Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vol .   12 ,  No.   3 ,  Decem ber   201 8 , p p.   1358 ~ 1365   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 2 .i 3 .pp 1358 - 1365          1358       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   30 nm  D G - Fin FE T 3D Co nstructi on  Impact Towa rd s Short  Channel  Effects       Ameer F . Ro slan ,  F.  S alehud din ,  A. S .M. Z ain, K.E.  K aha rudin , H. H az ura,  A.R . Ha nim,   S.K. Idris,  B. Z .  Z arina , A fifa h   Ma h era n  A. H   MiNE,   Ce TRI,  Fakult i   Kejur u te r a an  E le ktron ik  d a n  Kejur ut eraan K om pute r,   Univ ersit i   Te kn ika l   Malay s ia Mel ak a ,   Jala n  Hang   Tu ah   Ja y a, 76100   Duria n  Tungga l ,   M el ak a ,   Malay si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   2 8 , 201 8   Re vised  Oct   15 , 2 018   Accepte d  Oct   29 , 201 8       Thi s  pape r  pr ese nts  an  inv esti g at ion  on  prop erties  of  Double  G at e  FinF E T   (DG - FinF ET )  a nd  impac t  of   p h y sic al  prope r ties  of   FinF ET  t owards  short   cha nne l   eff e ct s   ( SC Es)  for   30   nm   dev ice,  for   whic h  th e   depleti on - l a y er   widths   of  the   source - d ra in  relate s  to  the   c hanne l  le ngth   asi de  from   consta nt   fin  hei gh t  (H F I N )  and  the  fin  thickness  (T F I N ).   Virtua l   fab ri cation  pr oce ss   of  3 - dimensional   (3D )  design   is  appl i e d  throughout  th e  ana l y sis.   Further   to   that,   its   el e ct ri ca l   ch arac te ri za t ion  is  emplo y ed  and   th e  r at io  of   driv e  cur ren t  aga inst   the   l ea kag e  cur re nt  (I ON /I OF F   rat io)  of  the   FinF ET  design  on  the   o th er  hand  h as  show ca sed  subs ta ntial  diff ere n ce  at   563138 . 35  c om par ed  to  th e  pre diction   m ade   b y   th e  Int e rna ti on al   Te chn o log y   Roadmap  S e m ic onduct or   (I TRS)  2013.   Concl usively ,   th e  in cre m ental   in   ratio  h as  fulfill ed  th e  ant i ci pa ted  inc r ement   on  the   dr ive   cur r ent   (I ON )  as  we ll  as  red uc ti ons  of   the   le ak age   cur r ent   (I OF F ).   Thre shold  vo lt ag e  (V TH )  m ea nwh il e  h as  a lso  a chieve d  the   nom inal  pre d ic t i on   tha t  is  obli g ed  b y   the   In te rn at i onal   T ec hno log y   Ro admap  Se m ic onduct or   (IT RS )  2013   for   which   is   at  0 . 67 6±12.7%  V.   Th e   I ON ,   I OF F   and  V TH   obtained  from   the  device   has  ev ide nt l y   m et  the  m ini m um   condi ti on   b y   IT RS   2013  fo r   low  power  Mult i - Gate   technolog y .   Ke yw or d s :   Dou ble - gate fi nf et   Mosfet   Mult i gate   Shor t c ha nn el   eff ect s   Copyright   ©   201 8  Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Am eer F.  Ro sla n ,     Mi NE,  CeTR I ,   Fakult i Ke j ur ut eraan  Ele ktr onik d a n  Ke j ur uteraan K om pu te r,   Un i ver sit i Te knikal M al ay sia  Mel aka ,   Jal an Han g  T ua h  Jay a,  76 100 D ur ia n  T ungg al , Mel aka , Ma la ysi a .   Em a il :  m 02 1710023@st ude nt .u te m .ed u. m y       1.   INTROD U CTION     Moore’s  la w  has  se rv e d  as   gu i deline  f or   MOSFE T  m i niaturizat io n  f or   over  a  dec ade.  Yet,  the   ci rcu m sta nces  in  the  re scal in g  of  the  M OSFET  is  due  t o  the  gate  c on t rol la bili ty   decr eased  ov e r  the  c hannel   cause d  by  hi gh  el ect ric  fiel d  [ 1,   2] .  Be si de s,  s hr i nk i ng  th e  co nventio nal   MOS FET  nee ds   im pr ovem e nts  to   bypass  t he  barriers  that  a re  du e   to  the   f undam ental   ph ysi cs  [3] .  C on ti nuous  scal i ng   of   bulk - Si  MO SF E T   te chnolo gy  ha ve   al so   bee n  m a ssively   chall en ged  by  t he  i ncre m ent  in  le aka ge  c urren t  an d  al so   the   pe rfo r m ance   var ia bili ty   of   transist or   [4,  5] .  This  in dicat e s  that  the  sho rt  channel  ef fect s  (S CEs )  ha ve  con ti nual ly   be en  the  key  issues  w he n  the  rescali ng  is  i m ple m ented.   That  bein g  sai d,   a n  al te rn at i ve   way  to  a naly se  and  proce ss  m ul ti - gate  tra ns ist or   li ke  do ub le - gat e  Fin FET   ( D G - FinF ET)   hav e   bee n  do ne  i n  order  to   ac hiev e  the   pe rf e ct   s witc h  for  t ran sist or,  a long w it h  to   m ini m iz e  the  SC Es. S CEs   occ urre d  due   to   the  ch ar ge   sha r in g effect   in   the   s horte n  dev ic es   c hann el ,  asi de   from   the  reason   that   the   ch an nel  de pleti on  re gion   an d  in ver si on  la ye r  cha nnel   charge   con t ro l   ha s  bee n  co nteste d  by  bo t h  gate   an d  s ource/d rain   r eg ion s .    In  a ddit ion  t o  t hat,   the   e xtrem e  increm ent  i n  the s ub t h res hold leaka ge c urre nt h a s  beco m e con ce r ning  on c e it  ap pr oach e s  the  nanom et er r e gim e  [6] .    The  el ect r os ta ti cs  of   t he  c hannel  has  be en  e ff ect ively   i m pacted  by  the  dr ai n  pote ntial   and,   conseq ue ntly ,  channel  has   be en  unable  t o  be   co ntr olled  by   the  gate  as   these  a re  m ai nly  due  to   the   c hanne l   le ng th s  that  a r e  thin ned  in  de eply   scal ed  MOSFET .  C onse qu e ntly ,  th e  gate  is  i ncapable   to  f ully   cl os e  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       3D Do ub le   G at e FinFET  Co nst ru ct ion of  30  nm Tec hnology  No de  I m pa ct   To wa rd s…  (Ameer F . R os la n )   1359   channel  in   the   off - m od e  ope rati on,  w hich   directs  to  t he  rise  of  I OFF   be tw een  t he  drai n  an d  th e  s ource.  Me anwhil e,  t he   al te rn at i ve  t o  t he   existi ng   plana r  M OS F ET,   that  is   the   m ulti ple - gate  fiel d - e ff ect   tra ns ist ors   (MGFE Ts) ,  ha s  showca sed  a   bette r  scr eeni ng   of  the  dr ai n  po te ntial   from   the  cha nnel   and   t his  is  due  to  th e   pro xim it y  o f  t he   s upplem entary  gate(s )   to   the   channel   (i.e. ,   hi gh e r   gate - cha nnel   ca pacit ance )  [7,   8] .   T his  m ak es  the  sho rt  cha nn el   perform ance  m e tric s,  su c h  a s  subth res ho l d  slop e  ( ),  drai n - i nduce d  ba r rier  lo wer i ng  ( DIB L),  and  th res ho l d  vo lt age   ( TH )  ro ll - off  bette r   in  M GF ETs   c om par ed   to   th e  ort ho dox  pla nar  MO SFET .   T hese   m et rices  i m pr ovem ents  w ou l d  m eans  reduc ed  i n  de gr a dation  in   the   tra nsi stor’ s   V TH   with  c onti nuous   s cal ing  and   t hus  bri ng ing   le ss  de gr a dation  as  well   to  the  le a kage  curre nt  (I OFF )  [ 9] .  D IBL  e f fect  is  evide nt   as  the  sh ri nk a ge   of   the  de vice  occ urred  du e   t o  s ub sta ntial   fiel d  pe netrati on  from   dr ai n  to   so urce   f or  wh i ch  t he   aforem entione d  source   a nd  drai n  de pleti on  reg i on s   ca n  inf rin ge  t he  c ha nnel   with ou t   bia s  du e   to   sm al ler   ga ps  betwee n  t hese  j unct io ns   i n  short  c ha nn el   de vice.  T he   V TH   ro ll   off  i n  t he  m eantim e  is  cause d  by  re duct ion  i n  V TH   du e   to   dec rem ent  in  gate  le ng th   as   the   c hannel  le ngth   is  unacce ptable   wh e n  the   off - st at e  I OFF   has  be com e   too  great   [ 10 ] .   Se ver al   ex pe r i m ents  of  desi gn i ng  a   3D  Fi nF ET   Dou ble - Gate  de vice  is   do ne   after   the   init ia l  fabrica ti on  sim ula ti on   by  r evisin g  se ver al   physi cal   pa ra m et ers.   D G - FinFET   ha s  bee n  c on te m plate d  in   the   pr ese nt  wor k  because   of   it s   bette r  gate  con t ro l  over  t he  c hannel  w hi ch  al l ow s   a n  e nh a nce d  de vice    perform ance  [11] .  Fi gure  1  sh ows  t he  superi or   s hort - c hannel  pe rfo r m ance  of   DG - FinF ETs  ov e r   plana r   MOSFET s  with the  sam e chan nel le ng t h  [12 ] .            Figure  1 .   D IB L and s ubth res ho l d  s wing  ( ) vers us  e ff ect i ve  c hannel le ngth  f or   double - g at e ( D G)  a nd  bu l k - sil ic on   nF ETs       DG - Fin FETs   e m erg e  s uperi or  to  plana r  MOSFET s  by  overc om ing   a  m ajo r  s ourc e  of  process     var ia ti on  [3] .  T he  Fi nF ET   str uc ture  al s o  util iz es  a  fin - sh a pe d  body   that  is  pe rp e ndic ular   to  t he  waf e r  s urfac e  to  carry  the  c urre nt  f or   w hich  it   is  encase d  by  t wo   of  the  fro nt  an d  bac k  ga te s  that  are  de velop e d  t hin ly   in  orde r   to  re duce  t he  S CEs.  DG - Fin F ETs  do  s uffer  f ro m   oth e r  proc ess  va riat ions.  Du e   to   their   s m al l  di m ension s  a nd   li tho grap hic  li m it a ti on s,   D G - FinF ETs   are   su bject e d  t o  s ever al   im po rtant  ph ysi cal   fluctuati ons,   s uc h  as   var ia ti o ns  i n g at e leng t h,   fin - thick ness, gate - ox i de  thic knes s,  a nd g at e  unde rlap  [13] .    Gen e rall y,  a   m ajor   am ou nt   of   work  on  t he   pr oj ect io n  of  le a kag e   c urre nt  a nd  le a ka ge  pow er  predict io n  has   bee n  iss ue d  by   va rio us  re searche rs   [11 ] ,  [ 14 – 23] .  Bhatt acharya   an d  J ha   re porte d  t hat  the  t hr ee - dim e ns io na l   (3D)   process  s i m ulati on s  an d  dev ic e  sim ula ti on s  we re  car r ie d  out  so   that   the  fabrica ti on  proce ssed  a nd   the   dev ic e   cha racteri sti cs  of  22nm   DG - Fin FET s  is  opti m iz ed  [3] .  Param et ers  stu died  has   m assivel y  en ha nc ed  th e  resp ect ive   V TH ,   I ON ,  I OFF   value s  f or   w hich  is   c entre d  on  the  m ini m u m   requir e m ent  sta nd a rdi zed  by  I ntern a ti on al   Tech no l og y  R oad m ap  Sem ico nd ucto r  ( ITR S)   2 013  predic ti on   f or   l ow   po wer   (LP)  m ulti - gate  te ch nolo gy  f or   the yea r 2 020.        2.   METHO D S  A ND M ATERI ALS   2 . 1.       Virtu al  Fab ri c at io n P rocess   In   t his  stu dy,  t he  DG - Fin FET   fabrica ti on  pr oc edure  is  done   thr ough  D EV E DI T   an d  ATL AS   m odules  from   Sil vaco   I nter national.   B oth  A TL AS  an d  DEVED IT  c on t rasts  in  it s fun ct io nalit y  w her e by  the   AT LAS   a s   well   as  DEVE DI T   pr ov i des  dev ic e  sim ulati on s   MO SFET   dev ic e.   T he  ge ner al   process   f low  of  a  DG - F inFET   especial ly   in  obta inin g  it s  el ect rical   prop e rtie s  is  co ntained   in  the  ATL AS  m od ule  i n  Sil vaco   TCA D  to ol  a nd   the pr ocess  si m ula ti on  m et ho ds i s s umm ari zed as  in Fi gur e 2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1358   –   1365   1360       Figure  2. Ba sic  DG - Fi nF E Ts  Pr oc ess Si m ulati on       Since  Fin FET h ave  a size able   ou tc om e  towar ds   t he  de vice’ s  I OFF ,  V TH   an d  I ON ,  the  dim ension s o f  t he   fi n  has   bee n  de fine d  be foreha nd  i n  orde r  t o  est ablis h  desir ed  ef fecti ve  c ha nn el   le ngth   a nd  al s o  gate   w idth   of   the  de vice  [ 24 ] .  The  i ncr em ental   towa r ds   th e   sp ee d  of  the  t ran sist or   s witc hing  can  be  done,   s houl d  it   ha ve  a   high  I ON   an d  a   low  V TH .  Ba se d  on  the   co ns t ant  fi n  heig ht  ( H FIN )  a nd  the   f in  thic kn es s  ( T FIN ),   co ns trai n  of  the   width can  b e  obtai ned as:       W  =  2H FIN   + T FIN                                      (1)       Leaka ge  pe rfo r m ance  can  al s o  be  in flue nce d  by  the  fi n  s hape  and  it s  dim ension   w her e by  na rrow e r  fi n  encou rag es   lo wer  le aka ge   cu rr e nt  to   be  obta in.  The   value s  of   ge om et ric al   pa ram et ers  are  i den ti fie d  as   s ho w n  in Ta ble 1.       Table  1.   Value  of the  g e om et rical   par am et ers  set  for Y - Z   pl ane, X - Y  p la ne  and  X - Z  p la ne   Y - Z  Plan e   X - Y Pl an e   X - Z  Plan e   Para m eters   Valu e  (n m )   Para m eters   Valu e  (n m )   Para m eters   Valu e  (n m )   Gate Len g th ,  L G   3 0 .00   SiO 2   W id th ,  W O X  X - Y   3 0 .0   SiO 2   Leng th ,  L O X  X - Z   1 0 0 .0   SiO 2   Leng th ,  L OX   1 0 0 .0   SiO 2   Thick n ess ,  T OX  X - Y   3 0 .0   SiO 2   W id th ,  W O X  X - Z   3 0 .0   SiO 2   Thick n ess ,  T OX   3 0 .00   Metal  Gate S iO 2   W id th ,  W OX  X - Y   1 6 .0   Metal  Gate S iO 2   L en g th ,  L OX  X - Z   8 0 .0   Metal  Gate S iO 2   L en g th ,  L OX   8 0 .00   Metal  Gate S iO 2   T h ick n ess ,  T OX  X - Y   1 8 .1   Metal  Gate S iO 2   W id th ,  W OX  X - Z   2 .98   Metal  Gate S iO 2   Thick n ess ,  T OX   2 .98   Alu m in iu m   W id th ,  W AL   X - Y   1 0 .0   Alu m in iu m   Leng th ,  W AL   X - Z   1 0 .0   Alu m in iu m   Leng th ,  L AL   1 0 .00   Alu m in iu m   Thick n ess ,  T AL   X - Y   1 5 .0   Alu m in iu m   W id th ,  W AL   X - Z   1 0 .0   Alu m in iu m   Thick n ess ,  T AL   1 5 .00   Po ly silico n  T h ick n ess ,  T DM  X - Y   2 5 .0   Po ly silico n  L en g th ,  L DM   X - Z   3 0 .0   Po ly silico n  T h ick n ess ,  T DM   7 .10   Po ly silico n  W id th ,  W DM   X - Y   3 0 .0   Po ly silico n  W id th ,  W DM   X - Z   7 .0   Silico n  T h ick n ess ,  T S   1 5 .00   Silico n  T h ick n ess ,  T S X - Y   1 5 .0   Silico n  L en g th ,  L S  X - Z   8 0 .0       Silico n  W id th ,  W S  X - Y   1 5 .0   Silico n  W id th ,  W S  X - Z   1 0 .0       P - T y pe   S u bs tr ate E t c hi ng  S i l i c o n  to   F o r m   S i l i c o n  R i dg e / P i l l a r G a te   O x i dati on T h r e s ho l d   V o l ta g e   A d jus tm e nt    I m p l an t P o l y s i l i c o n  D e po s i ti o n   P o l y s i l i c o n  E tchi ng P o l y s i i c o n  O x i da ti o n P ol y s i l i c on  D o pi ng H a l o   I m pl ant ati on S pac e r   O x i d e   D e pos i t i on E t c hi ng   S pa c e r   O x i de S o ur c e / D r a i n  I m pl a n t O pe n  C o nt a c t  W i nd o w  ( S our c e )  E t c h  O x i de   L e f t O pe n  C o nt a c t  W i nd o w  ( D r a i n )  E t c h  O x i de   R i g ht C o m pe n s a ti o n  I m pl a n t S i l i c i d e   F or m at i on A l um i n um   D e p o s i ti o n   A l um i n um   E tchi n g Mi r r o r i ng  th e   S tr uctur e   E l e c tr ode s   F or m a ti on Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       3D Do ub le   G at e FinFET  Co nst ru ct ion of  30  nm Tec hnology  No de  I m pa ct   To wa rd s…  (Ameer F . R os la n )   1361     Six  co ns trai ne d  m esh  re gion s  wer e   set   co m pr ise s  of  sil i con  as   t he  m ain   substrat e,   t w o  re gions   of  sil ic on   oxide  ( SiO 2 ),   poly sil i con,  an d  tw o  reg i on s  of  Al um iniu m   based  bu l k  bott om   el ect ro des .  Me sh in g  par am et ers  we re  the n  set   with  it s  heig ht  a nd  widt h  set   at   10  nm   and   5  nm   resp ect ively   wh e re by  the   m axim u m   ang le   al lo wed   within  it s  tria ngle   is  con t ro ll e d.   T he  m axi m u m   slop e  is  bounde d  at   28 o   wit h  m axi m u m   ra ti o  of  300.   Im pu riti es  m ini m u m   sp aci ng   was  ap pl ie d  at   20   nm   wh en  X - directi on  is  eq uiv al ent   to  0.   T he  fa bri cat ion  si m ulate d  us in g  geo m et rical   par am et ers  tha t  fo ll ows  Ta bl e  1  is  obta ined   an d  a naly sed  from   Y - Z  plan e  as  in   Figure  3(A).  T her e fore,  t he  c al ibrati on   proc ess  was  us e d  with  sta ndar d  fluid   (G ly ceri n)  w hich  was  al read y  bro ught  with  de vices.  T o  vali date  the   data  e rror  of  the   rea ding  from   the  m easur em ent  m us t  le ss  than   0.0 1.  Me anwhil e,  t he   cr os s   sect io n  of  D G - Fin FET   f ro m   X - Y   pla ne   at   el evati on   =   - 1  sli ces  the   de vice   that   s howcases   the  Alum inium   reg ion  a nd   SiO 2   for   w hi ch  obey s  t he   geo m et rical   pa ram et ers  in  Table  1  as   s how n  in    Figure  3( B ).       The   str uctu re  at   X - Y   plane   at   el evati on   =   0  m eanwhil e  e xh i bits  tw o  SiO 2   re gions,   Sil ic on  an d  Po ly sil ic on  f or  w hich   f ollo ws   the   p a ram et ers  set   as   in   Ta ble  1  as   sho wn  in   Figure  3(C).   I n  the   m eantim e,   tw o  cro ss   sect io ns   of  X - Z  plane d  DG - Fin FET   sim ula te d  is  pr es ented   ens uri ng  al l  reg io ns  are   viewe d  i n  eac h  pla ne.  Thro ugh  ge ome tric al   par am eter s  est a blishe d  in  Ta ble  1,   t he  structu re  from   el evati on  =  0.5  in  Fig ure  3(D)  sh ow s   the  SiO 2   reg i on  that  ov e rlo oks  Sil ic on,  m etal  gate  SiO 2 ,  a nd   Al um iniu m - base d  el ect r od e  reg i ons  co ntr ary  to   the cr os s  secti on in  for w he n  t he plane ele vat ion  =  0,  for wh ic h  veile d  the   SiO 2   re gion.             Figure  3. ( A)  Cr os s  secti on  of DG - Fin FET  on Y - Z  Plane,   (B)  C ro ss  secti on of  DG - Fi nFET o n X - Y  Pla ne  at   el evati on =  - 1,  (C)  C ro ss  secti on of  DG - Fi nFET o n X - Y  Pla ne  at  ele vation  = 0 ,  and  ( D)  C ro ss  secti on  of  DG - FinFET   on  X - Z Plane  at El ev at ion  =  0.5       2 . 2.   Proces s  D esi gn   F ab ri c ati on   Fo r   t he  i ntent  of  I - V   c urves   s i m ulati on   of  th e  de vices,   the   Sil vaco  TCA D   ha s  em plo ye d  the  e nsuin g  set   of  physi cal   m od el s:  1)   dri ft  diffusio n  ( D D)  m od el   with   sim plifie d  Bol tzm ann   ca rr ie r   sta ti sti cs;   2)  F erm i - Dirac  m od el   a s  a  sta ti sti cal   appr oach   im ple m ented  in   or de r  to   re duce  t he   co nce ntrati ons  of  a  hea vily   dope d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1358   –   1365   1362   carrier  re gions .  Crit ic al   el ectr ic al   char act e risti cs  li ke  thres ho l d  vo lt age ,  ON - sta te   cu rr e nt,  O FF - sta te   curren t      and s ub t hr es ho ld sw i ng c ou l d be e xtracted  fr om  the I D   vs.  V G   cha racteri st ic .   The  c oeffici ent  of   V DS ,  AL PHA  is  set   at   1. 4  1/V  al on gs ide  the  sta ti c  feed ba ck  pa ram et er,  GA M M A   at   0.3  t hro ugh  the  a pp li cat ion  of  the   ATL AS  too l   with   w or k  functi on  of  4.8 5  e V.  The   c oncent rati on  of  p - ty pe   sil ic on   a s  t he   a forem entioned  m ai n  substrat e   is   set   at   1x10 18   at om /cm 3   w hilst   is  1x10 21   at om /cm 3   us ed   f or  the   n - ty pe su bs trat e for wh e n Y MIN =0,   Y MAX =0. 015, a nd  t he  c ha racteri sti c lengt h  of lat erial  in  Z - directi on is  set  at  0.004  at   Z MIN =0.01,  Z MAX =0.023 3  a nd  Z MIN =0.076 7  a nd  Z MAX =0. 091.  Alte rn at ively ,  t he   param et ers  for  th e   band - ed ge  al ig nm ent  is  def i na ble  as   ei ther   el ect ro n  af finit y  or  ed ge   al ig nm ent  wh e reby   in  this   desi gn  th e  el ect ro n af finit y i s in vo l ved.  The si li con ene rg y  ga p  at   300K is  set at   1.1245 e V fo ll owe d wit h 4.0 5  e V  for t he   m at erial   aff init y  at   per m itti vit y,  ε=11.9 .  T he   tem per at ur e  of  the  band gap  energy  eq uatio n  as  well   as  de fau lt   values  appli ed fo r  eac h  e nerg y band gap p a ra m et ers  is as f ol lowing   i n  Ta bl e 2   [ 25 ] :                                        ( 2)         Table  2.   Def a ul t par am et ers  f or ene rg y  ba ndgap  [ 26]   Para m eters   Valu e   Energy gap  at  30 0 K,  E G3 0 0   1 .08  eV   Alp h a Co ef f icien t,  E G AL P H A   4 .73 x 1 0 - 4   eV/K   Beta Co ef f icien t,  EG B E T A   6 3 6  K   Co n d u ctio n  ban d  d en sity,  NC3 0 0   2 .8x 1 0 19   cm - 3   Valence b an d  den sity,   NV3 0 0   2 .8x 1 0 19   cm - 3       Me anwhil e,  num ber   of  tim es  the  tra p  proce dure  is   set   to   s ix  s o  t hat  it   co uld  be   re peate d  i n  case   of   discre pan cy  w i th the  num ber   of init ia l bloc k  it erati on  set  at  45. T he  b l ock i te rati on wou l d serv e  as  an i te r at i on  m et ho d  al on gs ide  Ne wton  w he n  c onve r gen c e  is  unat ta inabl e  th rou gh  Gu m m el   schem e  as  the  Gu m m el   it e rati on  is  capa ble  t o  re fine   init ia l  co nver ge nce   guess   f r om   New t on  m et ho d.  The   Fe rm i - Dirac   m od el   is  th en  i m ple m ented  that  ad her es  t he  el ect rons  with  a  sem ico n duct or  la tt ices  in  su c h  th erm al   equ il ibriu m   a t   tem per at ur e  T L . T he  a vaila bili ty  elec tron  stat e is el ect ron - oc cup ie d  e nergy  ε can be  obta in  thro ugh  [26] :                    ( 3)       The  Ferm i  le vel  ene rg y  i n  E qu at io n  ( 3)  is  represe nted   by   E F   fo ll owe d  with  k  w hich   denotes  t he   Bolt z m ann   c onsta nt.  T her e for e,  8.0 5  e V  is u sed  for  wh e n  t he  ox i de  e nerg y  gap   is   at   30 0K, w it h  2.8x1 0 19   cm - 3   of   c onduct io n  band  de ns it y  im ple m ented  w hile  the  m at eri al   aff init y  an d  i ts  per m it t ivit y,  ε  is  set   at   1  e V  an d  3.9   resp ect ively .  T he  poly sil ic on   at   per m itti vity   of   11.9   m eanwhil e  requires  1.124 5  eV  of   e ne rg y  ga p  at   30 0K,  4.05  eV  of   a ff i nity ,  an d  2.8x1 0 19   cm - 3   of   c ondu ct ion   band  de ns it y,  in  a ddit ion  to  t he  valence  band  de nsi ty   of   1.04x 10 19   cm - 3 .  Since  non - lo cal   ef fects  is  aband on e d  in  conve ntion al   dri ft - diffusio n  m od el   of   the  charge   trans port,  t he  e nergy  ba la nce  m od el   is  enab l ed  in   this  m odel   by  co ns id eri ng  the  el ect r on   tem per at ur e s  i n  the  Ferm i - Dirac  sta ti sti cal   m et ho d.   The   pa rall el   el ect ric  fiel d  de pende nce  m od el   f or  this  des ign   is  us e d  as   it   cal ls   on  th e  fiel d - de pende nt  m ob il it y.  The   m axi m um   m agn it ud e   of   possi ble  c orrecti on   is  set   to  1.0   to   dam p  th e   Gu m m el  i te ratio ns.   In  the  m eantim e,  the   ext racti on  of  the   drai n  c urren t  agai ns t  gate  vo lt age   ( I D - V G )   an d  V TH   pro per ti es  is  acqu i red   by  a pply ing   Ne wton   m e tho d  w hen  div e rg e nce  occ urred  in  a  s olu t ion   process   w he reb y  decr em ental   of   m ul ti plica ti on   factor  is  ca rr ie d  out  f ro m   the  i niti al   appr ox im at ion   of  the   el e ct rode  bias  ste p.  I n  t his  re ga r d,  dri ft - diffusi on calc ul at ion s ar e  m anag ed  in  t he.   A TLAS usi ng th e N e wton it era ti on .       3.   RESU LT S  AND DI SC US S ION   Ba sed  on  the   2D  str uctu re  of  t he  DG - Fi nF ET   pro duced   w hi ch  is  t he  c ross  sect ion s   of  t he  dev ic e,   th e   3D str uctu re is   al so   ob ta i ned a s s hown in  Fi gure  4. C om par ed  t o  t he 2D c r os s  sec ti ons  obta ined, it  is  ob s erv e d  that  the   3D   str uc ture   pro duced   com pr ise s  the   a forem entioned  X - Y  plane ,  X - Z  pla ne,  a nd  Y - Z  pla ne.  T he  sil ic on   reg i on   is  ob se r ved   t o  be  c onc eal ed  away  as  i n  Fig ur e  4  du e  to  the  fact  that  it   is  wr ap ped   a nd   s urr ounded  by  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       3D Do ub le   G at e FinFET  Co nst ru ct ion of  30  nm Tec hnology  No de  I m pa ct   To wa rd s…  (Ameer F . R os la n )   1363   m et a l  gate  SiO 2  a nd  poly sil ic on  as  pr e sente d  in  Fi gure  3(C)  in  f or m ing   a   no ti on al   D G - Fin FET  str uct ur e  as  this   has  e nsure d  th e  fin  s ha pe  m i nim iz es  the  I O FF ,  subseq ue ntly   restrict ing   S CEs  from   ta kin g  it s  place  on  the   structu re  perform ance.  The  va riat ion   on   gat e  le ng th ,  cha nnel   dopi ng   a nd   S/D  do ping  c on ce ntrati on  ha s  bee n  i m ple m ented  to  a naly ze  the   dev ic e   pe rform ances  of  V TH ,  I OFF ,  I ON   a nd  SS  a nd  r at io  of  I ON /I OFF   for  wh ic h  a   curve  of  Dr ai n  Cu rr e nt  (A),   I D   again st  Gate  Vo lt age   (V),   V GS   is  ge ner at e d  by   AT LA S  m odule   as   in   Fi gure   5.   Thro ugh  com pa risons   m ade  betwee n  rea d  value   obta ine d  th rou gh  sim ulati on s,   a gainst   pr e dicte d  val ue   f ro m   ITRS  2013,  V TH   ob ta ine d  is  sli gh tl y  higher   than   predict ed   value   m ade  by   the  ITRS   20 13  w hich  is   0. 699  V   com par ed  t o  0.676 ±12.7%  V   al beit m ini m al   in d i ff e ren ces .               Figure  4. 3D st ru ct ur e  of  DG - FinFET       Nev e rtheless ,  the  I ON   a nd   I OFF   bo t h  ha ve  ac hieve d  desire d  values  w hen  a ssessed  with  t he  pre dicte d  on e s  wh e re by  the  I ON   obta in ed  higher   tha n  48 5  µ A/µm   a t  1243. 86  µ A/µ m   as  the  I OFF   at ta ined   subst antia l  diff e re nce  i n  0.002 2  pA /µ m   as  com par e d t o  20  pA/µ m   pr e di ct ed,   br in gi ng  the  I ON /I OFF   rati o t o  be si gn i ficantl y  higher .  P ref e ra bly,  the   de vice   with   a  gr eat er   I ON /I OFF   rati o  m eans  that  th e  dev ic e   has   m et  an   exce ptio nal  value   du e  t o  increm ental   of   I ON   versus  the  decr ea s ing   I OFF ,  that  i s  consi ste nt  to  the  ex pectat ion   m ade  by  the  ITRS  2013  a nd  he nc e,  th rou gh  Tab le   3  it   is  e valua te d  that  the   Fin FET  str uctu re h as b ri ng  the ra ti o  m uch   supe rior  i n  con t rast to t he i deal rati o o f 2 4.5 aim ed.       Table  3.  C om par iso ns  i n valu e of elec tric al  c har act erist ic s  ba sed o n   rea d v al ue  an d ITRS   2013  value   Para m eters   IT RS  Valu e   Read  Value   V TH   (V)   0 .67 6 ±1 2 .7%   0 .69 9   I ON   (µ A/µ m )   > 48 5     1 2 4 3 .8 6   I OFF   (pA/µ m )   < 20   0 .00 2 2   I ON /I O FF   Ratio   2 4 .5   5 6 3 1 3 8 .35   SS ( m V/  d ec )   7 0  ~  9 0   7 1 .40   GIDL   -   0       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1358   –   1365   1364       Figure  5. D rain  Curre nt (A), I D   against  Gate  Vo lt age  (V) , V GS   curve  of DG - FinF ET  from  A TL AS  m odule       4.   CONCL US I O N   In   t his  stu dy,  a  3D  double   ga te   FinFET   is  desig ne d  wit h  fo c us   of  m ini m iz ing   the  im pact  of  s hort   channel  e ff ect s   (S CE s)   that  c on s eq ue ntly   co ntribute s  t o  t he   increm ent  in   le akag e   c urren t   ( I OFF )  a nd  re duct io n  in  the  dr ive   cu rr e nt  (I ON )   due  to  the  ef fects  c ause  by  the  s hri nk a ge  of  the   s tructu re  in t o  th e  nanom et er  reg im e   that  have  re duces  the  cha nne l  le ng th.   At  th e  end,  it   is  obs erv e d  that  DG   FinFET  has  ful fill ed  good  el ect rical   pro per ti es  with   hi gh  I ON ,  a nd  l ow  I OFF   base d  on  the   el ect rica l  cha racteri sti cs  a naly sed.  H oweve r,  c om par at ively ,  the  VT H  d oes  no t  m et   the  nom inal  value  de sired  w hich  is  diff e re d  by  3.3 304%  highe r  t han,  wh il e  sti ll   within   the  ra ng es  of  0.676 ±12.7%  V   pre dicte d  by   the  ITRS  2013.  I deall y,  th e  dev ic e  with  su bst antia l  dif f eren ce   towa rd s  t he  in crem ent  of   the   I ON /I OFF   rati o  m eans  tha t  the   dev ic e  has  m et   a  su pe rlat iv e  value  t hat  is  du e   to   increm ent  in  I ON   and   l ow e r  I OF F   is  ob ta ine d.   I n  cu rr e nt  a naly sis,  the  m ajo r  di ff ere nce  betw een  D G - Fin FE T  with   conve ntion al   pl anar  MOS FE T  is  i n  te rm s  of  le aka ge   cu rr e nt   value   as   it   e xc eeded  th e  m inim u m   value  pr e dicte d  wh ic h  is 2 0pA  as  sp eci fied  by   the I TRS   20 13.  Be si des,  the  d evice   cha ract erist ic s  ha ve  m et   the  r eq uirem ent  of  low p ow e r (LP )  m ulti gate (MG)  tec hnol og y  pr e dicte d by th e ITRS  20 13.        ACKN OWLE DGE MENTS   The  a uthor s  w ou l d  li ke  t o  tha nk  the  Mi nis tr y  of  H ig he r  E ducat ion  (M OHE)  f or  s ponsori ng  this w or k  unde r  proj ect   ( FRGS/1/ 2017/ TK 04 /F KE KK - Ce TRI/F 0033 5)  an d  Mi N E,  Ce TRI,  Fac ult y  of  Ele ct ronic s  an d  Com pu te r  En gi neer in g  (FKE KK),  U niv er sit i  Tekn ik al   Ma la ysi a  Me la ka  (UTeM )  for   the  m or al   suppo rt  thr oughou t t he   pro j ect .         REFERE NCE S   [1]   Subrahm an y am  B  and   Jag ade sh   Kum ar  M.  R ece ss ed  source   con ce pt   in   n anosc ale  v ert i cal  surrou nding  g at e   (VS G)  MO S FETs  for   c ontrol li ng   short - cha nne l  eff e ct s   Phy s.   E   Low - Di mensional  S yst.  Nanostr uct ures .   2009;  41(4) ;  67 1 – 676.   [2]   W u  M,  Jin   X ,   Kw on  H  I ,   Chua i  R,   Li u   X,   and   L ee  J  H .   The  op tim al   design   of   ju nct ionless   tr ansi stors  with   doubl e - gat e   struct ur e  fo r  red uc ing the   ef fec t   of  b and - to - b and  tunn el ing   J .   Semic ond.   Tech nol.   S ci.  2013;   1 3(3):  245 – 251.   [3]   Bhat tacha r y a   D  and  Jha  N  K.  FinF ET s:  From   devi ce s  to  arc hi tec ture s.  Digi t.   A na log  Anal og .   Dig it .   IC  Des.   2015 ;   2014:  21 – 55.   [4]   Gupta  K  A,  An veka r  D  K,   and   Venka te sw arl u   V.  Modeli ng   of  Short  Channe l   MO S FET  Devices  and  Ana l y s is  of  Desig n  As pec ts  for  Pow er  Optim isat ion   Int. J.  Mo del .   Optim.   2013 ;  3(3)  266 – 271 .   [5]   Baka r  A  R  A  an d  Saad  I.   Inv estigati on  on  eff e ct   of  ti lt   angle  ion  i m pla nta ti ons  for  ver tical   doub le   g at e  MO SF ET   2011   IEE E   Re g .   S ymp .   Mi cro  Nanoe lectron.   2011 ;  Au gust  2016:  100 – 1 03.   [6]   Kuhn  K  J.  CMOS  scali ng  for  the  22nm  node  and   bey ond:  D ev i ce  physic s  and  te c hnology .   Int.  Sy mp.  VLSI  Techn ol .   Syst.   Appl.  Pro c.   Hs inc hu.   2011; 2011:  2 - 3.   [7]   Skotnic ki T, Hut chb y   J A,   and   Ki ng  T. T h e End  o f  CMO S Sca li ng   IEEE  Cir cui ts  Dev ices Mag.   20 05;  21(1):   16 – 26 .   [8]   Miao  J,   Zh ang  S,   Cai  L ,   Sch err   M ,   and   W ang  C .   Ult rashort  Chann el  Le ngth   Black  Ph osphorus   Fiel d - E ffe ct  Tr ansistors.   ACS  Nano .   2015 ;    9(9) :  9236 – 92 43.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       3D Do ub le   G at e FinFET  Co nst ru ct ion of  30  nm Tec hnology  No de  I m pa ct   To wa rd s…  (Ameer F . R os la n )   1365   [9]   Fera in  I ,   Coli ng e  C  A,  and  Col i nge  J  P.  Multi g a te   tr ansistors  as  the   futur e  of  cla ss ic al   m et a l - oxi de - sem ic onductor  fie ld - eff e ct   tra ns istors.   Nature ;  2 011:479(7373):   310 – 316.   [10]   Kum ar  M  J,   Ve nkat ar aman  V,   a nd  Nawal   S.   A   sim ple   ana l y t i ca l   thre shold   voltag e   m odel  of   n ano sca le  singl e - l a y e r  fully   d epl e te d   str ai ned - si li con - on - insula tor   MO SFE Ts.   I EEE  Tr ans.  Elec tron De v i ce s .   2006 ;  53(10 ):  2500 – 2506.   [11]   Kum ar  V,  Gupta  R,   Pre et   R ,   Si ngh  P,  and  Va id   R.   Perform ance   Anal y s is  of  Double  Gat e  n - Fin FET  Us ing  High - k  Die lectr i c  Ma te r ia ls.   Int .   J. I nnov .   R es.   S ci. Eng.  Technol .   2016;   5 (7):  13242 – 1324 9.   [12]   Now ak  E  J ,   Al ler  I,  Ludwig   T ,   Kim   K,  Jos hi  R   V,   Ching - T e  Chu a ng,   B ern stei n   K,   and   Puri  R .   Tur ning  sil ic on   on  its   edge .   IE EE Ci rc uit s Device s   Ma g.   2004;   20(1):   2 0 - 31.   [13]   Chaudhuri   S   M  and  Jha   N  K.   3 D  vs  .   2D  Devi c e  Sim ula t ion  of   FinF ET   Log ic  Gate s  und er  PV T   Vari ations.  ACM   J .   Eme rg.  Te chnol .   Comput.   S yst.   2 014;  10(3).   [14]   Feng  P.  Design,   Modeli ng  and   Anal y s is  of  Non - c la ss ic a l  Fiel d   Eff ec t  Tra nsistors, ”  El e ct r.  Eng.   C o mput.   Sc i.   -   Diss . ,  2012.   [15]   Kee rti  K,  Ani l  P,   and  R ao  B .   Par a m et ric   Var iation  with  Doping  Co nce ntr at ion   in   a  FinF ET   using  3 D  TCAD.  Int .   C onf .   Mic roel ec tron .   Circui ts S yst.   20 14;  21 – 23.   [16]   Le ung   G,   Lai   L,  Gupta  P,   and  Ch ui  C   O.   Devi ce -   and  ci rcu it - lev e l   var ia b il i t y   ca use d  b y   li n e   edge  ro ughness  for  sub - 32 - nm   FinF ET   t ec hnolog ie s.   IE EE   Tr ans.  E lectr on  Dev i ce s .   201 2;  59(8):   2057 – 2 063.   [17]   Srivasta va   A,  S ylve ster   D,  and  Bl aa uw  D.   Statis tical  Optimization   of  L ea k age   Pow er  Consider ing  p roc ess  var i at ions   usi ng  dua l - Vth   a nd  siz ing  Procee dings  of   th e   41st   annual  Design   A utomati on   Confer enc e.   San   Di eg o.   2004 ;   773 - 778.   [18]   Surw adka r  T,  Makde y   S,  and  Bh oir  D.  Upgradi n g  the   Perform an ce   of  VLSI  C ircuits  using  FinF E Ts   Inte rnationa l   Journal  of   Engi n ee ring Trends a nd  Technol og y .   2014;  14(4):   179 – 184.   [19]   W aga dre   A  and  Mane   S.   Design   &   Perform ance   Anal y sis   of   DG - MO SF ET   for  R educ t ion  of   Shor t  Ch anne l   E ffe c t   over   Bulk   MO SF ET   a t  20nm .   E ngine ering .   201 4;  4(7):   30 – 34.     [20]   Ous hpaK  KB  an d  Sunkara   S.  Pe rform anc e  of  14 nm   SO I  FinF ET   with  ZrO  2  diel ec tr ic  :  A  Com par ative  Stud y .   In t.  Journal  of   Engi n ee ring  Re search   and  Gene ral   Scienc e   3.   2015;   3( 2):  299 – 305.   [21]   Haja re   R,   Kum ar  A,   and   Jain   S,  and  As   S.   Perfor m anc e  Ana l y s is of   Fin FET   Base d  Inve rt er   ci r cui t ,   NA ND   and   NO R   Gate  a t   22nm   an d  14nm   Node   technologies.   Inter nati onal   Journ al  on   Rece nt   an d  Innov a ti on   Tr ends  in   Comput i ng   and  Comm unic a ti on .   2015;   3(5): 2527 – 2532.   [22]   Sethupa th y   B  an d  Aruna  Pri y a   P.   Sim ula ti on   and  Perform anc e  o f   Double  Gat e  Fin FET  Devi ce s.   In te rna ti ona l  Journ al  of  Advanc ed  Re sea rch   in  Com pu te r  Sc ie nc e & Te chnol og y .   2014;   2(2):  43 – 45.   [23]   Verm a  S,  Sriva stava   P,  and  Sri vasta va  N .   Perf orm anc e  Ev al ua ti on  and  Com pa rat iv e  Stud y   of  Double  Gate  SO I  MO S FET and F i nFET us ing S il v ac o  TCAD  Too l.  Inte rnationa l Jo urnal  of Sci ent i fic  &   Engi nee ring   Re search .   2015;   6(2):  15 - 19.     [24]   Kim   D,  Kang   Y ,   and  Kim   Y .   S i mple  and   ac curate   mod el ing   of   double - gat e  Fi n FE T  f in  bod y   va riati ons .  2012   I nt.  Conf.   S y nth. Mo del .   Anal .   Sim ul. Met hods   Appl .   t o  Circ u it   D es .   S evi lle.   2012;   201 2:  265 – 268.   [25]   Silva co   I.  Atlas  Us er’s Manual .  Silva co ,   In c . ,   Re port  num ber :   40 8.   2016 .                             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.