FinFET
FinFET 구조는 기존 평면형태의 MOSFET구조를 3차원 형태로 구성한 현대 MOSFET 제조기술입니다.
MOSFET을 작게 만드는 기술이 중요해지면서 그에 따른 부정적인 효과 (Short Channel Effect, Leakcage Currnet 등)가 발생합니다.
트랜지스터 및 소자의 특성을 지속적으로 개선하고자 전 세계적으로 여러가지 연구가 진행되었으며, FinFET과 같은 기술들도 그로인해서 탄생하였습니다.
아래는 기존 MOSFET을 전체적으로 표현한 모습입니다. 저희가 잘 알고 있듯이 P-type으로 구성된 반도체 기판에 고농도 N-type으로 도핑된 Source와 Drain을 구성하고 그 위에 Oxide층과 Gate를 올려 MOSFET을 제작합니다.
FinFET은 이름에서도 확인할 수 있듯 ‘Fin’구조를 이용하여 3차원형태로 MOSFET을 제작할 수 있는 방법입니다.
Fin구조는 상어의 지느러미처럼 Channel을 구성하여 기존 Channel이 평면으로만 구성된 것을 3차원 구조로 개선하여 MOSFET의 특성을 효과적으로 향상한 제조기법입니다.
FinFET은 아래와 같은 구조로 이루어져있습니다.
FinFET으로 트랜지스터를 제작하면 아래와 같은 장점을 가지고 있습니다.
- Gate가 기존 MOSFET구조보다 더 Channel을 잘 제어할 수 있음
- 누설전류를 효과적으로 줄일 수 있음
- Short Channel로 인한 부정적인 효과 개선
위와 같은 FinFET을 사용했을 때 나타나는 장점들을 살펴볼텐데, 위 장점들은 모두 아래와 같이 설명이 가능합니다.
드레인전류밀도 향상
기존 평면형태의 MOSFET을 구성하면 Channel의 면적은 Gate아래 부분으로 이루어집니다.
FinFET을 통해서 MOSFET을 제작하게 되면 아래 그림과 같이 Source와 Channel 사이에 흐르는 채널의 면적이 넓어집니다.
채널면적은 채널의 길이(L)과 채널의 폭(W) 등으로 구성이 되는데, FinFET으로 구성되는 경우에 채널의 면적이 전체적으로 넓어지는 효과가 있으므로, 드레인전류 역시 마찬가지로 증가합니다.
드레인전류가 커지는 것은 곧 트랜지스터의 속도향상으로 이어질 수 있고, 이는 회로의 동작의 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
Channel에 대한 제어향상
FinFET으로 MOSFET을 구성할 경우 Channel에 대한 제어가 향상된다고 앞서 말씀을 드렸습니다.
기존 MOSFET구조에서 Gate가 위쪽으로 치솟아 있고, Channel의 면적이 크게 향상되었습니다. 하지만 그로인해서 Channel에 대한 제어가 향상되었다는 점은 어떻게 설명할 수 있는지 알아보겠습니다.
위 그림 (가)는 기존 평면구조의 MOSFET을 ‘옆’에서 바라본 모습으로 이해해주시면 되겠습니다. 채널은 게이트 아래에만 형성이 되고, 게이트 전압이 인가되면 아래 채널에 영향을 주게 됩니다.
즉, Gate가 컨트롤 할 수 있는 부분은 채널의 바로 윗부분만 제어가 가능합니다. 누설전류들은 그림 (가)에서 채널의 위아래 방향으로 흘러나갈 수 있는데, 이 누설전류를 막아주기 위해서 게이트에 인가되는 전압의 영향이 제한적입니다.
하지만 그림(나)를 살펴보면 Gate가 채널을 3면으로 둘러싸고 있습니다. 언뜻보아도 3면으로 채널을 둘러싸고 있고, 게이트 전압이 채널의 3면에 영향을 줄 수 있기 때문에 누설전류에 대한 제어가 기존 구조보다 훨씬 좋은 특성이 나타남을 예측할 수 있습니다.
위 그림 (가)를 다시 살펴보겠습니다. 게이트의 전압이 인가될 때, 빨간색 화살표와 마찬가지로 채널의 3면에 영향을 줄 수 있습니다.
이는 채널에서 전류가 새어나가지 못하도록 기존의 구조보다 훨씬 간편하게 조작이 가능하다는 의미입니다.
그리고 그림 (나)의 경우 채널의 폭이 기존 구조에 비해서 채널의 3면을 모두 폭으로 계산할 수 있기 땜누에 드레인전류의 크기가 훨씬 커지는 것을 알 수 있습니다.