AI 등의 다양한 분야에 활용할 수 있는 산화물 반도체 FET의 SPICE 모델이 인기를 끌고 있다. SEL과 실바코가 공동 개발한 결정 산화물 반도체 CAAC-IGZOⓇ FET (c-axis aligned crystalline indium-gallium-zinc oxide FET)은 누설 전류가 극히 낮아 메모리, IC를 포함한 반도체의 전력 소모를 크게 감소시켜준다.
이에 따라 점점 가까이 다가오는 AI 시대에 전력 소비 감소에 도움이 되는 핵심 소자가 될 것으로 보인다. 지금까지는 회로 설계에 필수적인 SPICE 시뮬레이션용 컴팩트 모델을 이용할 수 없었으므로 시뮬레이션을 통해 상세한 회로 특성을 재현하는 것이 어려웠다.
공동 개발한 CAAC-IGZO FET용 컴팩트 모델은 CAAC-IGZO FET의 물성과 동작 모드를 확장한 전하 기반 모델로 멀티-게이트 핀펫의 산업 표준 모델인 BSIM-CMG를 기반으로 한다. 이 새로운 컴팩트 모델은 산화물 반도체 FET의 특성을 충실히 재현해준다.
새로운 SPICE 모델 카드는 SEL의 측정 데이터를 활용해 실바코의 SPICE 모델 추출 툴, Utmost IV로 생성했으며 실바코의 고성능 회로 시뮬레이터, SmartSpice로 검증했다. 이 모델은 SEL의 CAAC-IGZO FET 기술을 사용하는 제휴사들이 사용하게 된다.
컴팩트 모델의 장점
– 산화물 반도체의 축적 모드 동작을 모델링
– L/W 확장성 및 온도 의존성 모델링
– Fin 형상을 갖는 멀티-게이트 구조 지원
– 바텀 게이트에 의한 임계 전압 제어 모델링
– 계면 트랩 전하 및 서브갭 부분 전하 모델링
– 업계 표준 Verilog-A 언어로 구현
CAAC-IGZO FET는 백 게이트가 있어 탑 게이트에 독립적으로 전류를 제어한다. 회로 시뮬레이션에 적합한 모델이 없어서 한계를 가졌던 설계 문제가 해결된 것이다. 산화물 반도체의 난제 중 하나인 컴팩트 모델 개발로 인해 CAAC-IGZO FET 기술로 개발한 많은 애플리케이션에서 본 SPICE 모델이 넓게 쓰일 것으로 보인다.
CAAC-IGZO FET의 컴팩트 모델에 관한 내용은 아래를 참고하면 된다.
https://ewh.ieee.org/conf/edtm/2021/
