BSIM4 Manual: Diffusion resistor

오늘의 포스팅 내용은 MOSFET 소자에서 Drain/Source 영역에 의한 resistor 성분에 대하여 알아보겠습니다.

아래와 같이 Active area와 Poly gate로 단순화된 MOSFET 소자의 Top view를 보겠습니다.

(물론 조금 더 자세히 표현하자면 Contact 표시가 있어야 합니다.)

 

 

일단 위 사진에서 나오는 용어들을 간단히 정리하도록 하겠습니다.

가운데 Gate를 기준으로 좌측은 Source, 우측은 Drain으로 정의되어 있습니다.

 

- NRD : Number of "square" in drain diffusion

- NRS : Number of "square" in source diffusion

 

여기서 말하는 Square는 아래 저항공식에서 빨간색 박스 부분에 해당합니다.

BSIM4에서는 이것을 NRD, NRS라는 parameter를 입력받아 사용하기도 합니다.

만약 사용자가 따로 정의하지 않았다면 기타 geometry 정보를 이용하여 정의합니다.

Rsh는 sheet resistance의 의미로 BSIM4에서 Rsh라는 paramter로 정의합니다.

 

제가 바로 위에서 R,square에 대한 정의를 하지 않았다면 geometry 정보를 사용하여 BSIM4 자체적으로 계산해준다고 했는데요. 그렇다면 어떤 것을 사용하여 계산하게 될까요?

 

---

 

먼저 아래 그림을 살펴보도록 하죠. 이 그림은 BSIM4.6.1 Manual에서 가져왔습니다.

그림을 자세히 보면 DMCI, DMCG, DMDG가 표시되어 있습니다.

각 의미를 살펴보면 다음과 같습니다.

 

- DMCI : Distance from S/D contact center to the Isolation edge

- DMCG : Distance from S/D contact center to the gate edge 

- DMDG : Distance from each gate edge in case of no contact & merged junction

 

제가 굳이 이 그림을 가져온 이유는 무엇일까요?

그것은 MOSFET 그림에서 current flow path에 필요한 정보이기 때문이죠.

맨 윗 사진에서 전압이 가해진 후, 전류의 흐름을 표시해 보겠습니다.

 

 

위 그림에 contact과 이로 인해 정의되는 DMCG와 DMCI를 표시했습니다.

파란색 화살표는 current로써 전류의 흐름을 표시했습니다.

 

위에서 저항식을 통해 R,square=L/W라고 했는데요.

위 그림에서 L,W가 어디에 해당할까요?

먼저 W는 Gate의 width라고 생각하면 되며, L은 DMCG에 해당하겠네요.

(이 부분이 잘 이해가 안된다면 Resistor 공식이 어떤 구조의 그림에서 정의되는지 확인하길 바랍니다.)

그렇다면 R,square = DMCG/Width가 되겠습니다!

 

---

 

이제서야 Rsh, NRD, NRS 의미를 파악할 수 있게 됐습니다.

그럼 Diffusion 저항의 계산은 어떻게 될까요?

 

저항 공식 그대로 다음과 같이 됩니다. 쉽죠?

 

- Rd,diff = Rsh*NRD

- Rs,diff = Rsh*NRS

 

해당 부분과 함께 알아야하는 flag parameter가 있는데요, 바로 rgeomod입니다.

rgeomod는 flag 값에 따라 다양한 방식으로 NRD, NRS를 계산하게 됩니다.

 

 

*** 번외 ***

 

그리고 AD,PD,AS,PS의 용어가 나오는데요, 다음과 같은 의미를 가지고 있습니다.

 

- AD : Area of Drain region 

- PD : Perimeter of Drain region

- AS : Area of Source region

- PS : Perimeter of Source region

 

이 부분은 Diffusion resistor와 관련이 없지만 어디에 사용하는지 언급하고 넘어가겠습니다.(다른 포스팅에서 자세히 다루도록 하겠습니다.)

MOSFET 구조상 필연적으로 Source 및 Drain과 Body 간에 Junction Diode가 생성됩니다.

Junction Diode도 하나의 소자이기 때문에 IV, CV 특성을 가지고 있습니다.

해당 특성을 반영하기 위해 BSIM4 Manual에 parameter가 정의되어 있는데요, 이것들을 계산하기 위해 사용됩니다.

 

그리고 그림 상단을 보면 NRD, NRS가 나와있습니다. 각 단어별 의미는 아래와 같습니다.

 

******