Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   11 ,  No.   1 ,  Febr uar y   2021 , pp.  232 ~ 239   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 11 i 1 . pp 232 - 239           232       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   Relation ship  of  d ra in in d uced bar rier l owe ring and  to p/b ott om  gate oxi de thick ness in  asymmet ric jun ctionl ess    doub le gate MOS FET       Ha k kee  Ju n g   Depa rtment  o f  E le c troni c   Eng ineeri ng,   Kuns an  N at ion al   Univ ersity ,   Repub li c   of   Korea       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   10, 202 0   Re vised  Jun  15 , 2020   Accepte d  Aug 13 , 202 0       The   re la t ionship   of  dra in  induc e d  bar rie r   lower i ng  (DIBL)  phen om enon  and   cha nne l  le ng th,   sili con  th ic knes s,  and  thi ckn esses  of  top  and  b ott om   gat e   oxide   fil m s  is  der ive d  for  as y m m et ric   junc t io nle ss   double   ga te   (JLDG )   MO S FETs.   The  cha ra cteri sti cs  bet wee n   the dra in   cur ren t  and the   gat e  vo ltag e   is  der ive d  b y   usi ng  t he  pote ntial  distri buti on  m odel   to  propose  in  thi s  pape r .   In  thi s  c ase ,   th e  thre shold   voltage  is  d efi n ed  as  the   cor respo nding  gate   volt ag e  when  th e  dra in  cu rre nt   i s  ( W/L )× 10 - 7 A,  and  th e  DIBL  r epr ese nt ing  the   cha ng e  in  t he  thre shold  vo lt ag e  with  resp ec t  to  th e  dra in   volt age   is   obta in ed.   As   a  r esult ,   w e  observ e  the  DIBL  is  p roporti ona l  to  th e  neg at iv e  thi rd    power  of   the  cha n nel  length  and   the  se cond  power  o f  the   sil ic o n   thi ckn ess  and  li nea r l y   propor tional  to  the   ge om et ric   m ea n  of  the   top    and  bott om   gat e  oxi d e  thic knesses ,   and  der ive   a  r elation  such  as   DIBL =25. 15 − 3  2 √  1 ∙  2 ,   w her e     is  a  st at i c  f ee db ac k   co ef fic i ent s   bet wee n   0  and   1.   Th e    is  found  to  be   be twee n  0. 5  and   1. 0  in  t his  m odel.     The   DIBL  m odel   of  thi s  pape r  has  bee n  observe d  to  be  in  good  agr ee m ent  with  t h e   r e s u l t   o f   o t h e r   p a p e r ,   s o   i t   c a n   b e   u s e d   i n   c i r c u i t   s i m u l a t i o n   s u c h   a s   S P I C E .   Ke yw or d s :   Asym m et ric   DI BL   Dou ble g at e   Ju nc ti on le ss   Ox i de  thic knes s   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Hakkee  Jun g,     Dep a rtm ent o f El ect ro nic  Eng ineerin g,   Kunsa n Nati on al  U ni ver sit y,   558 Dae hak - r o G un sa n Jeoll a buk - do  5415 0,   Republ ic of   Korea .   Em a il :  hk jung @ku ns an .ac. kr       1.   INTROD U CTION   In  order  to   re duce  short   cha nnel   e f fects   (S C Es)   kn own  as  seco nd a ry  e f fe ct s,  the   str uctu res  of  t hr ee - dim ension al   tr ansisto r  ha ve  been  de velo pe d  a nd  us e d.  T he   FinFE T   is  th e  m os t  us ed  c om m ercially   avail able  three - dim ension al   MOS FET   [1 - 4].  The  e xi sti ng   th ree - d i m ension al   str uc ture  m ai nly  us ed  a n  in ver si on - ty pe  MOSFET   us i ng  a  j unct io n - ba sed  str uctu re  w it h  dif fer e nt  do ping  ty pe  a nd  con ce ntrati on  betwee n  s ourc e/ dr ai n  and   c ha nnel ,  but  rece ntly   reached   t he  li m it   of   t he  te ch nolo gy  of  f or m ing   a  j unct io n  with   decr ea sin g   ch ann e l   le ng th   to  na no  unit   [5 - 8].  T he   transist or   de velo ped  to  s ol ve  this  pro b le m   is  a  j unct io nl ess  MOSF ET   [9,  10] .  This  struct ur e   is  a n  accu m ula ti on - ty pe  MOS FET   t hat  ov e rc om e s  process   li m it a ti on s  by   do ping     t h e   s o u r c e / d r a i n   a n d   c h a n n e l   i n   t h e   s a m e   t y p e   a n d   c o n c e n t r a t i o n   [ 1 1 - 1 3 ] .   I n   t h e   c a s e   o f   t h e   s y m m e t r i c a l   j u n c t i o n l e s s   M O S F E T s ,   m a n y   s t u d i e s   h a v e   b e e n   c o n d u c t e d   [ 1 4 - 1 6 ] .   H o w e v e r ,   m a n y   s t u d i e s   o n   t h e   asy m m et ric  j unct io nless  MOSFET s  ca pab le   of   fabri cat ing   di f fe rent   top   an d  bo tt om   ox ide  thic kn e sses  an d  a pp l yi ng  dif fe re nt  to p  and  bott om   gate  volt ages   t o  each   oth e r  hav e   not  been  c onduct ed   [ 17 - 18] .  In  t his  pa per ,     we  pro po se   a n  a naly ti cal   po te ntial   m od el   to  a naly ze  the  dr ai n  in du ced  barrier  l oweri ng  ( DI BL )  of    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Rel ation s hi p of d r ain i nduce d ba r rie r loweri ng an d  to p/bott om gate  oxide  t hickness   …  ( H akkee J ung )   233   the  sec onda ry  ef fects   in   the   a sy m m e tric   junc ti on le s s  doubl e  gate   ( JLD G)  MOSFE T .   T he   D IBL   is  a f fect ed  by   channel  le ngth ,   sil ic on   thic kness  an d  ox i de  s tructu re  (t hick ness  a nd  diele c tric   const ant) .  I n  ge ne ral,  the  DI BL   is  pro portiona l  to  the  ne gative  thi rd   powe r  in  t he  c hannel  le ngth  a nd  the   seco nd  powe r  in  t he  sil ic on   thickne ss,  a nd  is  al so   li near ly   pr op or ti onal   to  the  oxide  fil m   thickness   [ 19,  20 ] .  T he   relat ion s hip   a m on g    the  to p  a nd  bo tt o m   ox i de  film   thicknesses  and  the   D IBL   sh oul d  be  re - est ablished   sinc e  the  t op  a nd  bo tt om   ox i de  fil m   thickne sses  m ay   be  fa b ricat ed  dif fe re ntly   in  the  case  of  the   asym m et ric  s tructu re.  Ding   et   al .  pro po se d  t he  pote ntial   m od el   of  the  a sym m e tric   jun ct io n - based   double   ga te   MOSFE T   a nd  analy ze d  th e  shor t   channel  e f fect s  [ 21 ] .  Ra ksh aram   et   al .  analy zed  the   s hort  c hannel  ef fect  us in g  t he  po te ntial   m od el   of     the  sym m et ric al   JLD G  MO S FET   [ 22] .  H oweve r ,  th e  res earch  on  the   a sy m m e tric   JLDG  MOS FET s   is  ver y   insuf fici ent.   In  this   pa per ,  we   m od ifie d  the   po te ntial   m od el   of  Ding   et   al .   to   be  a ppli cab le   to   the   j unct ion le s s   MOSFE T ,  a nd  der i ved   t he  po t entia l  m od el   of   the  asy m m et ri c  JLD G  MO S FET .   W e  will   pr ese nt  a n  anal y ti ca l   m od el  o f DIB L  for  c ha nn el   di m ension and t op a nd bott om  o xid e t hick ness t o  ap ply i n SP I CE.       2.   THRESH OL D VOLT A GE  AND DIBL   O F A S Y M METRIC  J L DG M OSFET   Figure   1  s hows  a   sc hem atic  diag ram   of  the   asy m m etr ic   JL D G  M OS FE T   us e d  in  this   pap e r .     The  sourc e  a nd  dr ai n  we re  he avily   dope d  with  n +   an d  t he   cha nnel   was   al so  do ped  w it h  N d =3.5 × 10 19 /cm 3 .    The  to p  a nd b ot to m   gate  volt ages  a re  V gt   a nd  V gb   resp ect i vely ,  L g   is  gate  le ng t h,   t si   is  sil ic on  thick ness ,  a nd  t ox1   and  t ox2   a re   the   ox i de   thick nes ses  of  the   t op  a nd  bo tt om ,  res pecti vely . T he   V s   a nd  V d   are   t he  volt ages   of  so urce  and   drai n,   res pecti vely .  The   po te ntial   distr ibu ti on  m od ifie d  usi ng  the  Po iss on   e quat ion   a nd  the  bo unda ry   conditi on of  Di ng ’ s m od el  ca n be e xpres sed  a s  f ollow s  [2 1 ].           Figure  1. Sc he m at ic  cro ss - sect ion al  d ia gr am  o f  the asym m e tric  JLDG M O SFET           1 , s i n d sn gg n Vx nx x y V A y LL ,   (1)     nn k y k y n n n n n A y C e D e f k       4     ,   1 , 3 , 5 ,     0 ,                     2 , 4 , 6 , d n si qN n f n n         2 2 1 2 1 2 1 2 2 22 12 ( ) ( ) 11 ( ) ( 1 ) n s i n s i n s i s i n o x n n n ox kt o x s i n n n n n kt o x s i n n kt o x o x s i n k C f G k C r C k f H k e C C k r e k C C k e           ,  2 2 1 2 1 2 1 2 2 22 12 ( ) ( ) 11 ( ) ( 1 ) n s i n s i n s i n s i kt s i n o x n n n kt ox o x s i n n n n n kt o x s i n n kt o x o x s i n k C f G k e Ce r C k f H k D C k r e k C C k e             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  11 , No .  1,   Febr uar y   2021   :    232   -   239   234   2 2     1 , 3 , 5 ,       0                                                                                   2 , 4 , 6 , s g t f b t d n V V V V n G n n      , ,     2 2 ,   1 , 3 , 5 ,       0 ,                                                                                         2 , 4 , 6 , s g b f b b d n V V V V n H n n         ,  21   ,     o x o x n g C r C k n L  .     wh e re  ε si   is  t he   diele ct ric  co nst ant  of  sil ic on ,  V fbt   is  the   flat - ba nd  vo lt age   of   t he  t op  gate ,  an d  V fbb   is  th e  flat - band  vo lt age  of   the  bo tt om  gate.  C ox1 (= ε t ox1 / t ox1 )  and   C ox2 (= ε tox2 / t ox2 )  a re  the  gate  oxide  ca pacit an ces  of    t h e   t o p   a n d   b o t t o m   s i d e s .   S i n c e   t h e   s i l i c o n   d i o x i d e   i s   u s e d   a s   t o p   a n d   b o t t o m   g a t e   o x i d e   m a t e r i a l s ,   ε t o x 1 = ε t o x 2 = 3 . 9 .   In   t he  case  of   the  j unct io nless  str uctur e ,  m os t  of  th e  m ov in g  el ect ric  c harges  i n  the  channel  a re   known  t o  m ove  thr ough  the  c entral  axis  ( y = t si /2),   a nd  the  re la ti on sh i p  bet ween  the  dr ai n  curre nt  an d  th e  gate  vo lt age  in  t he  s ub t hr es hold  re gion ca n be  deri ved   from  the diffusi on - dr ift c urren t e quat io n o f  ( 2).     0 0 1 e x p 1 ( , ) e x p g si d in d L t qV q n W k T kT I dx q x y dy kT            (2)     wh e re  k   is  Bolt z m ann ' s  con sta nt,  T   is  abso l ute  tem per at ure,  n i   is  the  el e ct ron  co ncen tr at ion   of  the  in trinsic   sem ic on duct or,   μ n   is t he  elec tr on m ob il it y, and   W   is a c hann el  w idth .    The  res ult  of  dr ai n  cu rr e nt - gate  volt age  obta ined  us i ng   (2)  is  com pared  with  t he  re su lt s  of   2D   si m ulat ion   an d  Xie’s   m od el   [ 23 ]   i n  Fi g ure   2.   As   a  re su lt ,  it   cou ld   be  ob s erv e d  t hat  they   coinci de  with   eac h  oth e r  in  t he  re gion  be lo w  the   thres ho l d  vo lt age.  T he refor e ,  the   po te ntial   distrib ution  of  (1)  prese nted  i n  this   pap e r  is  valid,   an d  the  validi ty   of   the  drai n  curre nt - gate  volt age  r el at ionship  obta ined   us in g  this  pote ntial   distrib ution  is  al so   pr ov e d.   I n  this  pa per,  the   thres hold  vo lt age  V th   is  def i ne d  us in g  the   de finiti on   of  th re sh ol d  vo lt age  us e d  i n  TCA D  [ 24 - 25] .  I n  ot her   w ords,   t he  thr es ho l d  volt age  is   def i ned   as  t he   gate  volt age  a t  wh e n   th e drai n cu rr e nt is e qu al  t o  ( 3).       7 10 d g W IA L        (3)     T he n,  t he DIB L is obtai ne d b y usin g (4).     ( 0 . 0 5 ) ( 0 . 5 5 ) 0 . 5 t h d t h d V V V V V V D I B L V   (4)     i n  this  pa per ,   the  DI BLs   obta ined  us i ng   ( 4)  will   be  e xpress ed  acc ordin g  t o  c hannel  le ng th,  sil ic on  thic kn e ss,   and to p  a nd bo tt o m  o xid e  thic kn e ss.           Figure.  2. Com par is ons  of  t he drai n  c urren t - ga te  v olta ge  c ha racteri sti cs for   this m od el  w it h resu lt s  of 2D   si m ulati on  and  X ie ’s  m od el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Rel ation s hi p of d r ain i nduce d ba r rie r loweri ng an d  to p/bott om gate  oxide  t hickness   …  ( H akkee J ung )   235   3.   E X T R AC TI O N   O F  DIBL  MO DEL FO R  A S Y MM ET RIC J L DG M OSFET   First,  the  asy m m et ric  ty pe  ca n  be  fabrica te d  diff e re ntly   in  the  top   a nd  bo tt o m   ox ide  film   thickness ,   un li ke  t he  sym m et ric  ty pe.   Ther e fore,  DI B L' s  con to ur   c urves  f or   the  va riat ion s  of   t he  top   a nd   bott om   gate  o xi de  thic knes s  are  sho wn  in  Fi gure   3.  It  was  fou nd  tha t  the  to p  a nd  bo tt om   gate  oxides   we re  i n  inv e rse   pro portion  to   e ach  oth e r  i n  order  to  m ai ntain  a  c on sta nt  DIB L  as  s how n  i n  Fi gure   3,  a nd  the   DI BL   inc reased   a s   t h e   o x i d e   t h i c k n e s s   i n c r e a s e d .   F r o m   t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   c u r v e ,   i t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   D I B L   c h a n g e s   a c c o r d i n g   t o   t h e   p r o d u c t   o f   t h e   t o p   a n d   b o t t o m   o x i d e   t h i c k n e s s e s ,   w h i c h   i n   t u r n   c h a n g e s   a c c o r d i n g   t o   t h e   g e o m e t r i c   m e a n   o f   t h e   t o p   a n d   b o t t o m   g a t e   o x i d e   t h i c k n e s s e s .   I n   o t h e r   w o r d s ,   t h e   r e l a t i o n s h i p   o f   ( 5 )   w i l l   b e   est ablishe d.       12 o x o x D I B L t t    (5)     To  dem on strat e  the  validit y  of   ( 5),  the  va r ia ti on   of   DI B L  with  res pect  to  the  geo m etr ic   m ean  of     the  to p  a nd  bo tt o m   gate  ox i de   thick nesses   i s  sho wn  with  the  sil ic on  thic kn e ss  as   a  pa r a m et er   in  Fi g ure   4.     As  pr e dicte d  i n  Fi gu re   3,  we   can  obser ve   that  the   D IBL  i s  pro portio nal  to  √  1 ∙  2 .  The refo re  (5)  woul d  be  valid.   The   ob s er vation  f or  the   sil ic on  th ic kn ess   use d  a s  a  par am et er  sh ows   that  the   D IBL  inc reas es  an d    the  incre asi n g  rate  (th e  li near  slop e   in  Fi gur e   4)  al so   i ncr e ases  as  the  sil ic on  thick ness  i ncr ease s.  T his  m eans  that t he DIBL   do e s  no t i ncr ea se li near ly  whe n  sil ic on thic kness i ncr ease s  li near ly .             Figure  3. Co nto urs  of DIBLs  for  the  to p  a nd  bo tt om   gate oxide  thic kn e sses  i n  the   case o f  c hanne l l eng th   of 2 0nm  an d  si li con  thic kness  of  5 nm     Figure  4. Re la ti on   of  DI BLs  for t he ge om et ri c m ean  of the t op and  bo t tom  g at e  oxide thick ness es  w it h   the sil ic on thic kn e ss as  a  par a m et er       T h e   v a r i a t i o n   o f   t h e   D I B L   w i t h   s i l i c o n   t h i c k n e s s   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   5   i n   o r d e r   t o   f i n d   o u t   t h e   re la ti on sh i p  of   D IBL  an d  sil ic on   thick ness .  In   ge ne ral,  in  a  doub le - gate  MOSFET s,  the   DI BL  is  known  to  be  pro port ion al   to  the  sq ua re  of  sil ic on   thick n ess  [20].  As  ca n  be  seen  in  Fi gure   5,   the  DIB L  is  pr oport ion al   to  the  squ are  of  sil ic on   thick ne ss  for  not  on ly   the  sy m m et ri cal   JLDG   MO SFETs  wit h  th e  sa m e  top   and   bott om   gate  ox i de  thickne ss,  but  al so   the  asy m m et ric  JLDG   MOSFET s  with  th e  top  g at e  ox i de  thick nes s  of   2 nm   and   the  bott om   g a t e   o x i d e   t h i c k n e s s   o f   1 n m .   N o t e   t h a t   i n   t h e   c a s e   o f   t h e   a s y m m e t r i c   J L D G   M O S F E T ,   t h e   s a m e   r e s u l t s   a r e   o b t a i n e d   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   3   a n d   F i g u r e   4   e v e n   i f   t h e   t o p   a n d   b o t t o m   g a t e   o x i d e   t h i c k n e s s e s   a r e   inte rch a nged .   As  can  be  see n  in  Figure   5,  the  DI BL  ch ang e s  with  ch ann el   le ngth.  Ther e f or e,  Fi gure  6  s hows     the  DI BL  of  the  JLD G  MO SFET  with  th e  sy m m et ric  a nd   asy m m et ric   ox ide  thic kn e ss  wh e n  the  sil ic on  t h i c k n e s s   i s   5 n m   i n   o r d e r   t o   o b s e r v e   t h e   v a r i a t i o n   o f   D I B L   w i t h   r e s p e c t   t o   c h a n n e l   l e n g t h .   A s   w i t h   t h e   c o n v e n t i o n a l   C M O S F E T   [ 1 7 ] ,   w e   c a n   s e e   t h a t   t h e   J L D G   M O S F E T   i s   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   n e g a t i v e   t h i r d   powe r  of  the  c ha nn el   le ng th .   I n  ad diti on ,  it   can  be  s een  that  not  only   the  sy m m e tric   ty pe  bu t  al so   the  asy m m etr ic   JLD G  MO SFETs   hav i ng   diff e re nt  top   and   bo tt om  g at e o xid e thick nesses  are  equ al ly  p r oport ion al  to  the n e gative thir d  po wer   of   the  channel  le ngth.  I n  this  pa pe r,   the  D IBL  is  ob se rv e d  f or   t he  JLD G  MOS FET  with   cha nnel   le ng th  of   m or e   than   10 nm .  For  the   JL DG  M OS FE T s  with  channel  le ng t hs  bel ow  10 n m ,   ad diti on al   sec onda ry  ef fects,   su c h  a s  tunneli ng,  ha ve   to  be  a n al yz ed  qua ntu m   m echan ic al ly   [26,   27 ] .   Ta ke n  tog et her   t he  ab ov e  res ults,  th e  DI B L   can  be  e xpress ed  as  the  fo ll owin g (6).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  11 , No .  1,   Febr uar y   2021   :    232   -   239   236         Figure  5.   DI B Ls for si li con thick nesses  w it h  c hannel  le ng th  and  oxi de  thic kn e ss as  p a ram et ers     Figure  6. D IB Ls for cha nnel   le ng th  in  t he   ca se of  sil ic on  thic kn e ss of  5 nm  w it h o xid e    thickne ss as  a  par am et er       32 12 g s i o x o x D I B L A L t t t    (6)     wh e re  A   is  the   pro portio nal  c on sta nt  an d    is  the  SP ICE  para m et er  known  as  the  sta ti c  fe edb ac k  c oe ff ic ie nt.   To  obta in  A ,  th e  value  of   A   is  firstly   ob ta ine d  from   the  fo ll owin g  ( 7)  b y  us i ng   t he  cha nnel   siz e  and   t he  ox ide  fil m  thickn ess   us e d  to  calc ula te  the DIBL.     32 12 / g s i o x o x A D I B L L t t t    (7)     The  m axi m u m   value  obta ine d  us i ng   ( 7)  is  25.15,  a nd   A   i s  set   to  25 . 15   t o  obta in  a  reas on a ble  ra ng e  of   the  sta ti c  f eedb ac k  c oeffici ents.  The  sta ti c  feed bac k  c oeffici ents   thus  ob ta ine d  are   sh ow n  in  Fig ur e   7.  Figure  7 (a ),   ( b),  an d  (c)   show  a  case  in   wh ic h  the   to p  a nd   bott om  gate  oxide   la ye rs  ha ve  th e  sam e  sy m m e tric al   s tructu re.  H ow ever,  the  sam e  ty pe  of   relat ion s hip   grap hs   can  be  de rive d  in  the  case  of     the  asy m m et ri c  JLD G   MOS FETs  i f  the   to p  a nd  bo tt om   gate  ox i de  thic kn e ss es  a re  a dj us te d  to   ha ve  t he  sam e   geo m et ric  m ea n  for  the   to p  a nd  bott om   gate  oxide  t hick nes ses  as  desc ribe d  a bove.  T he  r easo n  f or  this  i s  tha t   they   sh ow  the  sam e   DI BL  res ults.  As  ca n  be   seen  in  Fi gure   7,   it   can  be  ob serv e d  that  as  t he  ge om et ric  m ean  of  the   to p  a nd  bo tt om   oxide   thick nesses   inc reases,   the   ra nge  of   the  sta ti c  feed bac k  coe f fici ent  increas es  and  the  c hange  acc ordin g  t o  t he  si li con   t hick ness   al so  increa ses.   I n  ge ner al ,   the   SP ICE  par am et er,  sta ti c  feed back  coeffic ie nt,  ha s  a  value  between   0  a nd   1,  so   the  D IBL   m od el   is  rea so na ble  f or  th e  asym m e tric   JLD G  MOSFET pres ented  in  t his  pa per.  I n  ot her  words,  t he  D IBL   m od el   of   t he  a sy m m e tric   JLDG   M OS F ET can  be   expresse d by t he follo wing  ( 8) d e pe nd i ng on th e  ch a nnel  l eng t h,   sil ic on  t hick ness, an d o xid e  film  th ic kn ess.     32 12 2 5 . 1 5 g s i o x o x D I B L L t t t    (8)     It  ca n  be   seen   f ro m   Fig u re   7  t hat  the   sta ti c  fee dback   c oe ff ic ie nt  is   a ppr oxim a te ly   0. 5 <     < 1. 0  i n    the  cha nnel   di m ension   a nd  ox i de  thic kn e s s  ra ng e  cal c ul at ed  in  t his  pa per.   I n  orde r   to  ver ify   the   va li dity    of  ( 8),  the  D I BL  values  obt ai ned   f ro m   R aks har am ’s  m od el   [ 22]   and  t he  analy ti cal  DI BL  m od el   of   ( 8)  pr ese nted  i n  this  pa per   a re  com par ed  i n  Figure  8.  A s  can  be  see n  i n  Fig ur e   8,   it   can  be  obser ved   t hat     the  DI BL  obta ined  us i ng   Ra ks ha ram ' s  m od el   fall s  within  the   range  w he n  the  sta ti c  feed bac k  coe ff ic i ent  i s   betwee n  0.5  a nd  1.0   in  ( 8) .   Ther e f or e,   the   DI B L  ca n  be   obta ined   acc ordi ng  to  t he  c hannel  dim ension   a nd    the  top   a nd  bo tt o m   ox ide  thi ckn e ss  by  a djust ing   the  sta ti c  feedbac k  coe f fici ent.  As  ca n  be  seen  i n  Fig ur e   8,   the  cha nge  of  DI BL  with  re s pect  to  the  c ha ng e  of  the  st at ic   feed bac k  coeffic ie nt  is  s m al l  as  the  chan nel  le ng th  i ncr ea s es,  but  the  DIB L  changes  si gn i ficantl y  with  th e  c hange  of   t he  sta ti c  feed bac k  c oeffic ie nt  as    the  channel  le ng t h  dec reases .  Ther e f or e,  t he   sh ort er  the  c hannel  le ngth,  the  m or e  care  m us t  be  ta ken   wh e n  determ ining  th e stat ic  f eed ba ck  c oeffici ent.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Rel ation s hi p of d r ain i nduce d ba r rie r loweri ng an d  to p/bott om gate  oxide  t hickness   …  ( H akkee J ung )   237       (a)   (b)       (c)     Figure  7. Stat ic  f ee db ac k  c oe f fici ents for  cha nn el  le ng t h wit h  sil ic on thic kness a nd  ox i de t hickn e ss as   par am et ers  in t he  case  of  (a)   t ox1 = t ox2 =1 nm, ( b)  tox 1 = tox 2 =2 nm , and (c)  tox1 = tox 2 = 3 nm           Figure  8. Com par is ons  of  t he DIBL  m od el  of (8 )  a nd Raks har am ’s  m od el       4.   CONCL US I O N   In   t his  pa pe r,   t he  relat io nship   am on g  the  de vice  dim ension  su c h  as  c ha nnel   le ng th ,  sil ic on  thick ness ,   and   t op   a nd  bo tt o m   ox ide  thi ckn e ss  an d  DIB L  of   the  a sym m e tric   JLDG  MOSFET  is  de rive d.   I n  gen e ral,  f or   sy m m e tric al   do uble   gate  MO SFETs,  D IBL  is  pro portion al   to  the  ne gativ e  third  po wer   of   t he  c hannel  le ng th ,   the seco nd po wer   of  t he  sil ic on  t hick n ess, a nd  li nea rly  to  oxide thic kness.  I n  t he  case o f a sy m m e try , h oweve r ,   t h e   r e l a t i o n s h i p   t h a t   t h e   D I B L   i s   l i n e a r l y   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   o x i d e   l a y e r   m u s t   b e   c o r r e c t e d   s i n c e   the  thic kn es s es  of  the  oxid e  la ye rs  at   t he  to p  and  the   bott om   can  be  fa br ic at ed  dif f ere nt ly .  As  a  res ul t,  it   was  fou nd  that     the  asy m m et ri c  JLD G  MOS FET  is  pro port ion al   to  the  ge om et ric  m ean  of   the  gate  oxi de  thick ness  at   the  top  and   bott om .  The  sam e  relat i on s hi p  can  be   us ed  f or   sym m et rical   JLDG   MOS FETs  with  the  sam e  ox i de  thickne ss  at   th e  top   a nd  b ott om .  In   add it ion,   we  can o bse r ve   that  the  DI B L  m od el   prese nted  in  t his  pa per   is  in  good  ag reem e nt  with  the  m od el   pr esent ed  in  oth e r  pa per.  The  sta ti c  feedback  c oeffici ent,  w hi ch  i s     a  par am et er  use d  in  t he  S PI C E  DI B L  m od el   of   CM OS F ET ,  is  know n  to  be   ab ou t  0.7.  In  the  D IBL  m od el   of   the   asy m m et ri c  JLD G  M OSFET  pr ese nted   in  this   pa per,  the  sta ti c  fee dback   coe ff ic ie nt  ha s  a  value   betwee n  0.5  an d  1.0.  It   is  belie ved   th at   this  m od el   can  be  us e d  s uffici ently   in  ci rcu it   si m ulati on   program s  su c h  as   SPI CE.  T hese  resu lt s  will  serve as  the  basis  fo r fu t ur e  fa br i cat ion   of the a s ymm et ric JLD G  MO SFET s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  11 , No .  1,   Febr uar y   2021   :    232   -   239   238   REFERE NCE S   [1]   R.   S.  Pal ,   S.  Sh arma,   and  S .   Da sgupta,   “ Recent   Tre nd  of  FinF E T  Devices  and  i ts  Chal l enge s:  A  Revi ew,”  201 7  Confe renc e  on   E merging  Dev i ce s   and  Smar t  S ystem s ( ICEDSS ) ,   Tiruche ngode ,  pp .   150 - 154 ,   2017 .     [2]   S.  Yoo,  H.  Kim,   M.  Kang,   and  H.  Shin,  “ Anal y sis  of  Self - Hea ting  Eff ec t  in  7   nm   Node  Bulk  F inFET   Device,”   Journal   of   Semi c onduct or Tec hno logy   and   Sc ie nc e ,   vol .   16 ,   no .   2 ,   p p.   204 - 209 ,   201 6.     [3]   Y.  S.  Chauha n,   D.  D.  Lu,   V.  Sriramkum ar,   S.  Khande lwal,  “ FinF ET   Modeling  for  IC  Sim ul at ion  and  Desig n:   Us ing  the   BS IM - CMG   Standa rd,”  A cade mi c  Pr ess ,   London ,   2015 .   [4]   A.  N.  Moulai   K hat ir ,   A.  Guen - Bouaz z a  and  B .   Bouaz z a,   “ 3D  Sim ula ti on  of  Fi n  Geom et r y   Inf l uenc e   on  Corn e r   Eff ect  in  Multi fi n  Dual  and  Tri - g at e  SO I - FinF ETs , ”  TEL KOMNIKA  Indone sian  J ournal  of  El ectri cal   Engi n ee ring ,  vol.   12 ,   no .   4 ,   pp .   3253 - 3256 ,   20 14.     [5]   S.  I.   Am in,   and   R.   K.  Sarin ,   “ Dire ct   tunne l ing  ga te   cur r ent   m odel  for  s y m m et ric   d ouble   ga te   junc t i o nle ss   tra nsisto r   with  SiO2/hig h - k  gate  st ac ked   di el e ct ri c,”  Journal   of   Semi conduc t or ,   vol. 37, no. 3 ,   2016 .       [6]   Y.  H.  Shin,   S.  W eon,   D.  Hong  and  I.  Yun,  “ Anal y tica l  Model   f or  Juncti onl ess  Double - Gate  FE T  in  Subthr eshol d  Regi on, ”  I EE E   Tr ansacti ons on  E le c tron   Dev i ce s ,   vol.   64 ,   no .   4 ,   pp .   1433 - 1440 ,   20 17.     [7]   I.   Hus sain,   M.   Vac ca,  F.   Rie n t e,   and  M.  Gr az i ano,   “ A  Unifie d   Approac h  for   Perform anc e   Deg rad ation  Anal y si s  f r o m   T r a n s i s t o r   t o   g a t e   L e v e l , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E ) ,   v o l .   8 ,   n o .   1 ,   p p .   4 1 2 - 4 2 0 ,   2 0 1 8 .     [8]   V.  Kum ari ,   A .   Kum ar,   M.  Saxe na,   and  M.   Gupt a,   “ Stud y   of   Ga uss ia n  Doped  D ouble   Ga te   Jun c ti onle ss   (GD - DG - JL)  tra nsistor  i ncl uding  sourc e   dra in  depletio n  le ngth:   Mode l  for  sub - thre shold  beha vior , ”  Superlat tices  an d  Mic ros tr uct ures ,   vol. 113, pp. 57 - 70,   2018 .     [9]   K.  E.   Kah aru di n,   F.  Sale hudd i n,   A.  S.  M.  Z ain  and  A.  F.  Ro slan,   “ Geom et ri c  and  proc ess  design  of  ult r a - th in   junc ti on le ss   double   gate  ver tica l  MO S FETs ,”   Inte rnational   Jo urnal  of  El ec tri cal   and  Computer  Engi ne ering   ( IJE CE ) ,   vol. 9,  no.   4 ,   pp .   2863 - 2873,   2019 .     [10]   K.  E.   Kaha r udin ,   Z.   A.  F.  M.  N api ah ,   F.  Sale hu ddin,   A.  S.  Z ai n   and  A.  F.  Roslan,   “ Anal y s is  of  ana log  and  R F   beha viors  in  ju nct ionless   doubl e  ga te   v ertical  MO S FET, ”   Bull et in  o f  El e ct ri c al  Engi n ee ring   and  Informatic s   ( BE EI) ,   vol. 9, n o.   1 ,   pp .   101 - 10 8,   2020 .     [11]   S.  I.   Am in,  and  R.   K.  Sar in,  “ Juncti onl ess  tra nsi stor:  A  rev ie w, ”  Thir d  Inte rnatio nal  Confe ren ce  on  Computati on al  Inte lligen ce and Inform ati on  Tec hnology   ( CIIT 2013) ,   Mum bai ,   p p.   432 - 439 ,   201 3.   [12]   V.  Kum ari ,   N.  Modi,   M.  Saxena ,   and  M.  Gupta,   “ Modeli ng  and  sim ula ti on  of  D ouble   gat e  Junct ionl ess  Tra nsisto r   conside ring   frin ging  fi el d  eff e ct s , ”  So li d - Sta te E l ec troni cs ,   vo l. 1 07,   pp .   20 - 29 ,   2 015.     [13]   K.  E.   Kah aru di n,   F.  Sale hudd i n,   A.  S.  M.  Z ain  and  A.  F.  R o slan,   “ Geom et ri c  and  proc ess  design  of  ult r a - th in   junc ti on le ss   dou ble   ga te   v ert i cal  MO SF ET s,”   Inte rnational   Jo urnal  of  Elec tri cal   and  Compu te r  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,   vol. 9,  no.   4 ,   pp .   2863 - 2873,   2019 .     [14]   H.  Jung,  “SPIC E  Model  of  Drain   Induc ed  Barr i er  Lowe rin g   in  S y m m et ric   Juncti onle ss   Double  Gate   MO SF ET , ”   Inte rnational   Jo urnal  of  GEOM ATE ,   vo l. 16, no. 55, pp. 20 - 27,   2 019.     [15]   B.   Singh,  D.  Gola,   K.  Singh,  E.   Geol,   S.  Kum ar,   S.  Jit,   “ Analy tic al   m odel ing  of  subthreshold  cha r ac t eri sti cs  of  ion - implant ed  s y m m et ric   do ubl e  gat e  junc t ionless   fie ld  eff ect  t ran sistors,”   Ma t erial s  scie n ce   i n  semic onduct o r  proce ss ing ,   vol .   58,   pp .   82 - 88 ,   2 017.     [16]   V.  Kum ari ,   A.  Kum ar,   M.  Saxena ,   and  M.  Gupt a,   “ Empirical  Model  for  Nonunif orm l y   Doped  S y m m et ric   Double - Gate   junc t ionless   Tra nsistor, ”  in  IEE E   Tr ansacti o ns on  Elec tron De vice s ,   vol. 65 .   No.  1,   pp.   314 - 3 21,   2018 .       [17]   Y.  W ang,   Y.  Ta ng,   L.   Sun  an d  F.  Cao,   “ Hig h  per form anc e  of  junc ti onl ess  MO S FET  with  as y m m et ric   ga te,”  Superlat tices  an d  Mic ros truct ure s ,   vol. 97, pp. 8 - 14,   2016 .     [18]   M.  S.  Islam,  J.   Afza ,   and  S.  Ta r annum,  “ Modelling  and  Perform anc e   Anal y sis  of   As y m m et ric   Do uble   Gat e  Sta ck - Oxide  Junct ionless   FET  in   Subthreshold  Reg ion , ”  2017   IE EE   R egi on  10   Hum anit arian  Techno logy   Conf ere nc e   ( R10 - HT C ) ,   Dhaka ,   pp .   538 - 541 ,   2017.   [19]   S.  Dim it rijev,   “ Princi pl es  of   Sem ic onduc tor  Dev i ce s,”   Oxford  Uni ve rs it y   Press ,   Ne w York,   2012.   [20]   H.  Jung,  “ Drain   Induc ed  Barr ie r  Lowe ring(D IBL)  SP ICE  M odel   for  Sub - 10  nm   Low   Do ped  Double  Gate   MO S FET, ”  Jou rnal   of  the   Korea  Instit ute   of   Information  a nd  Comm uni cat ion  Engi nee ring ,   vol.   21,   no.   8,     pp.   1465 - 1470 ,   2017.       [21]   Z .   D i n g ,   G .   H u ,   J .   G u ,   R .   L i u ,   L .   W a n g ,   a n d   T .   T a n g ,   “ A n   a n a l y t i c   m o d e l   f o r   c h a n n e l   p o t e n t i a l   a n d   s u b t h r e s h o l d   s w i n g   o f   t h e   s y m m e t r i c   a n d   a s y m m e t r i c   d o u b l e - g a t e   M O S F E T s , ”   M i c r o e l e c t r o n i c s   J o u r n a l ,   v o l .   4 2 ,   n o .   3 ,   p p .   5 1 5 - 5 1 9 ,   2 0 1 1 .     [22]   Rakshar am,  and   A.  K.  Dut ta,  “ A  unifi ed  anal y t ic a l  dra in  cur r en t  m odel   for  Dou ble - Gat e  jun ct io nle ss   Fiel d - Ef fe c t   Tra nsistors in cl u ding  short  cha nn el   eff e ct s, ”  Sol id - Stat e   Elec tronics ,   vol .   130,   pp.   3 3 - 40,   2017 .     [23]   Q.  Xie,   Z .   W an g,   and   Y.  Ta ur ,   “ Anal y sis  of   Short - Channel  Ef fec ts  in  Junct io nle ss   DG   MO S FETs, ”  in  IE EE  Tr ansacti ons on Electron  De vi c e s ,   vol. 64, no. 8,  pp.   3511 - 3514 ,   2017.   [24]   A.  Ortiz - Conde ,   F.  J.  Garc ia - San che z ,   J.  Muci,   A .   T.   Barr ios,  J.  J.   Li ou,   and  C.   Ho ,   “ Revi siti ng  MO SF ET   thre shold  volt ag e  ex tracti o n  m et hods,”   Micr oel ectronics  R e li ability ,   vo l. 53, no. 1, pp. 90 - 10 4,   2013 .       [25]   T C A D   M a n u a l ,   P a r t   4 :   I N S P E C ,   I S E   I n t e g r a t e d   S y s t e m s   E n g i n e e r i n g   A G ,   Z u r i c h ,   S w i t z e r l a n d ,   2 0 0 1 ,   p . 5 6 ,   v e r .   7 . 5 .   [26]   J.  Le e,   Y.  Kim ,   S.  Cho,   “ Design   of  poly - Si  Juncti onle ss   fin - cha n nel   FET  with  quant um - m ec hanic al   drift - di ffusion   m o d e l s   f o r   s u b - 10 - n m   t e c h n o l o g y   n o d e s , ”   i n   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   E l e c t r o n   D e v i c e s ,   v o l .   6 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   4 6 1 0 - 4 6 1 6 ,   2 0 1 6 .      [27]   D.  Shafiz ade,  M.  Shalc hi an,   and  F.  Jaz ae ri ,   “ Ultra thi n  Juncti on le s s  Nanowire   FET  Model,   Inc ludi n g  2 - D  Quantum   Confine m ent s,”   in  IE EE Tr ansacti ons on Electro n  Dev i ce s ,   vol .   6 6,   no .   9 ,   pp .   410 1 - 4106,   2019 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Rel ation s hi p of d r ain i nduce d ba r rie r loweri ng an d  to p/bott om gate  oxide  t hickness   …  ( H akkee J ung )   239   BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS       Pr of.   Hak  Kee  Jun g   rec ei ved  t he  B. S.  deg ree   f rom   Ajou  Univer sit y ,   Korea ,   in  1983,   the   M.S .   and  Ph.D.  degr e es  from   Yon sei  Univer sit y ,   Se oul,   Korea ,   in  1 985,   1990,   resp ec t ive l y ,   all  in  el e ct roni c  engi n ee ring .   In  1990,   he  joi ned  Kuns an  Nati onal   Univ ersity ,   Chonbuk,   Korea ,   wher e  he  is  cur ren t l y   a   Profess or  in  depa rtment  of  elec troni c  eng ineeri ng.   From   1995  t o  1995,   he  hel d    a  rese a rch   posit ion  with  th e  Elec tron ic   Eng ineeri ng  Depa r tme nt,   Os aka   Univ ersity ,   Os ak a,  Japa n.   From   20 04  to  2005 ,   an d  2016  to   2017 ,   he   was  with   t he  School   o f  Microe l ec tron ic   Engi ne eri ng,   Griffi th  Univ ersity ,   Nath an,   QL D,  Aus tra lia.   His  rese arc h   in te rests  in cl ud e   sem ic onduct or  d evi c e  p h y s i c s   a n d   d e v i c e   m o d e l i n g   w i t h   a   s t r o n g   e m p h a s i s   o n   q u a n t u m   t r a n s p o r t   a n d   M o n t e   C a r l o   s i m u l a t i o n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.