I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   1 4 3 7 ~ 1 447   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 6 . i 3 . pp 1 4 3 7 - 1 4 4 7        1437     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Im pa ct  o f  hig h - k   i nsula tors  on elec t rica l properti es o f   junct io nless  doub le ga te  stra ine d t r a nsis tor       K ha iril Ezwa n K a ha rudin 1, 2 ,   F a uziy a h Sa lehud din 1 ,   A ni s   Su ha ila   M o h d Z a in 1 ,   Na bil a h Ahm a d J a la lud in 1 ,   F a iz  Arit h 1 ,   Siti  Ais a h M a t   J un o s 1 ,   I bra h im   Ahm a d 3   1 M i c r o   a n d   N a n o   El e c t r o n i c s ( M i N E) ,   C e TR I ,   F a c u l t y   o f   El e c t r o n i c s  a n d   C o mp u t e r   T e c h n o l o g y   a n d   E n g i n e e r i n g   ( F TK E K ) ,   U n i v e r si t i   Te k n i k a l   M a l a y si a   M e l a k a   ( U Te M ) ,   M e l a k a ,   M a l a y si a   2 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   a n d   B u i l t   E n v i r o n me n t ,   L i n c o l n   U n i v e r si t y   C o l l e g e   ( M a i n   C a m p u s) ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a   3 C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   ( C o E) ,   U n i v e r si t i   Te n a g a   N a s i o n a l   ( U N I TEN ) ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   11 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   14 ,  202 4   Acc ep ted   Au g   26 ,   2 0 2 4       Hig h - k   d iele c tri c   i n su lat o rs  a re   re q u ired   to   re d u c e   lea k a g e   a n d   i n c re a se   tran sisto r  p e rfo rm a n c e .   Th e y   a re   a b le  to   imp a c t  th e   m o b il it y   o f  c a rriers   in   tran sisto rs  p o siti v e ly ,   lea d in g   t o   b e tt e r  d e v ice   p e rfo rm a n c e   i n   a d v a n c e d   tran sisto r  a rc h i tec tu re .   Ne v e rth e les s,  a n   in - d e p t h   a n a ly sis  o f  h o w  h i g h - k   d iele c tri c   in su lat o rs  in f lu e n c e   tra n sisto r  c h a ra c teristics   m u st  b e   c a r ried   o u t  t o   d e term in e   th e ir  su it a b i li ty .   Th e   o b jec ti v e   o f  t h is  stu d y   is  to   i n v e s ti g a te  th e   imp a c t  o f  h ig h - k   in su lat o rs  to wa rd s  e lec tri c a l  p ro p e rti e s  o f  ju n c ti o n le ss   d o u b le  g a te  stra in e d   tran sisto r .   T h e   sim u latio n   w o rk s  is  d o n e   u si n g   p r o c e ss /d e v ice   sim u lato r  S il v a c o   Ath e n a /Atl a s.  Ba se d   o n   th e   re tri e v e d   re su lt s,  t h e   m a g n it u d e   o f  I ON ,   o n - o ff   ra ti o ,   g m ,   a n d   C in t  f o r   Ti O 2 - b a se d   d e v ice   a re   a p p ro x ima tely   6 3 % ,   9 9 % ,   6 2 % ,   a n d   8 9 %   re sp e c ti v e l y   h ig h e r  th a n   t h e   lo we st  p e rm it ti v i t y   m a teria l - b a se d   d e v ice .   Th e   Ti O 2 - b a se d   d e v ice   a lso   e x h i b it s  t h e   l o we st  m a g n it u d e   in   I OFF   a n d   S S   c o m p a re d   to   o t h e rs.  Ho we v e r,   a   sig n ifi c a n t   d e g ra d a ti o n   in   f T   m a g n it u d e   h a v e   b e e n   o b se rv e d   fo r  Ti O 2 - b a se d   d e v ice   sig n ifi c a n tl y   d u e   t o   it s   larg e   c a p a c it a n c e s.   K ey w o r d s :   On - cu r r e n t   On - o f f - r atio   Su b th r esh o ld   s win g   T r an s co n d u ctan ce   Un ity - g ain   f r eq u e n cy   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fau ziy ah   Saleh u d d in   Mic r o   an d   Nan o   E lectr o n ics ( MiNE ) ,   C eT R I   Facu lty   o f   E lectr o n ics an d   C o m p u ter   T ec h n o lo g y   a n d   E n g in ee r in g   ( FTKE K)   Un iv er s iti T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak a  ( UT eM )   Me lak a,   Ma lay s ia   E m ail:  f au ziy ah @ u tem . ed u . m y         1.   I NT RO D UCT I O N   Du r in g   th e  p r ec ed in g   d ec a d e,   th e  ar ch itectu r e  o f   tr a n s is to r s   d ep en d s   cr u cially   o n   ju n ctio n   co n f ig u r atio n .   T h e  p r o m in en c e  o f   ju n ctio n s   is   m er ely   f o r   h a ltin g   an d   en a b lin g   th e   f lo w  o f   cu r r en t  as  p o te n tial  is   ex er ted   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   I n   m o s t  ca s es,  th ese  p - n   ju n ctio n s   ar e  c r ea ted   b y   p lacin g   two   s em ico n d u cto r   r eg io n s   o f   o p p o s in g   p o lar ity   n ex t  to   o n e  a n o th er .   T h e   r ed u ce d   t h er m al  b u d g et  p r o ce d u r e   p r o v id es  v ital  to   in cr ea s e  im p lan t  g r ad ien t  ju n cti o n   with o u t  h ar m in g   tr an s is to r   f u n ctio n ality   [ 3 ] - [ 5 ] .   Ho wev er ,   th e  ju n ctio n l ess   d esig n   o f f er s   an   alter n ate  way   o f   tr an s is to r   co n s tr u ctio n   th at  av o id s   th e  af o r em en tio n ed   c o m p lex   p r o d u ct io n   p r o ce d u r e.   On   Octo b er   2 2 ,   1 9 2 5 ,   J u liu s   E d g ar   L ilien f ield ,   a n   Au s tr ian - Hu n g ar ian   p h y s icis t,  p aten ted   t h e  f ir s t  ju n ctio n less   tr an s is to r   [ 6 ] .   W h en   g ate  b ias  d ep letes  th e  tr an s is to r 's  th in   s e m ico n d u ct o r   lay er ,   it  s er v es  as  a  r esis to r ,   en ab l in g   ca r r ier s   to   f l o w  th r o u g h   it  [ 7 ] ,   [ 8 ] .   An   u ltra th in   s ilico n   ( Si)  b o d y   is   u s ed   to   f ab r icate   a  j u n ctio n less   tr an s is to r ,   allo win g   th e  m ajo r ity   ca r r ie r s   in   th e  ch a n n el  to   b e  to tally   d r ain ed   wh e n   th e  d ev ice  is   in   a   s tate  o f   ac tiv e  u s e     [ 9 ] - [ 1 1 ] .   I t  also   n ee d s   to   b e  ex t en s iv ely   im p lan ted   with   d o p an ts   to   f ac ilit ate   s u f f icien t  f lo w  o f   cu r r en t  to   s witch   th e  tr an s is to r   o n .   R ec en t  s tu d y   b y   Ajay   [ 1 2 ]   h as  m en tio n e d   th at  ju n ctio n less   Fin FET   co n tr ib u tes  s ig n if ican t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 3 7 - 1 4 4 7   1438   im p r o v em e n t  in   d r ain   cu r r en t  an d   R F  ch ar ac ter is tics   co m p ar ed   to   s ilico n - on - in s u lato r   ( SOI )   ty p e.   Sh u k la  et  a l.   [ 1 3 ]   p r o p o s ed   a   n o v el  d esig n   f o r   a   p lan ar   ju n ctio n less   f ield - ef f ec t  tr an s is to r   ( FET )   aim ed   at  h ig h l y   s en s itiv e  an d   m u ltip lex ed   im m u n o s en s o r s   f o r   p ep tid o m ics  an d   p r o te o m ics.  T h is   d esig n   is   co n s id er ed   a d v a n tag eo u s   f o r   im m u n o s en s in g   p latf o r m s   d u e   to   its   s im p licity ,   r esp o n s iv en ess   to   ch em ical  s tim u li,  an d   lo n g - ter m   o p e r atio n al   s tab ilit y .   T h e  tr an s is to r   d em o n s tr ated   a  s ig n if ican t c u r r en t sen s itiv ity   in   r elatio n   to   p H,   ca lc u lated   to   b e  3 8 . 9   ±   2 . 1   n A/p H.   I t   a ls o   s h o wed   a  wid e  r an g e   o f   cu r r en t   r esp o n s es,  f r o m   5 0   t o   4 0 0   n A.   T h is   r an g e   s u g g ests   th e   ca p ab ilit y   o f   th e   d ev ice  t o   o p e r ate  b etwe en   n ea r l y   co m p lete  d ep letio n   an d   f u ll c o n d u ctio n   o f   th e  ch a n n el.   Op r o g lid is   et  a l.   [ 7 ]   h ig h lig h t ed   th at  in   th e  p - ty p e  tr i p le - g at e  ju n ctio n less   tr an s is to r s ,   th e  h ig h   s er ies  r esis tan ce   h ad   a  m o r e  p r o n o u n ce d   ef f ec t  o n   t h e  d g m /d Vg   b e h av io r   th a n   th e  s h o r t - c h an n el  ef f ec ts .   T h is   f in d in g   is   s ig n if ican t  as it  u n d er lin es  th e  im p o r tan ce   o f   co n s id er in g   s er ies  r esi s tan ce   in   th e  d esig n   an d   an a ly s is   o f   s u ch   tr an s is to r s .   Sh o k r i  a n d   Am ir m az lag h an i  [ 1 4 ]   d esig n e d   a n d   s im u lated   an   in v er ter   l o g ic  g ate  b ased   o n   f ield - ef f ec t   b ip o lar   ju n ctio n   tr a n s is to r .   T h ey   p r esen ted   b o th   s tatic  an d   d y n am ic  ass ess m en t  cr iter ia  f o r   th is   lo g ic   g ate   an d   co m p ar ed   th ese  ch a r ac ter is tics   with   o th er   tech n o lo g ies.  T h e  s tu d y   ca lcu lated   s ev er al  k ey   p er f o r m a n ce   m etr ics   f o r   th e  d esig n ed   d ev ice.   T h e  m ax im u m   f r eq u e n cy   was  f o u n d   to   b e   0 . 2 5   T Hz,   th e   p o wer - d elay   p r o d u ct  ( PDP)   was  3 8 ×1 0 - 1 7   J ,   t h e  d y n am ic   p o wer   was  m ea s u r ed   at  9 4   µ W ,   an d   t h e  r in g   f r eq u en cy   was  d eter m in ed   t o   b e     8 5   GHz .   T h ese  m etr ics  in d ica te  a  h ig h   lev el  o f   p er f o r m an c e  f o r   Field - E f f ec t  B ip o lar   J u n ctio n   T r an s is to r   in   d ig ital  cir cu it   ap p licatio n s .   Sh o r t  ch a n n el   ef f ec ts   ( SC E ) ,   im p ac t  io n izatio n s ,   an d   g ate  lea k ag e  h av e   all  b ee n   r aised   b y   ag g r ess iv e  tr an s is to r   s ca lin g   [ 1 5 ] - [ 1 7 ] .   T o   ad d r ess   th ese  o b s tacle s ,   ch an n el  en g i n ee r in g   ap p r o ac h es  h av e  b ee n   wid ely   p r o p o s ed   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   T ec h n o lo g y   b ased   o n   h ig h - k /m etal - g ate  ( HKM G)   s tack s   is   o n e  o f   t h e  m o s t  f r eq u e n tly   u s ed   m eth o d s   f o r   lea k ag e  m itig atio n   [ 2 0 ] .   Stra in ed   tech n o lo g y   also   co u ld   h elp   allev iatin g   t h e   s ca lab ilit y   lim it  o f   tr an s is to r s   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   Sil ico n - g er m an i u m   ( SiGe)   o n   s ilico n   f ilm   h as  b ee n   p r o v en   to   s ig n if ican tly   im p r o v e  tr an s is to r   an alo g u e  an d   R F c h ar ac ter is t ics wh ile  r etain in g   C M OS c o m p lian ce   [ 2 3 ] - [ 2 5 ] .   T h e  attac h m en t  o f   HKM G  to   th e  s tr ess ed   ch an n el  p o ten tially   o p tim ize  ca r r ier s   tr an s p o r tatio n   wh ile  d im in is h in g   p o wer   leak a g e  [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   Gh o s h   an d   Nela p ati  [ 2 8 ]   d em o n s tr ated   th at  th e   s teep   o n - o f f   s wit ch in g   a n d   th e  s u b - th r esh o ld   s lo p e   p r o f ile  o f   th e  h ig h - k   s tack e d   d u al  g ate  j u n ctio n less   MO SF E T   ar e  h e av ily   d ep e n d en t   o n   tem p er atu r e  v ar iatio n s .   I t c o n f ir m ed   th at  th e  tr a n s is to r   elec tr o s tatics im p r o v e  at  lo wer   tem p er atu r es.   T h er e  h as  b ee n   an   ex p lo s io n   i n   th e  n ee d   f o r   lo w - co s t,  h ig h - p er f o r m an ce   R F  s o lu tio n s   in   r ec en t  y ea r s ,   an d   h i g h - k   i n s u lato r s   h av e   an   im p o r tan t  r o le  t o   p la y   in   tr an s is to r   p er f o r m an ce .   W o r k   f u n c tio n   en g i n ee r in g   in   C MO S  tech n o lo g y   n ec ess itates th e  u s e  o f   HKM G  m ater ial s   f r o m   a  v ar iety   o f   ty p es.  T h e  a p p r o p r iate  s elec tio n   o f   HKM G   p r o p er ties   is   v er y   i m p o r tan t   in   g ain in g   b etter   an a lo g u e  a n d   R F  p er f o r m an ce   f r o m   a  tr a n s is to r   [ 2 0 ] .  T o   th is   o b jectiv e,   th e   au th o r s   c o n d u ct   a  th o r o u g h   an aly s is   o f   t h e  in f lu e n ce   o f   h ig h - k   in s u lato r s   o n   t h e  an al o g u e   an d   R F  p er f o r m a n ce   o f   ju n ctio n less   d o u b le  g ate  s tr ain ed   tr an s is to r   in   th e  p r esen t  wo r k .   T h e  f o llo win g   is   th e   s tr u ctu r e  o f   th e  wo r k   p r o v id ed   in   th is   p ap er :  Sil v ac o   Ath en a  an d   Atlas  m o d u les  ar e  u s ed   to   s im u late  th e  d ev ice  s tr u ctu r e,   wh ich   is   ex p lain ed   i n   d etail  in   s ec tio n   2 .   A  th o r o u g h   in v esti g atio n   o f   th e  ef f ec t  o f   h ig h - k   in s u lato r s   o n   t h e   a n a l o g u e  a n d   R F p e r f o r m a n c e   o f   t h e  j u n c ti o n l e s s   d o u b l e   g a t e  s t r a i n e d   t r a n s i s t o r   is   p r es e n t e d   i n   s e c ti o n   3 .   Sectio n   4   co n cl u d es with   a  b r i ef   d is cu s s io n   o f   th e  r esu lts   an d   d ir ec tio n s   f o r   f u r th er   r esear c h .       2.   M E T H O D   Th e  s im u latio n   wo r k s   f o r   th is   ex p er im en tal  s tu d y   ar e  d i v id ed   in to   two   p a r ts :  p r o ce s s   s im u latio n   v ia  Ath en a  Sil v ac o   a n d   Dev ice  s i m u latio n   v ia  Atlas  Sil v ac o .   T h e  p r im a r y   p u r p o s e  o f   t h is   s im u latio n   wo r k s   is   to   in v esti g ate  th e  im p ac t   o f   d if f e r en t  m ater ials   o f   h i gh - k   d ielec tr ic  to war d s   th e   elec tr ical  p r o p er ties   o f   n - ch a n n el   ju n ctio n less   d o u b le - g ate   s tr ain ed   tr an s is to r .   T h e   s elec ted   elec tr ical  p r o p er ties   in clu d e   o n - cu r r en t  ( I ON ) ,   o f f - cu r r en t  ( I OFF ) ,   o n - o f f   r atio ,   s u b th r esh o ld   s win g   ( SS ) ,   tr an s c o n d u cta n ce   ( g m ) ,   in tr i n s ic  ca p ac itan ce s   ( C int )   an d   u n ity - g ain   f r eq u en cy   ( f t ) .   T h e  f o llo win g   s u b s ec tio n s   d escr ib es  th e  p r o ce s s   an d   d ev ice   s im u latio n   f o r   t h e   r esp ec tiv e  s tu d y .   As  m e n tio n e d   ea r lier ,   th e   p r o ce s s   s im u latio n   f o r   t h e  d ev ice   was  co n d u cted   v i a   Ath en a   Sil v ac o   T C AD.   Ath en a  m o d u le  o f f er s   n u m er o u s   f ac ilit ies  f o r   v ir t u al  p latf o r m   th at  em u lates  c o s tly   r ea l  in d u s tr ial   f ab r icatio n .   Fig u r e  1   s h o w   th e  p r o ce s s   s i m u latio n   f lo w  f o r   th e  d ev ice.   T h e  p r o ce s s   s im u latio n   was  i n itiated   with   th e  d ep o s itio n   o f   th e   m ain   s u b s tr ate  wh ich   was S iGe   with   8 n m   o f   th ick n ess .   T h e  u ltra th in   Si lay er   ( 1   n m )   was  th en   d e p o s ited   o n   th e   to p   o f   SiGe  b o d y   f o r   m ak in g   th e  Si  latti ce   ten s ely   s tr etch ed   as  th e  SiG e  ato m s   attem p tin g   to   f o r m   alig n m e n t  with   th e  Si  ato m s   [ 29 ] .   T h e  s tr ain e d   ch a n n el  was  h ig h ly   d o p e d   with   1 x 1 0 17 cm - 3   o f   ar s en ic  d o p an t to   f o r m   n +   r eg i o n .   T h e  g ate  m ater ial  was tu n g s ten   s ilicid e  ( W Si x )   m ain ly   o p ted   d u e  to   its   wo r k f u n ctio n   ( W F)   tu n ab ilit y   [ 3 ] ,   [ 30 ] .   No r m ally ,   W Si x   g ate  was  p air ed   with   h ig h - k   d ielec tr ic  m ater ials   in   o r d er   t o   p r ev en t   th e  in s u lato r /g ate  b o u n d ar ies  f r o m   b ei n g   d e f ec ted   d u e  to   v o lt ag e  p in n i n g .   Selectin g   a  s u itab le  h ig h - k   d ielec tr ic  as  th e  in s u lato r   is   v er y   cr u cial   in   g ettin g   t h e  b est  elec tr ical   p r o p er ties   o f   th e   d e v ice.   I n   th is   s im u latio n   wo r k s ,   f o u r   d if f er e n t  h i g h - k   d ielec tr ic   m ater ials   k n o wn ly   as  s ilico n   n itrid e  ( Si 3 N 4 ) ,   alu m in u m   o x id e  ( Al 2 O 3 ) ,   h af iu m   d io x id e  ( Hf O 2 )   a n d   titan iu m   d io x id e  ( T iO 2 )   wer e  ex te n s iv ely   ex p lo r ed .   Nex t,  th e  s o u r ce / d r a in   ( S/D)  r eg io n s   o f   th e  d ev ice  wer e  d o p ed   with   t h e  s am e  d o p an t  ty p e  as  th e  c h an n el  r eg i o n   b u t  with   m u ch   lo wer   co n ce n tr atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       I mp a ct  o f h i g h - k  i n s u la to r s   o n   elec tr ica l p r o p erti es o f ju n ctio n less   …  ( K h a ir il E z w a n   K a h a r u d in )   1439   ( 1 x 1 0 13   cm - 3 ) .   T h u s ,   th e  ju n cti o n less   f o r m atio n   ( n - n + - n )   was  ev en tu ally   f o r m ed   b en ea t h   th e  HKM G  s tr u ctu r e.   T h e  s ep ar ate  co n tacts  f o r   s o u r ce ,   d r ain   an d   g ate  elec tr o d e  wer e  th en   f o m e d   b y   s p u tter i n g   an d   etch in g   th e   alu m in u m   lay er .   L astl y ,   th e  co m p leted   s tr u ctu r e  o f   th e  d ev ice  was  r ef lecte d   in   b o th   x   an d   y   d ir ec tio n s .   T h e   co n to u r   m o d e  o f   th e  co m p lete d   d ev ice  is   s h o wn   in   Fig u r e  2   in   wh ich   th e  ch an n el  len g th   ( L ch )   was  s ca led   at   8 n m .   T h e  d ev ice  s im u latio n   w as   p er f o r m e d   v ia  Atlas Sil v ac o   T C AD.             Fig u r e  1 .  Pro ce s s   s im u latio n   f l o w   Fig u r e  2 .  Dev ice  la y o u t in   co n to u r   m o d e       T h e  Atlas  m o d u le  is   a  p h y s ically   b ased   2 D/3 D  d ev ice  s im u lato r   th at  ca p ab le  o f   p r ed ictin g   th e  elec tr ical  p r o p er ties   o f   s em ic o n d u ct o r   d e v ices.  I t  b asically   p r o v id es  a  co m p r eh e n s iv e  in s ig h t  o f   in ter n al   p h y s ical  s tr u ctu r e  ass o ciate d   with   th e  d ev ice   o p er atio n .   B ased   o n   th e  o u tp u t   s tr u ctu r e  f ile  g en er ated   f r o m   th e   p r ev io u s   Ath en a  s im u latio n ,   th e  I ds - V gs  tr an s f er   ch ar ac te r is tics   wa s   p lo tted .   T h e  d ev ic e  was  s im u lated   in   ac co r d an ce   to   th e  b ias  co n d it o n s   an d   t h e  I ds - V gs   cu r v e  was   p lo tted   in   b o th   lin ea r   an d   lo g   m o d e .   T h e   d ev ice   s im u latio n   in v o lv e d   n u m er ical   m o d els  lik e  d r if t  d if f u s io n   ( DD) ,   s h o ck ley - r ea d - h all  ( SR H)   r ec o m b in atio n   an d   L o m b ar d i  C VT .   T h e  d ev ice  s im u latio n   was  ca r r ied   o u t  b y   u tili zin g   d if f er e n t  h ig h - k   d ielec tr ic  m ater ials   ( i.e .   Si 3 N 4 ,   Al 2 O 3 ,   Hf O 2   an d   T iO 2 )   as  th e  in s u lato r .   T h e  e q u iv alen t  o x id e  th ick n ess   ( E OT )   o f   t h e  in s u lato r   ar e  to tally   d ep en d e d   o n   th e   th ick n ess   o f   th e  h ig h - k   m ate r ials   ( T hk )   an d   th e  p e r m itti v ity   o f   th e   h ig h - k   d ielec tr ics  ( Ԑ hk )   as  r elatio n ally   d escr ib ed   as [ 31 ] ,   [ 32 ]:      = Ԑ  2 Ԑ ℎ ℎ   ( 1 )     wh er e  Ԑ SiO2  is   th e  p er m itti v ity   o f   s ilico n   d io x id e  ( SiO 2 ) .   T h e  h ig h - k   d ielec tr ic  p e r m itti v ity   f o r   ea ch   m ater ial   wer e  d ef in e d   in   th e  Atla s   s im u lato r   as  lis ted   in   T ab le   1 .   T h e  o v er lay   I ds - V gs   tr an s f e r   ch a r ac ter is tics   wer e  p lo tted   b ased   o n   th e  r esp ec tiv e  ty p es  o f   h ig h - k   d ielec tr ic.   T h e  in v esti g ated   elec tr ical  p r o p er ties   f o r   d if f e r en t  h ig h - k   m ater ials   ca n   b e  ex tr ac ted   an d   ca lcu lated   f r o m   th e  g e n er ated   I ds - V gs   cu r v es.       T ab le  1 .  Per m itti v ity   o f   h ig h - k   d ielec tr ic  m ater ials   M a t e r i a l   P e r mi t t i v i t y   ( Ԑ hk )   Si 3 N 4   7   Al 2 O 3   9   HfO 2   25   Ti O 2   85       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N     T h is   s ec tio n   will  co m p r eh en s iv ely   d escr ib e  th e  im p ac t  o f   d i f f er en t  h ig h - k   m ater ials   to war d s   I ON ,   I OFF ,  on - o f f   r atio ,   SS ,   g m ,   C int ,   an d   f t   o f   th e  d ev ice.   T h e   I ds - V gs   cu r v e  f o r   d if f er e n t  h ig h - k   d ielec tr ics  wer e  g en er ated   b y   s h if tin g   th e   g ate - to - s o u r ce   v o ltag e  ( V gs )   f r o m   0   V   to   1   V   at  a  co n s tan t  d r ai n - to - s o u r ce   ( V ds )   o f   0 . 5   V.   Fo r   a   f air ly   co m p a r ativ e  an aly s is ,   th e  th r esh o ld   v o ltag e  ( V TH )  m a g n itu d es  o f   th e  d ev ice  f o r   d if f e r en t  h ig h - k   d ielec tr ics   wer e  tu n ed   an d   f ix ed   at  0 . 2   V.   T h e  o v er lay   I ds - V gs   cu r v e  was  p lo tted   f o r   all  ty p es  o f   h ig h - k  d ielec tr ic  m ater ials   u n d er   th is   s tu d y   as  d ep icted   in   Fig u r e  3 .   It   is   f o u n d   t h at  th e  T iO 2   m ater ial  ex h ib its   th e  h ig h est  I ON   at  m ax im u m   V gs   co m p ar e d   t o   o th er   h ig h - k   m ater ials .   T h e   I ds   in itiates   to   ac ce ler ate  a f ter   h itti n g   th r esh o ld   lim it,   th en   its   m ag n itu d e  p ea k s   h ig h er   th an   t h e  o th er   h ig h - k   m ater ials   as th e  V gs   is   s h if ted   to war d s   th e  m ax im u m   m ag n itu d e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 3 7 - 1 4 4 7   1440   T h e  p r im e  r ea s o n   b e h in d s   th i s   o cc u r r en ce   is   th e  h ig h   p er m itti v ity   o f   T iO 2   as  an   in s u lato r   th at  o f f e r s   a  v er y   ef f ec tiv e  co u p lin g   g ate  f r in g i n g   in   ch an n el  r e g io n .   T h e   m a g n itu d e  o f   th e  elec tr ic  f ield   in   th e  ch a n n el  r eg io n   s ig n if ican tly   in cr ea s es  as  h ig h er   p er m itti v it y   o f   h ig h - k   d iele ctr ic  is   ap p lied .   T h e  s ig n if ica n ce   o f   h ig h   elec tr ic   f ield   lead   to   th e  f o r m atio n   o f   i n v er s io n   lay er   wh ic h   s u b s eq u e n tly   in cr ea s e  th e  ch an n el  v o lu m e.   T h e  m ag n itu d es  o f   I ON   f o r   t h e  d ev ice  with   d if f er en t  h ig h - k   m ate r ials   ar e  s u m m ar ized   in   Fig u r e  4 .   I t  is   s h o wn   th at  th e  d ev ice   with   T iO 2   b ased   in s u lato r   d em o n s tr ate  a  tr em en d o u s   im p r o v em en t  in   I ON   m ag n it u d e  b y   ap p r o x im ately   6 3 %  co m p ar ed   to   th e  d ev ice  with   S i 3 N 4   b ased   in s u lato r .           Fig u r e  3 .  Ov e r lay   p lo t   o f   I ds - V gs   cu r v es in   lin ea r   a n d   lo g   s ca les f o r   d if f e r en t h i g h - k   d ielec tr ics       Fig u r e  5   s h o ws  th e  b ar   g r ap h   in d icatin g   th e  ex tr ac ted   I OFF   m ag n itu d es  f o r   th e  d ev ice  with   d if f er en t   h ig h - k   m ate r ials .   I t  is   s h o wn   t h at  th e  d ev ices  with   m u ch   h i g h er   m a g n itu d e   o f   d ielec tr ic  p er m itti v ity   s u ch   as   Hf O 2   an d   T iO 2   ef f ec tiv el y   s u p p r ess   th e  d r ain - to - s o u r ce   c u r r e n t  at  V gs   = 0   V  ( o f f - s tate) .   I t  is   p r ed o m i n an tly   d u e   to   th e  co n d u ctio n   b an d   is   m u c h   h ig h e r   in   o f f - s tate  co n d itio n   f o r   lo wer   h ig h - k   p er m itti v ity .   Ho wev er ,   th e  I OF F   m ag n itu d e  als o   d ep en d s   o n   t h e  ef f ec tiv e  ch a n n el  len g th   in   wh ich   lar g er   lea k ag e  is   o f te n   d em o n s tr ated   b y   th e   d ev ice  with   lo wer   ef f ec tiv e  ch an n el  len g th .   T h e  I OFF   ch ar a cter is tic  i s   also   r eg ar d ed   as  an   im p o r tan t  f ig u r e  o f   m er it  to   d eter m i n e  th e  p o wer   co n s u m p tio n   o f   th e  tr a n s is to r   n o r m ally   m ea s u r e d   b y   th e  m ag n itu d e  o f   o n - o f f   r atio .   T h e   h i g h er   o n - o f f   r atio   i m p lies   th e  d ev ice  h as  b etter   p o wer   co n s u m p tio n   in   wh ich   le s s er   V gs   is   r eq u ir e d   f o r   th e  d ev ice  to   r ea ch   s atu r a tio n   m o d e .   T h e  m ag n itu d e  o f   o n - o f f   r atio   f o r   th e  d e v ice  c an   b e  m ea s u r e d   as   f o llo ws:      −     =    (    ℎ    = 1 )  (    ℎ    = 0 )     ( 2 )     Fig u r e  6   s h o ws  th e  b ar   g r a p h   o f   o n - o f f   r atio   f o r   d i f f er en t  h i g h - k   m ater ials .   I t  is   o b s er v ed   t h at  th e  o n - o f f   r atio   is   q u ite  lo w   f o r   th e  d e v ice  with   lo wer   d ielec tr ic  p er m itti v ity   lik e  Si 3 N 4   an d   Al 2 O 3  m ater ials .   Ho wev er ,   th e  o n - o f f   r atio   in cr ea s es  as h ig h er   d ielec tr ic  p e r m itti v ity   m a ter ials   s u ch   as  Hf O 2   a n d   T iO 2   ar e  em p l o y ed .   T h e   d ev ice  with   T iO 2   b ased   in s u la to r   ex h ib its   ap p r o x im ately   6 5 %  h ig h er   o n - o f f   r ati o   co m p ar e d   to   th e   d ev ice   with   T iO 2   b ased   in s u lato r   m ain ly   d u e  to   its   h ig h er   d ielec tr ic  p er m itti v ity .   Alth o u g h   th e  T iO 2 - b ased   d ev ice  s h o ws  d r am atic  im p r o v em e n t  in   I ON ,   I OF F   an d   o n - o f f   r atio ,   y et   it  ex p er ie n ce s   f ab r icatio n   o b s tacle s   an d   lar g e   ca p ac itan ce s   [ 33 ] - [ 37 ] .   I n   th e   s u b th r esh o ld   r eg i o n ,   th e   I ds   b e h av io r   em u lates  th e  ex p o n en tial ly   lo wer in g   c u r r e n t  in   a  b asic  f o r war d   b iased   d i o d e.   Hen ce ,   it  is   ess en tial  to   d ete r m in e  h o w   m u c h   th e   V gs   r eq u ir ed   to   i n cr ea s e  o n e   d ec ad e  o f   I ds .   T h is   ca n   b e   m ea s u r ed   b y   tak in g   th e   in v er s e  m a g n itu d e  o f   th e  lin ea r   s lo p e   o f   t h e  s u b th r esh o ld   ( lo g   m o d e)   I ds - V gs   cu r v e  m ath em at ically   d escr ib ed   as:      = [ (  10  )  ] − 1   (3 )     A  tr an s is to r   with   s teep er /lo wer   s u b th r esh o l d   s win g   ( SS )   im p lies   a  f aster   s witch in g   tr an s itio n   b etwe en   on - s tate  ( h ig h   I ds )   an d   o f f - s tate  ( lo w  I ds )   o r   v ice  v er s a.   Fig u r e  7   s h o ws  th e  b ar   g r ap h   o f   th e  SS   m ag n itu d e  f o r   d if f er en t  h ig h - k   m ater ials .   I t  is   o b s er v ed   t h at  th e   d ev ice  with   T iO 2   b ased   in s u lato r   e x h ib its   a p p r o x im ately   4 9 %  s teep er   SS   co m p ar ed   to   th e  d e v ice  with   th e  lo west d ielec tr ic  p er m itti v ity .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       I mp a ct  o f h i g h - k  i n s u la to r s   o n   elec tr ica l p r o p erti es o f ju n ctio n less   …  ( K h a ir il E z w a n   K a h a r u d in )   1441         Fig u r e  4 .  B ar   g r ap h   o f   I ON   f o r   d if f er en t  h ig h - k   m ater ials   Fig u r e  5 .  B ar   g r ap h   o f   I OFF   f o r   d if f er en t  h ig h - k   m ater ials             Fig u r e  6 .  B ar   g r ap h   o f   o n - o f f   r atio   f o r   d if f er en t  h ig h - k   m ate r ials   Fig u r e  7 .  B ar   g r ap h   o f   SS   f o r   d if f er en t  h ig h - k   m ater ials       T h is   s h o ws  th at  th e  SS   m ag n itu d e  b ec o m es  s teep er   as  h ig h er   p er m itti v ity   d ielec tr ic  is   em p lo y ed .   T h is   is   p h y s ically   d u e  to   th e  in cr ea s e  o f   ef f ec tiv e  ch an n el  len g th   th at  co n s eq u en tly   in cr ea s e   th e  to tal  in tr in s i c   ca p ac itan ce s .   T h u s ,   t h e  I ds   i n   s u b th r esh o ld   r eg i o n   is   im p r o v e d   an d   th e  d ev ice  ca n   b e   tu r n e d - o n   with   m in im u m   ch an g es  in   g ate  b ias.  T h e   d ev i ce   with   s teep er   SS   also   ca n   b e   tu r n ed - o f f   r ap id l y   as  th e  am o u n t  o f   V gs   r eq u i r ed   to   d ec r ea s e   th e  I ds   m ag n itu d e   b y   o n e  d ec ad e   ar e   r ed u ce d .   A  d ec ad e  r ep r esen ts   1 0   tim es   in c r ea s e  o r   d ec r ea s e  o f   th e  I ds   o f   th e  d ev ice.   An o th er   im p o r tan t  p ar am ete r   th at  s h o u ld   b e  co n s id er e d   in   tr an s is to r ’ s   d esig n   is   t r a n s c o n d u c t a n c e   ( g m ) .   T h e   m a g n i t u d e   o f   g m   i s   v e r y   c r u c i a l   t o   m e a s u r e   t h e   t r a n s is t o r ’ s   e f f i c i en c y   o f   c o n v e r t i n g   a   v o l t a g e   t o   a   c u r r e n t .   T h u s ,   t h e   m a g n i t u d e   o f   g m   is   u s e d   t o   e v a lu a t e   t h e  a n a l o g u e   p e r f o r m a n c e  c a n   b e   c o m p u t e d   a s :     m =       ( 4 )     Fig u r e  8   s h o ws  an   o v e r lay   o f   th e  tr a n co n d u ctan ce   ( g m )   v s .   V gs  tr an s f er   ch a r ac ter is tic  at  a  co n s tan t  V ds = 0 . 5   V  f o r   th e  d e v ice  with   d if f er en t  h ig h - k   d ielec tr ic  m a ter ials .   I t  is   o b s er v ed   th at  th e  m ag n itu d e  o f   g m   is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al  with   th e  m ag n itu d e   o f   d ielec tr ic  p e r m it tiv ity   in   wh ich   th e   g m   m a g n itu d e  in cr ea s es  as  th e   m ater ial  with   h ig h er   d ielec tr ic  p er m itti v ity   is   em p lo y e d .   T h e  T iO 2   b ased   d ev ice  ex h ib its   ap p r o x im ately   6 2 %   h ig h er   g m   m a g n itu d e   at  m a x im u m   V gs   co m p ar e d   to   th e  Si 3 N 4 - b ased   d e v ice.   Hig h   p er m itti v ity   o f   T iO 2   m ater ial   tr ig g er s   h ig h   elec tr o n   tu n n eli n g   with   m in im al  leak ag e  f o r   h ig h er   I ds   wh ich   o b v io u s ly   r e s u ltin g   in   h ig h er   g m   m ag n itu d e.   T h u s ,   h ig h   ch a n n e l  v o lu m e  an d   g m   o f   th e  T iO 2 - b ased   d ev ice  p r o v id es  b etter   tr an s p o r t  ef f icien c y   wh ich   is   v er y   d esira b le  f o r   an alo g   ap p licatio n s .   Fo r   th e  p u r p o s e  o f   R F  an aly s is ,   1   M Hz  o f   AC   f r eq u en cy   ( f )   h as b ee n   s u p p lied   to   th e  g ate  t er m in al  as th e  V gs   is   b ia s ed   f r o m   0   V  to   1   V.   T h is   is   d o n e  in   o r d er   to   ex tr ac t th e   m ag n itu d e  o f   in tr i n s ic  ca p ac itan ce s   wh ich   ar e  v e r y   im p o r ta n t  f o r   ca lc u latin g   th e  u n ity - g a in   f r eq u en cy   ( f t )   o f   th e  d ev ice.   T h e  in tr in s ic  ca p ac itan ce s   ( C int )   i s   th e  s u m   o f   th e  g ate - to - s o u r ce   ca p ac itan ce   ( C gs )   an d   g ate - to - d r ain   ca p ac itan ce   ( C gd )   wh ich   ca n   b e  ca lcu lated   b y :     i n t = gs + gd   ( 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 3 7 - 1 4 4 7   1442   T h e  m ag n itu d es  f o r   b o th   C gs   an d   C gd   ar e   h ea v ily   r elies  o n   th e   d ev ice  g eo m etr y   a n d   th e  m ate r ial  ty p es.   Fig u r e  9   s h o ws  an   o v er lay   p l o t  o f   th e  C int - V gs   tr an s f er   ch ar ac ter is tic   at  a  co n s tan t  V ds = 0. 5   V  f o r   d if f er e n t  h ig h - k   d ielec tr ic  m ater ials .   Fr o m   th e  p lo t,   it  is   clea r ly   s h o wn   th at  th e   T iO 2 - b ased   d ev ice   ex h ib its   lar g er   C int   m ag n itu d e  c o m p ar e d   to   th e  o th er s .   T h e  C int   m ag n itu d e  d em o n s tr ated   b y   T iO 2 - b ased   d ev i ce   in s tig ate  to   p ea k   af ter   r ea ch in g   0 . 8 V  o f   V gs   an d   it  is   co n tin u ally   in cr ea s in g   as  th e  g ate  b ias  is   f u r th er   in cr ea s ed .   T h is   in d icate s   th at  th e  h ig h   p er m itti v ity   d ielec tr ic  lik e  T iO 2   m ater ial   d o es  c au s e  a  lar g e  v ar iatio n   o n   th e  C int   m ag n itu d e  as   th e  V gs   ap p r o ac h in g   its   m ax im u m   v alu e.   T h e  r est  o f   th e  m ater ials   lik e  Hf O 2 ,   Al 2 O 3 ,   an d   Si 3 N 4   d o   n o t  ca u s e  m u ch   s ig n if ican t  v ar iatio n   in   C int   m ag n itu d e  o f   th e  d ev ice  as  th e  V gs  is   s h if ted   to   h ig h e r   p o s itiv e  m a g n itu d e.   T h e  T iO 2 - b ased   d ev ice  d e m o n s tr ates a p p r o x im ately   7 3 % h ig h er   C int   m ag n itu d e  t h an   Hf O 2 - b ased   d ev ice.             Fig u r e  8 .  Ov e r lay   p lo t   o f   g m - V gs   cu r v e  in   lin ea r   m o d e  f o r   d if f er en t  h ig h - k   d iel ec tr ics   Fig u r e  9 .  Ov e r lay   p lo t   o f   C int - V gs   cu r v e  in   lin ea r   m o d e  f o r   d if f er en t  h ig h - k   d iel ec tr ics       Hig h   C int   m ag n itu d e  is   p r etty   m u ch   d esira b le  f o r   tr a n s is to r s ,   b u t  with o u t  d eter io r atin g   th e  elec tr ic  f ield .   T h u s ,   s elec tin g   an   ap p r o p r iate  h ig h - k   m ater ial  with o u t  h av in g   to   r ed u ce   its   th ick n ess   is   v er y   cr u cial  in   o r d er   to   m ain tain   to ler ab le   elec tr ical  p er f o r m a n ce   e s p ec ially   at  n an o - s ca le  d im en s io n .   T h e  m a g n it u d e  o f   C int   is   th en   u s ed   to   m ea s u r e   f t   o f   th e  d ev ic e.   T h e  f t   is   v er y   im p o r ta n t  f ig u r e  o f   m e r it  u s ed   to   m ea s u r e  th e   d ev ice  p er f o r m a n ce   as  an   am p lifie r .   I t  ca n   b e  d er i v ed   f r o m   t h e  h ig h   f r eq u e n cy   m o d el  th e  d ev ice.   T h e  f T   is   d ef in ed   as  a  f r eq u en c y   at  wh ich   m ag n itu d e  o f   th e  s h o r t  cir cu it  cu r r en t  g ai n   o f   th e  c o m m o n - s o u r ce   co n f ig u r atio n   b ec o m es  u n ity .   I t  is   u s ed   to   d eter m in e   h o w   f ast  th e  tr an s is to r   ca n   o p e r ate  in   h ig h   f r e q u en c y .   Fig u r e  1 0   d ep icts   th e  h ig h - f r eq u e n c y   mode l o f   th e  d e v ice.           Fig u r e  10 .  Sm all - s ig n al  h ig h   f r eq u en c y   m o d el       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       I mp a ct  o f h i g h - k  i n s u la to r s   o n   elec tr ica l p r o p erti es o f ju n ctio n less   …  ( K h a ir il E z w a n   K a h a r u d in )   1443   Sin ce   th e  v alu e  o f   r o   is   r elat iv ely   s m all,   its   ef f ec ts   o n   th e  h ig h   f r eq u en cy   m o d el  ca n   b e  to tally   n eg lecte d .   B ased   o n   t h e  m o d el,   th e  cu r r en t g ain   ( I o /I i )   o f   th e   d ev ice  ca n   b e  d er iv e d   as:     = g  ( g d + g s )   ( 6 )     T h u s ,   as th e  cu r r en t g ain   is   b e co m in g   u n ity ,   th e   ( 7 )   ca n   b e   wr itten   as:     = g g d + g s  | |   ( 7 )     Sin ce   ω = 2π f ,   th e  u n ity - g ain   f r eq u en cy   ( f T )   ca n   b e  r ewr itten   as:     = g 2 ( gs + gd ) ≈ g 2   ( 8 )     Fig u r e  1 1   s h o ws  an   o v er lay   f T - V gs   tr an s f er   ch ar ac ter is tic  at  a   co n s tan t  V ds = 0 . 5   V   f o r   th e   d e v ice  with   d if f er en t   h ig h - k   d ielec tr ic  m a ter ials .   T h e  m ag n itu d e  o f   f t   b ec o m es  lo wer   as  a   h ig h e r   p e r m itti v ity   d ielec tr ic  m ater ial  is   em p lo y ed   as  th e  g ate  in s u lato r .   T h e  f T   m ag n itu d e  o f   T iO 2 - b ased   d e v ice  h as  b ee n   tr em en d o u s ly   d eter io r ated   b y   7 4 %  an d   7 2 %  co m p ar e d   to   Al 2 O 3 - b ased   d e v ice  an d   Si 3 N 4 - b ased   d e v ice  r esp ec tiv ely .   T h is   is   r ea s o n ab ly   d u e  to   th e  lar g e r   C int   m ag n itu d e  o f   th e  T iO 2 - b ased   d ev ice  th at  d o m in a n tly   g o v er n s   th e  f T   m ag n itu d e   o v er   th e  g m  m ag n itu d e.   T h u s ,   h ig h er   g m  m a g n itu d e  ex h i b ited   b y   th e  T iO 2 - b ased   d e v ice  d o   n o t  c o n tr ib u te  a n y   s ig n if ican t  in cr ea s e  o n   f T   m a g n itu d e.   Hig h   f T   m a g n itu d e   is   v er y   d esira b le  f o r   d esig n in g   R F  h ig h   f r eq u e n cy   am p lifie r s ,   h o we v er ,   o th er   d e v ice  ch ar ac ter is tics   s u ch   as  I ON ,   I OFF   an d   SS   s h o u l d   b e   also   co n s id er ed   f o r   m o r e   b alan ce d   p er f o r m a n ce .   Hen ce ,   th e  ty p es  o f   h ig h - k   m ater ial  n ee d   to   b e  p r o p er ly   s elec ted   b a s ed   o n   th eir   im p ac t   o n   elec tr o s tatic,   an al o g   a n d   R F  p er f o r m an ce .   T ab le  2   s u m m ar izes  all  th e  in v esti g ated   elec tr ical  p r o p e r ties   f o r   d if f er en t  h ig h - k   d ielec tr ic  m at er ials .           Fig u r e  11 .  Ov er lay   p lo t o f   f T - V gs   cu r v e  in   lin ea r   m o d e  f o r   d i f f er en t h i g h - k   d ielec tr ics       T ab le  2 .  E lectr ical  p r o p e r ties   f o r   d if f e r en t h i g h - k   d ielec tr ic  m ater ials   M a t e r i a l s   U n i t s   Si 3 N 4   Al 2 O 3   HfO 2   Ti O 2   I ON   μA / μm   6 7 1 . 3   8 3 2   1 2 0 0 . 2   1 8 1 5 . 6   I O F F   n A / μm   2 2 0 . 6   2 6 9 . 6   1 5 . 9   8   On - o f f   r a t i o   x 1 0 5   0 . 0 3   0 . 0 3 1   0 . 8   2 . 3   SS   mV / d e c a d e   1 3 8   1 3 0   93   71   g m   mS / μm   1 . 3   1 . 6 1   2 . 1 1   3 . 3 8   C i n t   f F / μm   0 . 3 4   0 . 3 9   0 . 8 1   3 . 1 4   f T   GHz   6 1 6   6 5 2   4 1 5   1 7 1       T ab le  3   d is p lay s   o u r   wo r k ' s   co m p ar is o n   with   o th er   ju n ctio n le s s   tr an s is to r   ty p es.  Ou r   r esear c h   ex h ib its   s u p er io r   o n - c u r r e n t  an d   s atis f ac to r y   u n ity - g ain   f r eq u en cy   co m p ar ed   to   m o s t  ju n ctio n le s s   tr an s is to r   ty p es.  Ad d itio n ally ,   we  f o cu s   o n   r ed u cin g   th e  p h y s ical  g ate  len g th   to   6 n m   wh ile  m ain tain in g   ac ce p tab le  tr an s is to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 3 7 - 1 4 4 7   1444   pe r f o r m an ce .   T h e  u tili za tio n   o f   h ig h - k   g ate  d ielec tr ics  wit h   s tr ain   tech n o lo g y   is   am o n g   s ev er al  ap p r o ac h es   aim ed   at  f ac ilit atin g   th e   o n g o i n g   m i n iatu r izatio n   o f   m icr o elec tr o n ic  c o m p o n en ts ,   a   co n ce p t  ak in   to   ex ten d in g   Mo o r e' s   L aw.   T r an s itio n in g   to   n o v el  tr a n s i s to r   tech n o lo g ies  p o s es  ch allen g es,  an d   s u p p ly   tim elin es  f o r   n an o s h ee t tr an s is to r s   d if f er   a m o n g   f o u n d r ies.       T ab le  3 .   Per f o r m an ce s   b e n ch m ar k   with   o th e r   ju n ctio n less   tr an s is to r   ty p es   Ju n c t i o n l e ss  t r a n si s t o r   t y p e   Y e a r   p u b l i s h e d   G a t e   l e n g t h   ( n m)   On - c u r r e n t   (μ A / μm)   Tr a n s c o n d u c t a n c e   ( mS / μm)   U n i t y - g a i n   f r e q u n e c y   ( G H z )   G a t e   u n d e r l a p p e d   d o u b l e   g a t e   [ 38 ]   2 0 1 9   12   2 5 0   0 . 3 9   3 6 9   D u a l   ma t e r i a l   d o u b l e   g a t e   [ 39 ]   2 0 2 0   20   1 5 0 0   4   7 9 5   D o u b l e   g a t e   m a t e r i a l   f l o a t i n g   g a t e   [ 40 ]   2 0 2 1   20   1 2 3 . 1   1 . 2 3   1 0 0   M u l t i ‐ f i n   S O I   [ 41 ]   2 0 2 1   18   5 9 . 7   0 . 9   4 5 0   G a t e   a l l   a r o u n d   [ 42 ]   2 0 2 1   30   10   4   5 4 6 . 5 4   S u r r o u n d e d   g a t e   [ 43 ]   2 0 2 2   30   2 2 6 . 8   0 . 2 3   5 3 6   G a t e   a l l   a r o u n d   [ 44 ]   2 0 2 2   30   44   0 . 0 6 9   44   C y l i n d r i c a l   g a t e - a l l - a r o u n d   [ 45 ]   2 0 2 3   30   20   n / a   n / a   H e t e r o - s t r u c t u r e   c o r n e r   sp a c e   h i g h - k   [ 46 ]   2 0 2 4   40   3 3 0   n / a   n / a   D o u b l e   g a t e   s t r a i n e d   w i t h   H f O 2   h i g h - k   C u r r e n t   w o r k   6   1 2 0 0 . 2   2 . 1 1   4 1 5       B esid es  th e  v ar iab ilit y   in   h ig h - k   m ater ials   ca u s in g   r an d o m   p ar am eter   f lu ct u atio n s   in   tr an s is to r   o p er atio n ,   it  is   im p er ativ e   to   e x am in e  th e   ef f ec ts   o f   d esig n   p ar am eter s .   T h ese  co n s is t  o f   im p lan t  co n ce n tr atio n ,   p h y s ical  th ick n ess ,   an d   g ate  wo r k f u n ctio n ,   n ec ess itatin g   f u r th er   in v esti g atio n .   I n   a d d itio n ,   th e  ap p licatio n   o f   o p tim izatio n   ap p r o ac h es  [ 1 7 ] ,   [ 2 7 ] ,   [ 47 ] - [ 49 ]   co u ld   b e  d e p l o y ed   b y   c o n s id er in g   th e  ty p es  o f   h ig h - k   m ater ial   alo n g   with   o t h er   g e o m etr ical  a n d   p r o ce s s   p ar am eter s   f o r   o p ti m al  ju n ctio n less   d o u b le  g ate  s tr ain ed   tr an s is to r .       4.   CO NC L U SI O N   T h e  im p ac t o f   d if f e r en t h i g h - k   m ater ials   o n   th e  ju n ctio n less   d o u b le  g ate  s tr ain ed   tr a n s is to r   u p o n   I ON ) ,   I OFF ,   o n - o f f   r atio ,   SS ,   g m ,  C int ,   an d   f t   h av e  b ee n   co m p r eh e n s iv ely   in v esti g ated   u s in g   2 D  s i m u latio n   to o ls .   B ased   o n   th e   r esu lts ,   th e  m a g n itu d e   o f   I ON ,   o n - o f f   r atio ,   g m ,   an d   C i nt   f o r   T iO 2 - b ased   d e v ice  ar e  a p p r o x im ately   6 3 %,  9 9 %,  6 2 % ,   an d   8 9 %  r esp ec ti v ely   h ig h er   th a n   th e   lo west  p er m itti v ity   m ater i al - b ased   d ev ice.   T h is   co n clu d es  th at  th e  p er m itti v ity   lev el  o f   h ig h - k   m ater ials   is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al   with   th e   m a g n itu d e   o f   I ON ,   o n - o f f   r atio ,   g m ,   an d   C int   o f   th e   d ev ice.   I n   co n tr ast,  t h e  SS   m ag n itu d e   o f   th e   d ev ice   is   in v e r s ely   p r o p o r tio n al  with   t h e   p er m itti v ity   lev el  o f   h ig h - k   m ater ials   in   wh ich   its   m ag n itu d e  is   lo wer in g   as  h ig h er   p e r m itti v ity   m ater ial  is   ap p lied   as  g ate  in s u lato r .   T h e   T iO 2 - b ased   d e v ice  als o   d em o n s tr ates  ap p r o x im ately   5 0 %  lo wer   I OFF   th a n   th e   d ev ice  with   Hf O 2 - b ased   in s u lato r   m ain ly   d u e  to   b etter   s u p p r e s s io n   o f   leak ag e  d u r in g   o f f - s tate  co n d itio n .   L astl y ,   th e  T iO 2 - b ased   d ev ice  d em o n s tr ates  th e  lo west  f T   m ain ly   d u e   to   its   lar g e  in tr in s ic  ca p ac it an ce s   th at  d o m in an tly   g o v er n s   th e  f T   m ag n itu d e  o v er   th e  d r ain   c u r r e n t.       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h e  au t h o r s   wo u ld   lik e  to   th a n k   th e   Min is tr y   o f   Hig h er   E d u c atio n   ( MO HE )   f o r   s p o n s o r in g   th is   wo r k   u n d er   p r o ject  ( FR GS/1 /2 0 2 2 /TK 0 7 /UT E M/0 2 /4 7 )   an d   Mi NE ,   C eT R I ,   Facu lty   o f   E lectr o n ics  an d   C o m p u ter   T ec h n o lo g y   an d   E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti  T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak a  ( UT eM )   f o r   th e  m o r al   s u p p o r t  th r o u g h o u t   th e  p r o ject .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   S .   V e r ma ,   V .   N a r u l a ,   a n d   S .   L .   Tr i p a t h i ,   “ P e r f o r ma n c e   a n a l y si s  o f   m u l t i - c h a n n e l - mu l t i - g a t e - b a s e d   j u n c t i o n l e ss  f i e l d   e f f e c t   t r a n s i st o r , ”   I ETE   J o u r n a l   o f   R e se a rc h ,   v o l .   7 0 ,   n o .   4 ,   p p .   4 1 2 6 – 4 1 3 6 ,   A p r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 3 7 7 2 0 6 3 . 2 0 2 3 . 2 2 1 8 3 1 8 .   [ 2 ]   E.   M .   S i l v a ,   R .   Tr e v i s o l i ,   a n d   R .   T .   D o r i a ,   “ J u n c t i o n l e ss   n a n o w i r e   t r a n si s t o r s  e f f e c t i v e   c h a n n e l   l e n g t h   e x t r a c t i o n   t h r o u g h   c a p a c i t a n c e   c h a r a c t e r i s t i c s,”   S o l i d - S t a t e   El e c t ro n i c s ,   v o l .   2 0 8 ,   p .   1 0 8 7 3 4 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s se. 2 0 2 3 . 1 0 8 7 3 4 .   [ 3 ]   D. - Y .   Je o n ,   J.   P a r k ,   S .   J.  P a r k ,   a n d   G . - T.   K i m ,   “ J u n c t i o n l e ss   e l e c t r i c - d o u b l e - l a y e r   M o S 2   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i st o r   w i t h   a   S u b - 5   n m   t h i c k   e l e c t r o st a t i c a l l y   h i g h l y   d o p e d   c h a n n e l , ”   AC S   Ap p l i e d   M a t e ri a l s   &   I n t e rf a c e s ,   v o l .   1 5 ,   n o .   6 ,   p p .   8 2 9 8 – 8 3 0 4 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 1 / a c sam i . 2 c 1 9 5 9 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       I mp a ct  o f h i g h - k  i n s u la to r s   o n   elec tr ica l p r o p erti es o f ju n ctio n less   …  ( K h a ir il E z w a n   K a h a r u d in )   1445   [ 4 ]   A .   B a i d y a ,   L.   R a l t e ,   L.   K h a w l h r i n g ,   Zo s a n g z e l i ,   P .   B .   N i k a m,   a n d   N .   P r a t a p   M a i t y ,   “ P e r f o r ma n c e   o p t i m i z a t i o n   o f   e l e c t r i c a l l y   v a r i a b l e   d o u b l e   g a t e   j u n c t i o n l e ss   t r a n si st o r   w i t h   H f O 2   g a t e   d i e l e c t r i c , ”   M a t e ri a l s   T o d a y :   Pr o c e e d i n g s ,   v o l .   8 0 ,   p p .   1 0 3 2 – 1 0 3 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ma t p r . 2 0 2 2 . 1 1 . 4 5 8 .   [ 5 ]   S .   K u m a r ,   A .   K .   C h a t t e r j e e ,   a n d   R .   P a n d e y ,   “ D e si g n   a n d   a n a l y s i s o f   r e c e sse d   d o u b l e   g a t e   j u n c t i o n l e ss  f i e l d - e f f e c t - t r a n s i st o r   b a s e d   d i g i t a l   s t a n d a r d   c e l l s , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 7 ,   p p .   1 1 3 2 3 – 1 1 3 3 5 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 2 2 - 0 1 8 7 4 - 6.   [ 6 ]   J. - P .   C o l i n g e   e t   a l . ,   “ N a n o w i r e   t r a n si s t o r s  w i t h o u t   j u n c t i o n s, ”   N a t u r e   N a n o t e c h n o l o g y ,   v o l .   5 ,   n o .   3 ,   p p .   2 2 5 – 2 2 9 ,   M a r .   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / n n a n o . 2 0 1 0 . 1 5 .   [ 7 ]   T.   A .   O p r o g l i d i s  e t   a l . ,   “ T h r e s h o l d   v o l t a g e   o f   p - t y p e   t r i p le - g a t e   j u n c t i o n l e ss  t r a n si s t o r 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 .   1 9 7 ,   p .   1 0 8 4 5 1 ,   N o v .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ss e . 2 0 2 2 . 1 0 8 4 5 1 .   [ 8 ]   K .   E .   K a h a r u d i n ,   A .   F .   R o s l a n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   Z.   A .   F .   M .   N a p i a h ,   a n d   A .   S .   M .   Za i n ,   “ D e s i g n   c o n si d e r a t i o n   a n d   i m p a c t   o f   g a t e   le n g t h   v a r i a t i o n   o n   j u n c t i o n l e ss   st r a i n e d   d o u b l e   g a t e   M O S F ET , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Re c e n t   T e c h n o l o g y   a n d   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   8 ,   n o .   2   S p e c i a l   I ssu e   6 ,   p p .   7 8 3 – 7 9 1 ,   S e p .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 5 9 4 0 / i j r t e . B 1 1 4 6 . 0 7 8 2 S 6 1 9 .   [ 9 ]   R .   R a m e s h ,   A .   P o n ,   P .   D .   B a b u ,   S .   C a r mel ,   a n d   A .   B h a t t a c h a r y y a ,   “ O p t i m i z a t i o n   o f   g a t e   a l l - a r o u n d   j u n c t i o n l e ss   t r a n si s t o r   u si n g   r e sp o n s e   s u r f a c e   me t h o d o l o g y , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   6 ,   p p .   2 4 9 9 – 2 5 0 8 ,   A p r .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 021 - 0 1 0 4 2 - 2.   [ 1 0 ]   Y .   S w a mi   a n d   S .   R a i ,   “ P h y s i c a l   p a r a met e r   v a r i a t i o n   a n a l y si s   o n   t h e   p e r f o r man c e   c h a r a c t e r i st i c s   o f   n a n o   D G - M O S F ETs, ”   C i rc u i t s   a n d   S y s t e m s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   0 4 ,   p p .   3 9 – 5 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 4 2 3 6 / c s. 2 0 2 1 . 1 2 4 0 0 4 .   [ 1 1 ]   K .   E.   K a h a r u d i n   e t   a l . ,   “ D e si g n   a n d   o p t i mi z a t i o n   o f   Ti S i x / H f O 2   c h a n n e l   v e r t i c a l   d o u b l e   g a t e   N M O S   d e v i c e , ”   i n   2 0 1 6   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   S e m i c o n d u c t o r  El e c t ro n i c s  ( I C S E) ,   I EEE,   A u g .   2 0 1 6 ,   p p .   6 9 – 7 3 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S M ELE C . 2 0 1 6 . 7 5 7 3 5 9 3 .   [ 1 2 ]   A j a y ,   “ P e r f o r ma n c e   i n v e st i g a t i o n   o f   si l i c o n - on - i n su l a t o r   j u n c t i o n l e ss  d r a i n   e x t e n d e d   F i n F E T  f o r   h i g h   p o w e r ,   r a d i o   f r e q u e n c y   a p p l i c a t i o n s, ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 3 ,   n o .   7 ,   p p .   2 3 8 1 – 2 3 8 7 ,   J u l .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 2 6 3 3 - 020 - 0 0 8 5 8 - 8.   [ 1 3 ]   R .   P .   S h u k l a   e t   a l . ,   “ P l a n a r   j u n c t i o n l e ss  f i e l d - e f f e c t   t r a n si s t o r   f o r   d e t e c t i n g   b i o m o l e c u l a r   i n t e r a c t i o n s, ”   S e n s o rs ,   v o l .   2 2 ,   n o .   1 5 ,   p .   5 7 8 3 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 2 1 5 5 7 8 3 .   [ 1 4 ]   A .   S h o k r i   a n d   M .   A m i r maz l a g h a n i ,   “ F e a si b i l i t y   o f   d i g i t a l   c i r c u i t   d e s i g n   b a se d   o n   n a n o sc a l e   f i e l d - e f f e c t   b i p o l a r   j u n c t i o n   t r a n si s t o r , ”   J o u rn a l   o f   El e c t ri 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 n n o v a t i o n s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 ,   p p .   3 3 – 4 0 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 2 2 0 6 1 / JE C E I . 2 0 2 2 . 8 2 8 7 . 5 0 3 .   [ 1 5 ]   S .   D a r w i n   a n d   T .   S .   A r u n   S a mu e l ,   “ A   h o l i s t i c   a p p r o a c h   o n   j u n c t i o n l e ss d u a l   ma t e r i a l   d o u b l e   g a t e   ( D M D G )   M O S F ET  w i t h   h i g h   k   g a t e   s t a c k   f o r   l o w   p o w e r   d i g i t a l   a p p l i c a t i o n s, ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   p p .   3 9 3 – 4 0 3 ,   F e b .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 1 9 - 0 0 1 2 8 - 2.   [ 1 6 ]   A j a y ,   “ R e si s t a n c e s  a n d   ESD   r e l i a b i l i t y   s t u d y   o f   c o r e - s h e l l   c h a n n e l   j u n c t i o n l e ss  D G   M O S F E T, ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 3 ,   n o .   5 ,   p p .   1 3 2 5 – 1 3 2 9 ,   M a y   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 2 0 - 0 0 5 2 7 - w.   [ 1 7 ]   K .   E .   K a h a r u d i n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   a n d   A .   S .   M .   Z a i n ,   “ O p t i m i z a t i o n   o f   e l e c t r i c a l   p r o p e r t i e s  i n   T i O 2 / W S i x - b a s e d   v e r t i c a l   D G - M O S F ET  u si n g   t a g u c h i - b a s e d   G R A   w i t h   A N N , ”   J o u rn a l   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   E l e c t r o n i c   a n d   C o m p u t e r  E n g i n e e ri n g ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   p p .   6 9 – 7 6 ,   2 0 1 8 .   [ 1 8 ]   F .   B a s h i r ,   A .   M .   M u r s h i d ,   F .   A .   K h a n d a y ,   a n d   M .   T.   B a n d a y ,   “ I mp a c t   o f   p o c k e t   d o p i n g   o n   t h e   p e r f o r ma n c e   o f   p l a n a r   S O I   j u n c t i o n l e ss   t r a n s i st o r , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 3 ,   n o .   6 ,   p p .   1 7 7 1 – 1 7 7 6 ,   J u n .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 2 6 3 3 - 0 2 0 - 0 0 5 6 8 - 1.   [ 1 9 ]   A .   C h a t t o p a d h y a y ,   S .   T e w a r i ,   a n d   P .   S .   G u p t a ,   “ D u a l - m e t a l   d o u b l e - g a t e   w i t h   l o w - k / h i g h - k   o x i d e   st a c k   j u n c t i o n l e ss  M O S F ET  f o r   a   w i d e   r a n g e   o f   p r o t e i n   d e t e c t i o n :   a   f u l l y   e l e c t r o s t a t i c   b a se d   n u meri c a l   a p p r o a c h , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 3 ,   n o .   2 ,   p p .   4 4 1 – 4 5 0 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 2 0 - 0 0 4 3 0 - 4.   [ 2 0 ]   M .   K u m a r i ,   N .   K .   S i n g h ,   M .   S a h o o ,   a n d   H .   R a h a ma n ,   “ 2 - D   a n a l y t i c a l   m o d e l i n g   a n d   s i m u l a t i o n   o f   d u a l   m a t e r i a l ,   d o u b l e   g a t e ,   g a t e   st a c k   e n g i n e e r e d ,   j u n c t i o n l e ss   M O S F ET  b a s e d   b i o s e n so r   w i t h   e n h a n c e d   s e n si t i v i t y , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   9 ,   p p .   4 4 7 3 – 4 4 8 4 ,   Ju n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 2 6 3 3 - 0 2 1 - 0 1 2 2 3 - z.   [ 2 1 ]   T.   P e ši ć - B r đ a n i n   a n d   B .   L .   D o k i ć ,   “ S t r a i n e d   s i l i c o n   l a y e r   i n   C M O S   t e c h n o l o g y , ”   El e c t r o n i c s  ETF ,   v o l .   1 8 ,   n o .   2 ,   p .   6 3 ,   D e c .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 7 2 5 1 / ELS 1 4 1 8 0 6 3 P .   [ 2 2 ]   K .   E.   K a h a r u d i n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   a n d   A .   S .   M .   Z a i n ,   “ W o r k - f u n c t i o n   t u n i n g   o n   a n a l o g u e   p r o p e r t i e s   o f   j u n c t i o n - l e ss   st r a i n e d   D G - M O S F ET, ”   J o u rn a l   o f   En g i n e e r i n g   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 ,   p p .   3 3 1 – 3 4 6 ,   2 0 2 3 .   [ 2 3 ]   Y .   C h a i ,   S .   S u ,   D .   Y a n ,   M .   O z k a n ,   R .   La k e ,   a n d   C .   S .   O z k a n ,   “ S t r a i n   g a t e d   b i l a y e r   m o l y b d e n u m  d i s u l f i d e   f i e l d   e f f e c t   t r a n si s t o r  w i t h   e d g e   c o n t a c t s, ”   S c i e n t i f i c   R e p o r t s ,   v o l .   7 ,   n o .   1 ,   p .   4 1 5 9 3 ,   F e b .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / sr e p 4 1 5 9 3 .   [ 2 4 ]   Q .   W u   e t   a l . ,   “ C h a n n e l - h o t - c a r r i e r   d e g r a d a t i o n   o f   s t r a i n e d   M O S F E Ts:   a   d e v i c e   l e v e l   a n d   n a n o sca l e   c o m b i n e d   a p p r o a c h , ”   J o u rn a l   o f   V a c u u m   S c i e n c e   &  T e c h n o l o g y   B,   N a n o t e c h n o l o g y   a n d   Mi c r o e l e c t ro n i c s:   Ma t e r i a l s,   Pr o c e ss i n g ,   Me a su r e m e n t ,   a n d   Ph e n o m e n a ,  v o l .   3 3 ,   n o .   2 ,   M a r .   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 6 / 1 . 4 9 1 3 9 5 0 .   [ 2 5 ]   T.   K .   M a i t i   a n d   C .   K .   M a i t i ,   “ H y b r i d   o r i e n t a t i o n   t e c h n o l o g y   a n d   st r a i n   e n g i n e e r i n g   f o r   u l t r a - h i g h   s p e e d   M O S F ETs, ”   B u l l e t i n   o f   Ma t e r i a l s  S c i e n c e ,   v o l .   3 5 ,   n o .   5 ,   p p .   8 5 9 – 8 6 5 ,   O c t .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 0 3 4 - 012 - 0 3 7 3 - 8.   [ 2 6 ]   S .   S h a r ma ,   R .   P a n d e y ,   A .   P u n d i r ,   V .   K .   P a t e l ,   a n d   N .   K .   A g r a w a l ,   “ A n   a n a l y s i s   o f   d e v i c e   c h a r a c t e r i st i c s   o f   s t r a i n e d   N - c h a n n e l   M O S F ET, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t ro n i c s  a n d   C o m m u n i c a t i o n   En g i n e e ri n g ,   v o l .   3 ,   n o .   8 ,   p p .   1 4 – 1 7 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 4 4 4 5 / 2 3 4 8 8 5 4 9 / i j e c e - v 3 i 8 p 1 2 2 .   [ 2 7 ]   K .   E.   K a h a r u d i n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Za i n ,   a n d   M .   N .   I .   A .   A z i z ,   “ A p p l i c a t i o n   o f   t a g u c h i - b a se d   g r e y   f u z z y   l o g i c   f o r   s i mu l t a n e o u s   o p t i m i z a t i o n   i n   Ti O 2 / W S i x - b a se d   v e r t i c a l   d o u b l e - g a t e   M O S F ET, ”   J o u r n a l   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   El e c t ro n i c   a n d   C o m p u t e r   En g i n e e ri n g ,   v o l .   9 ,   n o .   2 – 1 3 ,   p p .   2 3 – 2 8 ,   2 0 1 7 .   [ 2 8 ]   R .   G h o s h   a n d   R .   P .   N e l a p a t i ,   “ I mp a c t   o f   d e e p   c r y o g e n i c   t e m p e r a t u r e s   o n   h i g h - k   s t a c k e d   d u a l   g a t e   j u n c t i o n l e ss  M O S F ET   p e r f o r m a n c e :   a n a l o g   a n d   R F   a n a l y s i s, ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 6 ,   n o .   2 ,   p p .   6 1 5 – 6 2 3 ,   Jan .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 2 6 3 3 - 023 - 0 2 7 0 5 - y.   [ 29 ]   K .   E.   K a h a r u d i n   e t   a l . ,   “ P r e d i c t i v e   a n a l y t i c s  o f   j u n c t i o n l e ss   d o u b l e   g a t e   st r a i n e d   M O S F ET   u s i n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m w i t h   d o e - b a se d   g r e y   r e l a t i o n a l   a n a l y s i s,”   J o u rn a l   o f   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 8 ,   n o .   6 ,   p p .   3 0 7 7 – 3 0 9 6 ,   2 0 2 3 .   [ 30 ]   K .   E.   K a h a r u d i n   e t   a l . ,   “ M u l t i - r e s p o n s e   o p t i m i z a t i o n   i n   v e r t i c a l   d o u b l e   g a t e   P M O S   d e v i c e   u si n g   Ta g u c h i   met h o d   a n d   g r e y   r e l a t i o n a l   a n a l y si s , ”   i n   2 0 1 6   I EEE  I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   S e m i c o n d u c t o r  El e c t r o n i c s  ( I C S E) ,   I EEE,   A u g .   2 0 1 6 ,   p p .   6 4 – 6 8 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S M ELE C . 2 0 1 6 . 7 5 7 3 5 9 2 .   [3 1 ]   A .   F .   R o sl a n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Za i n ,   K .   E .   K a h a r u d i n ,   a n d   I .   A h ma d ,   “ E n h a n c e d   p e r f o r ma n c e   o f   1 9   si n g l e   g a t e   M O S F E T   w i t h   h i g h   p e r m i t t i v i t y   d i e l e c t r i c   m a t e r i a l , ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   El e c t ri c a l   En g i n e e ri n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( I J EEC S ) ,   v o l .   1 8 ,   n o .   2 ,   p .   7 2 4 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 1 8 . i 2 . p p 7 2 4 - 7 3 0 .   [3 2 ]   A .   F .   R o s l a n   e t   a l . ,   “ C o m p a r a t i v e   h i g h - k   mat e r i a l   g a t e   sp a c e r   i m p a c t   i n   D G - F i n F ET   p a r a me t e r   v a r i a t i o n s  b e t w e e n   t w o   s t r u c t u r e s, ”   I n d o n e si a n   J o u r n a l   o f   E l e c t ri c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( I J EEC S ) ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 ,   p .   5 7 3 ,   M a y   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 1 4 . i 2 . p p 5 7 3 - 5 8 0 .   [3 3 ]   H .   W o n g   a n d   H .   I w a i ,   “ O n   t h e   sc a l i n g   i ssu e s  a n d   h i g h - κ   r e p l a c e m e n t   o f   u l t r a t h i n   g a t e   d i e l e c t r i c s  f o r   n a n o sca l e   M O S   t r a n s i st o r s, ”   Mi c r o e l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   8 3 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 8 6 7 – 1 9 0 4 ,   O c t .   2 0 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me e . 2 0 0 6 . 0 1 . 2 7 1 .   [3 4 ]   K .   E.   K a h a r u d i n ,   Z.   A .   F .   M .   N a p i a h ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Z a i n ,   a n d   A .   F .   R o s l a n ,   “ A n a l y si s   o f   a n a l o g   a n d   R F   b e h a v i o r s  i n   j u n c t i o n l e ss   d o u b l e   g a t e   v e r t i c a l   M O S F ET, ”   B u l l e t i n   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   I n f o rm a t i c s   ( BE EI ) ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 0 1 – 1 0 8 ,   F e b .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 9 i 1 . 1 8 6 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci ,  Vo l.  3 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   20 24 :   1 4 3 7 - 1 4 4 7   1446   [3 5 ]   K .   K .   E.   K a h a r u d i n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Z a i n ,   A .   F .   R o sl a n ,   a n d   I .   A h mad ,   “ W o r k   f u n c t i o n   v a r i a t i o n s o n   e l e c t r o st a t i c   a n d   R F   p e r f o r m a n c e s   o f   JLS D G M   D e v i c e , ”   I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( I J EE C S ) ,   v o l .   2 3 ,   n o .   1 ,   p .   1 5 0 ,   J u l .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s . v 2 3 . i 1 . p p 1 5 0 - 1 6 1 .   [3 6 ]   K .   E.   K a h a r u d i n ,   Z .   A .   F .   M .   N a p i a h ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Za i n ,   a n d   A .   F .   R o s l a n ,   “ P e r f o r m a n c e   a n a l y s i s  o f   u l t r a t h i n   j u n c t i o n l e ss   d o u b l e   g a t e   v e r t i c a l   M O S F ETs, ”   B u l l e t i n   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   I n f o rm a t i c s  ( B EEI) ,   v o l .   8 ,   n o .   4 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   10 . 1 1 5 9 1 / e e i . v 8 i 4 . 1 6 1 5 .   [3 7 ]   A .   F .   R o sl a n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   M .   Z a i n ,   K .   E.   K a h a r u d i n ,   a n d   I .   A h ma d ,   “ O p t i m i z a t i o n   o f   1 6   n m  D G - F i n F E T  u s i n g   L 2 5   o r t h o g o n a l   a r r a y   o f   t a g u c h i   st a t i st i c a l   met h o d , ”   I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( I J EEC S ) ,   v o l .   1 8 ,   n o .   3 ,   p .   1 2 0 7 ,   J u n .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 1 8 . i 3 . p p 1 2 0 7 - 1 2 1 4 .   [3 8 ]   J.  A j a y a n   e t   a l . ,   “ I n v e st i g a t i o n   o f   i m p a c t   o f   g a t e   u n d e r l a p / o v e r l a p   o n   t h e   a n a l o g / R F   p e r f o r m a n c e   o f   c o m p o si t e   c h a n n e l   d o u b l e   g a t e   M O S F ETs, ”   J o u rn a l   o f   Va c u u m   S c i e n c e   &  T e c h n o l o g y   B,   N a n o t e c h n o l o g y   a n d   Mi c r o e l e c t ro n i c s:   M a t e ri a l s,  Pr o c e ssi n g ,   Me a su r e m e n t ,   a n d   P h e n o m e n a ,   v o l .   3 7 ,   n o .   6 ,   N o v .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 6 / 1 . 5 1 1 6 1 9 9 .   [ 39 ]   S .   R .   S u d d a p a l l i   a n d   B .   R .   N i st a l a ,   “ T h e   a n a l o g / R F   p e r f o r ma n c e   o f   a   st r a i n e d - S i   g r a d e d - c h a n n e l   d u a l - m a t e r i a l   d o u b l e - g a t e   M O S F ET  w i t h   i n t e r f a c e   c h a r g e s, ”   J o u rn a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   2 0 ,   n o .   1 ,   p p .   4 9 2 – 5 0 2 ,   F e b .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 8 2 5 - 0 2 0 - 0 1 5 7 8 - 3.   [4 0 ]   S .   R a s h i d ,   F .   B a s h i r ,   F .   A .   K h a n d a y ,   M .   R .   B e i g h ,   a n d   F .   A .   H u ssi n ,   “ 2 - D   d e si g n   o f   d o u b l e   g a t e   sc h o t t k y   t u n n e l   M O S F ET   f o r   h i g h - p e r f o r m a n c e   u s e   i n   a n a l o g / R F   a p p l i c a t i o n s , ”   I E EE  Ac c e ss ,   v o l .   9 ,   p p .   8 0 1 5 8 – 8 0 1 6 9 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 0 8 3 9 2 9 .   [4 1 ]   V .   B .   S r e e n i v a s u l u   a n d   V .   N a r e n d a r ,   “ D e si g n   i n s i g h t s  i n t o   R F / a n a l o g   a n d   l i n e a r i t y / d i st o r t i o n   o f   sp a c e r   e n g i n e e r e d   m u l t i - f i n   S O I   F ET  f o r   t e r a h e r t z   a p p l i c a t i o n s, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R F  a n d   M i c r o w a v e   C o m p u t e r - Ai d e d   En g i n e e r i n g ,   v o l .   3 1 ,   n o .   1 2 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / mm c e . 2 2 8 7 5 .   [4 2 ]   P .   R a u t   a n d   U .   N a n d a ,   “ R F   a n d   l i n e a r i t y   p a r a me t e r   a n a l y si s  o f   j u n c t i o n - l e ss  g a t e   a l l   a r o u n d   ( J LG A A )   M O S F ETs  a n d   t h e i r   d e p e n d e n c e   o n   g a t e   w o r k   f u n c t i o n , ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 0 ,   p p .   5 4 2 7 – 5 4 3 5 ,   Ju l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 2 1 - 0 1 3 1 2 - z.   [4 3 ]   S .   M i sr a ,   S .   M .   B i sw a l ,   B .   B a r a l ,   S .   K .   S w a i n ,   a n d   S .   K .   P a t i ,   “ S t u d y   o f   a n a l o g / R f   a n d   s t a b i l i t y   i n v e st i g a t i o n   o f   su r r o u n d e d   g a t e   j u n c t i o n l e ss  g r a d e d   c h a n n e l   M O S F ET ( S JLG C   M O S F ET), ”   S i l i c o n ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 1 ,   p p .   6 3 9 1 – 6 4 0 2 ,   Ju l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 2 6 3 3 - 0 2 1 - 0 1 3 9 7 - 6.   [4 4 ]   P .   K u m a r ,   K .   K o l e y ,   B .   C .   M e c h ,   A .   M a u r y a ,   a n d   S .   K u mar ,   “ A n a l o g   a n d   R F   p e r f o r m a n c e   o p t i mi z a t i o n   f o r   g a t e   a l l   a r o u n d   t u n n e l   F ET  u si n g   b r o k e n - g a p   mat e r i a l , ”   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   p .   1 8 2 5 4 ,   O c t .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 2 - 2 2 4 8 5 - 6.   [4 5 ]   P .   S r i v a s t a v a ,   A .   U p a d h y a y a ,   S .   Y a d a v ,   a n d   C .   M .   S .   N e g i ,   “ P e r f o r ma n c e   e v a l u a t i o n   o f   j u n c t i o n l e ss  c y l i n d r i c a l   g a t e - a l l - a r o u n d   F E T   f o r   l o w   p o w e r   a p p l i c a t i o n s, ”   S e m i c o n d u c t o r  S c i e n c e   a n d   I n f o rm a t i o n   D e v i c e s ,   v o l .   5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 – 1 0 ,   Jan .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 0 5 6 4 / ssi d . v 5 i 2 . 6 0 7 5 .   [4 6 ]   M .   M u k h e r j e e ,   N .   G h o sh ,   P .   D e b n a t h ,   A .   S a r k a r ,   a n d   M .   C H A N D A ,   “ H e t e r o - st r u c t u r e   j u n c t i o n l e ss   M O S F E T  w i t h   h i g h - k   c o r n e r   sp a c e r   f o r   h i g h - s p e e d   a n d   e n e r g y - e f f i c i e n t   a p p l i c a t i o n s, ”   J o u r n a l   o f   I n t e g r a t e d   C i rc u i t s   a n d   S y st e m s ,   v o l .   1 9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 7 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 9 2 9 2 / j i c s. v 1 9 i 1 . 7 9 6 .   [4 7 ]   K .   E.   K a h a r u d i n   a n d   F .   S a l e h u d d i n ,   “ P r e d i c t i v e   m o d e l i n g   o f   m i x e d   h a l i d e   p e r o v s k i t e   c e l l   u s i n g   h y b r i d   L2 7   O A   t a g u c h i - b a s e d   G R A - M L R - G A   a p p r o a c h , ”   J u r n a l   T e k n o l o g i ,   v o l .   8 4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 9 ,   N o v .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 1 3 / j u r n a l t e k n o l o g i . v 8 4 . 1 5 5 5 0 .   [4 8 ]   K .   E.   K a h a r u d i n ,   F .   S a l e h u d d i n ,   A .   S .   Za i n ,   a n d   A .   F .   R o sl a n ,   “ P r e d i c t i v e   a n a l y t i c s  o f   C I G S   so l a r   c e l l   u si n g   a   c o m b i n a t i o n a l   G R A - M L R - G A   mo d e l , ”   J o u rn a l   o f   E n g i n e e ri n g   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 5 ,   n o .   4 ,   p p .   2 8 2 3 – 2 8 4 0 ,   2 0 2 0 .   [ 49 ]   N .   H .   N .   M o h d   N i z a m,  A .   M .   A b d u l   H a mi d ,   F .   S a l e h u d d i n ,   K .   E.   K a h a r u d i n ,   N .   F .   Z.   A b i d i n ,   a n d   A .   S .   M o h d   Z a i n ,   “ O p t i m i z a t i o n   o f   1 4   n m   d o u b l e   g a t e   B i - G F ET  f o r   l o w e r   l e a k a g e   c u r r e n t , ”   T EL K O MN I K A  ( T e l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u t i n g   El e c t r o n i c s  a n d   C o n t r o l ) ,   v o l .   2 1 ,   n o .   1 ,   p .   1 9 5 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / t e l k o mn i k a . v 2 1 i 1 . 2 3 4 6 2 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         K h a iril  Ez wa n   K a h a r u d in           re c e iv e d   P h . D .   i n   El e c tro n ic  En g i n e e rin g   a n d   M .   En g   d e g re e   in   Co m p u ter   En g in e e rin g   fr o m   Tec h n ica l  Un iv e rsi ty   o f   M a lay sia   M e lak a   (UTe M ),   i n   2 0 1 7   a n d   2 0 1 3   re sp e c ti v e ly .   His  P h . D .   p r o jec t  f o c u se d   o n   t h e   p r o c e ss   o p ti m iza ti o n   o f  v e rti c a l  d o u b le  g a te  M OSF ET .   His  re se a rc h ’s  in t e re sts  in c lu d e   c o m p u ti o n a l   m icro e lec tro n ics   CM OS   d e sig n ,   VLS I   d e sig n ,   se m ico n d u c t o rs,  p a ra m e ter  v a ria b il it y ,   e n g in e e rin g   o p ti m iza ti o n ,   a n d   a rt ifi c ial  in tell ig e n c e .   Re c e n tl y ,   h is   e ffo rts  e m p h a siz e   o n   t h e   sim u latio n   d e sig n   o f  ju n c ti o n les s  tran sisto rs,  sili c o n - on - in su lato r   (S OI)  tran sisto rs,  h i g h - k /me tal - g a te  sta c k   tec h n o lo g y ,   d e sig n   o f  e x p e rime n t  (Do E),   o p ti m iza ti o n   m e th o d s ,   a n d   c o m p u tati o n a l  i n telli g e n c e .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  k h a iri lez wa n @y a h o o . c o m . m y .         Fa u z iy a h   S a lehu d d in           re c e iv e d   t h e   B. S c .   d e g re e   in   El e c tri c a l  En g in e e rin g   (Co m m u n ica ti o n )  fr o m   Un i v e rsiti   Tek n o lo g i  M a ra   (UiTM ),   M a lay s ia i n   2 0 0 1   a n d   th e   M . S c .   d e g re e   in   El e c tri c a l,   El e c tro n ic ,   a n d   S y ste m   En g in e e rin g   fro m   Un iv e rsiti   Ke b a n g sa a n   M a lay sia ,   in   2 0 0 3 .   S h e   re c e iv e d   th e   P h . D .   d e g re e   in   M icro e lec tro n ics   En g i n e e rin g   fr o m   Un iv e rsiti   Ten a g a   Na sio n a l  (UN ITE N),  M a lay sia   in   2 0 1 2 .   S h e   j o in e d   U n iv e rsiti   Tek n ik a l   M a lay sia   M e lak a   (UTe M )  i n   De c e m b e r  2 0 0 1   a s  a   tu t o r   a n d   is   c u rre n tl y   a   As so c iate   P ro fe ss o r   a t  F a c u lt y   o f   El e c tro n ic  a n d   C o m p u ter  Tec h n o lo g y   a n d   En g i n e e rin g   (F TKEK) ,   UTe M .   He r   re se a rc h   in tere st  in c lu d e s  p r o c e ss   a n d   d e v ice   sim u lati o n   o f   n a n o sc a le  M OSF ET s  d e v ice ,   a d v a n c e d   CM O S   d e si g n ,   o p ti m iza ti o n   a p p r o a c h   (DO E) ,   a n d   p ro c e ss   p a ra m e ter  v a riab il it y .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  fa u z iy a h @u tem . e d u . m y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.