Extensive Study of Position-Dependent Multi-Channel GAA MOSFET and its Effect on Device Performance

Abstract

У роботі проведено симуляційне дослідження багатоканального польового транзистора з горизонтальним розташуванням каналів та круговим затвором (GAA MOSFET) з розрахунком розділення каналів. Моделювання виконується у низько-технологічних вузлах з урахуванням квантового ефекту. Ізолятор, який використовується в розглянутій моделі, є high-k діелектриком, що дозволяє зменшити масштаб пристрою. Детально досліджуються розділення кремнієвих каналів та його вплив на характеристики пристрою. Отримані таким чином характеристики, а саме струм стоку (ID), порогова напруга (Vth), крутизна (gm) та коефіцієнт перемикання (Ion/Ioff), порівнюються для різних розділень каналів. Крім того, детально вивчається струм витоку та пов'язаний з ним короткоканальний ефект, такий як підпорогове коливання (SS), та його залежність від розділення каналів. Покращене на 28,9 % значення струму включення при SS, рівному 70,34 мВ/дек, досягається для розділення каналів в 10 нм. Однак коефіцієнт перемикання 9,13e+08 отримано для розділення в 6 нм, що порівняно вище, ніж для розділення в 9 і 10 нм.

In this paper, a simulation study is carried out for a multi-channel gate all around (GAA) MOSFET with channel separation calculation. The simulation is performed in lower technology nodes by taking the quantum effect into consideration. The insulator used in this model is a high-k dielectric, which allows the device to be scaled down. The separation between the silicon channel and its effect on device performance is investigated extensively. The performance thus obtained is compared with different channel separations in terms of drain current (ID), threshold voltage (Vth), transconductance (gm) and switching ratio (Ion/Ioff). Further, the leakage current and associated short channel effect such as subthreshold swing (SS) and its dependence on channel separation are studied in detail. An improved value of on-current of 28.9 % along with SS of 70.34 mV/dec is achieved for a separation of 10 nm. However, a switching ratio of 9.13e+08 is obtained for a separation of 6 nm which is comparatively higher than 9 and 10 nm separation.