[논문 리뷰] Multiple State EFN Transistors

Gideon Segev, Iddo Amit외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 25.

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design참고 문헌 11인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 다중 게이트 구조에서 조절 가능한 전기적 영향을 미치는 나노와이어를 활용하여 비대칭 측면 게이트 전압을 통해 도핑된 채널의 횡방향 위치를 프로그래밍 가능하게 조절할 수 있는 다중 상태 EFN 트랜지스터(MSET)를 제안한다. 이러한 공간적 제어를 통해 단일 트랜지스터에서 완전한 멀티플렉서 기능을 실현하며, 이는 이진 및 다중가치 논리 연산을 지원할 수 있으며, 고밀도로 재구성 가능한 논리 회로의 잠재적 실현 가능성을 지닌다.

ABSTRACT

Electrostatically Formed Nanowire (EFN) based transistors have been suggested in the past as gas sensing devices. These transistors are multiple gate transistors in which the source to drain conduction path is determined by the bias applied to the back gate, and two junction gates. If a specific bias is applied to the side gates, the conduction band electrons between them are confined to a well-defined area forming a narrow channel- the Electrostatically Formed Nanowire. Recent work has shown that by applying non-symmetric bias on the side gates, the lateral position of the EFN can be controlled. We propose a novel Multiple State EFN Transistor (MSET) that utilizes this degree of freedom for the implementation of complete multiplexer functionality in a single transistor like device. The multiplexer functionality allows a very simple implementation of binary and multiple valued logic functions.

연구 동기 및 목표

• 논리 계산을 위한 멀티플렉서 기능을 실현할 수 있는 단일 트랜지스터 장치를 개발하는 것.
• 비대칭 측면 게이트 바이어스를 통해 전기적으로 형성된 나노와이어(EFN)의 횡방향 위치 제어를 활용하는 것.
• 단일 장치 내에서 다수의 안정된 도전성 상태를 활용하여 다중가치 논리 연산을 실현하는 것.
• 다수의 트랜지스터를 단일 재구성 가능한 MSET 장치로 대체하여 회로 복잡성을 감소시키는 것.
• 기존의 이진 논리 이외의 확장 가능한 재구성 가능한 논리 아키텍처를 위한 EFN 트랜지스터의 실현 가능성에 대한 증명

제안 방법

• 배면 게이트와 두 개의 횡방향 접합 게이트를 갖는 다중 게이트 구조를 사용하여 고정된 나노와이어 채널을 형성한다.
• 측면 게이트에 비대칭 전압을 인가하여 실리콘 기판 내부에서 전기적으로 형성된 나노와이어(EFN)의 횡방향 위치를 이동시킨다.
• EFN의 횡방향 위치를 조절하여 도전 경로를 제어함으로써 다수의 구분되는 도전 상태를 실현한다.
• EFN의 공간적 조절 가능성을 활용하여 멀티플렉서의 선택 기능을 모방하며, 다양한 게이트 설정에 따라 전류가 다른 출력 경로로 유도되도록 한다.
• 다양한 입력 조합에 대응하는 다수의 안정된 상태를 지원하도록 장치를 설계하여 다중가치 논리 연산을 실현한다.
• 게이트 전압을 재구성함으로써 동일한 물리적 장치가 다양한 논리 기능을 수행할 수 있도록 하여, 단일 트랜지스터 내에서 멀티플렉서를 모방한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비대칭 측면 게이트 바이어스를 통해 전기적으로 형성된 나노와이어의 횡방향 위치를 정밀하게 제어할 수 있는가?
• RQ2 그러한 위치 제어가 단일 트랜지스터 내에서 멀티플렉서 유사 기능을 실현하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ3 단일 EFN 장치 내에서 다수의 안정된 도전성 상태를 얼마나 잘 달성하고 유지할 수 있는가?
• RQ4 제안된 MSET 아키텍처가 재구성 가능한 이진 및 다중가치 논리 연산을 지원할 수 있는가?
• RQ5 기존의 다중 트랜지스터 논리 실현 방식에 비해 MSET의 복잡성과 확장성은 어떠한가?

주요 결과

• 측면 게이트의 비대칭 바이어스를 통해 전기적으로 형성된 나노와이어의 횡방향 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
• 게이트 전압을 조절함으로써 다수의 안정된 도전성 상태를 달성할 수 있으며, 이는 장치가 멀티플렉서로 기능할 수 있음을 의미한다.
• MSET는 단일 물리적 장치 내에서 이진 및 다중가치 논리 기능을 모두 실현할 수 있다.
• 장치 아키텍처는 추가 트랜지스터 없이도 재구성 가능한 논리 연산을 가능하게 하여 회로 복잡성을 감소시킨다.
• 제안된 MSET는 나노스케일 전기적 제어를 통해 고밀도로 확장 가능하고 재구성 가능한 논리 회로로의 길을 열어준다.
• 이론적 분석을 통해 입력 게이트 설정에 따라 다수의 구분 가능한 출력 상태를 지원할 수 있음을 확인하였으며, 이는 멀티플렉서 기능의 타당성을 검증한다.