The static characteristics and low-frequency (LF) noise behaviors are presented for ultra-scaled gate-all-around junctionless nanowire (JLNW) Flash memory cells to discuss the suitability as the promising memory cell in the future for the first time. The LF noise exhibits 1/f-shape behavior and is described by the carrier number fluctuation (CNF) noise model. The CNF model is based on the interaction between traps in the gate dielectric and the carriers in the channel. The LF noise mainly results the trapping/detrapping events caused by the tunneling of charge carriers to and from traps, which are located near the gate dielectric/channel interface. The small device-to-device variation and the immunity to the Fowler-Nordheim tunneling stress appear in the LF noise of the devices. Due to the inherent location of the main conduction path in JLNW-based devices, the impact of the correlated mobility fluctuations on the LF noise is insignificant. The trapped charge in the nitride layer is also negligible in the LF noise. The NW width-dependence is clarified in terms of the effective oxide trap density and the source/drain (S/D) series resistance effect according to the fresh/program operations. The extrinsic S/D series resistance effect on LF noise should be considered along with the pure intrinsic channel noise especially in ultra-scaled devices.
차세대 비 휘발성 메모리 적용으로 관심받고 있는 매우 소형화 된 전면 게이트 구조의 정션리스 나노와이어 플래시 메모리에 대한 DC 특성 및 이를 통해 저주파 잡음 분석이 처음으로 진행되었다. 정션리스 트랜지스터는 기존 트랜지스터와 동작 메커니즘이 다른 것에 착안하여 이것이 저주파 잡은 특성 비교 분석을 진행한 결과 기존 플래시 소자 대비 소자에 따른 노이즈 편차가 줄었으며 프로그램 이후 노이즈의 값이 거의 증가하지 않았다. 이 후 게이트 전압에 따른 노이즈 경향성 측정을 통해 저주파 잡음을 야기하는 주요 성분을 밝혔다. 그 결과 전면 게이트 구조의 정션리스 플래시 메모리 소자의 경우 전하가 이동할 때 게이트 절연막에 존재하는 많은 트랩들과 상호작용 즉, trap과 detrap 과정을 반복하게 되면서 전하 수의 fluctuation으로 인해 전류의 fluctuation과 저주파 잡음을 발생시키게 된다. 마지막으로 정션리스의 경우 채널 두께에 따라 큰 DC 경향을 보이는데 이는 저주파 잡음 특성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 분석이 이루어 졌다. 따라서 채널 폭에 따라 특성 분석을 진행하였으며 결론적으로 폭이 점점 작아질수록 단순히 소스/드레인 저항이 커져 ON 전류가 감소하는 것만이 아니라 증가 된 소스/드레인 저항이 저주파 잡음 특성에 상당한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 이는 전류 fluctuation이 메모리 특성에 심각한 영향을 주는 시점에서 크게 고려해야 할 부분이며 저주파 잡음을 줄이기 위한 노력에 큰 지표가 될 것으로 예상된다.
