Graded Channel MOSFET simulation with S-Pisces 2B

Authors

Hartono Siswono, Departemen Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, IndonesiaFollow

Abstract

Graded Channel MOSFET simulation with S-Pisces 2B. Graded-Channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect- Transistor or GCMOSFET is being discussed in this paper. GCMOSFET technology has been developed to meet the growing demand for low power and high performance application. In this paper, it will be shown that, compared to ungraded MOSFET, the GCMOSFET device offers the advantage of significantly higher drive current. The higher drive current is achieved because the effecctive channel length of GCMOSFET is shorter than the ungraded MOSFET’s. From the simulation result with S-PISCES 2B and MATLAB, it can been shown that the ID from GCMOSFET is higher than the ID from ungraded MOSFET. As an example, with VG = 4 V and VD = 4 V, ID from MOSFET is equal with 9.78 e-06 A and ID from GCMOSFET is equal with 16.56 e-06 A. Beside that, as an example, to get ID = 1.13 e-05 A with MOSFET will need VG = 4 V and VD = 4.7 V, and with GCMOSFET VG = 4 V and VD = 1.2 V will be needed. This result has shown that GCMOSFET needs lower supply voltage than the ungraded MOSFET which means that GCMOSFET needs lower power consumption than ungraded MOSFET. From the simulation results, it can be proved that GCMOSFETwith shorter LGC (graded channel region length) will give larger ID than ID from GCMOSFET with longer LGC. As we can see that for VGS = 4 V and VDS = 2 V, GCMOSFET with LGC = 4 μm will give ID = 16,56E-06 A, GCMOSFET with LGC = 3,5 μm will give ID = 17,51E-06 A, and GCMOSFET with LGC = 3 μm will give ID = 18,49E-06

Bahasa Abstract

Penulisan ini adalah suatu analisis terhadap divais Graded-Channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor atau disingkat GCMOSFET. Teknologi GCMOSFET dewasa ini berkembang sebagai salah satu usaha untuk memenuhi kebutuhan divais dalam aplikasi berdaya rendah dan mempunyai performansi lebih tinggi. Pada penulisan ini ditekankan untuk menganalisa keunggulan GCMOSFET dibanding dengan MOSFET ungraded. GCMOSFET dapat menghasilkan output ID yang lebih besar jika dibandingkan dengan MOSFET ungraded. Peningkatan arus ID ini terjadi disebabkan pengaruh graded channel pada divais yang menghasilkan panjang channel efektif yang lebih kecil daripada panjang channel efektif MOSFET ungraded. Dari hasil simulasi dengan berbantuan perangkat lunak S-PISCES 2B dan MATLAB dapat ditunjukkan bahwa ID yang dihasilkan GCMOSFET lebih besar daripada ID yang dihasilkan MOSFET ungraded, sebagai contohnya untuk VGS = 4 V dan VDS = 2 V, ID pada MOSFET sama dengan 9,78E-06 A, sedangkan pada GCMOSFET sama dengan 16,56E-06 A. Di samping itu, misalkan untuk menghasilkan ID = 11,32E-06 A pada MOSFET diperlukan VGS = 4 V dan VDS = 4,7 V, sedangkan pada GCMOSFET diperlukan VGS = 4V dan VDS = 1,2 V. Hal ini menunjukkan bahwa GCMOSFET mengkonsumsi daya yang lebih rendah dibandingkan MOSFET ungraded. Dan berdasarkan hasil simulasi terbukti bahwa GCMOSFET dengan LGC (panjang region graded channel) yang lebih pendek akan menghasilkan ID yang lebih besar dibandingkan dengan ID yang dihasilkan GCMOSFET dengan LGC yang lebih panjang. Sebagai contohnya untuk VGS = 4 V dan VDS = 2 V, pada GCMOSFET dengan LGC = 4 μm diperoleh ID = 16,56E-06 A, pada GCMOSFET dengan LGC = 3,5 μm diperoleh ID = 17,51E-06 A, dan pada GCMOSFET dengan LGC = 3 μm diperoleh ID = 18,49E-06 A.

References

1. J. Ma, H-B. Liang, M. Kaneshiro, C. Kyono, R.Pryor, K. Papworth, S. Cheng, Proceedings of the 1996 International Symposium on Low Power Electronics and Design, California, USA, 1996, p. 129.
2. N.H.E. Weste, K. Eshraghian, Priciples of CMOS VLSI Design, 1st. Ed., Addison-Wesley, Massachusetts, 1985.
3. J. Ma, B.L. Han, R.A. Pryor, S. Cheng, M.H.Kaneshiro, C.S. Kyono, K. Papworth, IEEE Trans. VLSI System 5 (1997) 352.
4. Silvaco International Corp., S-Pisces2B Version 4.09 User Manual, Silvaco Corp., Santa Clara, 1991.
5. The Math Works Inc., The Student Edition of MATLAB for MS-DOS Personal Computers, Prentice-Hall, New Jersey, 1992.

Recommended Citation

Siswono, Hartono (2004) "Graded Channel MOSFET simulation with S-Pisces 2B," Makara Journal of Technology: Vol. 8: Iss. 1, Article 3.
DOI: 10.7454/mst.v8i1.218
Available at: https://scholarhub.ui.ac.id/mjt/vol8/iss1/3