KR20190105768A - Tunneling field effect transistor having a gate overlap the source and drain - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a tunneling field-effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain. More specifically, the present invention relates to a tunneling field-effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain, equipped with an extending gate structure which overlaps a source area and a drain area of the tunneling field-effect transistor, respectively, such that hump effects caused by line tunneling and point tunneling can be eliminated. According to the present invention, unlike a TFET having a single gate structure, the tunneling field-effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain of the present invention has an extending gate structure which extends to upper portions of the source and the drain and overlaps partially each of the source and the drain. Through the extending gate structure, line tunneling is activated while reverse current is reduced, thereby eliminating hump effects and securing high performance.

Description

소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터{Tunneling field effect transistor having a gate overlap the source and drain}Tunneling field effect transistor having a gate overlap the source and drain}

본 발명은 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 터널링 전계효과 트랜지스터의 소스 영역과 드레인 영역 각각에 오버랩된 연장 게이트 구조를 가지도록 구성되어 라인 터널링과 포인트 터널링으로 인한 험프 현상을 제거한 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain. More particularly, the present invention relates to a tunneling field effect transistor having an extended gate structure overlapping each of a source region and a drain region of a tunneling field effect transistor. The present invention relates to a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain that eliminates the hump phenomenon caused by the tunneling.

1947년 쇼클리에 의해 세계 최초의 트랜지스터가 제작된 이후 무어의 법칙에 따라 매년 집적회로(Integrated-Circuit; IC)의 성능은 증가하였으며 수십 나노 단위의 소형화를 통해 집적 밀도는 높아지는 비약한 발전을 이루게 되었다. 그러나 집적 밀도의 증가는 소모 전력 또한 증가하는 결과를 초래하게 되었고 안정적인 소형화를 위해 저전력 소자 개발의 필요성이 높아지고 있다. 저전력 소자란 공급전압과 게이트전압이 낮은 상태에서 구동되는 소자를 말한다.Since the creation of the world's first transistor by Shockley in 1947, under Moore's Law, the performance of integrated-circuits (ICs) has increased every year. . However, increasing the integration density has also resulted in an increase in power consumption, and the need for low power device development is increasing for stable miniaturization. The low power device is a device that is driven under a low supply voltage and a gate voltage.

저전압 상태에서 구동전압을 높이기 위해 문턱전압 이하 기울기(subthreshold swing: SS)는 낮은 특성이 요구되는데, 현재 보편적으로 사용되는 MOSFET은 물리적 특성에 의해 SS가 60 mV/dec의 한계를 극복할 수 없다. 게다가 MOSFET은 단채널효과(short channel effect)로 인한 DIBL(drain induced barrier lowering) 및 누설전류(leakage current) 증가로 소형화에 많은 어려움을 겪고 있다.Subthreshold swing (SS) is required to increase the driving voltage in the low voltage state. However, MOSFETs that are commonly used today cannot overcome the limit of 60 mV / dec due to their physical characteristics. In addition, MOSFETs are experiencing difficulty in miniaturization due to increased drain induced barrier lowering (DIBL) and leakage current due to short channel effects.

이를 극복하기 위해 양자역학적 현상인 가전자대에서 전도대로 이동하는 터널링현상(band to band tunneling: BTBT)을 활용한 터널링 전계 효과 트랜지스터(tunneling field-effect transistor: TFET)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 터널링이란 에너지를 가진 가전자대의 전자가 전도대로 이동하는 현상을 말하며 TFET에서 터널링은 라인터널링(line tunneling)과 포인트 터널링(point tunneling)으로 나눌 수 있다.In order to overcome this problem, researches on tunneling field-effect transistors (TFETs) using band to band tunneling (BTBT) in the valence band, which is a quantum mechanical phenomenon, are being actively conducted. Tunneling refers to a phenomenon in which electrons in an energetic valence band move to a conduction band. Tunneling in a TFET can be divided into line tunneling and point tunneling.

포인트 터널링은 소스와 채널 또는 채널과 드레인의 접합면에서 게이트 전계에 의해 채널영역의 에너지 밴드가 상승 또는 하강하면서 일어난다. 라인 터널링은 게이트 산화막-소스 접합면에서 게이트 전계에 의해 가전자대와 전도대가 같아지는 상태가 되면 발생하며 SS와 구동전류면에서 포인트 터널링보다 높은 효율을 나타낸다.Point tunneling occurs when the energy band in the channel region rises or falls by the gate electric field at the junction between the source and the channel or the channel and the drain. Line tunneling occurs when the valence band and conduction band become equal by the gate electric field at the gate oxide-source junction, and shows higher efficiency than point tunneling in terms of SS and driving current.

TFET에 의한 연구는 이미 SS와 차단전류(off-current)에서 MOSFET보다 더 높은 성능이 확인되었다. 하지만 구동전류가 낮고 채널의 길이 10nm 이하에서 단채널효과로 인한 DIBT가 나타나는 단점으로 현재 실용화 되는데 많은 어려움이 있다. 이에 터널링 현상을 이용한 L-Shape, U-Shape와 같은 TFET 구조 또는 실리콘(Silicon)외 다른 채널 물질을 사용한 이종(hetero) TFET(H- TFET), 2차원 TFET(2D-TFET) 등의 연구가 진행되고 있다.Research by TFETs has already demonstrated higher performance than MOSFETs in SS and off-current. However, there is a lot of difficulties in practical use due to the drawback of DIBT due to short channel effect at low driving current and channel length less than 10nm. Therefore, researches on TFET structures such as L-Shape and U-Shape using tunneling phenomena, or heterogeneous TFETs (H-TFETs) and two-dimensional TFETs (2D-TFETs) using channel materials other than silicon It's going on.

기존 TFET의 게이트는 채널 위에 있는 구조로서, 이 구조는 포인트 터널링과 라인 터널링이 공존하고 포인트 터널링이 라인 터널링보다 먼저 발생하는 험프(hump)현상이 존재한다.The gate of a conventional TFET is a structure on the channel, which has a hump phenomenon where point tunneling and line tunneling coexist and point tunneling occurs before line tunneling.

따라서, 라인 터널링이 먼저 발생해서 험프현상을 제거하는 구조가 필요하다.Therefore, there is a need for a structure in which line tunneling occurs first to remove the hump phenomenon.

한국등록특허 제10-1058370호Korea Patent Registration No. 10-1058370

본 발명은 기존 TFET의 게이트를 소스와 드레인 영역으로 오버랩한 구조에서 소스 영역의 게이트와 드레인 영역의 게이트, 채널 영역의 게이트에 다른 물질을 사용한 소스와 드레인 각각의 영역에 오버랩된 이종물질 게이트 TFET를 제안한다.According to the present invention, a heterogeneous gate TFET overlapping a region of a source and a drain using a different material for a gate of a source region and a gate of a drain region and a gate of a channel region in a structure in which a gate of an existing TFET overlaps a source and a drain region. Suggest.

본 발명의 실시예에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터는, 소스와, 드레인과, 상기 소스와 드레인 사이의 채널 및 상기 소스의 영역 상부 중 일부에 오버랩되어 형성된 제 1 연장 게이트와 상기 드레인의 영역 상부 중 일부에 오버랩되어 형성된 제 2 연장 게이트 및 상기 채널의 영역 상부에 형성되는 메인 게이트를 포함하는 복수의 게이트로 이루어진 게이트부를 포함하되, 상기 게이트부를 구성하는 복수의 게이트의 일함수 중 적어도 하나가 상이한 일함수를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment, a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain may include a first source and a drain, and a channel formed between the source and the drain and an upper portion of the region of the source. A plurality of gates including a plurality of gates including a second extension gate formed to overlap a portion of an upper portion of the region of the drain and the region of the drain, and a plurality of gates including a main gate formed above the region of the channel; At least one of the work function of may be characterized in that it is configured to have a different work function.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 복수의 게이트 중 일함수가 상이한 적어도 하나의 게이트는 도핑의 정도 또는 도핑의 물질이 다른 게이트와 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present disclosure, at least one gate having a different work function among the plurality of gates may be characterized in that a degree of doping or a material of doping is different from another gate.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 소스에 오버랩되어 형성된 상기 제 1 연장 게이트는 상기 채널의 상부에 형성된 상기 메인 게이트의 일함수보다 낮은 일함수를 가지도록 구성되어 라인 터널링이 포인트 터널링에 앞서 발생되도록 하여 험프 현상을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the first extension gate formed to overlap the source may be configured to have a work function lower than the work function of the main gate formed on the channel so that line tunneling occurs before point tunneling. It can be characterized in that it is configured to prevent the hump phenomenon.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 드레인에 오버랩되어 형성된 제 2 연장 게이트의 일함수는 상기 메인 게이트의 일함수와 상이하도록 구성되어 상기 역방향성 전류가 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the work function of the second extension gate formed to overlap the drain may be configured to be different from the work function of the main gate to reduce the reverse current.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 게이트부를 상기 소스와 드레인 및 채널과 절연시키기 위한 게이트 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the gate part may further include a gate oxide layer for insulating the gate part from the source, the drain, and the channel.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 게이트 산화막은 HfO2로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the gate oxide layer may be formed of HfO 2 .

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제 1 및 제 2 연장 게이트는 상기 게이트와 별도로 독립적으로 구성되거나, 상기 게이트에 연장되어 상기 게이트와 함께 단일 게이트로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the first and second extension gates may be configured independently from the gate, or may extend to the gate and be configured as a single gate together with the gate.

본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터는 단일 게이트 구조의 TFET와 달리 소스와 드레인의 상부에 연장되어 소스와 드레인 각각의 일부에 오버랩된 연장 게이트의 구조를 가지며, 이러한 연장 게이트의 구조를 통해 역방향성 전류를 감소시키면서 라인터널링이 활성화되어 험프 현상을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 높은 성능을 보장하는 효과가 있다.The tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping the source and the drain according to the present invention has a structure of an extension gate extending over the source and the drain and overlapping a part of the source and the drain, unlike a TFET having a single gate structure. Through the structure of the extension gate, line tunneling is activated while reducing reverse current, thereby eliminating the hump phenomenon and ensuring high performance.

또한, 본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터는 기존 터널링 전계효과 트랜지스터에 비해 누설 전류를 감소시켜 성능을 높일 수 있다.In addition, the tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping the source and drain according to the present invention can increase the performance by reducing the leakage current compared to the conventional tunneling field effect transistor.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터의 구성도.
도 2는 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 본 발명에 따른 삼중 게이트 TEET 각각의 터널링 분포를 나타낸 도면.
도 4 내지 도 6은 단일 게이트 TFET와 이중 게이트 TFET 및 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET 각각의 실리콘 표면의 에너지 밴드와 실리콘 벌크의 에너지 밴드를 나타낸 도면.
도 7 내지 도 9는 각각 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 본 발명에 따른 삼중게이트 TFET 각각의 터널링율을 나타낸 도면.
도 10은 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET 각각의 전류-전압 특성곡선을 나타낸 도면.
1 is a block diagram of a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain according to an embodiment of the present invention.
2 shows the structure of a single gate TFET, a double gate TFET and a triple gate TFET according to the present invention.
3 shows the tunneling distribution of each of the single gate TFET, the double gate TFET and the triple gate TEET according to the present invention.
4 to 6 show energy bands and silicon bulk energy bands on the silicon surface of each of the single gate TFET and the double gate TFET and the triple gate TFET according to the present invention.
7 to 9 show the tunneling rates of each of the single gate TFET, the double gate TFET and the triple gate TFET according to the present invention.
10 shows a current-voltage characteristic curve of each of a single gate TFET, a double gate TFET and a triple gate TFET according to the present invention.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터(tunneling field-effect transistor: TFET)의 구성도로서, 도시된 바와 같이 소스(source)(101), 드레인(drain)(102) 및 채널(channel)(103)을 포함하며, 메인 게이트(gate)(111) 및 복수의 연장 게이트(112, 113)로 이루어진 게이트부(110)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram of a tunneling field-effect transistor (TFET) having a gate structure overlapping a source and a drain according to an embodiment of the present invention. A drain 102 and a channel 103 may be included. The gate unit 110 may include a main gate 111 and a plurality of extension gates 112 and 113.

이때, 채널(103)은 소스(101)와 드레인(102) 사이에 구성될 수 있으며, 상기 복수의 연장 게이트 및 메인 게이트는 각각 트랜지스터의 게이트(gate)로서 동작할(또는 형성될) 수 있다.In this case, the channel 103 may be configured between the source 101 and the drain 102, and each of the plurality of extension gates and the main gate may operate (or be formed) as a gate of a transistor.

또한, 상기 게이트부(110)는 상기 소스(101)의 소스 영역 및 상기 드레인(102)의 드레인 영역 각각의 상부(또는 상면 또는 상단) 중 일부에 오버랩(overlap)되어 형성된 복수의 연장 게이트(112, 113) 및 상기 채널(103)의 영역 상부(또는 상면 또는 상단)에 형성되는 메인 게이트(111)를 포함할 수 있다.In addition, the gate part 110 overlaps a portion of an upper portion (or an upper surface or an upper portion) of each of the source region of the source 101 and the drain region of the drain 102. , 113, and a main gate 111 formed on an upper portion (or an upper surface or an upper portion) of the channel 103.

이때, 상기 복수의 상기 연장 게이트(112, 113) 중 제 1 연장 게이트(112)는 상기 소스(101)의 영역 상부 중 일부와 마주보도록(또는 오버랩되도록) 형성될 수 있고, 상기 복수의 연장 게이트(112, 113) 중 제 2 연장 게이트(113)는 상기 드레인(102)의 영역 상부 중 일부와 마주보도록(오버랩되도록) 형성될 수 있으며, 상기 메인 게이트(111)는 상기 채널(103)의 영역 상부(또는 상면 또는 상단)와 마주보도록 형성될 수 있다.In this case, a first extension gate 112 of the plurality of extension gates 112 and 113 may be formed to face (or overlap) a portion of an upper portion of the region of the source 101. The second extension gate 113 of the 112 and 113 may be formed to face (overlap) a portion of an upper portion of the region of the drain 102, and the main gate 111 may be an area of the channel 103. It may be formed to face the top (or top or top).

또한, 상기 연장 게이트(112, 113)는 상기 메인 게이트(111)의 일측에 연장되어 상기 메인 게이트(111)와 함께 단일 게이트로서 구성될 수 있으며, 상기 메인 게이트(111)와 별도로 독립적으로 구성될 수도 있다.In addition, the extension gates 112 and 113 may extend on one side of the main gate 111 to be configured as a single gate together with the main gate 111, and may be configured independently of the main gate 111. It may be.

이때, 상기 복수의 연장 게이트(112, 113)와 메인 게이트(111)가 일체로 형성되어 단일 게이트로 구성되는 게이트부(110)는 상기 게이트부(110) 중 상기 제 1 연장 게이트(112)에 해당하는 일부가 상기 소스(101)의 상부(또는 상면 또는 상단) 영역 중 일부 영역과 마주보도록 형성되며, 상기 게이트부(110) 중 상기 제 2 연장 게이트(113)에 해당하는 일부가 상기 드레인(102)의 상부(또는 상면 또는 상단) 영역 중 일부 영역과 마주보도록 형성될 수 있다.In this case, the plurality of extension gates 112 and 113 and the main gate 111 are integrally formed so that the gate part 110 configured as a single gate is connected to the first extension gate 112 of the gate part 110. A corresponding portion thereof is formed to face a portion of an upper (or upper or upper) region of the source 101, and a portion of the gate portion 110 corresponding to the second extension gate 113 is the drain ( It may be formed to face some of the upper (or upper or upper) region of the 102.

또한, 본 발명에 따른 상기 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)는 상기 게이트부(110)를 상기 소스(101)와 채널(103) 및 드레인(102)과 전기적으로 절연시키기 위한 게이트 산화막(104)을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the tunneling field effect transistor (TFET) according to the present invention further comprises a gate oxide film 104 to electrically insulate the gate portion 110 from the source 101, the channel 103 and the drain 102. It can be configured to include.

이에 따라, 상기 제 1 연장 게이트(112)와 소스(101)의 사이에 상기 게이트 산화막(104)이 위치하여 형성될 수 있고, 상기 제 1 연장 게이트(112)의 하부(또는 하면 또는 하단)가 상기 소스(101)의 상부(또는 상면 또는 상단) 중 일부 영역과 마주보도록 오버랩되어 상기 게이트 산화막(104)의 상부(또는 상면 또는 상단)에 형성될 수 있다.Accordingly, the gate oxide layer 104 may be formed between the first extension gate 112 and the source 101, and a lower portion (or lower surface or bottom surface) of the first extension gate 112 may be formed. An overlap may be formed to face a portion of the top (or top or top) of the source 101 to be formed on the top (or top or top) of the gate oxide layer 104.

또한, 상기 제 2 연장 게이트(113)와 드레인(102)의 사이에 상기 게이트 산화막(104)이 위치하여 형성될 수 있고, 상기 제 2 연장 게이트(113)의 하부(또는 하면 또는 하단)가 상기 드레인(102)의 상부(또는 상면 또는 상단) 중 일부 영역과 마주보도록 오버랩되어 상기 게이트 산화막(104)의 상부(또는 상면 또는 상단)에 형성될 수 있다.In addition, the gate oxide layer 104 may be formed between the second extension gate 113 and the drain 102, and a lower portion (or a lower surface or a lower surface) of the second extension gate 113 may be formed. An overlap may be formed to face a portion of an upper portion (or an upper surface or an upper portion) of the drain 102 to be formed on the upper portion (or an upper surface or an upper portion) of the gate oxide layer 104.

또한, 상기 메인 게이트(111)와 상기 채널(103)의 사이에 상기 게이트 산화막(104)이 위치하여 형성될 수 있다.In addition, the gate oxide layer 104 may be positioned between the main gate 111 and the channel 103.

또한, 소스(101), 드레인(102), 채널(103), 게이트부(110) 및 게이트 산화막(104) 각각의 전부 또는 일부가 기판(미도시) 상에 형성될 수 있다In addition, all or part of each of the source 101, the drain 102, the channel 103, the gate portion 110, and the gate oxide layer 104 may be formed on a substrate (not shown).

한편, 소스(101)는, 본 기술분야에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 터널링 전계 효과 트랜지스터(이하, TFET)의 채널 안으로 캐리어들을 주입하도록 동작 가능하다. 유사하게, 드레인(102)은, 본 기술분야에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 상기 TFET의 채널(103)로부터 캐리어들을 제거하도록 동작 가능하다.On the other hand, source 101 is operable to inject carriers into a channel of a tunneling field effect transistor (hereinafter referred to as a TFET), as generally understood in the art. Similarly, drain 102 is operable to remove carriers from channel 103 of the TFET, as generally understood in the art.

도 1의 실시예에서, 소스(101)는 채널(103) 안으로 캐리어들을 주입하도록 기능하고, 드레인(102)은 채널(103)로부터 캐리어들을 제거하도록 기능한다. 소스(101) 및 드레인(102)은 각각 하나 이상의 소스 및 드레인 콘택트(미도시)에 결합될 수 있다.In the embodiment of FIG. 1, the source 101 functions to inject carriers into the channel 103 and the drain 102 functions to remove carriers from the channel 103. Source 101 and drain 102 may each be coupled to one or more source and drain contacts (not shown).

또한, 소스(101) 및 드레인(102)은 각각 임의의 적합한 n 또는 p형 반도체 재료로 형성될 수 있다.Further, source 101 and drain 102 may each be formed of any suitable n or p type semiconductor material.

또한, 채널(103)은 일반적으로 소스(101)와 드레인(102) 사이의 소스-채널 인터페이스를 형성하고, 캐리어들이 소스(101)에서 드레인(102)으로 흐르는 것을 방지하거나 허용하도록 동작 가능하다.In addition, channel 103 generally forms a source-channel interface between source 101 and drain 102 and is operable to prevent or allow carriers to flow from source 101 to drain 102.

또한, 게이트 산화막(104)은 일반적으로 소스(101), 채널(103), 드레인(102) 및 게이트부(110)를 서로로부터 절연시키도록 기능한다. 그러므로 게이트 산화막(104)은 임의의 적합한 전기 절연성 재료로 형성될 수 있다.In addition, the gate oxide film 104 generally functions to insulate the source 101, the channel 103, the drain 102, and the gate portion 110 from each other. Therefore, the gate oxide film 104 may be formed of any suitable electrically insulating material.

일례로, 상기 게이트 산화막은 HfO₂와 SiO₂중 어느 하나로 구성될 수 있으나, HfO₂로 구성되는 것이 바람직하다.For example, the gate oxide film may be composed of any one of HfO 2 and SiO 2, but is preferably composed of HfO 2.

상술한 구성을 토대로, 본 발명은 소스 영역과 드레인 영역 각각에 오버랩된 게이트 구조를 가진 본 발명에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터(이하, 삼중 게이트 TFET)를 제공함으로써, 기존의 채널의 상부에만 형성된 단일 게이트를 가진 단일 게이트 TFET에서 발생하는 험프(hump) 현상을 용이하게 제거하도록 동작하는데 이를 이하 도면을 통해 상세히 설명한다.Based on the above-described configuration, the present invention provides a tunneling field effect transistor (hereinafter referred to as a triple gate TFET) according to the present invention having an overlapping gate structure in each of a source region and a drain region, thereby forming a single gate formed only on top of an existing channel. It operates to easily remove the hump (hump) phenomenon occurring in a single gate TFET having a will be described in detail with reference to the following drawings.

우선, 도 2(a)는 일반적인 단일 게이트 TFET의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET와의 비교를 위한 소스 영역으로 오버랩된 게이트 구조를 가진 이중 게이트 TFET의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2(c)는 본 발명에 따른 소스(101)와 드레인(102) 영역으로 오버랩된 게이트의 구조를 가진 삼중 게이트 TFET의 구조를 나타낸 도면이다.First, Figure 2 (a) is a view showing the structure of a typical single gate TFET, Figure 2 (b) is a structure of a double gate TFET having a gate structure overlapping the source region for comparison with the triple gate TFET according to the present invention 2 (c) is a view showing a structure of a triple gate TFET having a structure of a gate overlapped with the source 101 and drain 102 regions according to the present invention.

이때, 도 2(b)에 따른 소스 영역과 채널 영역 각각의 상부에 구성되는 연장 게이트 및 메인 게이트를 포함하는 복수의 게이트와, 도 2(c)에 따른 소스(101) 영역과 드레인(102) 영역 각각의 상부에 구성되는 복수의 연장 게이트(112, 113) 및 채널 영역의 상부에 구성되는 메인 게이트(111)를 포함하는 복수의 게이트(111, 112, 113)를 구성하는 물질은 상기 복수의 게이트(111, 112, 113) 상호간 서로 상이하게 구성될 수 있다.In this case, a plurality of gates including an extension gate and a main gate formed on each of the source region and the channel region according to FIG. 2B and the source 101 region and the drain 102 according to FIG. The material constituting the plurality of gates 111, 112, and 113 including the plurality of extension gates 112 and 113 configured at the top of each region and the main gate 111 configured at the top of the channel region may include the plurality of gates. The gates 111, 112, and 113 may be configured differently from each other.

즉, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET의 제 1 연장 게이트(112)와 제 2 연장 게이트(113) 및 메인 게이트(111) 상호간 서로 상이한 물질로 구성될 수 있다.That is, the first extension gate 112, the second extension gate 113, and the main gate 111 of the triple gate TFET according to the present invention may be formed of different materials.

이때, 상기 제 1 연장 게이트(112) 및 제 2 연장 게이트(113)는 상기 메인 게이트(111)와는 상이한 물질로 구성되되, 상기 제 1 연장 게이트(112) 및 상기 제 2 연장 게이트(113) 상호 간은 동일한 물질로 구성될 수도 있다.In this case, the first extension gate 112 and the second extension gate 113 may be made of a material different from that of the main gate 111, and the first extension gate 112 and the second extension gate 113 may cross each other. The liver may be composed of the same substance.

다시 말해, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 상기 제 1 연장 게이트(112) 및 상기 제 2 연장 게이트(113)의 도핑에 사용되는 물질이 상기 메인 게이트(111)의 물질(또는 메인 게이트(111)의 도핑에 사용되는 물질)과 서로 상이하도록 구성될 수 있다.In other words, in the triple gate TFET according to the present invention, the material used for the doping of the first extension gate 112 and the second extension gate 113 is the material of the main gate 111 (or the main gate 111). Material used for the doping).

또한, 소스 도핑 Ns = 1×1020 cm-3 (p-type), 드레인 도핑 Nd = 1×1020 cm-3 (n-type), 채널 도핑 Nch = 1×1017 cm-3 (n-type), 게이트 산화막 두께 tox = 2 nm, 실리콘 채널층 두께 tsi = 10 nm, 드레인과 소스 영역 길이 Ld = Ls = 40 nm, 채널의 길이 Lch = 50 nm로 설정될 수 있다.In addition, source doping N s = 1 × 1020 cm-3 (p-type), drain doping N d = 1 × 1020 cm-3 (n-type), channel doping N ch = 1 × 1017 cm-3 (n- type), the gate oxide thickness t ox = 2 nm, the silicon channel layer thickness t si = 10 nm, the drain and source region length L d = L s = 40 nm, and the channel length L ch = 50 nm.

또한, 상기 게이트 산화막(104)를 구성하는 산화막 물질은 전계 영향을 극대화하여 터널링 효율을 높이기 위해 HfO₂로 구성될 수 있다.In addition, the oxide material constituting the gate oxide film 104 may be composed of HfO 2 to maximize tunneling efficiency by maximizing an electric field effect.

도 3은 드레인-소스 전압 Vds=0.7 V, Vgs=0.7 V에서 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET, 삼중 게이트 TEET 각각의 터널링 분포를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the tunneling distribution of each of the single gate TFET, double gate TFET, triple gate TEET at the drain-source voltage V ds = 0.7 V, V gs = 0.7 V.

우선, 도 3(a)에 따른 단일 게이트 TFET는 소스 영역으로 오버랩된 게이트가 없어 라인 터널링은 거의 존재하지 않으며 게이트 산화막-채널 접합부분에서 높은 포인트 터널링 분포를 확인할 수 있다. First, since the single gate TFET according to FIG. 3 (a) has no gate overlapped with the source region, almost no line tunneling exists and a high point tunneling distribution can be confirmed at the gate oxide-channel junction.

반면, 도 3(b)에 따른 이중 게이트 TFET와 도 3(c)에 따른 삼중 게이트 TFET는 소스(101) 영역 및 드레인(102) 영역 각각에 연장 게이트(112, 113)가 오버랩된 영역에서 라인 터널링이 존재하며 소스(101) 영역에서 전계의 영향으로 게이트 산화막(104)과 채널(103)이 접합한 접합영역에서 포인트 터널링이 없고 벌크(bulk)영역에서 약한 포인트 터널링 분포를 확인할 수 있다.On the other hand, the double gate TFET shown in FIG. 3 (b) and the triple gate TFET shown in FIG. 3 (c) have a line in an area where the extension gates 112 and 113 overlap each of the source 101 region and the drain 102 region. There is tunneling, and there is no point tunneling in the junction region where the gate oxide film 104 and the channel 103 are bonded due to the influence of the electric field in the source 101 region, and the weak point tunneling distribution in the bulk region can be confirmed.

도 4 내지 도 6은 단일 게이트 TFET와 이중 게이트 TFET 및 삼중 게이트 TFET 각각의 실리콘 표면의 에너지 밴드와 실리콘 벌크의 에너지 밴드를 나타낸 도면이다.4 to 6 are diagrams illustrating energy bands and silicon bulk energy bands on a silicon surface of each of a single gate TFET, a double gate TFET, and a triple gate TFET.

우선, 도 4를 참조하면, 도 4(a)는 단일 게이트 TFET의 게이트 산화막에 연결된 실리콘 표면의 에너지 밴드를 나타낸 것으로서, 게이트-소스 전압이 VGS=0.7V 일때 소스와 채널사이의 터널링(#1)과, VGS=-0.7V 때 채널과 드레인 사이에서 터널링(#2)이 관찰되며, 이 터널링(#1, #2)은 소스에서 드레인 방향으로의 포인트 터널링이다.First, referring to FIG. 4, FIG. 4 (a) shows an energy band of a silicon surface connected to a gate oxide of a single gate TFET, and tunneling between the source and the channel when the gate-source voltage is V GS = 0.7V. 1) and tunneling (# 2) is observed between the channel and the drain when V GS = -0.7V, which is point tunneling from the source to the drain direction.

또한, 상기 포인트 터널링은 실리콘 벌크에서 게이트 산화막 방향의 라인 터널링에 비해서 SS(subthreshold swing, 문턱전압 이하 기울기) 및 구동전류의 효율은 낮으며, 상기 터널링(#2)은 역방향성 전류이기 때문에, 누설전류(leakage current, ambipolar current)를 증가시키는 원인이 된다.In addition, the point tunneling has lower efficiency of SS (subthreshold swing) and driving current than line tunneling in the direction of gate oxide in silicon bulk, and since the tunneling (# 2) is a reverse current, leakage This causes an increase in leakage current (ambipolar current).

도 4(b)에서 보여진 것처럼 실리콘 벌크 영역의 포인트 터널링도 동일하게 관찰된다. 도 4(a)와 도 4(b)를 비교했을 때 실리콘 벌크에서 전계의 영향이 실리콘 표면보다 작아짐에 따라 터널링 길이(tunneling length)가 길어져 터널링율(tunneling rate)은 더 작아지는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 4 (b), the point tunneling of the silicon bulk region is also observed. Comparing Fig. 4 (a) and Fig. 4 (b), as the influence of the electric field in the silicon bulk is smaller than the silicon surface, the tunneling length becomes longer and the tunneling rate becomes smaller. .

또한, 단일 게이트 TFET는 라인 터널링 현상이 관찰되지 않는다. 터널링 #3은 소스에서 채널로 이동하는 터널링을 나타낸 것으로서, 터널링 길이가 길기 때문에 큰 영향은 없지만, VGS = 0V에서 나타나는 미세 전류의 원인이 된다. 이 전류는 채널의 길이가 작아질수록 증가하게 되는데, 이와 같은 현상은 단채널효과(Short channel effect) 중 하나로 차단전류(off-current)를 증가시킨다.In addition, the line tunneling phenomenon is not observed in the single gate TFET. Tunneling # 3 represents the tunneling from the source to the channel, and because of the long tunneling length, there is no significant effect, but it is a cause of the fine current at V GS = 0V. This current increases as the length of the channel decreases, which increases off-current as one of the short channel effects.

또한, 상기 도 4의 단일 게이트 TFET의 에너지 밴드와 대비하여 이중 게이트 TFET의 에너지 밴드를 나타낸 도 5를 참조하면, 도 5(a)는 이중 게이트 TFET의 게이트 산화막에 접한 실리콘 표면의 에너지 밴드를 나타낸 것으로서, 이중 게이트 TFET는 도시된 바와 같이 채널 상부에 형성된 메인 게이트를 포함해서 소스 영역의 상부에 게이트가 연장된 연장 게이트를 포함하는 구조이다.In addition, referring to FIG. 5 which shows the energy band of the double gate TFET as compared to the energy band of the single gate TFET of FIG. 4, FIG. 5 (a) shows the energy band of the silicon surface in contact with the gate oxide film of the double gate TFET. As shown, the double gate TFET includes a main gate formed on the channel as shown, and includes an extension gate extending on the top of the source region.

상기 이중 게이트 TFET는 소스 상부에 형성된 연장 게이트와 채널 상부에 형성된 메인 게이트 상호간 서로 다른 물질을 사용하여 일함수(workfunction)가 연장 게이트와 메인 게이트 상호간 상이하게 조절되도록 구성되며, 이를 통해 험프현상을 최소화하도록 구성된다.The double gate TFET is configured such that a work function is differently controlled between the extension gate and the main gate by using different materials between the extension gate formed on the source and the main gate formed on the channel, thereby minimizing the hump phenomenon. It is configured to.

소스 상부에 형성된 연장 게이트는 채널 상부에 형성된 메인 게이트의 일함수보다 낮은 물질을 사용하여 소스 영역에서 평탄 전압(flat band voltage)인 VFB가 충분히 낮도록 조정될 수 있다.The extension gate formed on the source may be adjusted so that the flat band voltage V FB is sufficiently low in the source region using a material lower than the work function of the main gate formed on the channel.

이를 통해, 소스에서 게이트 산화막 방향으로 라인터널링(#11)이 가장 먼저 나타나고, 소스 내에서 게이트 영향을 받아 휘어지는 부분과 휘어지지 않는 부분에서 포인트 터널링(#12)이 나타나기 때문에 험프가 존재하지 않는다.As a result, line tunneling (# 11) appears first in the direction of the gate oxide layer from the source, and there is no hump since point tunneling (# 12) appears in the portion that is bent and the portion that is not bent under the gate influence in the source.

다만, 채널과 드레인에서 나타나는 포인트 터널링(#14)은 누설전류를 증가시킨다. 터널링 #13은 단일 게이트 TFET와 동일한 소스에서 드레인으로 이동하는 터널링을 나타낸 것으로서, 도 4(a)의 단일 게이트 TFET와 비교했을 때 이중 게이트 TFET의 경우에 실리콘 표면에서 게이트 물질에 따른 VFB를 다르게 조정하기 때문에 소스와 채널 사이에서의 포인트 터널링은 나타나지 않는다.However, point tunneling (# 14) appearing in the channel and drain increases leakage current. Tunneling # 13 is different from the V FB of the gate material on the silicon surface in the case of a double-gate TFET as compared with the single-gate TFET of as showing a tunneling moving to drain from the same source with a single gate TFET, Fig. 4 (a) Because of the adjustment, point tunneling between the source and the channel does not appear.

하지만 도 5(b)의 실리콘 벌크 영역에서는 VFB의 영향이 없기 때문에, 소스에서 채널 사이에 포인트 터널링(#21)이 나타난다. 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 채널과 드레인 사이에 포인트 터널링(#22)인 누설전류도 존재하지만, 단일 게이트 TFET에 비해 터널링율 분포는 훨씬 낮게 나타난다. However, since there is no influence of V FB in the silicon bulk region of FIG. 5 (b), point tunneling (# 21) appears between the channel at the source. As shown in FIG. 5 (b), there is also a leakage current which is point tunneling (# 22) between the channel and the drain, but the tunneling rate distribution is much lower than that of the single gate TFET.

도 6은 본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 삼중게이트 TFET의 에너지 밴드로서, 도시된 바와 같이 이중게이트 TFET의 구조에 더하여 드레인(102) 상단(또는 상부)에 연장 게이트(113)가 추가 구성된 구조이다.FIG. 6 is an energy band of a triple gate TFET having a gate structure overlapping the source and drain according to the present invention, and in addition to the structure of the double gate TFET as shown, an extension gate 113 on top (or top) of the drain 102. ) Is an additional structure.

드레인(102) 상단(또는 상부)의 게이트인 제 2 연장 게이트(113)는 이중 게이트 TFET 및 단일게이트 TFET의 채널(103)과 드레인(102) 사이에서 나타나는 누설전류를 감소시킬 수 있다.The second extension gate 113, which is the gate of the top (or top) of the drain 102, can reduce leakage current appearing between the drain 103 and the channel 103 of the double gate TFET and the single gate TFET.

도 6(a)의 삼중 게이트 TFET에서 실리콘 표면의 에너지 밴드는 단일 게이트 TFET 및 이중 게이트 TFET와 달리 채널(103)과 드레인(102) 사이의 포인트 터널링이 없어 누설전류가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다.In the triple gate TFET of FIG. 6A, unlike the single gate TFET and the double gate TFET, the energy band of the silicon surface has no point tunneling between the channel 103 and the drain 102, and thus no leakage current exists. .

이때, 상기 삼중 게이트 TFET는 소스(또는 소스 영역)(101) 상부 및 드레인(또는 드레인 영역)(102) 상부에 각각 형성된 제 1 및 제 2 연장 게이트(112, 113)와 채널(103) 상부에 형성된 메인 게이트(111) 상호간 서로 다른 물질을 사용하여 일함수(work function)가 연장 게이트(112, 113)와 메인 게이트(111) 상호간 상이하게 조절되도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 험프 현상을 최소화하도록 구성된다.In this case, the triple gate TFET is disposed on the first and second extension gates 112 and 113 and the channel 103 formed on the source (or source region) 101 and the drain (or drain region) 102, respectively. By using different materials between the formed main gates 111, a work function may be configured to be differently controlled between the extension gates 112 and 113 and the main gates 111, thereby minimizing the hump phenomenon. It is composed.

특히, 소스(101)의 상부에 형성된 제 1 연장 게이트(112)는 채널(103) 상부에 형성된 메인 게이트(111)의 일함수보다 낮은 물질을 사용하여 소스(101) 영역에서 평탄 전압(flat band voltage)인 VFB가 충분히 낮도록 조정될 수 있다.In particular, the first extension gate 112 formed on the source 101 has a flat band voltage in the region of the source 101 using a material lower than the work function of the main gate 111 formed on the channel 103. voltage V FB can be adjusted to be sufficiently low.

이에 따라, 삼중 게이트 TFET는 이중 게이트 TFET와 마찬가지로 험프 현상을 제거할 수 있다.Accordingly, the triple gate TFET can eliminate the hump phenomenon like the double gate TFET.

즉, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 상기 소스(101) 영역에 오버랩된 제 1 연장 게이트(112)의 일함수 변화에 따라 일함수가 낮아지면 문턱전압 또한 낮아지므로 라인 터널링(#11)이 활성화되어 라인 터널링(#11)에 의해 지배되도록 동작하여 포인트 터널링(#12)에 선행하여(앞서서) 라인 터널링(#11)이 발생하므로 용이하게 험프 현상을 방지할 수 있다.That is, in the triple gate TFET according to the present invention, when the work function is lowered according to the change of the work function of the first extension gate 112 overlapping the source 101 region, the threshold voltage is also lowered, so line tunneling (# 11) is activated. And the line tunneling # 11 occurs before (preceding) the point tunneling # 12 so that the hump phenomenon can be easily prevented.

이때, 드레인(102) 영역의 상부에 오버랩된 제 2 연장 게이트(113)의 일함수 변화는 상술한 바와 같이 단일 게이트 TFET와 이중 게이트 TFET에서 발생하는 누설 전류를 감소시킬 수 있다.In this case, the change of the work function of the second extension gate 113 overlapping the upper portion of the drain 102 region may reduce leakage current generated in the single gate TFET and the double gate TFET as described above.

즉, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 소스(101) 뿐만 아니라 드레인(102)에 오버랩된 게이트부(110)의 구조를 가짐으로써, 도 6(b)의 실리콘 벌크 영역에서는 누설전류가 존재할 수 있으나, 벌크 영역에 미치는 전계의 크기가 작기 때문에 벌크(실리콘 벌크) 영역과 표면(실리콘 표면) 영역을 포함한 전체 누설전류는 단일 게이트 TFET 및 이중 게이트 TFET의 구조보다 감소하게 된다.That is, the triple gate TFET according to the present invention has a structure of the gate portion 110 overlapping the drain 102 as well as the source 101, so that a leakage current may exist in the silicon bulk region of FIG. 6 (b). Because of the small size of the electric field in the bulk region, the total leakage current, including the bulk (silicon bulk) region and the surface (silicon surface) region, is reduced compared to the structure of the single gate TFET and the double gate TFET.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 삼중 게이트 TFET의 터널링은 도 5(a)와 마찬가지로 소스(101)와 게이트 산화막(104)으로 라인 터널링(#11)이 일어난 후에 소스(101) 내부에서 일어나는 포인트 터널링(#12) 순으로 발생하기 때문에 험프 현상이 나타나지 않는다.As shown in Fig. 6 (a), the tunneling of the triple gate TFET is performed inside the source 101 after the line tunneling (# 11) has occurred to the source 101 and the gate oxide film 104 as in Fig. 5 (a). Humping does not occur because it occurs in the order of point tunneling (# 12).

또한, 상기 삼중 게이트 TFET는 드레인(102) 상부에 형성되는 게이트(제 2 연장 게이트(113))의 영향으로 채널(103)과 드레인(102)의 에너지가 함께 상승하기 때문에 역방향성 전류가 나타나지 않는다.In addition, since the energy of the channel 103 and the drain 102 rises together due to the influence of the gate (second extension gate 113) formed on the drain 102, the triple gate TFET does not exhibit reverse current. .

이에 따라, 상기 삼중 게이트 TFET는 상기 드레인(102) 상부에 형성되는 제 2 연장 게이트(113)의 일함수를 조절하여 상기 역방향성 전류를 감소시킬 수 있으며, 상기 제 2 연장 게이트(113)의 물질을 상기 메인 게이트(111)의 물질과 상이하도록 구성하여 상기 제 2 연장 게이트(113)의 일함수가 조절될 수 있다.Accordingly, the triple gate TFET may reduce the reverse current by adjusting the work function of the second extension gate 113 formed on the drain 102 and the material of the second extension gate 113. It is configured to be different from the material of the main gate 111 can be adjusted the work function of the second extension gate 113.

한편, 상기 게이트부(110)를 구성하는 상기 제 1 연장 게이트(112)와 상기 제 2 연장 게이트(113) 및 상기 메인 게이트(111) 각각이 게이트로서 동작하고(또는 구성되고), 상기 제 1 연장 게이트(112)와 상기 제 2 연장 게이트(113) 및 상기 메인 게이트(111)로 이루어진 복수의 게이트(111, 112, 113) 중 적어도 하나의 일함수를 나머지 게이트(또는 게이트들)의 일함수와 상이하도록 조절하기 위해 상기 복수의 게이트 중 상기 일함수가 상이한 상기 적어도 하나의 게이트를 구성하는 도핑 정도나 도핑 물질이 상기 나머지 게이트(또는 게이트들)를 구성하는 도핑 정도 또는 도핑 물질과 상이하도록 구성(조절)될 수 있다.Meanwhile, each of the first extension gate 112, the second extension gate 113, and the main gate 111 constituting the gate part 110 operates as a gate (or is configured), and the first The work function of at least one of the plurality of gates 111, 112, and 113 formed of the extension gate 112, the second extension gate 113, and the main gate 111 is a work function of the remaining gates (or gates). Doping degree or doping material constituting the at least one gate of which the work function is different among the plurality of gates so as to be different from the doping degree or doping material constituting the remaining gate (or gates). Can be (adjusted).

이를 통해, 상기 제 1 연장 게이트(112)를 형성하기 위한 도핑 정도나 도핑 물질을 상기 메인 게이트(111)의 도핑 정도나 도핑 물질과 상이하도록 구성하여 상술한 바와 같이 험프 현상을 방지(제거)하거나, 상기 제 2 연장 게이트(113)를 형성하기 위한 도핑 정도나 도핑 물질을 상기 메인 게이트(111)의 도핑 정도나 도핑 물질과 상이하도록 구성하여 상기 역방향성 전류를 감소시킬 수 있다.By doing so, the degree of doping or the doping material for forming the first extension gate 112 may be different from that of the main gate 111 to prevent (remove) the hum phenomenon as described above. The reverse current may be reduced by configuring a degree of doping or a doping material for forming the second extension gate 113 to be different from a degree or a doping material of the main gate 111.

이때, 상기 삼중 게이트 TFET는 상기 제 1 연장 게이트(112)와 상기 제 2 연장 게이트(113) 상호간에도 상이한 일함수를 가지도록 구성될 수 있으며, 상술한 바와 같이 상기 제 1 및 제 2 연장 게이트(112, 113) 상호간 도핑 정도나 도핑 물질을 상이하게 조절하여 상기 제 1 및 제 2 연장 게이트(112, 113) 상호간 일함수가 상이하도록 조절(형성)될 수 있다.In this case, the triple gate TFET may be configured to have a different work function between the first extension gate 112 and the second extension gate 113, and as described above, the first and second extension gates ( 112 and 113) The first and second extension gates 112 and 113 may be controlled to be different from each other by differently adjusting the degree of doping or the doping material.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터는 단일 게이트 구조의 TFET와 달리 소스와 드레인의 상부에 연장되어 소스와 드레인 각각의 일부에 오버랩된 연장 게이트의 구조를 가지며, 이러한 연장 게이트의 구조를 통해 역방향성 전류를 감소시키면서 라인터널링이 활성화되어 험프 현상을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 높은 성능을 보장할 수 있다.As described above, a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain according to the present invention, unlike a TFET of a single gate structure, an extension gate extending over the source and drain and overlapping a part of the source and drain, respectively. With the structure of the extension gate, line tunneling is activated while reducing the reverse current, thereby eliminating the hump phenomenon and ensuring high performance.

이때, 본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터는 연장 게이트들과 메인 게이트로 이루어진 복수의 게이트로 구성된 게이트 구조와 더불어 상기 복수의 게이트 상호간의 일함수를 상이하게 조절하여 역방향성 전류와 험프 현상을 방지함으로써 저전력 TEFT의 성능을 보장하는 동시에 기존 TEFT보다 높은 효율을 보장할 수 있다.In this case, the tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping the source and the drain according to the present invention, the gate structure composed of a plurality of gates consisting of extension gates and a main gate, and the work function between the plurality of gates are differently controlled. This prevents reverse currents and humps, ensuring low-power TEFT performance while ensuring higher efficiency than conventional TEFTs.

또한, 본 발명에 따른 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터는 기존 터널링 전계효과 트랜지스터에 비해 누설 전류를 감소시켜 성능을 높일 수 있다.In addition, the tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping the source and drain according to the present invention can increase the performance by reducing the leakage current compared to the conventional tunneling field effect transistor.

도 7 내지 도 9는 각각 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 삼중게이트 TFET 각각의 터널링율을 나타낸 도면이다.7 to 9 are diagrams illustrating the tunneling rates of each of the single gate TFET, the double gate TFET, and the triple gate TFET.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 단일 게이트 TFET의 VGS = 0.7V에서 포인트 터널링만 존재하며 실리콘 벌크 영역과 실리콘 표면 영역 모두에서 나타난다.As shown in Fig. 7 (a), there is only point tunneling at V GS = 0.7V of the single gate TFET and appears in both the silicon bulk region and the silicon surface region.

도 7(b)에 도시된 바와 같이, 단일 게이트 TFET의 VGS = 0V에서 실리콘 표면의 소스에서 채널로 포인트 터널링이 나타나며 도 7(c)에서 보여진 것처럼 VGS = -0.7V인 경우에 실리콘 벌크와 표면 모두에서 채널에서 소스로의 포인트 터널링이 나타난다.As shown in Fig. 7 (b), point tunneling appears from the source of the silicon surface to the channel at V GS = 0V of the single gate TFET and silicon bulk when V GS = -0.7V as shown in Fig. 7 (c). Point tunneling from channel to source appears on both and surfaces.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 이중 게이트 TFET에서 라인 터널링과 포인트 터널링이 모두 관찰된다.As shown in Fig. 8 (a), both line tunneling and point tunneling are observed in the double gate TFET.

하지만, 이중 게이트 TFET는 단일 게이트 TFET와 달리 실리콘 표면의 포인트 터널링이 소스와 채널 사이가 아닌 소스 내에서 소스 상부의 게이트가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역이 접하는 영역에서 발생한다.However, unlike the single gate TFET, the double gate TFET occurs in the point tunneling of the silicon surface in the region where the gate at the top of the source and the non-existent region are encountered in the source, not between the source and the channel.

도 8(b)와 8(c)에 도시된 바와 같이, 이중 게이트 TFET는 단일 게이트 TFET와 거의 동일하게 터널링이 발생한다. As shown in Figs. 8 (b) and 8 (c), the dual gate TFET tunnels almost identically to the single gate TFET.

이에 반해, 도 9(a)와 9(b)에 도시된 바와 같이, 삼중 게이트 TFET는 이중 게이트 TFET와 터널링율이 거의 동일하지만 도 9(c)에서 도시된 바와 같이 삼중 게이트 TFET는 단일 게이트 TFET나 이중 게이트 TFET에서 보였던 실리콘 표면의 포인트 터널링이 사라져서 누설 전류가 줄어든 것을 알 수 있다.In contrast, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the triple gate TFET has almost the same tunneling rate as the double gate TFET, but as shown in FIG. 9 (c), the triple gate TFET is a single gate TFET. In addition, the point tunneling on the silicon surface seen in the double gate TFET is eliminated, reducing the leakage current.

도 10은 단일 게이트 TFET, 이중 게이트 TFET 및 삼중게이트 TFET 각각의 전류-전압 특성곡선을 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating current-voltage characteristic curves of each of a single gate TFET, a double gate TFET, and a triple gate TFET.

도시된 바와 같이, 소스 영역에 게이트를 추가한 이중 게이트 TFET 및 삼중게이트 TFET의 경우에 단일 게이트 TFET보다 구동전류가 약 104배 정도 증가하고, I60(SS=60mV/dec일 때 드레인 전류)은 약 1×109배 정도 증가하며, SS 최소값인 SSmin은 약 10배 정도 감소하고, 차단전류는 약 100배 정도 감소되는 것을 알 수 있다.As shown, in the case of the double gate and triple gate TFETs in which the gate is added to the source region, the driving current increases by about 10 4 times compared to the single gate TFET, and I 60 (drain current when SS = 60 mV / dec) Is increased by about 1 × 10 9 times, and SSmin, the minimum SS value, is reduced by about 10 times, and the blocking current is reduced by about 100 times.

또한, 삼중 게이트 TFET는 누설 전류가 단일 게이트 TFET 및 이중 게이트 TFET보다 약 100배 정도 감소하는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the triple gate TFET reduces leakage current by about 100 times than the single gate TFET and the double gate TFET.

본 발명의 실시예에 따른 소스 영역과 게이트 영역에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터(삼중 게이트 TFET)는 드레인 영역의 전계에 의해 역방향성 전류를 줄였으면서도 라인터널링이 활성화 되어 높은 성능을 제공할 수 있다.The tunneling field effect transistor (triple gate TFET) having a gate structure overlapping the source region and the gate region according to an embodiment of the present invention provides high performance by enabling line tunneling while reducing reverse current by the electric field of the drain region. can do.

또한, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 게이트 산화막을 유전율이 높은 물질로 대체했을 때 높은 성능을 보이며, 소스 영역 게이트의 일함수 변화에 따라 문턱전압이 변하는 것을 보였으며 일함수가 낮아지면 문턱전압 또한 낮아진다.In addition, the triple gate TFET according to the present invention shows high performance when the gate oxide is replaced with a material having a high dielectric constant, and the threshold voltage is changed according to the work function of the source region gate. Lowers.

또한, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 포인트 터널링과 라인 터널링으로 인한 험프현상을 제거하도록 동작하며, 이를 통해 단일 게이트를 가진 TFET보다 구동전류는 약 104 배, SS는 10배 정도의 높은 효율을 나타내며, 누설전류를 약 100배 정도 감소시킬 수 있다.In addition, the triple gate TFET according to the present invention operates to eliminate the hump phenomena due to point tunneling and line tunneling, thereby exhibiting about 104 times higher driving current and 10 times higher SS than a single gate TFET. The leakage current can be reduced by about 100 times.

이를 통해, 본 발명에 따른 삼중 게이트 TFET는 게이트 물질을 별도로 조절하여 구동전류, 차단전류, 누설전류, SS 효율을 높일 수 있다.Through this, the triple gate TFET according to the present invention can increase the driving current, blocking current, leakage current, SS efficiency by separately adjusting the gate material.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description may be modified and modified by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

101: 소스 102: 드레인
103: 채널 104: 게이트 산화막
110: 게이트부 111: 메인 게이트
112: 제 1 연장 게이트 113: 제 2 연장 게이트
101: source 102: drain
103: channel 104: gate oxide film
110: gate portion 111: main gate
112: first extension gate 113: second extension gate

Claims (7)

터널링 전계 효과 트랜지스터에 있어서,
소스;
드레인;
상기 소스와 드레인 사이의 채널; 및
상기 소스의 영역 상부 중 일부에 오버랩되어 형성된 제 1 연장 게이트와 상기 드레인의 영역 상부 중 일부에 오버랩되어 형성된 제 2 연장 게이트 및 상기 채널의 영역 상부에 형성되는 메인 게이트를 포함하는 복수의 게이트로 이루어진 게이트부를 포함하되,
상기 게이트부를 구성하는 복수의 게이트의 일함수 중 적어도 하나가 상이한 일함수를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터.
In a tunneling field effect transistor,
sauce;
drain;
A channel between the source and the drain; And
A plurality of gates including a first extension gate formed to overlap a portion of an upper region of the source, a second extension gate formed to overlap a portion of an upper portion of the region of the drain, and a main gate formed to form an upper region of the channel; Including a gate portion,
A tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain, wherein at least one of the work functions of a plurality of gates constituting the gate part has a different work function.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 게이트 중 일함수가 상이한 적어도 하나의 게이트는 도핑의 정도 또는 도핑의 물질이 다른 게이트와 상이한 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And at least one gate having a different work function among the plurality of gates has a gate structure overlapping the source and the drain, wherein the degree of doping or the material of the doping is different from another gate.
청구항 2에 있어서,
상기 소스에 오버랩되어 형성된 상기 제 1 연장 게이트는 상기 채널의 상부에 형성된 상기 메인 게이트의 일함수보다 낮은 일함수를 가지도록 구성되어 라인 터널링이 포인트 터널링에 앞서 발생되도록 하여 험프 현상을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 2,
The first extension gate formed to overlap the source is configured to have a work function lower than the work function of the main gate formed on the channel so that line tunneling occurs before point tunneling, thereby preventing a hump phenomenon. And a tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain.
청구항 2에 있어서,
상기 드레인에 오버랩되어 형성된 제 2 연장 게이트의 일함수는 상기 메인 게이트의 일함수와 상이하도록 구성되어 상기 역방향성 전류가 감소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 2,
The work function of the second extension gate formed to overlap the drain is configured to be different from the work function of the main gate so that the reverse current is reduced so that the tunneling electric field having the gate structure overlapping the source and drain Effect transistors.
청구항 1에 있어서,
상기 게이트부를 상기 소스와 드레인 및 채널과 절연시키기 위한 게이트 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And a gate oxide layer to insulate the gate portion from the source, drain, and channel, wherein the tunneling field effect transistor has a gate structure overlapping the source and drain.
청구항 5에 있어서,
상기 게이트 산화막은 HfO2로 구성되는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 5,
And the gate oxide layer is HfO 2. The tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 연장 게이트는 상기 게이트와 별도로 독립적으로 구성되거나, 상기 게이트에 연장되어 상기 게이트와 함께 단일 게이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 소스와 드레인에 오버랩된 게이트 구조를 가진 터널링 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The first and second extension gates may be formed independently of the gate, or may be extended to the gate and configured as a single gate together with the gate. The tunneling field effect transistor having a gate structure overlapping a source and a drain may be provided. .
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