As the size of the device becomes smaller by several nanometers, the limitations of conventional planar metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) such as short channel effect and leakage current increase have been revealed. As an alternative to overcome this problem, nanowire FETs with excellent gate controllability are attracting attention as candidates for future devices. However, nanowire FETs have the problem of deforming the shape of the cross section during etching or oxidation process. In this thesis, the band structure of silicon nanowire was evaluated by using finite element method (FEM) to analyze nanowire FETs with these cross sections. In addition, the solver of Poisson's equation, which is indispensable in a full-quantum simulator using FEM, was developed and the stability of the calculation method was tested in various ways. Based on the research results, this study will be the cornerstone of the development of a new full-quantum simulator with FEM.
소자의 크기가 수 나노 단위로 작아짐에 따라 단채널효과나 누설 전류의 증대 등 기존의 평판 모스펫의 한계가 드러나고 있다. 이를 극복하기 위한 대안으로 게이트 컨트롤 성능이 뛰어난 나노와이어 모스펫이 미래 소자의 후보로 주목받고 있다. 그러나 나노와이어 모스펫은 공정 과정에서 에칭이나 산화 도중에 단면의 모양이 변형되는 문제를 가지고 있다. 본 학위 논문에서는 이러한 단면을 지닌 나노와이어 모스펫을 분석하기 위해 유한요소법을 활용하여 실리콘 나노와이어의 밴드 구조를 구하고 평가하였다. 또한, 유한요소법을 활용한 양자역학적인 시뮬레이터를 만들 때 필수적인 푸아송 방정식의 솔버를 개발했고, 계산 방법의 안정성을 여러 방법으로 테스트하였다. 이런 연구를 통해 유한요소법을 활용한 시뮬레이터 개발의 초석을 제시하고자 한다.