미니 GAA는 원리가 뭔지 잘 모르겠네요ㅠ
- 맞는말만함
- 조회 수 1782
- 2023.05.08. 23:33
현재 전자공 학부생인데요..
Planar FET 현재 열심히 배우고 있고요.. finFET은 구조상으로 볼때 planer 확장판? 느낌이라
어느정도 작동원리가 짐작가는데요, GAA는 진짜 어렵네요;
gate전압을 조절해서 저 가운데 채널을 컨트롤한다?
흠.. 학부생의 지식으로는 넘나 이해하기 어렵습니다ㅜㅠ
그리고 채널길이가 짧을수록 on current가 커져서, 스위치간의 작동시간이 줄어들어서 유리하다고 배웠는데
삼성에서 nanowire을 활용한 GAA말고, 채널길이가 더 긴 MBCFET 형태로 가는지도.. 많이 어렵네요
i5-9400F, 16GB, RX6600 XT, SSD 850 pro 512GB, WD Blue 1TB, SSD 870 evo 4TB
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위의 그림에서, 보라색 상자모양의 것이 게이트이고, 밝은 회색의 것이 채널입니다.
게이트를 제어할 때, 채널이 게이트에 닿는 표면적이 넓으면 넓을수록 좋습니다.
그런데 핀펫의 경우 채널 간격이 너무 좁아지게 되면, 양자역학적 효과로 인해
채널을 통해 흘러가야 할 전자들이 바깥으로 빠져버리게 됩니다. 누설전류가 급증하는 것이죠.
그래서 핀펫 공정의 물리학적 한계가 흔히들 4nm로 알려져 있습니다.
결국 누설전류를 줄이고 전력소모를 효율적으로 하기 위해서는 채널이
게이트의 네 면과 맞닿아야 합니다. 핀펫은 게이트의 세 면과 맞닿습니다.
GAA는 채널이 게이트의 네 면과 맞닿기 때문에 붙여진 이름입니다.
말 그대로 게이트-올-어라운드(Gate All Around)이지요.
여기서 각 채널의 단면적을 넓히면, 삼성에서 개발한 MBCFET이 됩니다.
채널 길이와 on current관계는 planar에서 얘기고 채널이 핀펫 3차원으로 가면서 소스 드레인 간에 형성되는 채널 단면적이 핵심입니다.
planar에서 사실 마찬가지인데 채널 길이만 따진건 그게 사실상 유효단면적을 결정해서 그런거고요.
(inversion layer가 사각형이 아니라 삼각형처럼 형성되는 그 도식.)
단면적당 전류량의 한계는 정해져있고 소자 성능 올리려면=on current 늘리려면 단면적을 늘려야됩니다.
그래서 핀펫은 핀 높이를 올리고 핀 개수를 늘려서 총 단면적을 늘리고
gaa는 채널 단면적을 늘리고 개수를 늘려서 총 단면적을 늘립니다.
물론 그에 따라 수율 면적에서 손해를 보니 적절히 트레이드 오프해서 설계하고요.
폰이라 간단히 쓰면...
모스펫 기능의 핵심은 채널영역을 컨트롤(온, 오프)하는거고 그걸 통해 얼마나 정확하게 전류량이 컨트롤되느냐입니다.
채널 컨트롤하는게 게이트고요.
planar에서는 게이트하고 접한 면이 1개지요.
그러니 채널 짧아질수록 sce로 컨트롤에 한계가 오니 채널을 핀형태로 한겁니다.
그렇게해서 게이트하고 채널 접한 면이 3면이 됐고 채널에 대한 게이트의 영향력이 강해진겁니다.
gaa로 가면 아예 게이트가 채널 4면을 둘러쳐서 더 영향력을 강화한거고요.
기본 원리는 이렇고 전류량 컨트롤은 핀 높이나 개수, gaa에서는 채널 단면적, 개수로 조절하는데 이건 딸려오는 내용이라 기본만 파악하면 이해하기 쉬울겁니다.
우선 답변 감사드립니다 선생님.
'영향력이 강화된다'는 의미는 어느정도 짐작가는것같습니다.
finfet에서 gaa로 갈수록, gate와 채널이 닿는 면적이 늘어나는것도 직곽적으로 알것은 같은데요,
MOSFET 기초원리로, gate와 body간의 전위차로, inversion carrier을 발생시켜서 on/off하는 원리정도만 알고있는데, finFET은 gate전압을 조절하여 중간 3면이 맞닿은 채널에 inversion carrier이 쉽게 발생할 것이라는 상상이 가능하지만, gaa는 중간 채널이 nanowire/sheet 형태로 되어있어 inversion 상태로 가려면 majority carrier이 어디론가 이동? 밀려나야 될 곳이 있어야 될것 같으나 substrate 기판과 떨어져 있어서 채널이 on 상태가 된다는게 상상이 잘 안되서 그렇습니다. 질문을 잘 했었어야 되는데 이렇게 댓글로 길게 써보네요ㅜ
챗지피티에 선생님 글 넣어보니깐
Planar FET와 FinFET은 구조상 차이가 있습니다. Planar FET는 평면 구조이며, Gate의 층이 FET의 채널과 수직으로 위치합니다. 반면 FinFET은 3차원 구조로, 채널이 기판에서 수직으로 돌출된 피니(SOI) 구조에서 제작됩니다. FinFET은 planar FET보다 더 높은 성능을 제공하며, 더 많은 칩을 담을 수 있는 밀도 높은 집적 회로(IC)를 만들 수 있습니다.
GAA는 Gate-All-Around FET의 약어로, 전체적으로 Gate를 감싸는 형태의 FET입니다. 채널을 Gate로 둘러싸고, 그 Gate를 전압을 통해 컨트롤합니다. 이러한 구조는 Planar FET나 FinFET과 달리 채널의 두께와 모양, 위치 등이 변화하더라도 전압을 통해 컨트롤이 가능하여 더 높은 성능을 제공합니다.
MBCFET은 Multi-Bridge Channel FET의 약어로, 채널이 다리 형태로 연결된 FET입니다. 이 구조는 채널 길이를 길게 만들 수 있어서 더 높은 전류를 처리할 수 있습니다.
채널 길이가 짧을수록 On current가 커지는 이유는 채널 길이가 짧을수록 FET의 저항이 작아지기 때문입니다. 이는 FET의 속도를 높이고, 작동 속도를 빠르게 만듭니다. 하지만 채널 길이가 너무 짧으면 다른 문제가 발생할 수 있으므로 최적의 채널 길이를 찾는 것이 중요합니다.
이렇게 나오는데요 맞는말인가요?
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선생님 학부생 신분에 벌써 그걸 이해하시면 교수님들에게 납치 당하십니다.