G )  M O S F ET s, ”  i n   2 005  IEEE  Co n f erence  o n   E l ect ro n  Dev i ces   a nd  So li d-S t ate  Circuits,   ED SSC,   2 0 0 6 ,   pp.   5 47 –5 50.   [10]   S .   F .   T r a n s i s t o r s ,   Y .   S .   Y u ,  N .   C h o ,  S .   W .  H w a n g ,   a n d   D .  A h n ,   “ Imp l i c it   C o n ti nu ou s  Current   –   V ol tage  M od el  f or  Im plicit   C on ti nu o u s   Current   –   V olt a ge  M o d el  f or  S urrou n d i n g -Gat e  M e tal  –   Oxi d e  –   S e mi con d u c t o r  F i eld-Eff ect  Tran sisto r s In cludi ng  In t e rf ace T r aps , ” vo l.  58, n o .  A ug ust 2 0 1 6 ,   pp.   2 5 2 0 –25 24 ,  201 1.   [11]   B.  I n i g u ez,   D .  J i men ez,  J .  R o ig ,  H.   A .  Hami d ,   L .  F .   M arsal ,   a nd   J .   P a llares,   “ E xpli c it  co ntinu o u s   m od el  f o r   l on g- chan nel  un dop ed   s urro und in g   g a te  M O S F E Ts, ”   I E E E   Tran s. E lect ron   D ev i ces,   vol.  5 2 ,   n o .   8 ,  pp .  186 8– 187 3,   2 0 05.   [12]   Y .  S .   Y u ,   N .  C h o ,  J .   H .  O h ,  S .   W .  H w a n g ,   a n d   D .  A h n ,   “ E x p l i c i t   Conti n uous  C urrent–Voltage  (I-V)  Models   f or   Fully-Depl e ted  Surroundi ng-Gate  MO SFETs   (S G M OSFE T s )  wi th  a   F i n i te   D op in g  Bod y ,”   J ou rn a l   o f  n a no sc ie n c e  and   nan o t echno lo gy ,   vol.   1 0 ,   n o. 5 ,   p p.  331 6– 33 2 0 ,   2 0 1 0 .   [13]   B.   Y u,   H .   Lu,   M.   L i u ,   and   Y.   T au r,   “ E xpli c it  conti nuo u s   m o d els   fo r  do ub le-g ate  a n d  surro un di ng-g a te  M O S FETs,”   IEEE  T r ans. E l e ctron Devices,   vol .   54,   no.   10,  pp. 2715–2722,   2 007.   [14]   F .   L iu,   J.   Z han g ,  F .   H e ,   F .   Liu,   L .   Zhan g,  a nd   M .   Ch an,   “ A   c har ge-b ased  c om p a ct   m o d el  f or  p redi c t i n g   th e  curren t - vo lt age  an d  cap acitan ce-vo ltag e   c haract eris tics  o f   h eav ily   d ope d   cy lin dri cal  s urro un din g -g ate  M O SFETs,”  S oli d .  Stat e.   E l ectron . , v ol.   53 , n o.  1,   p p . 49 – 5 3 , 2 00 9.   [15]   A.Tsorm p a t zoglou,  D.H.Tas s i s ,  C. A.Dimitr i a dis,  G .Ghibaudo,  G .Pa n a nakak i s ,   R . C lerc,   and   A .   T s o rm pat z og lou,   “ A   c om p act  d ra in  c u rrent  m o d el  o f   sh ort - chann e l  cy li ndri cal  g at e-all - arou nd  M O S F E T s , ”  S e mico ndu cto r   S c i ence   and   Tech nol og y,  v o l .   2 4 ,   no.   7 ,   p p . 75 01 7,   200 9 .   [16]   B.  S m aani ,   S .  Latrech e,  a nd   B .  In igu ez,  “ Co m p act  d rain -cu rrent   m odel  f o r  und o p ed  c y l i ndri cal  s urro un din g -g ate   me ta l- ox id e - se m i c o nd uc tor   fie l d   e ffe c t   t ra nsis to rs   i nc lu ding   s h or t  c h a n ne l  e f fe c t s,”   Jou r na l  of  A pp lie d  Ph ysic s ,   v o l .   11 4,   no.   2 2 ,   2 013.   [17]   S .   M oh amm a di  a nd  A.  A f zali-Kus h a,  “ D r ain   current   m od el  f o r   s t r a in e d - S i / S i   1 −   x   G e  x  / s t r a i n e d -Si  do ub le -ga t e   M O SF ET s   i n c l u d in g q u an tu m  eff ect s,”S emi c ond uct o r S c i e nce and   T e ch no lo gy,   v o l . 2 6 ,   no. 9,   p p .   9502 2,   2 0 11.   [18]   H.  M .  Nay f eh ,  C.  W .  L e itz,   A.  J .  Pi t e ra ,   E.   A .  Fit z g e rald,  J.  L .  H oyt,  an d  D.  A .  A n t o n i adis,   “Infl u en c e   o f   h i g h   chan nel  do pin g   o n   th e  in vers ion  l a yer  el ectron   m o b i lit y   i n   s tra ined   s ili con   n-MO S F E T s , ”  IE EE  El ec t r on   D ev ic e   Lett.,   vol.  24,   no.   4 ,  pp .  2 4 8 – 2 50,   2 0 0 3 .   [19]    P .J .  Ch ao,  and   Y .   L i,  I m p act   o f  g e om etry   a s p ect   r atio  on  1 0 -nm   g ate  al l-around  s ilicon-germanium  n anowire  f i e l d  ef f ect  t rans isto rs .  In:   P r o ceedin gs   o f   t h e  14 th  I EE E  Int e rnati o n a l  Con f eren ce   o n  Nano tech no log y ,   p p .   45 2– 455 ,  20 14 .   [20]    T.   V.  S i n g h   a n d   M .  J .   K u m ar,  "Eff ect  o f   th e  G e   m ol e  f r action   o n   th e  f o rm atio n  o f   a   c on du cti on  p a t h   i n  cy lin d ri ca l  st rained -si l i c on -on-S i Ge M OS FETs . "   S up erla ttices   a nd   M icro st ruc tu res,   vol. 4 4 ,  n o. 1,   p p7 9– 85   , 2 0 08 .   [21]   Y. Jian g,   N . S i ngh,   ,   T . Y . L i o w,   W . Y .   Lo h ,   S . B alak um ar,   K . M. Hoe,   C . H .T un g,   V . B lizn e tso v ,   S . C.  R ust a gi,   G . Q.   L o,   and   D. S.H.  C ha n,   " Ge-rich   ( 70 % )   S i G e  nano w i re  M OSF ET  f a b r icated   u sin g   p att e rn-d epend e nt   G e-co nd ensat i o n   tech niq u e, "   IE EE  El ectron Dev i ce L e tt ers   29 .6 ,  59 5-5 9 8 , 20 0 8   .   [22]   Y.   Z h a ng ,   Z .   L i,   C .   W a ng ,   a n d  F .   Lian g ,   "Co m pact   A n a ly ti cal  T hr es ho ld  V olt a ge  M o d el   o f   Strai n ed   G ate-Al l- A r o u n d  M O S F E T   F a b r i c a t e d  o n   S i  1 - x  G e   x   V i r t u a l   S u b s t r a t e . "   I E I CE   T rans acti ons   o n   El ec t r onics ,   vol. 9 9 ,   n o. 2,   p p .3 02 -30 7 ,2 01 6.    [23]   Y .  L i u ,   a n d   Z .  L i ,  " A n  a n a l y t i c a l  t h r e s h o l d  v o l t a g e  m o d e l   o f   s t rai n ed  s u rroun di ng -gat e  M O S F ET s,"   S o li d-St ate  and   Int e grated  Circu it  Tech no log y  (ICS I CT ), 20 12 IEEE 1 1 t h   In ternat io nal Conf erence o n . IEEE, 20 1 2 .       B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS         F a t i m a h  Kh airiah   A bd   H am i d   r ece i v ed   t he  B . S   a nd   M .S.   deg r ees   i n   e lect ron i c  en gi neerin g  f r o m   U n iv ersi ti   T ekn o lo gi   M alay si a  (U TM )  i n   2 0 1 1   an d  201 3,  r esp ecti v ely .   S he  i s  curren tly   w orkin g   t o ward   t he  P H . D   d e gree  w i t h   t he  D ep artm ent   o f   E l ectri cal  C o m pu t er  E ngin eering ,   U n i versiti  T e kno lo g i   M al a y s i a.  H er  i n t erests   i n c lud e   s ilico n   n anow ire  dev i c e s   a n d  v a r i o u s  a p p l i c a t i o n s  o f   m i c r o -  and  nan o d evi ces.          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Indonesia n   J  Elec Eng  &   C o m p  S ci   ISSN:  2502- 4752      C o m p a c t M o de lin g  of   S t ra ine d   G AA Si NW ( F a t im ah  K .  A H a m i d)   24 9   Dr  E zail a   A li as  r ecei ved   h e r  B.   E n g .  (Ho n s )   d e g ree  in   e l e ct rica l   an d  electro ni cs  e ngi neeri ng  f r o m   U n i v e r s i t i  T e k n o l o g i   M A R A ,  M a l a y s i a   ( 2 0 0 7 ) ,   M .  E n g  d e g r e e   in   E l ectronics   &   Teleco m m u n i cati o n   En gi neerin g  f r o m   U n i vers iti  T e kn ol ogi  M a l ays i a,  M al aysia  (201 0).   S h e  has  then   r ecei ved   h e r  Ph D  deg r ee  i n   E lectri cal  E n g i n eerin g  &  Inf o rm at io n   S y stem   f ro m   Th e   Uni v ersit y   o f   To k y o   (2 01 4).   S h e  is   c u rrentl y   a   S en io r  L e c t urer  with   t he  D ept .   o f   El e c t r on ic  a nd  Co m p u t er  E ngin eering ,   U ni versiti   T ekno lo g i   M alay si a,  M a l ay si a.  S h e  is   a   m em b e r  of   T h e   In stit u t e  o f   E le ct rical  a n d   E l e ctron i cs   E ngin eers   (IEEE )  So ciet y  and   T h e  Ins t i t uti on  o f   Eng i n eers,  M al a y s i a  (IEM ) .  S h e   i s   i n  th e  revi ewer  o f   s e veral  I n te r n a t io na l   J o u r n a ls   f or   I E E E   Trans acti ons  o n  Very  L arg e -Scal e  In tegrat io n  (VLS I)  S y st em s  f o r  2  y e a r s   u n t i l   n o w .   S h e   i s  a l s o   very  acti v e  in  s u p erv i si ng   p ostg raduat e   s tu dent s  both   lo cal  a nd   i ntern a ti on a l   s tu den t s .   H er  res earch  i nteres ts   i n c lud e   a dv anced  T CAD   sim u latio ns  a n d   a n a ly s is   o f   s e mico ndu cto r   d ev ices,  desi gn   t echn i q u es  o f   FE T-b a s e d  M e m o ry   A ppli cati on,   V ariab i l i ty   and  Rel i abi lity  I s s ue  i n  Nano scal e  F E T   D e vice.   R eli a bili ty  i s s u e   i nvolves  sim u latio n  an d   m easu r emen t  f r am e w ork   of  NBTI  d egrad a tion.  Lif etim e  predicti on  f or  i m p rovin g   t he  r e liab i l i ty  c h a ll enges   in  the  i nd ust r y.       Razal i  Ism a i l   r eceived   the  B.S c .  and   M. Sc.   d e g r ees   i n  El ectrica l   an d  El ectro n i c   E n g i neeri ng  fro m  the   Un ive r sity  o f  No tt in gh a m ,  No tt in gh a m ,  U.K.  i n  19 80   a nd   1 98 3  res p ec t i ve l y   a nd  th e  Ph . D .   degree  f r om   C am bri dge  U ni versi t y,   C ambrid ge,   U . K.,   i n   1 98 9 .   I n  19 84   h e  jo in e d   t h e   Facu lt y  o f   E lectri cal  E n g i n eering,   U n i versiti   Tek nol og i  M a lay s i a  as   a   l ectu r er  i n   El ectri c a l   an d  Elect ronic  En g i neerin g.   H e  h a s  hel d   v ari ous   f acu lt y  po si ti on s  i n c lu din g   a s  Head   o f   Departm e nt  a n d  Chi e f   Edit or  o f   t h e  u n i v ersity   j ou rnal.   In  1 9 8 5,   h e  beg a n  h is   P hD   w ork  at  t he  D ep artm ent   o f   Elect ronics  a n d   C om pu ter  S c ience,   U n i vers it y  of  S ou th am p t on,   S o ut ham p t o n ,   U .K .   F r o m   1 9 87  to  1 9 89,   h e  con tin ued   his  research  w o r k  at   t h e   D epartm en t  o f   E n gi neeri n g,   C am bri dge   Uni v ersit y ,  Cambri dg e,  U .K .  w h ere  h e   c om p l et ed  h i s   P h . D .   d egree   i n   m i cro e l ectro ni cs.  His  mai n   r es earch  i nt ere s t  is  i n   th e   fiel d  of   m icroelectro ni cs  w h i c h  i n clu d es   t h e   M od eli n g   and  Sim u l a ti on   o f   IC  F abri catio n   Pro cess   and  M o del i ng   o f   S e mi cond uc t o r  D e v i ces.  H i s  cu rrent  res earch   i nt e r es t  i s   i n  t h e  em ergi ng   a rea  of   n ano e l ectro ni cs  d e v i ces   f ocusin g  o n   t he  u se  o f  c a rb on -bas ed   m aterial s   a n d   n ovel   dev i ce  st ructures.   H e   h as  p ub l i s h e d  m o re  t han   2 0 0   papers   i n  int e rnatio nall y  ref e reed   i n d ex ed  j ourn a ls  a nd   c on f e rence  p r oce e di ng s.       Mu ham m a d  A n as  R azali   rece i v e d   t he  B .  En g  deg r ee  in  e l ectron i cs   en gi neerin g  f r om   U n i v e rsiti  Tekn ol ogi  M alays i a  (U TM ),   S ku dai,   J o h o r ,  Mal a ys ia  i n  20 06 .   H e   r ecei v e d  the  M S c  (N ano e lectro ni c  d e vi ces)  and   P h D  (El ectronic  Engi neeri n g )   d egre es  f rom  U n i v ersity  o f   Surrey ,   Su rrey,   U K   in   2008   a n d   2 01 5,   r esp e ct iv ely .   S i n ce  2 0 1 5 ,   he  h as  b een  w it h  th e  Dep a rtm e nt   o f  Ele c t ro n i c   En gi ne e r in g,  U n i v e rsi t i  Tu n  Husse i n  On n   Ma la ysi a   ( UT HM ),  P ari t   R aja,  J oh or ,  Mal a ys ia  a s  a  lectu r er.  His   research  i nteres ts   i ncl ude  s emi c ond uc to r  ma te ria l ,   se m i c o nd uc to r   nano elect roni c dev i ces  f abri c a tion an d  sim u latio n   p r ocess       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.