MOSFET 선량계 특성분석을 위한 팬톰 개발 및 특성 비교

정진범,이정우,김연래,이두현,최경식,김재성,김인아,홍세미,서태석,Chung, Jin-Beom,Lee, Jeong-Woo,Kim, Yon-Lae,Lee, Doo-Hyun,Choi, Kyoung-Sik,Kim, Jae-Sung,Kim, In-Ah,Hong, Se-Mie,Suh, Tae-Suk 한국의학물리학회 2007 의학물리 Vol.18 No.1

본 연구는 MOSFET (Metal Oxide Semiconductors Fleid Effect Transistors) 선량계의 교정과 특성분석을 위해서, 자체 팬톰을 개발하고 이 팬톰을 적용하여 표준감도와 고감도 두 종류의 MOSFET선량계의 특성을 비교 평가하는 것이다. 본 연구에서 개발한 팬톰은 직경 10cm의 반구형 모양인 팬톰과 1cm 두께 $30{\times}30cm^2$의 평판형의 팬톰으로 아크릴로 제작되었다. 평판형 팬톰은 MOSFET 선량계의 교정과 선량재현성, 선량직선성, 선량률 의존성을 측정하는데 사용하였으며 반구형 팬톰은 빔 입사각도 및 선량계 방향에 대한 MOSFET 선량계 특성을 분석하기 위해서 사용하였다. 모든 측정과정은 선형가속기(CL21EX, Varian, USA)의 6 MV 광자선, SSD 100cm, 조사면 $10{\times}10 cm^2$에서 수행하였다 선량계 교정과 선량재현성 평가에 사용된 5개의 표준감도와 고감도 MOSFET 선량계에 각각 200 cGy로 5번 반복 조사하여 $1.09{\pm}0.01{\sim}1.12{\pm}0.02,\;2.81{\pm}0.03{\sim}2.85{\pm}0.04mV/cGy$. 범위의 평균 교정계수가 결정되었고 선론쌔현성은 두 선량계 모두 2%이내로 거의 동일하였다. $5{\sim}600\;cGy$ 범위에서의 선량직선성은 두 MOSFET 선량계 모두 결정계수 $R^2=0.997$, 0.999인 좋은 선량직선성을 나타내었다. 200 cGy로 $100{\sim}600\;MU/min$ 범위의 선량률 의존성도 1%이내로 두 선량계가 동일하게 나타났다. 그러나 빔 입사각도와 선량계 방향의 의존성 평가에서, 표준감도와 고감도 MOSFET선량계는 평균적으로 빔 입사각도에 대해 13%, 10%의 변동폭과 ${\pm}4.4%$와 ${\pm}2.1%$의 표준편차가 있었으며, 선량계 방향에 대해 5%, 2%의 변동폭, ${\pm}2.1%$와 ${\pm}1.5%$의 표준편차로 두 선량계 간 현저한 차이를 나타났다 그러므로 여러 방향의 치료빔을 사용하는 방사선 치료의 선량검증을 위해서는 빔 입사각도와 선량계 방향의 의존성이 적은 고감도 MOSFET 선량계를 사용하는 것이 표준감도 WOSFET 선량계를 사용하는 것보다는 더 정확한 선량검증을 수행할 수 있을 것으로 사료된다. This study is to develope a phantom for MOSFET (Metal Oxide Semiconductors Field Effect Transistors) dosimetry and compare the dosimetric properties of standard MOSFET and microMOSFET with the phantom. In this study, the developed phantom have two shape: one is the shape of semi-sphere with 10cm diameters and the other one is the flat slab of $30{\times}30cm$with 1 cm thickness. The slab phantom was used for calibration and characterization measurements of reproducibility, linearity and dose rate dependency. The semi-sphere phantom was used for angular and directional dependence on the types of MOSFETs. The measurements were conducted under $10{\times}10cm^2$ fields at 100cm SSD with 6MV photon of Clinac (21EX, Varian, USA). For calibration and reproducibility, five standard MOSFETS and microMOSFETs were repeatedly Irradiated by 200cGy five times. The average calibration factor was a range of $1.09{\pm}0.01{\sim}1.12{\pm}0.02mV/cGy$ for standard MOSFETS and $2.81{\pm}0.03{\sim}2.85{\pm}0.04 mV/cGy$ for microMOSFETs. The response of reproducibility in the two types of MOSFETS was found to be maximum 2% variation. Dose linearity was evaluated In the range of 5 to 600 cGy and showed good linear response with $R^2$ value of 0.997 and 0.999. The dose rate dependence of standard MOSFET and microMOSFET was within 1% for 200 cGy from 100 to 500MU/min. For linearity, reproducibility and calibration factor, two types of MOSFETS showed similar results. On the other hand, the standard MOSFET and microMOSFET were found to be remarkable difference in angular and directional dependence. The measured angular dependence of standard MOSFET and microMOSFET was also found to be the variation of 13%, 10% and standard deviation of ${\pm}4.4%,\;{\pm}2.1%$. The directional dependence was found to be the variation of 5%, 2% and standard deviation of ${\pm}2.1%,\;{\pm}1.5%$. Therefore, dose verification of radiation therapy used multidirectional X-ray beam treatments allows for better the use of microMOSFET which has a reduced angular and directional dependence than that of standard MOSFET.

Dosimetric Characteristics of Standard and Micro MOSFET Dosimeters as In-vivo Dosimeter for Clinical Electron Beam

정진범,Jeong-Woo Lee,서태석,이동현,최보영,김연실,김재성,김인아,최경식,Sung-Joon Ye 한국물리학회 2009 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.55 No.6

The metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) dosimeters have recently become commercially available. The purpose of this study was to investigate the fundamental dosimetric characteristics of MOSFET dosimeters for clinical electron beams and to compare standard MOSFET and micro MOSFET dosimeters. In this study, five identical standard MOSFET (TN-502-RD) and micro MOSFET (TN-502-RDM) dosimeters were used for measurements. All measurements, with the exception of angular dependence, were performed in a slab-shaped PMMA phantom. For determining the angular dependence of MOSFET dosimeters, a cylindrically shaped PMMA phantom was used. Both MOSFET dosimeters showed excellent linearity against doses measured in the dose range of 50-600 cGy for a electron beam of 9 MeV. The reproducibility of all MOSFETs, excepted one standard MOSFET, was less than ±2 %. The dose-rate dependence of the two types MOSFET was within ±3 %. However, for the angular dependence, standard and micro MOSFETs show remarkable differences relative to gantry angles. This study shows the dosimetric characteristic of standard and micro MOSFET dosimeters for clinical electron beams. Both MOSFET dosimeters are suitable for dosimetry of electron beams in the energy range of 6 − 20 MeV. However, the dose verification of radiation therapy using multidirectional electron beam treatments allows for better use of micro MOSFETs which have a reduced directional dependence compared to standard MOSFETs.

유도성 기생성분에 의한 드레인전류 응답지연을 포함한 SOI MOSFET 고주파모델

김규철(Gue Chol Kim) 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.5

본 논문에서는 고주파에서 동작하는 공핍형 SOI MOSFET의 드레인 전류가 유도성 기생성분에 의해서 응답지연이 일어나는 것을 처음으로 확인하였다. 공핍형 SOI MOSFET는 드레인전압 변동에 따른 드레인전류의 응답지연이 발생하기 때문에 일반적인 MOSFET 고주파모델로는 해석할 수가 없다. 이러한 응답지연은 non-quasi-static 효과로 설명될 수 있으며 SOI MOSFET에서는 일반적인 MOSFET에 비해 유도성 기생성분에 의해 응답지연이 크게 발생하게 된다. 본 논문에서 제시한 고주파모델을 이용하여 공핍형 SOI MOSFET의 드레인 응답지연을 잘 표현하는지 확인한다. In this paper, it was firstly confirmed that the drain current of the depleted SOI MOSFET operated in the high frequency response delay occurs by the inductive parasitic. Depleted SOI MOSFET cannot be applied as a conventional high-frequency MOSFET model because the response delay of the drain current is generated in accordance with the drain voltage fluctuation. This response delay may be described as a non-quasi-static effect, and the SOI MOSFET generated the response delay by the inductive parasitics compared to typical MOSFET. It is confirmed that depleted SOI MOSFET’s RF characteristics can be well reproduced with the proposed method including the drain current response delay.

DC/DC 강압컨버터용 MOSFET의 TID 및 SEGR 실험

노영환,황의성,한창운,양일석 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

DC/DC 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 효율이 높은 전력변환기이다. DC/DC 컨버터는 MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), PWM-IC(펄스폭 변조 집적회로) 제어기, 인덕터, 콘덴서 등으로 구성되어있다. MOSFET는 스위치 기능을 수행하는데 코발트 60 (??Co) 저준위 감마발생기를 이용한 TID실험에서 방사선의 영향으로 문턱전압과 항복전압의 변화와 SEGR 실험에 적용된 5종류의 중이온 입자는 MOSFET의 게이트(gate)에 영향을 주어 게이트가 파괴된다. MOSFET의 TID 실험은 40 Krad 까지 수행하였으며, SEGR 실험은 제어보드를 구현한 후 LET(MeV/㎎/㎠)별 cross section(㎠)으로 연구하는데 있다. DC/DC switching power converters are commonly used to generate a regulated DC output voltage with high efficiency. The DC/DC converter is composed of a MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), a PWM-IC (pulse width modulation-integrated circuit) controller, inductor, capacitor, etc. It is shown that the variation of threshold voltage and the breakdown voltage in the electrical characteristics of MOSFET occurs by radiation effects in TID (Total Ionizing Dose) testing at the low energy γ rays using ??Co, and 5 heavy ions make the gate of MOSFET broken in SEGR (Single Event Gate Ruputure) testing. TID testing on MOSFET is accomplished up to the total dose of 40 krad, and the cross section(㎠) versus LET(MeV/㎎/㎠) in the MOSFET operation is studied at SEGR testing after implementation of the controller board.

이차원 양자 효과를 고려한 극미세 Double-Gate MOSFET 특성 분석

김지현(Jihyun Kim),손애리(Aeri Son),정나래(Narae Jeong),신형순(Hyungsoon Shin) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.45 No.10

기존의 MOSFET는 단채널 현상의 증가로 인하여 스케일링에 한계를 가지고 있다. Double-Gate MOSFET (DG-MOSFET)는 소자의 길이가 축소되면서 나타나는 단채널 현상을 효과적으로 제어하는 차세대 소자이다. DG-MOSFET으로 소자를 축소시키면 채널 길이가 10nm 이하에서 게이트 방향뿐만 아니라 소스와 드레인 방향에서도 양자 효과가 발생한다. 또한 게이트 길이가 매우 짧아지면 ballistic transport 현상이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 2차원 양자 효과와 ballistic transport를 고려하여 DG-MOSFET의 특성을 분석하였다. 또한 단채널 효과를 줄이기 위해서 tsi와 underlap 그리고 lateral doping gradient를 이용하여 소자 구조를 최적화하였다. The bulk-planer MOSFET has a scaling limitation due to the short channel effect (SCE). The Double-Gate MOSFET (DG-MOSFET) is a next generation device for nanoscale with excellent control of SCE. The quantum effect in lateral direction is important for subthreshold characteristics when the effective channel length of DG-MOSFET is less than 10nm, Also, ballistic transport is getting important. This study shows modeling and design issues of nanoscale DG-M OSFET considering the 2D quantum effect and ballistic transport. We have optimized device characteristics of DG-MOSFET using a proper value of tsi, underlap and lateral doping gradient.

1200V급 SiC 기반 트렌치 게이트 MOSFET의전기적 특성에 관한 연구

김유림,이동현,김민서,최진우,강이구 한국전기전자학회 2023 전기전자학회논문지 Vol.27 No.1

This research was carried out experiments with changing processes and design parameters to optimally designa SiC-based 1200V power MOSFET, and then, essential electrical characteristics were derived. In order to securethe excellence of the trench gate type SiC power MOSFET device to be designed, electrical characteristics werederived by designing it under conditions such as planner gate SiC power MOSFET, and it was compared with thetrench gate type SiC power MOSFET device. As a result of the comparative analysis, the on-resistance whilemaintaining the yield voltage was 1,840mΩ, for planner gate power MOSFET and to 40mΩ for trench gate powerMOSFET, respectively, indicating characteristics more than 40 times better. It was judged that excellent resultswere derived because the temperature resistance directly affects energy efficiency. It is predicted that the devicesoptimized through this experiment can sufficiently replace the IGBT devices generally used in 1200V class, andthat since the SiC devices are wide band gap devices, they will be widely used to apply semiconductors forvehicles using devices with excellent thermal characteristics. 본 연구에서는 SiC 기반의 1200V급 전력 MOSFET을 최적 설계하기 위하여 공정 및 설계 파라미터를 변화시키면서 실험을 수행한 후, 필수적인 전기적 특성을 도출하였다. 그리고 최종적으로 설계하고자 하는 트렌치 게이트형 SiC 전력 MOSFET 소자의 우수성을 확보하기 위하여 플래너 게이트 SiC 전력 MOSFET을 같은 조건하에 설계하여 전기적인 특성을 도출하여 트렌치 게이트형SiC 전력 MOSFET 소자와 비교 분석을 하였다. 비교 분석한 결과, 항복전압을 그대로 유지한 상태에서 온 저항은 각각 플래너게이트 전력 MOSFET은 1,840mΩ, 트렌치 게이트 전력 MOSFET는 40mΩ으로 약 40배 이상 우수한 특성을 도출하였다. 온 저항은에너지 효율에 직접적인 영향을 끼치는 바 에너지 효율에 있어 우수한 결과를 도출한 것으로 판단되었다. 본 실험을 통해 최적화된소자는 1200V급에 일반적으로 사용되었던 IGBT소자를 충분히 대체 가능한 것으로 판단되었다.

하이브리드 MOSFET-CNTFET 기반 SRAM 디자인 방법에 관한 연구

조근호 한국전기전자학회 2023 전기전자학회논문지 Vol.27 No.1

More than 10,000 Carbon NanoTube Field Effect Transistors (CNTFETs), which have advantages such as highcarrier mobility, large saturation velocity, low intrinsic capacitance, flexibility, and transparency, have beensuccessfully integrated into one semiconductor chip using conventional semiconductor design procedures andmanufacturing processes. Three-dimensional multilayer structure of the CNTFET semiconductor chip and variousCNTFET manufacturing process research increase the possibility of making the hybrid MOSFET-CNTFET semiconductorchip which combines conventional MOSFETs and CNTFETs together in a semiconductor chip. This paper discussesa methodology to design 6T binary SRAM using hybrid MOSFET-CNTFET. By utilizing the existing MOSFET SRAMor CNTFET SRAM design method, we will introduce a method of designing a hybrid MOSFET-CNTFET SRAM andcompare its performance with the conventional MOSFET SRAM and CNTFET SRAM. 높은 캐리어 이동도, 큰 포화 속도, 낮은 고유 정전 용량, 유연성, 그리고 투명성을 장점으로 가진 CNTFET(Carbon NanoTubeField Effect Transistor) 10,000개 이상을 현존하는 반도체 디자인 절차와 공정 프로세서를 활용하여 하나의 반도체 칩에 집적하는데 성공하였다. 제작된 반도체 칩의 3차원 다층 구조와 다양한 CNTFET 생산 공정 연구는 기존 MOSFET과 CNTFET를 하나의반도체 칩에 함께 사용하는 hybrid MOSFET-CNTFET 반도체 칩 제작에 대한 가능성을 보여주고 있다. 본 논문에서는 hybridMOSFET-CNTFET을 활용한 6T binary SRAM을 디자인하는 방법에 대해 논하고자 한다. 기존 MOSFET SRAM 또는 CNTFETSRAM 디자인 방법을 활용하여 hybrid MOSFET-CNTFET SRAM을 디자인 하는 방법을 소개하고 그 성능을 기존 MOSFETSRAM 그리고 CNTFET SRAM과 비교하고자 한다.

채널 폭에 따른 MOSFET 문턱전압 및 전류 변동성에 관한 시뮬레이션 분석

정인영(In-Young Chung),박찬형(Chan Hyeong Park) 대한전자공학회 2018 전자공학회논문지 Vol.55 No.6

짧은 채널 길이와 긴 채널 너비를 갖는 MOSFET은 너비 방향으로 불균일한 채널 불순물 농도를 갖게 되며, 이에 의해 너비 방향으로 각 지점에서의 MOSFET 채널은 서로 다른 값의 문턱전압을 갖게 된다. 본 논문에서는 넓은 폭의 MOSFET을 문턱전압이 정규분포의 변동성을 갖는 W/L=1인 단위 MOSFET의 병렬연결로 모델링하여 SPICE 모델 파라미터를 활용한 시뮬레이션 기법으로 폭의 길이에 따른 전류-전압곡선의 특성을 분석한다. 이 분석을 통해 MOSFET의 폭이 넓어질수록 문턱전압이 낮아지고 문턱전압 이하 영역에서의 전류곡선의 지수기울기가 감소하는 것을 파악한다. 또한 문턱전압 부근과 그 이하 영역에서 MOSFET 너비에 따른 전류의 분포를 예측함으로써 전류 매칭에 유리한 MOSFET의 크기와 바이어스 조건을 제시한다. 이러한 분석 결과는 문턱전압의 변동성을 잘 견디는 초저전압 동작 아날로그 회로의 설계에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. Short-channel length and wide-channel width MOSFET’s have nonuniform channel doping density along the channel width, making local threshold voltage along the width different We develop a wide-width MOSFET model by the parallel connection of unit MOSFET of W/L=1 with its threshold voltage normal-distributed. The current-voltage characteristics with respect to the width are analyzed by simulation method employing SPICE model parameters. This analysis shows that the threshold voltage becomes lower and the slope of the logarithmic value of current over the gate voltage in subthreshold region decreases as the channel width increases. Furthermore, by predicting current distribution with respect to the width around the threshold voltage and in the subthreshold region, a MOSFET size and a bias condition are presented for optimal current matching. These analysis results are expected to be used for the ultralow-voltage analog circuit design which is robust against the variability of threshold voltage.

비균일 100V 급 초접합 트랜치 MOSFET 최적화 설계 연구

노영환(Young Hwan Lho) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.7

전력 MOSFET(산화물-반도체 전위 효과 트랜지스터)는 BLDC 모터와 전력 모듈 등에 광범위하게 사용하고 있다. 기존 전력 MOSFET 구조는 온-저항과 항복전압사이에 절충(tradeoff)이 필요하다. 이러한 절충을 하지 않고 최적화를 하기위해 비균일 초접합 트랜치 MOSFET 를 설계하는데 동일한 항복전압에서 균일 초접합 트랜치 MOSFET보다 낮은 온-저항을 갖도록한다. 이를 위해 드리프트 영역에서 우수한 전기장 분포를 달성하기 위하여 선형구조의 도핑 프로파일을 제안하고, 단위 셀 설계, 도핑농도의 특성분석, 전위분포를 SILVACO TCAD 2D인 Atlas 소자 소프트웨어를 사용하여 시뮬에이션을 수행하였다. 결과로 100V 급 MOSFET에서 비균일 초접합 트랜치 MOSFET가 균일 초접합 트랜치 MOSFET보다 온-저항에서 우수한 특성을 보여주고 있다. Power MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) are widely used in power electronics applications, such as BLDC (Brushless Direct Current) motor and power module, etc. For the conventional power MOSFET device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-state resistance and breakdown voltage. In order to overcome the tradeoff relationship, a non-uniform super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure for an optimal design is proposed in this paper. It is required that the specific on-resistance of non-uniform SJ TMOSFET is less than that of uniform SJ TMOSFET under the same breakdown voltage. The idea with a linearly graded doping profile is proposed to achieve a much better electric field distribution in the drift region. The structure modelling of a unit cell, the characteristic analyses for doping density, and potential distribution are simulated by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas. As a result, the non-uniform SJ TMOSFET shows the better performance than the uniform SJ TMOSFET in the specific on-resistance at the class of 100V.

DC/DC 강압컨버터용 MOSFET의 TID 및 SEGR 실험

노영환(Young Hwan Lho) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.11

DC/DC 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 효율이 높은 전력변환기이다. DC/DC 컨버터는 MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), PWM-IC(펄스폭 변조 집적회로) 제어기, 인덕터, 콘덴서 등으로 구성되어있다. MOSFET는 스위치 기능을 수행하는데 코발트 60 (60Co) 저준위 감마발생기를 이용한 TID 실험에서 방사선의 영향으로 문턱전압과 항복전압의 변화와 SEGR 실험에 적용된 5종류의 중이온 입자는 MOSFET의 게이트(gate)에 영향을 주어 게이트가 파괴된다. MOSFET의 TID 실험은 40 Krad 까지 수행하였으며, SEGR 실험은 제어보드를 구현한 후 LET(MeV/mg/㎠)별 cross section(㎠)을 연구하는데 있다. DC/DC switching power converters are commonly used to generate a regulated DC output voltage with high efficiency. The DC/DC converter is composed of a MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), a PWM-IC (pulse width modulation-integrated circuit) controller, inductor, capacitor, etc. It is shown that the variation of threshold voltage and the breakdown voltage in the electrical characteristics of MOSFET occurs by radiation effects in TID (Total Ionizing Dose) testing at the low energy γ rays using 60Co, and 5 heavy ions make the gate of MOSFET broken in SEGR (Single Event Gate Rupture) testing. TID testing on MOSFET is accomplished up to the total dose of 40 krad, and the cross section(㎠) versus LET(MeV/mg/㎠) in the MOSFET operation is studied at SEGR testing after implementation of the controller board.