반도체 물성 및 소자 2 - 5. ID - VG 특성

• ID - VG 특성 

Vds < Vgs - Vth

Vds >= Vgs - Vth

 

 

• Subthreshold Swing : Vgs가 Vt보다 작은 경우에도 channel에 전류가 흐르는 이유

 

- log scale에서 Id - Vgs 그래프를 확인하면, 실제로 threshold voltage 아래에서 전류가 0이 아님을 알 수 있다. 이는 strong inversion 되기 전에 weak inversion으로 인한 diffusion 전류가 존재하므로 생긴다. 약한 positive 전압에서, p영역의 에너지 밴드가 내려감으로 전하가 diffusion 될 수 있고 이에 누설전류가 발생한다.

 

- 위 그래프의 직선영역 기울기의 역수를 Subthreshold Swing (SS)라고 하는데, SS = 60mv*(1+Cdep/Cox)값을 가진다. SS는 Subthreshold 영역에서 전류를 10배 키우기 위한 전압의 변화량인데, 이 값이 작아야 소자를 on/off하는 특성이 우수해진다. Vg가 온전히 gate oxide에 걸리지 않고 juction capacitance와 나누어 걸려 Vg로 소자를 제대로 통제하지 못해 누설전류가 발생하는 이슈가 생긴다. gate oxide의 두께를 줄이거나 High - k 물질을 사용해 Cox를 높이거나 channel doping을 줄여 Cd를 줄이는 방식으로 SS특성을 개선할 수 있다. 

 

- 하지만 SS특성을 아무리 좋게하여도 60mV보다 작게 할 수 없는데, 이는 channel의 전자가 p - sub에선 소수캐리어이기 때문이다. 따라서 n+영역의 majority 캐리어인 전자가 channel 로 확산되어 누설전류가 생기게 된다. source에서 drain으로 전압을 걸어서 전자를 옮기는 방식에는 어느 소자를 사용해도 항상 이런 문제가 발생 할 수밖에 없다. 

 

• GIDL (Gate Induced Drain Leakage)