Negative capacitance FETs (NCFETs) are suggested as one of the candidates to overcome the fundamental thermal limit of conventional MOSFETs.
In this work, we investigate the basic characteristics of short-channel NCFETs with quantum mechanical transport coupled with Landau-Khalatnikov (LK) equation for modeling the ferroelectric gate stack.
In the conventional transistor, potential barrier is lowered with increasing drain voltage, which is a typical drain-induced barrier lowering but in the NCFETs, the potential barrier is raised with drain bias, which we call the drain-induced barrier rising (DIBR).
DIBR causes negative differential resistance in output characteristics of NCFETs.
DIBR also induces the hysteresis behavior in voltage transfer characteristics (VTC) of NCFET inverters, even though the hysteresis behavior does not appear in the transfer curve of the NCFETs.
However, the hysteresis of the NCFET inverter is a key to a new application.
Schmitt trigger inverters which filter the noise in circuits consist of 4 to 6 MOSFETs, while the NCFET based Schmitt trigger is composed of two devices, n type and p type.
It suggests a possibility of expansion of the applications.
최근에 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터 (Metal-Oxide-Semiconductor FET: MOSFET)의 열적한계로 인하여 저전력 소자를 구현함에 있어 어려움을 겪고 있다.
이를 극복하기 위하여 네거티브 캐패시턴스 전계 효과 트랜지스터 (Negative capacitance field-effect transistors: NCFETs)가 제안되었다.
NCFET는 는 MOSFET의 구조와 유사하나 게이트에서 유전체가 강유전체와 직렬로 연결되어 게이트 전압을 증폭함으로써 열적 한계를 극복한다.
기존의 연구들은 긴 채널 소자의 최적화 및 SS 구현에 대하여 초점이 맞추어져 왔으나 NCFET도 채널의 길이가 짧아짐에 따라 단 채널 효과에 큰 영향을 받게 된다.
본 연구에서는 NCFET의 단 채널 효과 문제를 다루기 위하여 드레인 전압에 대한 효과에 대한 연구를 수행한다.
기존의 트랜지스터와 달리 드레인 장벽이 상승하는 효과가 나타났으며 이로부터 음의 미분저항이 나타남을 확인하였다.
이 효과는 인버터 특성에서 히스테리시스를 발생하는 원인이 된다.
인버터의 히스테리시스 특성은 슈미트 트리거 인버터와 동일한 특성을 보여주고 있어 NCFET의 기능적인 회로로 확장할 수 있을 것으로 기대된다.
