I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   2 A p r il   201 8 ,   p p .   673 ~ 6 7 9   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 8 i 2 . p p 6 7 3 - 6 7 9           673       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Central Ele ctric   Field  a nd  Thresh o ld Volt a g e i n A c cu m ula tion  M o de Junctio nles s Cy lindrica G a t e MOS FET       H a kk ee   J un g   De p a rte m e n o f   El e c tro n ic E n g i n e e rin g ,   Ku n sa n   Na ti o n a Un iv e rsity ,   Re p u b li c   o f   Ko re a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct   2 9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Feb   8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   1 8 ,   2 0 1 8     T r a n s f e r   c h a r a c t e r i s t i c s   i s   p r e s e n t e d   u s i n g   a n a l y t i c a l   p o t e n t i a l   d i s t r i b u t i o n   o f   a c c u m u l a t i o n - m o d e   j u n c t i o n l e s s   c y l i n d r i c a l   s u r r o u n d i n g - g a t e   ( J L C S G )   M O S F E T ,   a n d   d e v i a t i o n   o f   c e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   a t   t h r e s h o l d   v o l t a g e   i s   a n a l y z e d   f o r   c h a n n e l   l e n g t h   a n d   o x i d e   t h i c k n e s s .   T h r e s h o l d   v o l t a g e s   p r e s e n t e d   i n   t h i s   p a p e r   i s   g o o d   a g r e e m e n t   w i t h   r e s u l t s   o f   o t h e r   c o m p a r e d   p a p e r s ,   a n d   t r a n s f e r   c h a r a c t e r i s t i c s   i s   a g r e e d   w i t h   t h o s e   o f   t w o - d i m e n s i o n a l   s i m u l a t i o n .   T h e   m o s t   i m p o r t a n t   f a c t o r   t o   d e t e r m i n e   t h r e s h o l d   v o l t a g e   i s   c e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   a t   s o u r c e   b e c a u s e   t h e   g r e a t e r   p a r t   o f   e l e c t r o n   f l o w s   t h r o u g h   c e n t e r   a x i s   o f   J L C S G   M O S F E T .   A s   a   r e s u l t   o f   a n a l y s i s   f o r   c e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   a t   t h r e s h o l d   v o l t a g e ,   c e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   i s   d e c r e a s e d   w i t h   r e d u c t i o n   o f   c h a n n e l   l e n g t h   d u e   t o   d r a i n   i n d u c e d   b a r r i e r   l o w e r i n g .   C e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   i s   i n c r e a s e d   w i t h   d e c r e a s e   o f   o x i d e   t h i c k n e s s ,   a n d   d e v i a t i o n   o f   c e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   f o r   c h a n n e l   l e n g t h   i s   s i g n i f i c a n t l y   o c c u r r e d   w i t h   d e c r e a s e   o f   o x i d e   t h i c k n e s s .   K ey w o r d :   A cc u m u la tio n - m o d e   C en ter   elec tr ic  f ield   C y l in d r ical   J u n ctio n less   T h r esh o ld   v o ltag   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Hak k ee   J u n g ,     Dep ar te m en t o f   E lectr o n ic  E n g in ee r i n g ,   Ku n s a n   Natio n al  U n i v er s it y ,   5 5 8   Dae h an g r o ,   Gu n s a n ,   C h o n b u k   5 4 1 5 0 ,   R ep u b lic  o f   Ko r e a.   E m ail:  h k j u n g @ k u n s an . ac . k r       1.   I NT RO D UCT I O N     Mu lti - g ate  MO S FET s   ar b ei n g   d e v elo p ed   w it h   th r ee   d i m en s io n al  d esig n   tec h n o lo g y   [ 1 ] ,   [ 2 ]   as  a   th r ee - d i m e n s io n al  s tr u ct u r t h at  r ed u ce s   th s h o r c h an n el   ef f ec ts   t h at  o cc u r   i n   co n v e n tio n al  C MO SF E T s .   T h m o s s u cc es s f u d ev ice  is   Fin FET .   Fin FET s   ar e   th r ee - g a te  MO SF E T   d ev ices  th at  ar d esig n ed   to   f ab r icate   g ate s   o n   t h to p   an d   lef an d   r i g h s id es,  a n d   ar cu r r en tl y   u s ed   f o r   m e m o r y   d ev ices  a n d   m o b ile   C P Us  [ 3 ] .   I n   p ar ticu lar ,   it  h as  b ee n   s h o w n   th a th s h o r ch an n el  e f f ec is   d r asti ca ll y   r ed u ce d   b y   i m p r o v in g   th co n tr o llab ilit y   o f   ca r r ier s   in   ch an n el  u s i n g   t h r ee   g ates  at  2 0   n m   o r   less   [ 4 ] .   A   d ev ice  th at  i m p r o v es  t h e   g ate  co n tr o ca p ab ilit y   m o r th an   t h Fi n FET   is   a   c y l in d r i ca MO SF E T .   T h is   is   tr a n s is to r   s tr u c tu r t h at   m ax i m izes  th e   co n tr o llab il it y   o f   t h ca r r ier s   i n   th e   ch a n n el  b y   f o r m i n g   th e   g a te  to   s u r r o u n d   t h c h an n el  b y   co n f i g u r in g   t h tr a n s i s to r   in to   c y li n d r ical  s h ap e.   C y li n d r i ca MO SF E T s   ar n an o w ir t y p e,   w h ic h   g r ea tl y   r ed u ce s   th p o w er   co n s u m p ti o n   d u to   s h ar p   d ec r ea s in   p ar asit ic  c u r r en t,  an d   i m p r o v es  th s u b th r es h o ld   s w in g   ch ar ac ter is tics ,   th u s   e n ab lin g   u ltra - h i g h   i n te g r atio n .   I n   ad d itio n ,   th d r iv in g   c u r r en is   also   s u b - 10       in   t h ca s o f   s i n g le - c y li n d r i ca MO SF E T s ,   s o   it   h a s   b ee n   ac ti v el y   s tu d ied   as   n ex t - g en er atio n   tr a n s i s to r     [5 - 7 ] .   I n   p ar ticu lar ,   w h e n   v e r tical  t y p MO SF E T   is   m a n u f ac tu r ed ,   MO SF E T   h av i n g   c y li n d r ical  d ia m eter   o f   1 0   n m   o r   less   ca n   b f ab r icate d ,   w h ic h   i s   tr an s i s to r   s tr u ctu r en ab li n g   u ltra - h i g h   in teg r atio n .   As  th e   tr an s is to r   s ize  d ec r ea s es,  th tr a n s i s to r   d ev elo p ed   to   o v er co m t h p r o b le m s   o f   t h p r o ce s s   d u to   th r ap id   d o p in g   co n ce n tr atio n   c h an g in   t h s o u r ce   /   d r ain   d o p e d   r eg io n   an d   th ch an n el  d o p ed   r eg io n   is   j u n ctio n les s   tr an s is to r .   I n   t h j u n ctio n les s   s tr u ct u r e,   th s o u r ce   / d r ain   d o p in g   t y p a n d   th ch a n n el  d o p in g   t y p ar m ad th s a m an d   th ab r u p ch an g o f   d o p in g   co n ce n tr atio n   is   r e m o v ed .   I n   th i s   p ap er ,   w e   in v e s ti g ate  t h r elatio n s h ip   b et w ee n   t h t h r es h o ld   v o lta g e   an d   th ce n ter   elec tr ic  f ield   f o r   J u n ct io n les s   C y r i n d r ical  Su r r o u n d in g   Gate   ( J L C SG)   MO S FET   o p er atin g   in   an   ac cu m u latio n - m o d e,   an d   an al y ze   t h ef f ec t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   2 A p r il   201 8   :   6 7 3     6 7 9   674   o f   o x id t h ic k n e s s   a n d   ch a n n el  len g t h   o n   t h s u b t h r es h o ld   ch ar ac ter is tic s .   P ar ticu lar l y ,   t h i n f lu e n ce   o f   th e   th ic k n e s s   o f   t h o x id f il m   d u to   t h r ed u ctio n   o f   th c h a n n el   len g t h   i s   o b s er v ed ,   an d   t h i n f lu e n ce   o f   th e   elec tr ic  f ield   g e n er ated   at  th ce n tr al  p o r tio n   o f   th c y l in d er   w h er m o s o f   th ca r r ier   tr an s m i s s io n   o cc u r s ,   o n   th t h r es h o ld   v o lta g w il b ex a m in ed .   T o   d o   th is ,   w w i l d er iv t h c u r r en t - v o lta g c h ar ac ter is tic s   b elo w   th th r e s h o ld   v o lta g u s in g   t h d if f u s io n - d r if cu r r en eq u atio n   a n d   u s t h is   c h ar ac te r is tic  to   d er iv th th r es h o ld   v o ltag e.   I n   Sectio n   2 ,   t h c u r r en t - v o lt ag c h ar ac ter is tic s   a n d   t h t h r esh o ld   v o ltag e   d er iv atio n   p r o ce s s   o f   t h e   J L C SG  M OSFET   w il b d escr ib ed .   T h r elatio n s h ip   b et w ee n   th t h r es h o ld   v o lta g e,   o x id f il m   t h ick n es s   an d   ch an n el  le n g th   o b tai n ed   in   Se ctio n   3   w ill  b ex p lai n ed   u s i n g   th ce n t er   f ield   o f   t h J L C SG  MO SF E T ,   an d   On /O f f   c h ar ac ter is tic s   o f   th a cc u m u lat io n - m o d J L C S M OSFET   w il l b d is c u s s ed .   C o n clu s io n s   i s   m ad i n     Sectio n   4         2.   O N/O F F   CH ARAC T E RI ST I CS A ND  T H RE SH O L V O L T A G E   O F   ACCU M UL AT I O M O DE   J L CS G   M O SFET       Fig u r 1   s h o w s   t h en er g y   b an d   d iag r a m s   o f   t h co n d u ct io n   b an d   f o r   g ate  v o ltag e s   at  i n ter f ac o f   th e   s o u r ce   an d   ch an n el  o f   th ac c u m u lat io n - m o d J L C SG  MO SF E T   w h e n   th ch a n n e len g t h   is   2 0   n m   an d   th d ia m eter   o f   th c y li n d er   is   1 0   n m   an d   th ch a n n e d o p in g   is                .   I n   th ca s o f   th J L C SG  MO SF E T   o p er atin g   in   t h ac cu m u la tio n   m o d e,   th ca r r ier   d ep letio n   p h en o m en o n   o cc u r s   n o o n l y   at  t h in ter f ac e   b et w ee n   g a te  o x id a n d   ch a n n el  b u also   i n   t h c h an n el  w h e n   t h g a te  v o lta g i s   n o ap p li ed   d u to   th w o r k   f u n ctio n   d if f er en ce   b et w ee n   t h g ate  m eta an d   t h ch a n n el  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   1.   I n   th is   ca s e,   w h e n   t h e   d ep letio n   la y er   is   f o r m ed ,   th t r an s is to r   m ai n tai n s   t h o f f   s tat e.   W h en   th g ate  v o ltag g r ad u all y   in cr ea s es a n d   r ea ch es  t h f lat  v o lta g o f   F ig u r e   1 ,   t h d ep letio n   la y er   b ec o m e s   t h ac c u m u latio n   s t ate  an d   t h r an s is to r   b ec o m e s   th o n   s tate  t h at  f lo w s   th c u r r en i n   c h an n el.   I n   th is   p ap er ,   it  ca n   b s ee n   i n   F ig u r e   1   t h at  t h f la t   b an d   v o lta g (                    is   ab o u 0 . 9 3 5   as  w o r k   f u n ctio n   d if f er en ce   b et w ee n   t h g a te  m eta an d   th ch a n n e l.  Ho w e v er ,   th th r esh o ld   v o lta g w i ll  b ec o m th g ate  v o ltag w h ic h   is   g e n er a ll y   s m aller   th a n   th e   f lat  v o lta g e,   s in ce   t h c u r r en b eg in s   to   f lo w   a s   t h e   ch a n n el  p ar tiall y   b eg in s   to   g e n er ate  t h n e u tr al  r e g io n   [ 8 ] .   T h at  is ,   at  th f lat  b an d   v o lta g e,   all  th ch a n n el  r eg io n s   ar s w i tch ed   to   th n e u tr al  r eg i o n ,   an d   th o n - s tat e   cu r r en w ill   f lo w .   A th e   g a te  v o ltag e   h ig h er   t h a n   t h f lat   v o ltag e,   o n l y   ca r r ier   ac cu m u latio n   p h e n o m en o n   w i ll   o cc u r .   T h er ef o r e,   it  w ill  n o b p o s s ib le  to   u s t h ex tr ac t io n   p r o ce s s   o f   t h r es h o ld   v o lta g in   th ca s o f   a   g en er al  i n v er s io n - m o d MO S FET .   Hu   et  al.   [ 9 ]   co m p ar ed   th           m e th o d   o f   d ef in i n g   t h th r esh o ld   v o lta g e   as  th g ate  v o lta g w h en   t h m i n i m u m   p o ten tia in   t h ch a n n el  i s                [ 9 ]   an d   th m et h o d   o f   d ef in i n g   th e   th r es h o ld   v o lta g as   th e   g ate   v o ltag w h en   th e   v al u o f               is   1 / 2   o f   th e   its   m a x i m u m   v a lu e.   Ho w e v er ,   th e             m et h o d   ass u m e s   th at  t h tr an s f er   ch ar g b ec o m e s   ze r o   w h en   th m i n i m u m   p o te n tial is             ,   an d   th             m et h o d   h as   o v er   esti m ated   p r o b lem .   T h er ef o r e,   in   th i s   p ap er ,   w d e f in t h t h r es h o ld   v o ltag as  t h e   g ate  v o lta g w h e n   th lo g ar it h m ic  ch an g e,                             ,   o f   tr an s f er   ch ar ac ter is tics   is   th m o s s e v er e.   I n   o r d er   to   o b tain   th tr a n s f er   c h ar ac ter is tics ,   w e   u s ed   t h f o ll o w i n g   d if f u s io n - d r i f c u r r en t   eq u atio n s   o f   J L C SG  MO SF E T ,   w h ic h   ar m o s t c o m m o n l y   u s ed   [ 1 0 ] .         Fig u r 1 .   S c h e m a t i c   e n e r g y   b a n d   d i a g r am   a t   i n t e r f a c e   o f   s o u r c e   a n d   c h a n n e l   o f   J L C S G   M O S F E T                         {          (            ) }          {                 }                               ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       C en tera l E lectric F ield   a n d   Th r esh o ld   V o lta g i n   A cc u mu l a tio n - mo d J u n ctio n less   …. ( Ha kk ee   Ju n g )   675   I n   E q u atio n   ( 1 ) ,     th       is   ch a n n el  d o p in g   co n ce n tr atio n ,         is   th d r ain   v o lta g e,   th               p o ten tial  d is tr ib u tio n   in   th c h an n el  o b tain ed   u s in g   th P o is s o n   eq u atio n   f o r   th lo n g it u d in al  d ir ec tio n       an d   th r ad ial  d ir ec tio n       [ 1 1 ] ,         th ch a n n el  le n g t h ,       r ad iu s   an d       B o ltz m an n ' s   co n s ta n t,      th ab s o lu t e   te m p er atu r e.   Fi g u r 2   s h o w s   t h tr an s f er   ch ar ac ter is tic  c u r v es  o b tain ed   u s i n g   E q u atio n   ( 1 ) .   A s   ca n   b s ee n   i n   Fig u r e   2 ,   E q u atio n   ( 1 )   ag r ee s   w ell  w it h   th t w o - d i m en s io n al   s i m u latio n   v al u e,   s o   w w il u s E q u at io n   ( 1 )   i n   th is   p ap er .         Fig u r 2 .   C o m p a r i s o n   o f   t r a n s f e r   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   g a t e   v o l t a g e   a n d   d r a i n   c u r r e n t   d e r i v e d   f r o m   E q u a t i o n   ( 1 )   a n d   A T L A S - 3 D   s i m u l a t o r   a t   c h a n n e l   l e n g t h   o f   5 0   n m   a n d   6 0   n m       T h                             o f   th tr an s f er   c h ar ac ter is tic  cu r v o b tain ed   b y   u s in g   E q u atio n   ( 1 )   w a s   ca lcu lated   to   o b tai n   t h g ate  v o ltag e   w it h   t h g r ea test   v ar i atio n   o f   t h d r ain   c u r r en t   w i t h   r esp ec to   th e   g at e   v o ltag [ 1 2 ] .   Fig u r 3 ( b )   an d   Fig u r e   3 ( c)   s h o w   t h co m p ar i s o n   o f               m et h o d   an d   t h m e th o d   u s ed   in   th i s   p ap er .   T h th r esh o ld   v o ltag i s   d ef i n ed   as  t h g ate  v o lta g w h e n   th e   s ec o n d ar y   lo g ar it h m ic  d er iv ativ e   o f   t h e   cu r v in   Fi g u r 3 ( a)   is   th m in i m u m   as  s h o w n   i n   Fig u r e   3 ( c) .   Fig u r 3 ( a)   s h o w s   th t h r es h o ld   v o ltag o f   ab o u 0 . 8 3   V,   d er iv ed   f r o m   t u r n i n g   p o in o f   tr a n s f er   cu r v e .   Fig u r 3 ( b )   s h o w s   th v o lta g o f   ab o u 0 . 8 8   V,   an d   th t h r es h o ld   v o lta g o f   th is   m e th o d   is   ab o u 0 . 8 3   V.   T h th r esh o ld   v o ltag d er iv ed   f r o m   th e               m et h o d   is   o v er - esti m ated   to   b ab o u 0 . 0 5   V.   T h er ef o r e,   in   t h is   p ap er ,   w w ill  co n s id er   th v ar iatio n   o f   th e   th r es h o ld   v o lta g b y   th e lect r ic  f ield   a n d   th e   p o ten tial  e n e r g y   d i s tr ib u tio n   ac co r d in g   to   t h e   o x id t h ic k n ess   an d   th ch a n n el  le n g t h   u s i n g   t h th r es h o ld   v o lta g o b tain ed   b y   t h m eth o d   o f   Fi g u r e   3 ( c) .         Fig u r 3 .   ( a )   T r a n s f e r   c h a r a c t e r i s t i c s   u n d e r   g i v e n   c o n d i t i o n s ,   ( b )               m e t h o d ,   a n d   ( c )                               m e t h o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   2 A p r il   201 8   :   6 7 3     6 7 9   676   3.   CE N T E E L E C T RIC  F I E L D   AN P O T E N T I AL   DIS T R I B UT I O AT   T H RE SH O L D   VO L T A G E   I J L CS G   M O SFET   T h th r esh o ld   v o lta g es  d er iv e d   f r o m   th        m et h o d ,   th Hu s   an al y tical  m eth o d ,   an d   m eth o d   u s ed   in   th i s   p ap er   ar c o m p ar ed   in   Fig u r e   4 ,   ex clu d in g   o v er es ti m ated               m e th o d .   I ca n   b e   s ee n   th at  th m eth o d   u s ed   i n   t h i s   p ap er   is   clo s er   t o   th        m et h o d .   I n   p ar ticu lar ,   w ca n   o b s er v t h at  t h m et h o d   u s ed   in   t h i s   p ap er   is   clo s to   th        m e th o d   i n   t h r eg io n   w h er t h ch a n n e l le n g t h   is   2 0   n m   o r   less .   A s   d escr ib ed   ab o v e,   th t h r es h o ld   v o lta g h as  a   v alu e   lo w er   t h an   th e   f la b an d   v o lta g i n   t h ac c u m u lat io n - m o d J L C SG   MO SF E T   an d   w ill  s h o w   t h r es h o ld   v o ltag t h at  c h an g e s   f r o m   f u ll y   d ep leted   to   p ar tiall y   d ep leted   s tate.   Ho w e v er ,   in   ac cu m u latio n   m o d J L C SG  MO SF E T ,   w ca n n o d ef in t h r es h o ld   v o ltag as  g ate  v o ltag t h at   s atis f ied   th co n d itio n   o f               at  in ter f ac o f           lik t h i n v er s io n - m o d MO SF E T .   T h er ef o r it  i s   an al y ze d   h o w   t h ac cu m u latio n   m o d J L C S MO SF E T   ch an g e s   f r o m   o f f   s tate  to   o n   s tate  in   ac co r d an ce   w it h   th o x id f il m   th ic k n es s   an d   c h an n el  le n g th .   T h m o s i m p o r tan p o ten tial  en er g y   d i s tr ib u tio n   i n   t h ac c u m u lat io n   m o d J L C SG  MO S FET   is   th s o u r ce - s id ce n ter .   B ec au s o f   th n at u r o f   th J L C SG  MO SF E T ,   all   elec tr o n s   f lo w   to   th ce n ter   o f   th e   c y li n d er   an d   t h e   ce n ter   f ield   a th s o u r ce   s id w i ll  b t h m o s i m p o r tan t   f ac to r   i n   t h cu r r en f lo w ,   s in ce   t h e   p o ten tial b ar r ier   o f   th s o u r ce   an d   ch an n el  r e g io n s   i s   n e g li g i b le  in   th J L C SG M OSFET .         Fig u r 4 .   C o m p a r i s o n   w i t h   t h r e s h o l d   v o l t a g e s   u n d e r   g i v e n   c o n d i t i o n s   d e r i v e d   f r o m   v a r i o u s   m et h o d s   a t                          Fig u r 5 .   ( a )   C e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d   ( b )   c e n t e r   p o t e n t i a l   e n e r g y   w i t h   g a t e   o x i d e   t h i c k n e s s e s   a s   a   p a r a m e t e r   u n d e r   g i v e n   c o n d i t i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       C en tera l E lectric F ield   a n d   Th r esh o ld   V o lta g i n   A cc u mu l a tio n - mo d J u n ctio n less   …. ( Ha kk ee   Ju n g )   677   I n   th ca s o f                           .         ,   th ce n ter   elec tr ic  f ield   an d   th ce n tr al  p o ten tial  en er g y   ch a n g e   ar s h o w n   i n   Fi g u r e   5   w h en   t h ch a n n el  len g t h   is   2 0   n m ,   t h r ad iu s   o f   t h c y li n d er   is   5   n m ,   a n d   th c h an n el   d o p in g   co n ce n tr at io n   is                        an d   th o x id th ick n es s   is   c h an g ed   f r o m   0 . 5   n m   to   2   n m .   As  s h o w n   in   Fi g u r 5 ( a) ,   as  th g ate  o x i d th ick n es s   d ec r ea s es,  th ce n ter   f ield   at  th s o u r ce   s id b ec o m e s   v er y   h i g h .   T h er ef o r e,   lar g er   g ate  v o lt ag w il b r eq u ir ed   as  t h th ic k n e s s   o f   t h o x id f i l m   d ec r ea s es  to   al lo elec tr o n s   to   f lo w   f r o m   t h s o u r ce   s id to   th ch a n n el.   T h at  is ,   it  ca n   b s ee n   th a th th r es h o ld   v o ltag e   in cr ea s es  a s   th o x id f il m   t h i ck n e s s   d ec r ea s es.  T h is   p h en o m en o n   ca n   al s o   b o b s er v ed   i n   Fi g u r 5 ( b ) .   W h en   th o x id f il m   t h ic k n e s s   is   0 . 5   n m ,   th e   p o ten tial  en er g y   is   h ig h   an d   th th er m io n ic  e m is s io n   cu r r en w ill  b e   g r ea tl y   r ed u ce d .   T h is   ca n   p r ed ict  an   in cr ea s i n   th m i n i m u m   g ate  v o ltag f o r   th o n   cu r r en to   f lo w ,   i.e . ,   th e   th r es h o ld   v o ltag e.   A s   t h o x id th ick n es s   in cr ea s e s ,   th p o ten tial  en er g y   d is tr ib u tio n   at  th e   ce n tr al  ax is   o f   th e   c y li n d er   d ec r ea s es,  s o   th at  th o n - cu r r en t c a n   b o b tain ed   ev en   at  s m all  g a te  v o lta g e.   T h ch an n el  le n g t h   w ill   b p er p en d icu lar   to   t h s u r f ac e   o f   t h w a f er   i n   t h ca s e   o f   a   v er ti ca J L C SG   MO SF E T   an d   p ar allel  to   th e   s u r f ac e   o f   th e   w af er   in   t h h o r izo n tal  ca s e.   I n   o r d er   to   o b s er v th e   ch a n g o f   t h e   th r es h o ld   v o lta g ac co r d in g   to   t h c h an n el   le n g t h ,   Fi g u r e   6   s h o w s   c h a n g e   i n   t h p o ten t ial  e n er g y   d is tr ib u tio n   w h e n   th e   g ate   v o ltag c h a n g e s   f r o m   0 . 6   to   0 . 9   an d   th e   ch a n n el  le n g th   is   co n tr o lled   in   th e   r an g o f   1 0   n m   to   5 0   n m   in   th ca s o f   g ate  o x id t h ic k n e s s   o f   2   n m .   T h o th er   co n d itio n s   ar t h s a m a s   i n   Fig u r e   5 .   A s   t h c h a n n el   len g th   d ec r ea s es,  t h p o ten tial  e n e r g y   d i s tr ib u tio n   o f   th s o u r ce   s id is   a f f ec ted   b y   th d r ain   v o lta g d u e   to   t h d r ain   i n d u ce d   b ar r ier   lo w er i n g   ( DI B L )   p h en o m en o n .   T h er ef o r e,   ev en   if   th e   g at e   v o ltag e   is   s m all,   p o ten t ial  e n e r g y   o f   s o u r ce - s id s i g n i f ica n tl y   r ed u ce d .   T h is   i s   b ec au s e,   as   th c h a n n e le n g t h   b ec o m e s   s m aller ,   elec tr o n s   ca n   f lo w   i n to   t h ch a n n el  f r o m   t h s o u r ce   ev e n   at   lo w   g ate  v o ltag e,   s o   t h at  e v e n   if   t h e   ce n ter   f ie ld   is   s m all,   th tr a n s i s to r   ca n   b t u r n ed   o n   an d   th e   th r e s h o ld   v o lta g e   w ill  d ec r ea s e.   I n   p ar ticu lar ,   if   th c h an n el  len g t h   is   as  s m all  as  ab o u 1 0   n m ,   t h th r es h o ld   v o ltag r o ll - o f f   p h en o m en o n   ca n   b e   s ee n   b y   th DI B L   p h en o m e n o n   as  s h o w n   in   Fi g   4 .   Ho w ev er ,   if   th ch a n n el  le n g th   i n cr ea s es  to   m o r t h a n   2 0   n m ,   as  s h o w n   in   Fi g u r e   6 ,   s in c th er is   p o ten tial  en er g y   b ar r ier   at   g ate  v o ltag o f   0 . 6   V ,   la r g er   th r esh o ld   v o ltag w i ll  b r eq u ir ed   to   tu r n - o n   th tr a n s i s to r .   I n   p ar ticu l ar ,   as  th ch an n el  len g t h   in cr e ases   b e y o n d   4 0   n m ,   th p o ten tial  e n er g y   d is tr ib u t io n   is   al m o s co n s ta n t.  As  ca n   b s ee n   i n   F ig u r e   4 ,   th t h r es h o ld   v o ltag i s   al m o s th s a m i n   t h is   r e g io n .   A s   ca n   b s ee n   f r o m   th e   ab o v r esu lt s ,   it c a n   b s ee n   t h at  th th r es h o ld   v o lta g e   d ep en d s   o n   th t h s o u r ce   s id e   ce n ter   elec tr ic  f ield   o f   z - ax is   d ir ec tio n ,   th at  is ,   t h e   h o r izo n ta l e lectr ic  f ield   .         Fig u r 6 .   P o t e n t i a l   e n e r g i e s   f o r   c h a n n e l   p o s i t i o n   a l o n g   z - d i r e c t i o n   a t                  a n d   ( a )                      ( b )                    ( c )                    ( d )                          I n   o r d er   to   in v esti g ate  th e   r elatio n s h ip   b et w ee n   t h ce n ter   el ec tr ic  f ield     an d   t h t h r es h o ld   v o ltag e   in   t h J L C SG  MO SF E T ,   th e   ch a n g e   o f   t h ce n ter   elec tr i f ield   at   t h t h r es h o ld   v o lta g ac co r d in g   to   t h v ar iatio n   o f   th g ate  o x id th ick n e s s   a n d   ch a n n e len g t h   i s   s h o w n   in   Fig u r e   7 .   A s   ca n   b s ee n   i n   Fi g u r e   7 ,   u n d er   t h co n d it io n   o f   J L C SG   MO SF E T   ca lcu lated ,   t h g at v o lta g r ea ch e s   t h t h r es h o l d   v o ltag e   w h e n   th e   v alu o f   | |   is   ab o u 0   ~   4 0          ,   an d   th tr an s is to r   tu r n s   o n .   A l s o ,   as  ca n   b e   s ee n   in   Fig u r e   7 ,   as  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   2 A p r il   201 8   :   6 7 3     6 7 9   678   ch an n el  le n g th   d ec r ea s es,  t h s o u r ce   s id elec tr o n s   m o v in to   t h ch a n n el  at  lo w e r   | |   ,   tu r n i n g   th e   tr an s i s to r   o n .   I n   p ar ticu lar ,   it  c an   b s ee n   f r o m   Fi g u r e   7   th at  th r ate  o f   ch an g f o r   | |   in cr ea s e s   g r ea tl y   w h e n   th c h an n el  le n g t h   i n c r ea s es   f r o m   1 0   n m   to   2 0   n m ,   b u t   d ec r ea s es  in   ch a n n el  le n g t h   o f   2 0   n m   ab o v e.   C o m p ar ed   w it h   t h r es u lts   s h o w n   i n   Fi g u r e   6 ,   th e   th r e s h o l d   v o ltag a n d   | |     in cr ea s e   as  t h e   ch a n n el   len g t h   in cr ea s es.  C o m p ar ed   w it h   Fig u r e   5 ,   th th r esh o ld   v o ltag i n cr ea s es  as  th e   g ate  o x id th ic k n e s s   d ec r ea s es.  I n   ad d itio n ,   it  ca n   b s ee n   th at  a s   th g a te  o x id th ic k n ess   i n c r ea s es,  th ch a n g o f   | |   f o r   th ch an n el  le n g t h   d ec r ea s es.  T h is   is   b ec au s th in f lu e n ce   o f   th e   g ate  v o lta g o n   | |   d ec r ea s es  as  th e   g ate  o x id f il m   t h ic k n es s   in cr ea s es.  No te  t h at  w h e n   th e   ch an n el  le n g th   is   as  s m all  as   1 0   n m   an d   t h o x id f il m   t h i ck n e s s   d ec r ea s es  to   0 . 5   n m ,   th e n   | |     d ec r ea s es to   al m o s t z er o .           Fig u r 7 .   C e n t e r   e l e c t r i c   f i e l d s   a t   s o u r c e   w i t h   c h a n n e l   l e n g t h   a n d   o x i d e   t h i c k n e s s   a s   p a r am e t e r s   u n d e r   g i v e n   c o n d i t i o n s       4.   CO NCLU SI O NS   I n   th is   p ap er ,   th ch a n g o f   t h r es h o ld   v o ltag e   is   a n al y ze d   b y   th ce n ter   elec tr ic  f ield   wh ich   v ar ie s   w it h   c h a n n el   len g t h   a n d   o x id e   f il m   t h ic k n e s s ,   u s in g   t h a n al y tical  p o ten tial d is tr ib u tio n   a n d   th d if f u s io n - d r if cu r r en eq u atio n   o f   ac c u m u l atio n - m o d J L C SG  MO SF E T .   W d ef in t h t h r es h o ld   v o ltag e   as  t h g at e   v o ltag w h en   t h ch a n g o f   t h tr an s f er   ch ar ac ter is t ic  is   th g r ea test   s ev er e,   an d   d er iv th r esu l w h ic h   i s   co n s is ten w it h   th co m p ar is o n   w i th   o th er   p ap er s .   A s   r esu l o f   an al y zi n g   t h ch an g o f   th th r esh o ld   v o ltag e   ac co r d in g   to   th ch an n el  len g t h   u s i n g   th ch a n g o f   t h ce n t er   elec tr ic  f ield ,   th ce n ter   ele ctr ic  f ield   d ec r ea s es  as  th c h an n el  le n g th   d ec r ea s e s .   T h is   is   b ec au s elec tr o n s   th at  ca n   b s u f f ic ien tl y   t u r n ed   o n   ca n   b in tr o d u ce d   f r o m   th s o u r ce   ev en   t h o u g h   th ce n ter   f ie ld   is   lo w   d u to   th DI B L   ef f ec t.  Als o ,   it  ca n   b s ee n   th at  as  th e   o x id th ick n es s   d ec r ea s es,  th ce n ter   elec tr ic  f ield   in cr ea s es  an d   th p o ten tial  en er g y   in cr ea s es  an d   th e   th r es h o ld   v o lta g also   i n cr ea s es.  A s   a   r esu lt,  w ca n   o b s er v t h at  t h ce n ter   f ield   v ar ies   d ep en d in g   o n   t h e   th ic k n e s s   o f   th o x id f i l m   a n d   th ch an n el  le n g t h ,   w h ic h   g r ea tl y   af f ec t s   o n /o f f   s tate  o f   th ac cu m u latio n - m o d J L C SG  MO S FET .   T h is   r esu lt  w ill  b th b asis   f o r   an aly z in g   th tr a n s f er   ch ar ac ter is tics   o f   th e   ac cu m u lat io n - m o d J L C SG M OSFET .       RE F E R E NC E   [1 ]   S .   P a n th ,   S .   S a m a l,   Y .   S .   Y u   a n d   S .   K.  L im ,   De sig n   Ch a ll e n g e a n d   S o l u ti o n f o Ultra - Hig h - De n sity   M o n o li t h ic   3 ICs,”   J o u rn a o In fo rm a t io n   a n d   Co mm u n ica t io n   Co n v e r g e n c e   En g i n e e rin g ,   v o l .   1 2 ,   n o .   3 ,   p p .   1 8 6 - 1 9 2 ,     S e p .   2 0 1 4 .     [2 ]   S .   K.   L im ,   Brin g in g   3 ICs  t o   A e ro sp a c e Ne e d f o De sig n   T o o ls  a n d   M e t h o d o l o g ies ,   J o u r n a l   o f   In f o rm a ti o n   a n d   Co mm u n ica t io n   Co n v e r g e n c e   En g in e e rin g ,   v o l.   1 5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 7 - 1 2 2 ,   Ju n e   2 0 1 7 .      [ 3 ]   S e m i c o n d u c t o r   E n g i n e e r i n g ,   1 0   n m   V e r s u s   7   n m   [ I n t e r n e t ] .   A v a i l a b l e   h t t p : / / s e m i e n g i n e e r i n g . c o m   / 1 0 n m - v e r s u s - 7   n m   [ 4 ]   Z .   L u   a n d   J .   G .   F o s s u m ,   S h o r t - C h a n n e l   E f f e c t s   I   I n d e p e n d e n t - G a t e   F i n F E T s ,   I E E E   E l e c r o n   D e v i c e   L e t t e r s ,     v o l .   2 8 ,   n o .   2 ,   p p .   1 4 5 - 1 4 7 ,   F e b .   2 0 0 7 .     [ 5 ]   I.   S .   R y u ,   B.   M .   Ki m ,   Y .   L .   L e e   a n d   J.  T .   P a rk ,   Bre a k d o w n   Ch a r a c teristics   o f   S il ico n   Na n o w ire  N - c h a n n e GA A   M OSF ET ,   J o u rn a o t h e   Ko r e a   In stit u te  o In fo rm a t io n   a n d   C o mm u n ica t io n   En g in e e rin g ,   v o l.   2 0 ,   n o .   9 ,   p p .   1 7 7 1 - 1 7 7 7 ,   S e p .   2 0 1 6   [ 6 ]   C .   L i ,   Y .   Z h u a n g ,   S .   D i   a n d   R .   H a n ,   S u b t h r e s h o l d   B e h a v i o r   M o d e l s   f o r   N a n o s c a l e   S h o r t - C h a n n e l   J u n c t i o n l e s s   C y l i n d r i c a l   S u r r o u n d i n g - G a t e   M O S F E T s ,   I E E E   T r a n s .   o n   E l e c t r o n   D e v i c e s   ,   v o l .   6 0 ,   n o .   1 1 ,   p p .   3 6 5 5 - 3 6 6 2 ,   N o v .   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       C en tera l E lectric F ield   a n d   Th r esh o ld   V o lta g i n   A cc u mu l a tio n - mo d J u n ctio n less   …. ( Ha kk ee   Ju n g )   679   [ 7 ]   S .   K .   G u p t a , T h r e s h o l d   v o l t a g e   m o d e l   o f   j u n c t i o n l e s s   c y l i n d r i c a l   s u r r o u n d i n g   g a t e   M O S F E T s   i n c l u d i n g   f r i n g i n g   f i e l d   e f f e c t s ,   S u p e r l a t t i c e s   a n d   M i c r o s t r u c t u r e s ,   v o l .   8 8 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 8 8 - 1 9 7 ,   D e c .   2 0 1 5   [ 8 ]   J .   P .   C o l i n g e ,   A .   K r a n t i ,   R .   Y a n ,   C .   W .   L e e ,   I .   F e r a i n ,   R .   Y u ,   N .   D .   A k h a v a n ,   P .   R a z a v i ,   J u n c t i o n l e s s   N a n o w i r e   T r a n s i s t o r   ( J N T ) :   P r o p e r t i e s   a n d   d e s i g n   g u i d e l i n e s ,   S o l i d - S t a t e   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   6 5 - 6 6 ,   p p .   3 3 - 3 7 ,   N o v . - D e c .   2 0 1 1 .     [ 9 ]   G .   H u ,   P .   X i a n g ,   Z .   D i n g ,   R .   L i u ,   L .   W a n g   a n d   T .   A .   T a n g ,   A n a l y t i c a l   M o d e l s   f o r   E l e c t r i c a l   P o t e n t i a l ,   T h r e s h o l d   V o l t a g e ,   a n d   S u b t h r e s h o l d   S w i n g   o f   J u n c t i o n l e s s   S u r r o u n d i n g - G a t e   T r a n s i s t o r s ,   I E E E   T r a n s .   o n   E l e c t r o n   D e v i c e s   ,   v o l .   6 1 ,   n o .   3 ,   p p . 6 8 8 - 6 9 5 ,   M a r c h   2 0 1 4 .   [ 1 0 ]   C .   L i ,   Y .   Z h u a n g ,   R .   H a n   a n d   G .   J i n ,   S u b t h r e s h o l d   b e h a v i o r   m o d e l s   f o r   s h o r t - c h a n n e l   j u n c t i o n l e s s   t r i - m a t e r i a l   c y l i n d r i c a s u r r o u n d i n g - g a t e   M O S F E T ,   M i c r o e l e c t r o n i c s   R e l i a b i l i t y ,   v o l . 5 4 ,   n o . 6 - 7 ,   p p .   1 2 7 4 - 1 2 8 1 ,   J u n . - J u l .   2 0 1 4 .     [ 1 1 ]   N .   T r i v e d i ,   M .   K u m a r ,   S .   H a l d a r ,   S .   D e s w a l ,   M .   G u p t a   a n d   R .   S .   G u p t a ,   A n a l y t i c a l   m o d e l i n g   o f   J u n c t i o n l e s s   A c c u m u l a t i o n   M o d e   C y l i n d r i c a l   S u r r o u n d i n g   G a t e   M O S F E T   ( J A M - C S G ) ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   N u m e r i c a l   M o d e l i n g ,   v o l . 2 9 ,   n o . 6 ,   p p .   1 0 3 6 - 1 0 4 3 ,   N o v . / D e c .   2 0 1 6   [ 1 2 ]   A .   O r t i z - C o n d e ,   F .   J .   G a r c i a - S a n c h e z ,   J .   M u c i ,   A .   T .   B a r r i o s ,   J .   J .   L i o u ,   C .   H o , R e v i s i t i n g   M O S F E T   t h r e s h o l d   v o l t a g e   e x t r a c t i o n   m e t h o d s ,   M i c r o e l e c t r o n i c s   R e l i a b i l i t y ,   v o l . 5 3 ,   n o . 1 ,   p p .   9 0 - 1 0 4 ,   J a n .   2 0 1 3 .         B I O G RAP Y   O F   AUTHO R       Pro f.   H a k k e e   J u n g   re c e iv e d   th e   B. S .   d e g re e   f ro m   A jo u   Un iv e rsi ty ,   Ko re a ,   in   1 9 8 3 ,   th e   M . S .   a n d   P h . D.  d e g re e f ro m   Yo n se i   Un iv e rsit y ,   S e o u l,   K o re a ,   in   1 9 8 5 ,   1 9 9 0 ,   re sp e c ti v e ly ,   a ll   in   e lec tro n i c   e n g in e e rin g .   In   1 9 9 0 ,   h e   jo i n e d   Ku n sa n   Na ti o n a Un iv e rsity ,   Ch o n b u k ,   K o re a ,   w h e re   h e   is  c u rre n tl y   a   P ro f e ss o in   d e p a rtm e n o f   e le c tro n ic  e n g in e e rin g .   F r o m   1 9 9 5   t o   1 9 9 5 ,   h e   h e l d   a   re se a rc h   p o siti o n   w it h   th e   El e c tro n ic  En g in e e rin g   De p a rtme n t,   Os a k a   Un iv e rsit y ,   Os a k a ,   Ja p a n .   F ro m   2 0 0 4   to   2 0 0 5 ,   a n d   2 0 1 6   to   2 0 1 7 ,   h e   w a w it h   th e   S c h o o o f   M icro e lec tro n ic  En g in e e rin g ,   G riff it h   Un iv e rsit y ,   Na th a n ,   QL D,  A u stra li a .   His  re se a rc h   in tere sts  in c l u d e   se m ico n d u c to d e v ice   p h y sic a n d   d e v ice   m o d e li n g   w it h   a   stro n g   e m p h a sis o n   q u a n tu m   tran sp o rt   a n d   M o n te  Ca rlo   sim u latio n s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.