ΠΟΛΤΣ ΧΝ ΙΟ ΚΡΗΣΗ ΜΑΝΑΡΩΛΗ Ξ ΝΟΦΩΝ

Transcript

1 ΠΟΛΤΣ ΧΝ ΙΟ ΚΡΗΣΗ ΣΜΗΜΑ ΗΛ ΚΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΙ ΣΩΝ ΙΠΛΩΜΑΣΙΚΗ ΡΓΑ ΙΑ Μ ζϋ β Θκλτίκυ Χηβζμ υχθ β μ δ Ϊι δμ zero - VT MOSFET ΜΑΝΑΡΩΛΗ Ξ ΝΟΦΩΝ Ξ ΣΑ ΣΙΚΗ ΠΙΣΡΟΠΗ: Αθ. Κγβΰβ μ Matthias Bucher ( πδίζϋπωθ) Κγβΰβ μ Κωθ θ έθκμ ΜπΪζμ Αθ. Κγβΰβ μ υ τχδκμ Κκυ λκτζβμ

2 ABSTRACT CMOS ί θ ί ι ί ί ι ή έ. Έ ι ι ύ ι ή ι ι ί,, ι scaling. ί ι έ ι φ ώ ι ώ ώ ι ύ ι ι ιώ, έ ι ί ι ί ί φ ί θ ί ι ι ι ί ί ώ ώ. ή Native MOSFET έ ι φ έ ί ι ι ι ι ή ι ί ή ι ύ ί ι ι ι έ ι ι., έ ι ι έ MOS ιώ ί ι θ β ώ ή ί ί ί ι ι ιί ι ύ ί ι ι ί ι ι φ ιφ ι ί. ι ί ι ί έ, ί ι ι ι RF φ έ έ ή VCO) ι ι ι ί ή θ β φ. Ά ώ ί ι ί ι flash ή ι CMOS image sensors. Ό θ β ι ί / ύ θώ ι flicker ή /f θ β ί ι ι ύ ύ ι φέ θ ύβ ώ ή. ώ ι ί ί ι ή ιφ ι ι ί ι ύ trapping-detrapping θ ύθ φ ί ι ύ ι ί ι ι ίέ ί φι ή ι έ ι έ Lorentzian φ ί. ύ ί ιθ ί, ι ιί ί ι ι ώ έ, θ ή ι ι έ θ Lorentzian φ ι ι έ φ ι φ ιώ /f θ β. ίι ή ί, ι ή έ ι ή ι β θ ύβ ώ ή Native MOSFET ιήθ ι ώ φ. ί ήθ ι ύθ ή ι ι ι ή. m CMOS ί ώ έ ιήθ ι ιώ ι έ. έ ι ή ι β ι ι ι έ θ ύβ ώ ή ι ι ί ι θ ή ι φή ώ φί ι έφ ι ι ή ι φή ώ ί ί θ ύβ ι ι θ ύβ ύ ι ι ι ι. έ, φί ι ι ι Native ι ι έ ί ί ι ί θ ύβ β ι έ ι ι ύ β ι έ β.

3 Α ι θ ήθ ι ή θ θέ ή ί θώ ι έ ι θ ήθ έ ί ι θ ι βήθ ι ώ ί. ί ι ή ι ή. ή. Matthias ι ύι ι ώ ι έφ ί Bucher ι βήθ ι.. ι ι, ι ι ύ έ ι, ί φ ι ι έ έ ι ή ι βήθ ι ι

4 ABSTRACT... Α... 3 Α ι ι θ 1.1 ή 1. Α Α Α... 6 ι ή ή MOSFET ι..3 ί MOSFET... 8 Native MOSFET...10 Α 3. Α MOSFET...13 ι ι θ 3.1 β...13 ύ ι θ ύβ MOSFET ι θ 3..1 β β β ή β ι Fli ke θ β ι ι ι ή ί / ι ύ ιθ ύ φ έ β ή ι 4. /f θ ύβ...1 ή...3 ύ /f θ ύβ φ 4.3 ί 4.4 MOSFET...17 Α Α...3 ι ι ι ύ 4.1 ύ RTS...15 /f...16 Α Α 4. ή SID PSDs) Native MOSFET - W/L= / Native MOSFET - W/L= / Native MOSFET - W/L=. 5. ί... 5 ί... 5 MOS. β MOS.. ί ι Nati e MOSFETs.. ί ι Nati e Α /. ι...39 έ Sta da d MOSFETs...4 ι ιφ ι...46 Α Α...49 References...51

5 1. MOS 1.1 χ θ β ι ή ι ι ι ι ι ι ί, ί ι θ ιθύ ι ύ ί ιώ ι φ ί ή ι θ ί ι ι θ ή έ ι ώ ί ι ί. Ό φ ι ι ι έ ι ι, θ β ί ι ι ί ι ι έ ί ι ύ ή ι. ι ι ι MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), θ β ύ ή SID ή θ β ι ύ ύ SVG ι ύ ι ι ι ύ ή ι ύ ί ι. Α ι ί έ ι ι ι, έ ί ι β ή ι ή ύ ή ύ ί έ ι ή. ύ ί ι ι ύ ι έ θ ύβ MOSFET, θ ι θ β ι θ β ώ ή LF θ β ί ι ι /f ή flicker θ β ι ύ ι ι ιφ θ ύ ι. ι, βι ή ή LF θ ύβ MOSFET, ί ι θ β ι ί / ύ RTS β ι ώ ι ί ι έ ι ι έ ϋ θέ ι ί ί /f θ β. έ έ MOSFET ί ή ι ί ι θ β β ή (shot). ί ι, ι ύ φ έ ι έφ, ύ ι ί LAN, Bluetooth, WiMAX ι ιύ ι. βι ή ι ί ι ή, ή ι έ CMOS ί έ ή ιφ ι ώ ι ώ έ chip. Α ι, ι ι ι ώ ί CMOS, ι β ή ι ί έ θ ύβ ί ι ι MOS ι ι. ι ι έ ι ώ ι έ, ώ θύ ι ί ι ί β θ ύβ ι ι φ ί ι θή ι έθ ι ύ, ι ι ύ ι ιύ ι ι ι ι φέ ή. [1- ] ί ή ι ώ ι ί θ β ώ ή ί ι ή φ ί ZVT, Native MOSFET. LF θ β ί ι ύ ί ; flicker ή /f θ β ύ ι ι ι RTS θ β ι. φ ι ή ι ύ flicker θ ύβ ί ι ι φ έ ι ή fc. LF θ β ί έ ι έ ι ι ί ι ώ ι RF φ ώ. ι ι, ι φώ ι ιθύ θ β φ ώ ώ VCO έ ι ι ί ι ι φ ί ι ι ι ή. ί LF θ β ι ι φ ιφ ι ι ι ι έ ι έ ι ι ί ι ί έ ι ι ι έ ι ώ MHzs ύ θύ. ι, έ LF θ ύβ ί ι ύ ι ή ι ιί ι MOSFET ι ή φ ί ι έ ί ι έ ιθέι βιβ ι φί. 1. ι ή ι ή ί ώ ι ή: φ ι ί ι ι ι ή θ β ι ί MOSFET ι ι. ι ί LF θ β ί ι ι ι ί ή έ. έ ι φ ι, βι ή ή ι ι ί

6 MOSFET ι ι ώ θ ί ι φή βι ώ ι ι ώ MOSFET ι ή φ ί. φ ι, LF θ β MOSFET ι ι ώ φ ιφ έ ι ή ι β. φ ι, ι ι ή ι ι ί θώ ι έ ί ή ι ι. έ, φ ι 5 ίθ ι ι έ.

7 ..1 MOS MOSFET ι ί MOSFET, ύ ι ι ί, θ ί ι ί ί. ι ι έ, ι ί φ ί ι, ύ ύ ώ, θ ί ι ι ύ ύ ώ. ί FET θ ύ ι έ ύ ίθ ι ι ί ί ι έ ύ ύ. Α ή βι ιφ ί έ ι FET θώ ι έ ύ. MOSFET ί ι ι ι ώ ι ι ι ι έ ι ι, ί ί ύ ι ύ ι ι ώ. Έ ι έ -channel MOSFET (NMOS) ι P-channel MOSFET (PMOS) ί ι ύ β ί ι ή.. ι έ ι έ MOSFET ί ι: ύ Gate-G), ή Source-S), ώ (Body or Bulk-B) ι ή Drain-D). ι ι ι ι ή ιφ ι ύ ύ ι ι ι. ί ύ ι ή θ ί ι ι ύ ώ ή ι ή. ή. : NMOS-PMOS ι ύ β [3] ή., ι ή NMOS ί ι ί ι. έ ώ θ ί ι ι ί ι ί ι έ NMOSFET ήθ ί ι έ ι p- ύ. έ ύ ί ι ι ώ ι ιφ ι β ί ι έ ι ώ φέ θ ι ι. ι έ ι ή ί ι ι ί ι ι ί SiO). ι ύ ι ί ι, ύ έ ι έ ι ί ι ι, ι έ ύ ήθ ι ιύ ι. ύ έ ι ί ι ύ θ doping) ή ι ή ι ίθ ι []. έ ι, ύ ι ι έ ί ι ι ύ ι ύ ή- ώ ι ή- ώ. Έ ι ύ ι θ ιώ ι ι NMOS ί. VS VB VS VB 0 VSB 0 VD VB VD VB 0 VDB 0 VD VS VD VS 0 VDS 0 (.1)

8 VS ί ι ι ή, VD ί ι ι ή ι VB ί ι ι ώ. NMOS, έ ή έ ι ι ύ. ή., ί ύ θ ί ι ι ι ί ύ ώ ή ι ή. ή. : ι ή NMOS ί [ ] ι ι ή ι, ί ι ι ι ι ή ιύ ύ ή ι ή. p- ύ ι β ί ι, ώ ι ι ύ ι έ. Α ύ, φ ί ί ι ύ ύ ή ι ή n- ύ ι NMOS), ύ ι θύ ι έ ώ φ έ ή ι ί ι ι ή ύ ύ ή ι ή, ι ί. ιύ β ί ι W (Width) ι ή L (Length). ή ιύ L ι ή Tox), ί ύ ι CMOS θώ έ ι CMOS ιώ φ ί ι ί ώ ύ ι. Έ PMOS ί έ ι ιβώ ί ι ή ίθ ι έ NMOS φί ι ή.. ί βι ή ιφ ί ι ι φ PMOSFET ι ί ι NMOSFET ι CMOS ί, ί ι ί ι ί ι nύ ι ή έ p- ύ. Α ή ι ή ι ι n- ύ n-well). ι ιώ ι. ι PMOSFET ί ι ί ι ι ιώ ι. NMOSFET) ι θ ώ ι ι ή ί ι ύ ι ή. VS VB VS VB 0 VSB 0 VD VB VD VB 0 VDB 0 VD VS VD VS 0 VDS 0 (.)

9 ή. : ι ή. ί [ ] MOSFET ή. : NMOS Ό ώ φ φ έ PMOS ί ή [3] ύ MOSFET έ ι ι ή (VGS=0), ι ύ pn ί ι ύ p- ύ ι n- ύ ή ι ή, έ ι ι, ι ι ύ ή ι ή (VDS>0). Ό ύ ι VGS>0) ώ ι ι VDS=0), ύ ι ί έ ή ι έ ι, θύ ι ύ έ φή ι ι ύ. Ό ύ φ ι ι ι έ ι ή ι φ ί

10 (VGS=VTH), έ n- ύ [] ή.. ι φ ί ι ή.5: NMOS ί ι ί ι ι ώ ι φή inversion) ή [ ] φ ί ύ ή ι ή VDS>0), θ ι θ ί ύ ι φ ί ι ύ ι ή ή. ι ι έ ι έ VDS, ύ ι DS) ι ι ι ύ ι έ VDS, ύ φ ι ι ι. Α βί ι ι ί ή ι ή ύ, ή ί ι ί ώ ι ι έ ι ι ι ι ι Pinchoff) ώ ή ί ι ι ί depletion) φί ι ή.. Α έ ι ύ ι έ ι ι ή ύ ιύ VDSSAT) ι ι ή ι ή (linear) ι ι ή ύ saturation). ι ή VDSSAT ι ι VGS θώ ι ή ι []. Ό φέ θ ι, ύ ί ι ύθ ι ι ί ι φή ι. ι φή ι ί ι ι ι έ ί ι φή ι. θ ή ι φή Weak Inversion) ί ι ι ή έ n φ έ ι ί ι ύ ή έ φ έ ί ι ni ι έ θ doping) NA. Ό ύ ι ι ί ι ύ φ ί, ι έ ι Moderate) ι έ ι ι ή Strong) ι φή. ι ι ύ έ ι έ, έ n φ έ ι ί ι ύ έ θ NA. ι ύ ώ ύ ι ώ ί ι θ []. ί ι ι ώ ί ή ι φή Inversion Coefficient-IC), ί έ ιθ ι έ ι ι φ ί ί ι φή ι ι ί έ έ ι ι φή [ ].

11 IC ID I 0 W / L I 0 n C U ' OX (.3) T I0 ί ι ύ ί, n ή ί θ ή ι φή, μ ι ι φ έ ι C'OX ι ι ί ιφ ι. ι IC<0.1, β ι θ ή ι φή, ι 0.1<IC<10 έ ι ώ ι IC>10 ι ή ι φή. ι CMOS ί, έ ι ι φή θ ύ ή ώ ι έ φ ί έ ι ιώ ι, έ ι ι ι θ ή ι φή ύ ί ύ ι έ ι ι ώ ήθ ι ι ι ή ιφ έ ι ι έ..3 Native MOSFET ί ι έ ι φ ώ ι ώ ώ ι ύ ι ι ιώ, έ ι ί ι ί ί φ ί VDD θ ί ι ι ι ί ί ώ ώ. ίέ ι ί ι ύ VLSI. ι έ ι φ ώ ί ι ύ ί, ι ί ι ί ι ι ύ ι ί ι ή. ι έ φ έ θ ή ιθ ή ή ή φ ί ι έ έθ ώ. ι, έ ι ύ ή φ ί ή ι ύ, ι ί ί ι ι ιί ιθ ή ί ύ έ ι, ή ώ ι έ ι ι έ ι ύ ί. ί ί ι ι ί ι έ, θ ί ι ί, έ ύ ή ύ high-speed ι ύ ή ι ύ Ult a-low-power). ι ιώ β ι MOSFET ί ι ι ί ι ύ ι θύ. Έ ι ι ι ιύ ι MOSFETs ι ή φ ί (ZVT, Native MOSFET) ί έ ή ι ύ [5]. O VT Ze o Th eshold Voltage MOSFET ή ι ή φ ί ί ι ι ί ι ι ι ι έ ί, φ ί β ί ι ύ έ. ί ι ιύ ι ι φέ ή ή ι ι ι ύ ή ι ή ι θι έ ί. Native MOSFET φ ί έ ί ι ή ι θ ί ύ ή ί ι ί / ύ ύ. Native MOSFET ι % ι ή φ ί, ί ι ή ώ ι ι ύ ι ι έ. ι ή φ ί ί ι ι ύ ι ή ι ή DS = A ι VDS=. V ύ ί ι VGS=0. ί ύ ι ι θύ ι MOSFET θώ ή ι ύ ι ιφέ ι fi ed ί ι ύ ί ι έ. ι ή ύ ί ιώ ι ι ι ί IDS ι ι ώ ί VBS=-0.4 V, ι έ ί ί ι ώ ι Tu ed off. Native MOSFET ιώ ή ίφ ί ή ι έ, ώ ί ί ι έ GND ή V+. Α ι ι ί ι ιώ ι ί ή ή ι ι ι ύ ί ι ι ι, ι ιί ι ώ ι ι ί ι ή ι ί. έ Native MOSFET, έ ι ύ ι ί ί ώ ι ί ι ι ή φ ί [5].

12 ή.6: ID vs. VDS ι standard, ή φ ί ι Native ί (W/L=3 m/0.4 m) [6] ί φ ί έ, ι ι ι β ή ύ ύ ι ή. ι ί ί φ ί ί ι ι ύ θώ ι θ ι doping) ί ί ι ή ί ι έ ι έ ί. Έ Native MOSFET έ ι έ ι doping έ ι ώ β ι ή ι φή ί ι ι έ ι ή φ ί. Native MOSFET ι ι standard MOSFET ι έ ί ι ή ή. ιφ ι βή θ ί ι. Native MOSFET ί ι ήθ n- ύ. ή.7: ι ι ι ι standard (W/L=0.84 m/0.1 m), ή ((W/L=0.84 m/0.1 m) ι Native (W/L=3 m/0.4 m) MOSFET ί [6] φ ί

13 ή. ι ι ι ύ ι ύ standard (VTH=300mV), ή φ ί (VTH=45mV) ι ι ή φ ί Native) (VTH=5mV) MOSFET ι nm CMOS ί. ι ι ι ή ύ, ιφ ύ VDS ί ι ι ύ ί ι έ Native ί ί ι έ MOSFET [6]. ή., ι ί ι ύ ι ι ι ι ι ι ι ι ί ί ι ή έ ι ύ ι [ ]. ή φί ι έ Native MOSFET ι φ ί. V ι ί ι ύ ι ή.

14 3. MOSFET 3.1 'Ό φέ θ ι ι, θ β ί ι ι ί ι ί ι έ ι ι ι ι ύ ή MOSFET. Α έ ι ι ι ύ φ ί ή ι ι θ ύ ι ιθύ. ι ί ι, θ β θ ί ι έ ι ή ί ι έ ι ύ ώ θ βι Signal to Noise Ratio-SNR) θ ί ι ύ ι ι ώ. ι θ β ί ι έ ι, ι ι ή, ί ι ι ι ή ί β φθ ί ι ή ι ή ι ι ύ ι έ ί ι έ. ι ί ί, θ β ι ι έ ι ι ι ώ ί θ ί ι ή ιφ. έ ι έ ύ ή ί ι ι ώ έ ύ β έ βι έ ι ι θ ύβ έ ι ύ θώ ι ι ή ύ Power Spectral Density-PSD). έ ι ύ θ ύβ ί ι ί : T 1 P v lim t dt T T 0 (3.1) χ(t) ί ι έ ι ή, θ β ί ι Pv φ ι V ί ι W ι ι θύ ι ι ί. ι φ ί φέ ι έ φ ί ί ύ ι ί ιι ώ Pv ί φ ί. ί, φ θ ύβ PSD) ι ι ί ι ι ι ί έ ι ύ ή φέ ι θ. Έ ύ ι ί PSD, ί ι ι ιώ Fast Fourier Transform (FFT) ι ύ ή : S f lim T Ό S(f) ί ι PSD θ ύβ X( f ) (3.) T ι X(f) ί ι FFT. ή 3.1: ι ύ ύ ί ί

15 ή. ι ί ι ι ύ ι ί θ ι ύ φι έ ι έ ι 3. ύ ι ί. Α ή ι ί ι θ β ύ ι ύ ι έ β ι ώ ι. MOSFET ί, ι βι έ έ θ ύβ έ MOS ί ι ι. ώ, θ ι θ β ι ι, φ ί ί ι. θ β β ή ύ MOSFET φέ ι ί. θ β ώ ή ί ι ί ι έ ι ή ί ι ί ί θ ι ι LF θ β ιύ ι, έ ί PSDs ή.. LF θ β ί ι flicker (1/f) θ β ι, ι ι ι ι ι, θ β ι ί/ ύ (RTS). θ ι ι LF θ β ύ φ ι ύ θ β ύ φ ή θ β θ β φ ύ θ β ι φί ι ή.. ή. : PSD θ ύβ ή. : ή θ ύβ φ ύ ή έ MOSFET [3] ύ ι ι ύ ή[ ] ή θ ύβ ύ φ

16 έ φ ί ι: ι ι ί ι ι ή PSD θ ύβ SVG 3..1 ύ θ ύβ S ID g m ι ι (3.3) θ β ι ί ι ή. έ ι ι θ ι θ β ή θ β Nyquist ή θ β Johnson. ι ί ι ί έ ι θ ι ή ί ί φ έ φ ί. MOSFET ί φ ί θ ι θ β ι ί ι ώ ί ι ύ φ έ. ι ή έ έ ι θ ί ι θ ι θ β MOSFET [1-]. φι ύ ιύ έ ί θ ι θ β φι ύ ύ, φι ι φ ή ιύ ι φι θέ φ έ. PSD θ ι ύ θ ύβ ι ί ί ι : SVG 4kTR V / Hz Ό k ί ι Ohm. θ (3.4) θ Boltzmann (J/K), T ί ι θ ί ι R ί ι ι θ β MOSFET ί ι ί ή: S ID,THERMAL 4kT L Qinv A / Hz Ό Qinv ί ι ι φ ί ι φή ι. ι ι ι ή PSD θ ι ύ θ ύβ ί ί ι έ ι ι ή MOSFET, ί ι : SID,THERMAL 4kT gms A / Hz ι ή ί (3.5) έ ι ι ι ι ή ι ι (3.6) Ό ί ι ί / θ ή ι / ι ή ι φή [7]. θ ι θ β ι ι φ ι " " ί ι ι ί ι. ι ι ί ύ έ ι -RF), έ ι ή ύ θ ι ύ θ ύβ ύ ί ί ί ι ί - ι ύ θ ύβ Non Quasi Static-NQS) ή ιώ θ ύβ ί ι ύ Induced Gate Noise). ι έ ί θ ι ύ θ ύβ ί ι ώ. 3.. θ β β ή ί ι ί ή θ ύβ MOSFET έ ι ύ ι ή ύ (Gate Leakage Current-IG). ι, ί ι ι ύ ι έ ι ι pn φή ι ί ι ι ύ ύ ι ί ι ι ή φύ ί ι ι. ι ή ί ι IG ι ί ι :

17 SID, SHOT qig A / Hz 3..3 / (3.7) (RTS) θ β ι ί/ ύ ί ι ι ι ί ί, φ ί ι ύ ι ι έ ι θ ώ ι ί ι MOSFET (trapping/detrapping effect). Ό ί ι ίθ Drift) ι ι Diffusion) ύ ι βι έ ι ί ι ί ι ί ι ύ έ ύθ φ έ. Ά ι ί φέ ι ι ί ώ φ έ ώ φέ ι trapping/detrapping φι ι ι ι. θ β ώ ή MOSFET ί ι έ έ ι ί φ ί. ι ί ή, ι ι ί ι MOS ί ιέ ι ι έ έ ι defects) ι ί ι ύ ι ί. ώ ί.έ ύθ φ ί ί ι ί ι φι θ ί ι ι ι ι ι έ ι φθ ί ί. ι ι, ι ί ιφ ι ύ ι έ quasi-fermi ί EF) ιφ ι, ί φ ί ώ ι ί ιφ ι ύ ι έ quasi-fermi ί, θ ύ ι ι. ι ί ιφ ι ύ ι έ ι k 'o EF ί ι ι ίι ί. Α έ έ ιθ ί έ ι ύθ φ ί ι έ ι έ ί ι. ή ύθ φ ί έ ι ι ι βί ι ι ί θ ι ή έ ι ι ύ έ. Α ί ι ι trapping/detrapping ί ι ι ι ι ι ι. θ έ ι ί ι έ ι ή ί ι ι ιθ ι ι ι φ έ ι έ ύ ιύ ί ι ί ι, ί ί ι ί θ ύβ ι ί/ ύ [8]. θ έ ι ι ή ι ί trapping/detrapping ί Random Telegraph Signal (RTS) θ β ί ί φ ι έ Lorentzian PSD ί [1], [3], [9-10]. ή.,έ ύθ ι ι ύ ι, ι ί ι. ή. :Έ ι ι ύ ι ί ι MOSFET

18 3..4 Flicker (1/f) Ό έ ι φ θ ί, flicker θ β έ ι έ PSD ι φ ι ί ι ι ι θ β /f. ι ύ ι ι έ ι ή fc. ι ί ί ι ι ύ fc ύ CMOS ί, flicker θ β ί β ι ι φ β ύ ύ ί, ί ι ι ιί ι. ή., έ PSD φ ή θ ύβ ύ Native MOSFET ι ι. " θ ή" /f ιφ ί θ ί ι έ έ ι έ ι έ ύ ή. ή ι ί ι ι ί θ ι ύ θ ύβ ι ι ι έ θή ί ι ι /f θ ύβ ώ ι ι ή ί ι ύ φ ι ί ι. ί ι ι ι ί ώ ι PSD flicker θ ύβ ί ι ι AF 1/f θέ AF ί ι ύ. ι. [7]. ή. : SID θ β ι έ Native MOSFET (VD=1.V) ι VG=0.14V W/L=5 m/ m, ι ή ύ βι ί ι ι ί LF θ ύβ ί ι ί. Α ι φι ι ύ ιθ ύ φ έ Carrier Number Fluctuation- effect ί έ ι /f θ β RTS θ β. Α ί ι ύ ι ί ι LF θ ύβ ι θ θύ ι ι ίι ή έ. ύ φι ί ι ι ι έ θή ι ί ί ι φι ι ύ ι ι Hooge ί ι ύ ι ύ ή ι φή ι φι ι ύ ι ι ώ ι ί ι ί ύ ι ή ι φή. ί ι ι έ ί ι ί φ ύή flicker θ ύβ ί ι [11]: SVG, FLICKER Kf OX C WLf AF V / Hz (3.8)

19 Kf ί ι έ ή flicker θ ύβ, ί έ ι θ ί ι β ι -9 ι έ ι Kf ί ι -33 C /cm [7] C/cm, ι AF ί ι θέ ι ι ι ή ί 1/f. ι έ ω MOSFET φι ι ύ ιθ ύ φ έ, θ McWhorter [8], έ ι θ β ι ί/ ύ φέ θ ι ι ί ι ί trapping/detrapping φ ί ή ί β ί ι ι φή ι ί. ύ φ ι βι έ έ ύθ ι, θ ι ί trapping/detrapping ί ί ί έ RTS ί ί ή ι έ Lorentzian φ [1], [9]. ι ϋ θέ ι, έ θ έ ι φ ί ι ί /f θ ύβ θ ι ί. ή. : RTS θ β ί ι trapping/detrapping θ ί ι ή ί β ί ιφ ι ι ύ ί β θ έ ι ί ί ι έ θ ί ι έ ι ί φ ί c ι έ ι ι ι θ θ ί e ί ι : 1 1 c ι θ ί, ύ ι ή ι ή ι ύ θ ή ι έ ή ι ή. ι ύ ι ί ι θ ι trapping 1 ύ ί ι έ ι ι φί ι ή ί ι. ι.. (3.9) e ύ ύ θ έ ι έ RTS ύ ιθ έ ι, έ φέ ι έ c ι e ι ι ύ ή., έ Lorentzian φ ί ι έ ι φ ύ ι ή ιφ ι ιθ ί ί ι ύ ί θ ί. βι ι ι έ ι

20 φ ί ι έ θ Α ι φ ι έ Lorentzian φ ί ι : fc ι S ID, FLICKER /f ιφ A f 1 fc A / Hz βι ή ή θ ύβ ι ί/ ύ θ ί ι ί ι ι ί Fermi (EF) ι c= e ι ί ι ι ιθ ι ί ή φ θ ί έ ι ί ι έ ι. ί ί ί θ ί ύ. ώ, ι έ έ ι ι ί ι ι έ ι ι ι β ή ιθ ί ί θ ι ί ι ι φ ι έ ι ι. Α ί ι ι Coulomb Scattering φι ι ι ι φ έ ι ί ι ύ ι έ φι φ φι ι β έ ι θ β ύ ί ι θ. Α ι ύ ι θ ύ β φι. ή. : Lorentzian fc. ί (3.10) ι ί ι ί ί ι έ ι RTS ι ί ι ι ί ι ι φ έ ι ύ, β ι θέ ί ι ι ύ [3]. ί., ι Coulomb Scattering

21 ή. : έ θ Lorentzians ί ι /f ώ Lorentzian φ ι ύ ι ί, ύ ιφ /f ι ί. ι ι ι ύ ι ώ ι, βι ή ή ι ί θ β ί ι ι trapping/detrapping, ή /f ι ί ι? ί ι ι έ θ ώ ι ώ θ έ Lorentzians, ή ι έ /f φ φί ι ή.. ι έ ι ώ θ έ Lorentzians, ή θ ώ έ ι ί ί ι ι ή ι έ έ φ ή. ι θ ί έ, έ ι θ έ έ ι ύ ι έ ι έθ. O McWhorter έ ι ι ι ή ι ή ή ί ιφ ι θ έ ι ή θ ώ ι ί θύ, θ ώ /f φ [8]. ί ή flicker θ ύβ MOSFET ί ι ί ί β ί ι ύ ι ή ιφ ι nm) [1]. Α ώ ί ί ι ι ή AF=1 ί ί ι ι έ ι ι ή ί /f. ιθέ Lorentzian φ έ ι θέ θ ή ί, AF β ι. Α AF<1, ί ιώ ι βθύ ί ι ώ AF>1, ι. Α έ θ ι ί έ ι ή /f θ ύβ ί ι ιθέι βιβ ι φί. φ, έ ή φ ι έ /f θ ύβ βι έ φ ί ι ί ή ί ι φ ι έ ι ή ι β θ ύβ ιώ ι ί ι ι ή [ ]. ίι ύ ι ι ή, ι ιή έ ι έ ι ι έ ι ή θ ύβ, unified carrier number fluctuation with correlated mobility fluctuation model [1-14] ί ι β ι φι ι Coulomb Scattering φι ή ι ι ι έ ι φ ί ι φή ί ι ι έ. βι ή ί ι φ ι έ ι ή θ ύβ ύ ή ιι έ ύ ή ί ι:

22 g S ID SVfb m ID ID c ί ι ί ι [14]: ID 1 c Cox gm ή Coulomb Scattering VsC-1. SVfb ktq NT CoxWLf φ ι ή (3.11) flat-band, SVfb (3.1) ί ι ι ή ί ι έ ί Fermi cm-3ev-1, f ί ι, kt ί ι θ ι ή έ ι, q ί ι φ ί ί ι ί ι tunneling attenuation ~. nm MOSFET). H ί ιφ ι cm- ί ι ή: Nt NT kt (3.13) έ έ ι ή θ ύβ, ι NT ι c ι ιύ ι ι. ι έ ι έ ι NT ί ι cm ev ί ώ c ί ιύ ι VsC-1 ι NMOS ί ι 5 VsC-1 ι PMOS. Ό θ ύ ι NT ί ι ί έ ι ι φή ι ι ί ώ έ ι c ι ι ή ι φή /f ι φή ι ι ή β LF θ ύβ ί θ θ ί ί ι ή έ ι ή έ MOSFET. θ ύβ ί β ι ι ύ ιφ ι ώ ι έ έ, ι ύ ιφ ι ώ θ ώ ι ί ι έ ι έ ί. Ό έ ι θ ί, ι ί έ CMOS ιώ έ ι ή ι ί ι ι θώ ι ι ί έ ι ι φή. ι MOSFET, ι ι ι θ ύβ έ ι ιφ ι ώ ίθ ύ ι ι WL>>1 m), β ί ι ι ι ή [3], [1516]. ι έ ι ώ έ ι ι ή β LF θ ύβ ί ί ιφ ι ί [16-18]. Ό φέ, έ ι ύ ι, ή έ βι έ φ ί ι β θ ύβ ιήθ [ ] ίι ή ί ι β LF θ ύβ Native MOSFET, έ ι ι έ θ ι ι θ ί έ ι β /f θ ύβ ι ι ύ ί [15]. Ό φέ θ ι ι, βι ή ί ι ιύ ι έ ι ή LF θ ύβ, ί ι. ι βι έ ι ί ι ι NT ι c. ύ ι ι ι ή ιφ ώ έ θ θ ί ι ι ι ι ή ιφ θ ύβ. ύ ιέ έ ί ι [ ], [16-0] έ ι ύ έ NT ι β θ ύβ έ ι ι ι ι ι. θ ιθ ί ιύ ι :

23 Ntr NtWL ι ί θ ί ι Poison ή [ ι ή ί έ ι ή : N t (3.14) -0] ι έ ι ι ή ι ιύ ι 1 NtWL (3.15) ύ ί. ι ί ι ύθ ι ύ β θ ύβ ι ί., β ύ ί ι ιθ ί ιθ c [1]. ί ώ ι β θ ύβ, φ ι ι έ β ή φ ι έ ίθ LF θ ύβ ι ί ιθ ι ή ή ιέ ι ή ι LF θ ύβ. ίι ή ί, θ ι ιή ι ι έ ι β ίθ θ ύβ ί έ ι ί ι θ ί ι ι ί ι ή ί ή [15]: ln WL S ID.f I D A g mu T B ID WL Α= / t ιφ ι ι =c Qspec ι έ ι Qspec ί ι ι ι έ φ ί [3], []. ι ί gmut/id ι ι ί β θ ύβ ι ι. ι ι Α ι έ ι ι φ ι έ έ ι ι θύ ι ι ι fitting parameters). ί ί ι ί ι ι ί ι ι ιύ ι ι έ [ -18], [0]. (3.16) ί ι ι ι ι έ ώ θ ή ι φή ι NT ι c ι ύ. ί gmut/id

24 ι ί ιφ ήθ ήθ ίι ή ι ι ή nm CMOS ι ί wafer). ι ώ ι. θ ή έ LF θ β ι ω ι ή, ή ι LF θ ύβ ί. ήθ Native MOSFETs ί ι ιήθ ι ι ι έ, ι ι W/L= ι ι ή ι φή θή ή ι ύ : ιήθ ή ι ι ί ι έ ί ι ή n- ύ, ιώ m/ m, m/1 m, 0. m/0.18 m ύ VD=1.V). ι θ ί W/L= m/ m VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.36, 0.56 V W/L= m/1 m VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.34, 0.58 V W/L=0. m/0.18 m VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V ι έ θ ι ι έ ι έ έ ι ώ ί έ ί ί ι ί ύ ι θ ί ι ι ύ. ι ιφ έ ι έ ύ ύ ι ι ι ί (W/L=0. m/0.18 m) φ ί ι ιφ ι ή φ ί ή ι φι έ ύ ι ύ ιύ. ι ι έ θ έ ι έ ι φή έ ι ώ θ ί ιφ θ ύβ ι β ώ έ ι ιφ ι ή ιφ ι ι έ ι έ ιβθ ι scaling) θ ύβ. ι θ ι έ ί ι θ ι έ, ί ήθ wafer (Dies) ι ή ι ι ή ι ώ ύ ή ήθ ή έ Hz. έ έ ι φ θ ί, ι ι θ έ ι ί ί ί ήθ ι ι βι έ ι ι έ ι ύ έ ι ώ ιβ βι θ ί ι θ ί ή ι ή DC) ιφ ι. ι ή θ ι, θ θέ ώ ύ ή ι ιήθ ή ι. Α ί ι ή : ι Cascade Microtech Probe Station Standford Research SR570 Low Noise Amplifier Agilent Dynamic Signal Analyzer HP 414A Parameter Analyzer Low Pass Filter (1 Hz) USB to GPIB Interface ή ι ί ι ί ιήθ ι ιώ έ Cascade Microtech probe station Microchamber, ι ί ώθ έ βθ ύ φί Hz) έ HP 414B ι ή. θ β ύ ή ι ύθ έ Standford Research SR570 ι ή ύ θ ύβ ι ήθ έ Agilent Α ή. ή., ύ ή θ ύβ ί ι ι ι ώ ή. ί ι ώ φ φί, ώ ι ι ι ι έ ι. Ό ύ ι ι ήθ ι ί AdMOS. ι ι ι ιήθ ι ί ι ή ι ή Agilent ICCAP

25 έ ι έ GUI AdMOS ι ήθ. ι έ ι ή ι ή. : ι ι ή. : έ ι ή ή ή LF θ ύβ ή ιήθ ι LF θ ύβ [3] ι ι ι έ ι [3]

26 έ ύ ι ι ύ, ί ί ύ ή ι ύ - IV) ι έ ι ι έ ι έ ί ί ϋ θ έ ι φθ ί IV setups, ύ ί ι ή ι LF θ ύβ. Έ ι ι ι έ θ ύβ ι ι ή., θ β Native MOSFET W/L=5 m/ m ί ι ι ιφ ι έ ι ύ θή ύ. ή. : έ θ β SID (VD=1. V) ι ιφ ι έ ι ύ ή. : ι ι ί ι έ Native MOSFET W=5 m, L= m VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V) ή /f θ ύβ Hz ί ι ι φ θ ί ώ ι LF θ ύβ ή ύ ι ιφ ι. ι θ ί, ι έ ι ί ι φ. ύ έ ι ί ι " ύ " LF θ ι ί ι έ ι ι ι ή ι ι έ έ έ ι ώ ί ι ή ιβώ Hz. Α ί βί ι ι ί β Hz ι έ ή ι ι ί

27 θ ί ι ύ φ ή ι ι ή φ ί 4. φή θ ύβ ί ι ι ι ή.. ί ι ι ή θ φ. Ό ι φί ι ι ή. ύ ή έ /f ιφ - ή ιφ ι ι ύ ι ι ί ι έ ι θ ί ί ι φή, ι έ ι έθ ι ί έ ι. ή, θ ι ύ φή ύ ή D ι ι ι gm ύ VG ι ι ή ι ή (VD=0.05 V) ι ι (VD=1. V). ύ ι ι ι ι ιθ ι ι θ ί ύ ιφ ι ή ι θ ή ι φή ί ι. Έ ι ι ί ι ι ι ύ gm/ D ι ιώ ι ι φ έ ι ή ι β LF θ ύβ ιώ ι.,., φή ή.,.,. θέ ι ι ι έ θ ι ή U θώ ίέ ι θ ί θ β. Ό ι ι έ ι ι ι ή, ύ ι έ έ ί ι θ ί ι ι ί ι ιύ ι. ή. : έ ID, gm, gmut/id ι έ Native MOSFET W/L=5 m/ m

28 ή.6: έ ID, gm, gmut/id ι έ Native MOSFET W/L= m/1 m

29 ή.7: 4.3 1/f έ ID, gm, gmut/id ι έ Native MOSFET W/L=0. m/0.18 m χ (SID PSDs) ή ίθ ι φ ι ή ι θ ύβ έ. ι ι έ, θύ ή.,.,. θ έ ι ι ί ι ι ιφ ι ή ί. 'Έ ι ή. ι ι ί ί W/L= m/ m, ή. ι ι ί ί W/L= m/ m ι ή. ι ι ί ί W/L=. m/. m. θ ή φ φή ι ι ύ ι ή ι θ ί ι φ ιφ ι έ ι ύ ώ θ έ ι φ φί ι ι ή ι ι ί. ί ύ ι φθ ί ί ι ι θ ύβ ι ί ι ι φή ή ί ι φή έ. ί ύ ι ί ι ι ι ι ί ί ιφ ι ί ι ι ι ή.

30 ή. : ι ή Native MOSFET W/L= / ι ύ θ ύβ ή ύ ή SID, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V, ι

31

32 ή. : ι ή Native MOSFET W/L= / ι ύ θ ύβ ή ύ ή SID, VD=1.V ι VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V, ι

33 ή.10: ι ή ι ύ θ ύβ ή ύ ή SID Native MOSFET W/L=0. /0.18, VD=1.V ι VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V 4.4, ι ω ή, έ θ ι ύ. ιφ έ ι ι έ θ ύβ ι ι έ ιφ ι ύ ή ID/(W/L)) ι ιφ ι θ ί. Ό ύθ ι ή., θ φ ύ ι έ ί θ ύβ Hz ι ι ι ί ι ί θ ί. Ό φ έ ι ή θ ύβ, ιθ ι έ ί ι ί ι θ ί ι θ έ ί ιφ ι ί ιθ ι ή ή LF θ ύβ [ ]. Ό φ ι ή ι, ί ι ίθ ι ι θ φ, ίθ ί., ι ιύ φ ι ιθ ln ί ι log. έ θ ί ι Variance LF θ ύβ ί ί ί ι ι ή ι ι ιθ ι ή ή ί ι ί βι ή έ ή ή [ ]:

34 S Var WL ID. f ID S ln WL ID. f ln 1 I D S E WL ID. f ID (4.1) Ό φί ι ι έ, LF θ β ι ι ι ι έ φή ήθ. Έ ι φ ή, ι ι ί ι ιφ ι ι ύ ή Hz (WLSIDf/ID ) ώ φ ύ, ι ι ί ι ι ιφ ι WLSVGf). ι ιή ιφ ι ί ι ήθ θέ ί ί ιφ ι έ ι ι ί ώ φ θ ί ι, ί ι ι φ ι έ ι ή. θ ί, ι θ θέ έ θ ί ι φ ι ί. ι ι ι έ ί. έ θ ί έ έ ι θ ι. έ ι, θ ι ύ έ ι ι ί ιφ ι ί έ ι ιή ι έ ι έ έ ι ώ ί ι ί ι. έ, θ ι ύ ί ι Native MOSFET ι ιύ ι ή ι ή Standard MOSFET ί ι ί [ ] ι ήι θ θύ Native MOSFET - W/L=5 m/m Α ι θ ι ύ έ ύ ί ι ιήθ ή ι ή W/L=5 m/ m. έ ι ή LF θ ύβ ι έ ί ί ι o ή ή. ι ι έ ύ ή (ID/(W/L)). ι ι έ LF θ β ή SIDf, LF θ β ή ι ι έ ύ SIDf/ID ι LF θ β ύ (SVGf) ι ι Hz. θ ί έ ι έ ίθ ι. ί ι θ ι ι ι έ ι ί ι LF θ ύβ, ι έ ύ ι έ ι ι ή ί θ ή ι φή ί ι ί φι ι ύ ι ι Hooge) ί ύ ι ώ έ. ί ι ι ιώ ι SIDf/ID θ β θ ι ί ι θ ή ι φή ι ιώ ι ι ή ιβ βιώ ι έ gm/id φί ι ι έ. ί β έ SVGf θ β, ι ί ί Coulomb Scattering (c=0), έ ι θ ι. ύ Coulomb Scattering ί ι ύ ι ή ι φή ί ι έ ι έ ί.

35 ή. 1: έ ι ή LF θ β ή SIDf, ι ι έ SIDf//ID ι ύ SVGf, φ Hz, ι ι W/L=5 /, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V έ ύ ή ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET ή. : ι ή ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β ή [ln(wlsidf//id )] ι ύ [ln(wlsvgf)], φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=5 /, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V

36 ή., ίθ ι φή ι ι έ ί ι ίθ ι ι έ θ ύβ ή ι ύ, [ln(wlsidf/id)], [ln(wlsvgf)] ί W/L=5 m/ m ι ι έ ύ ή. Α ι ύ ι ι ι ι ι ύ ι έ ί ι ιφέ. ι θ ύβ φί ι θ ώ ή ι ι έ ι ή ι ι έ θ ύβ ί ή.. ή. θ ί, ίθ ι φή Variances ι ι έ θ ύβ ή ι ύ, Var(WLSIDf/ID), Var(WLSVGf) ί W/L=5 m/ m ι ι έ ύ ή ί ι ί.. ή. : Variances ι ι έ LF θ β ή Var(WLSIDf//ID ) ι ύ Var(WLSVGf), φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=5 /, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1, 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V ή. 4: έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=5 / 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V Α φ ή. β,. β έ β ύ WLSVGf, φ, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1, ι ι ι έ έ ι ι ι ι έ θ ύβ. ή. ι ι ι ή ι

37 ι ύ ι ι ή έ έ ιφ έ ι ή ι ι ή ι ίθ ί W/L=5 m/ m ι ί ί ι ύ ι ί ί ι ύ ή ι ύ ι έ ι ± ι έ ί ι φ ι ύ ι β θ ύβ. ί ι έ ι ή ι ι έ LF θ ύβ ή ι ι ι έ ύ ή. θ ί, ι ιθ ι έ έ θ ύβ ώ ι ι ι ί ι ± ι έ ί ι έ. Α ί ι έ ώ ι ι έ ι ι ι έ. ίθ ι ί ι έ ι ι ύ έ. Parameter Units W/L=5ηm/ηm NT ev-1cm AC VsC A ηm 1 B ί 4.1: ι Native MOSFET W/L=5 m/ m 4.4. Native MOSFET - W/L= m/1 m ή θ ι ύ έ ί W/L= m/1 m. έ ι ή LF θ ύβ ι έ ί ί ι o ή ή. 5 ι ι έ ύ ή ID/(W/L)). ι ι έ LF θ β ή SIDf, LF θ β ή ι ι έ ύ SIDf/ID ι LF θ β ύ (SVGf) ι ι Hz. Ό ι ί ι W/L= 5 m/ m ι ι, έ ι έ ίθ ι ώ φί ι θ ι ι ι έ ι ί ι LF θ ύβ, ι έ ύ ι έ. ί ι ι ιώ ι SIDf/ID θ β θ ι ί ι θ ή ι φή ι ιώ ι ι ή ιβ βιώ ι έ gm/id φί ι ι έ. ί β έ SVGf θ β ι ί ί Coulomb Scattering (c=0), έ ι θ ι. ύ Coulomb Scattering ί ι ύ ι ή ι φή ί ι έ ι έ ί.

38 ή. 5: έ ι ή LF θ β ή SIDf, ι ι έ ύ ή SIDf//ID ι ύ SVGf, φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L= /, VD=1.V ι VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V ή. 6: ι ή ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β ή [ln(wlsidf//id )] ι ύ [ln(wlsvgf)], φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L= /, VD=1.V ι VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V

39 ή. 6, ίθ ι φή ι ι έ ί ι ίθ ι ι έ θ ύβ ή ι ύ, [ln(wlsidf/id)], [ln(wlsvgf)] ί W/L= m/1 m ι ι έ ύ ή. Α ι ύ ι ι ι ι ι ύ ι έ ί ι ιφέ. ι θ ύβ φί ι θ ώ ή ι ι έ ι ή ι ι έ θ ύβ ί ή. 5 ι ί W/L= m/ m. ή 4.17 θ ί, ίθ ι φή Variances ι ι έ θ ύβ ή ι ύ, Var(WLSIDf/ID ), Var(WLSVGf ί W/L= m/1 m ι ι έ ύ ή ί ι ί.. ή. 7: Variances ι ι έ LF θ β ή Var(WLSIDf//ID ) ι ύ Var(WLSVGf), φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L= /, VD=1.V ι VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V ή. 8: έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L= 0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V Α φ ή. 6, 4.17 β έ β β ύ / WLSVGf, φ, VD=1.V ι VG=-0.16, - ι ι ι έ έ ι ι ι ι έ θ ύβ. ή. 8 ι ι ι ή ι

40 ιφ ι ι ή ύ ίθ ι έ ι ή ι ίθ ί W/L= m/1 ί ι έ ι β θ ύβ ι ι έ LF θ ύβ m ι ι έ έ φ ι ύ. ί ι έ ι ή ή ι ύ ή. ι ι ι ύ έ. Parameter Units W/L=ηm/1ηm NT ev-1cm AC VsC A ηm B ί 4.: ι Native MOSFET W/L= m/1 m Native MOSFET - W/L=0. m/0.18 m ή θ ι ύ έ ί W/L=0. m/0.18 m. έ ι ή LF θ ύβ ι έ ί ί ι o ή ή. 9 ι ι έ ύ ή ID/(W/L)). ι ι έ LF θ β ή SIDf, LF θ β ή ι ι έ ύ SIDf/ID ι LF θ β ύ (SVGf) ι ι Hz. Ό ι ί ύ ύ ί ι ι, έ ι έ ίθ ι ώ φί ι θ ι ι ι έ ι ί ι LF θ ύβ, ι έ ύ ι έ. ί ι ι ιώ ι SIDf/ID θ β θ ι ί ι θ ή ι φή ι ιώ ι ι ή ιβ βιώ ι έ gm/id φί ι ι έ. ί β έ SVGf θ β ι ί ί Coulomb Scattering (c=0), έ ι θ ι. ύ Coulomb Scattering ί ι ύ ι ή ι φή ί ι έ ι έ ί.

41 ή. 9: έ ι ή LF θ β ή SIDf, ι ι έ ύ ή SIDf//ID ι ύ SVGf, φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=0. /0.18, VD=1.V ι VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V ή.0: ι ή ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β ή [ln(wlsidf//id )] ι ύ [ln(wlsvgf)], φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=0. /0.18, VD=1.V ι VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V ή ι W/L=0. φί ι θ ύβ ή ι W/L=0. ί.0, ίθ ι έ θ ύβ m/0.18 m ι έ ί ι θ ώ ι ή. ή ι έ θ ύβ m/0.18 m.. ι φή ι ι έ ί ι ίθ ή ι ύ, [ln(wlsidf/id )], [ln(wlsvgf)] ί ι ι έ ύ ή. Α ι ύ ι ι ι ι ι ύ ιφέ. ι θ ύβ ή ι ι έ ι ή ι ι έ ί ή. ι ύ ί ύ ι.1 θ ί, ίθ ι φή Variances ή ι ύ, Var(WLSIDf/ID), Var(WLSVGf ί ι ι έ ύ ή ί ι

42 ή.1: Variances ι ι έ LF θ β ή Var(WLSIDf//ID ) ι φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=0. ι VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V ύ Var(WLSVGf), /0.18, VD=1.V ή.: έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι ύ WLSVGf, φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=0. /0.18, VD=1.V ι VG=-0.8, 0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V Α ή.0, 4.1 β έ ι ι ι έ έ ι ι ι ι έ φ β β θ ύβ. ή. ι ι ι ή ι ιφ έ ι ή ι β θ ύβ. ί ι έ ι ή ι ι ή ι ίθ ι ι έ LF θ ύβ ή ι ύ ί W/L=0. m/0.18 m ι ι έ ύ ή. ίθ ι ί ι έ έ φ ι ύ ι ι ι ύ έ.

43 Parameter Units W/L=0.ηm/0.18ηm NT ev-1cm AC VsC A ηm B ί 4.3: ι Native MOSFET W/L=0. m/0.18 m Α ή ι ι ι έ έ έ ι ι ί.,.,. ύ ή. ι ι φ ι ύ έ NT ι C ί ι ι ι ί ί ί ι ι scaling έ ι ή θ ύβ ιφ ι ιφέ ι ι ί ί ~ /WL. Ό φ ι ι έ, ύ ι ι ι έ έ Α, ί ι ι ύ ύ ί ιφέ ι ι. Α ί ι ι scaling ι LF θ ύβ θ ί / WL ύ ι ι ι ύ ι ι ι έ ιφ ι [ ] Native MOSFETs ή.3: έ ι ή ι ι έ LF θ β φ Hz, ι ι έ W/L= /1, W/L=0. /0.18, VD=1.V ω ή ύ ID/(W/L), WLSIDf//ID ι ύ WLSVGf, ι Native MOSFET W/L=5 /, ή, θή έ έ ι ή ι β LF θ ύβ ι ιώ ι έ ι ι ί Native MOSFETs ι ιύ ι ή ι ή. ί έ ί ι ιβή ι ή ι ύ έ έ ι ί ι ί ι ι ι έ ί ι έ ύ ι έ θώ έ ύ ι ι ι ι scaling ί ι ί ι ι θ ί ι ι ιώ ι ί ί έ. Α ι θ ί έ ι ή LF θ ύβ ύ ι ή ί ι ί ι

44 , ι έ ή ί ι ί ί ί ι φ, έ ι ι ιφ ι WL έ ι ώ ί ί φύ LF θ β ί ι ι φ ιφ ι. έ ι ή., ί WLSIDf/ID ), E(WLSVGf) ι ι έ ύ ID/(W/L), ι ή έ ι ιύ ι ι ί ι ι έ έ ι ι ι ώ ι. Α ύ ή ί ι ι ι ι ί (W/L=0. m/0.18 m) έ ι ι θ β, ι ιί ι ή ι φή. ί ι ί φί ι ι ι ιί Coulomb Scattering φι. ιί θ β ύ,β έ ι ι ή ι φή ύ ύ ί ι ι ι ή ύ ί ι έ ώ ι έ ι θ. ι έ έ, ιφ ύ ύ Carrier Number Fluctuation έ ι ι ι ι, ί ι ι ι ι ή. ή. : ι ή ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β WL[ln(WLSIDf//ID )] ι ύ WL [ln(wlsvgf)], φ Hz, ι ι ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=5 /, W/L= /1, W/L=0. /0.18, VD=1.V ή έ ύ ή. 4, ίθ ι φή ι ι έ ί ι ίθ ι ι έ θ ύβ ή ι ύ, WL[ln(WLSIDf/ID )], WL[ln(WLSVGf)] ι ι έ ύ ή. ή ί, έ ι έ ι ι ύ έ θ ύβ ι ήθ ι ι ι ι ι ι. Ώ ι ι ιί ι ύ ί, ι ή ι ίθ LF θ ύβ έ ι ι ιφ ι φ ι ή ί ιφ ι WL [15-18]. ι ή., έ ι ιή ι θ β ύ ι ή ή. ί ι ι ι ι, ι ή ι ί ι ι ί έ ι ι θ ύβ. έβι ί ι ι ί, scaling ι ή ι ίθ ύ LF θ ύβ ί ι ιβώ / WL [3], [16]. έ ί ι ι ί ι ι ιί έ ύ ί ι θ ί ιφ ι ι ι ί ι. ι ί β έ ι ή ί ι ι ιί ι ή. ή. θ ί, ίθ ι φή Variances ι ι έ θ ύβ ή ι ι έ ύ ή. ι ύ, WLVar(WLSIDf/ID ), WLVar(WLSVGf ι ί ιφ ι WL β ι ώ ι ί ι Variance LF θ ύβ ιφέ ι

45 ή.5: Variances ι ι έ LF θ β ή WLVar(WLSVGf), φ Hz, ι ι έ W/L=5 /, W/L= /1, W/L=0. /0.18, VD=1.V WLVar(WLSIDf//ID ) ι ύ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET ι φ WL ι έ ι ή θ ύβ. ί έ ύ ι έ ι ι ι έ LF θ ύβ. Ό φ Variances ι, ύ ι ι ιφ έ ι ή LF θ ύβ ή.. έ ι ιί θ β ή ώ ι ι ί ι ι ι Variance ι ί ιφ ι. έ, ή.,.,. ι ι ι ή ι ιφ έ ι ή ι β θ ύβ ι ι ί ί. Α ή ί ι ή ι ι ί ή.,.,. ώ ι ι ί ι έ ι έ ι έ έ ι ή ι β LF θ ύβ. ή. : έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=5 / 0.0, 0.08, 0.14, 0.38, 0.56 V ύ WLSVGf, φ, VD=1.V ι VG=-0.18, -0.1,

46 ή. : έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET ι VG=-0.16, -0.08, 0.0, 0.1, 0.16, 0.4, 0.58 V ι W/L= ύ / WLSVGf,, VD=1.V ή. : έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι ύ WLSVGf, φ Hz, ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native MOSFET W/L=0. /0.18, VD=1.V ι VG=-0.8, -0., -0.1, -0.0, 0.04, 0.8, 0.46 V ίθ ι ι ί ι έ έ φ ι ύ ι ι ι ύ έ ι ι ι ι ιφ ι έ Native MOSFET ι ι θώ ι ι ι έ ι έ ί.,.,.. Ό φ φ ι έ, NT = ev-1cm-3) ί ι έ ι ώ έ θ ί ι θ ί (W/L=5 m/ m = ev cm ), (W/L= m/1 m =.3.10 ev cm ), (W/L=0. m/0.18 m = ev-1cm-3), ώ C ί ι ί ι ι ι έ ι ύ ύ ί C=8.10 VsC-1). Α ι ι ι βέβι ι ή ή C=7.10 VsC-1). ι ι έ NT ί ι ι ι έ ύ βιβ ι φί ι Standard MOSFETs ώ ίθ ι ι έ c ί ι ί ι ι Native MOSFETs έ ύ ι έ Coulomb Scattering φι έ έ Standard MOSFETs.

47 Parameter Units All W/L W/L=5ηm/ηm W/L=ηm/1ηm W/L=0.ηm/0.18ηm NT ev-1cm AC VsC A ηm B ί 4.4: ι Ό φ ι ι έ ι ι ι ί ι ί ύ ι ή έ (W/L=5 m/ m - =. (W/L=. m/. m.. έ έ θ ύβ, ί W/L=5 m/ ι ή ι ι = ί ι ι ι, (W/L= m/ m - =. =.. Native Standard MOSFETs ω Native MOSFET Α ί ι ι ή Α=. m) ή m - Α= m), (W/L= m/ m - Α=. m) ι ί ί W/L=. m/. m - Α=. m). Α ίθ ι έ έ ι ι ύ ί ι ή ί ι ι ί ω ω Έ ί ύ ι βή ή, ί ι ύ ι ι LF θ β Native MOSFETs έ ι Standard MOSFETs ί ι ί ι φ ι φ [ ]. ι ή έ βιβ ι φι έ έ φέ ι LF θ β Native ι,έ ι ύ ιφέ ύ ιφέ ι έ standard ί. ή ι ύ ι φ ι ι έ έ φι ή ι ι θ ί θ ή ι ι φ ή. Ό φ ιφ έ ι ή ι β LF θ ύβ, θ ι θύ ύ ί W/L= m/ m θώ ή ί ί ι ι ή Native MOSFETs ή ι ή ι Standard MOSFETs ύ ι φ [ ]. ί έ ι ι, ί ι ι ιί έ ί ύ ι. ή. θ ί, ι φ, ίθ ι έ ι ή ι ι έ ύ ή LF θ ύβ ή ι ι έ ιφ ι ύ ή ID/(W/L), φ z ι Standard ι ι Native MOSFET W/L=5 m/ m. Α ί ι ι φ, ίθ ι ι ή ι ίθ ι ι έ ύ ή LF θ ύβ ή ι ι έ ιφ ι ύ ή ID/(W/L), φ z ι Standard ι ι Native MOSFET W/L=5 m/ m. Έ ι ί φέ ώ ι φ ι ή ι LF θ ύβ Standard ί, ή φ φ [ ] ι ιθ log. ι ύ ί ι έ ί ι Native

48 ί έ ι ι ί φ ι ιθ ln, έ ι ί ι ί ι έ log ln. ί ι θ ί ι ι θ ί ι έ ι ι ύ έ θ ύβ ι Standard ί [ ] Native ( ί.. ή. : έ ι ή ι ι έ LF θ β ή WLSIDf//ID ι ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β ή [ln(wlsidf//id )], φ ι ι έ ύ ID/(W/L), ι Native ι Standard MOSFET W/L=5 /, VD=1.V ι ή ι Hz, έ ύ ι ί ι ύ ι. έ ι ι, φ έ ι ή, Standard ι Native MOSFET ί ι ι, ι ι ιφ. ι ή ι φή, Standard ί φί ι έ ύ έ ι ή θ ύβ Coulomb Scattering φι έ. Ό φ β LF θ ύβ, β έ ι Native ί έ ι ύ ύ ιφ ι ή ι ι θ ύβ ι ί ι φή. Α ί ι έ ύ ι έ Native MOSFETs ι ύ ι ι ώ φ ίι ή ι ι ή. Ό φ ιφ β LF θ ύβ ιφ ι, ή. β θ ι β ι ήι. ι φ ι ι ι ή ι ίθ ι ι έ ύ ή LF θ ύβ ή ιφ ι / WL, φ z ι Native MOSFETs. ίθ ι έ ι έ θ ι έ ί.. έ ιφ β θ ύβ ιφ ι ι ί ιφ ι ί ι ι έ ύ ι ύ ί ι ι ύ β ι ι ί ώ ι ύ ύ έ ι θ ή ι θ ιφ ι ί. ί ι ύ θύ ι ι Standard MOSFETs, φί ι, ι φ ή. ι φ [ ]. ί, ί ι θ ώ ι ι ί ιφ ι ώ θ ώ ύ Native ι Standard MOSFETs φί ι ή., ι ή ι LF θ ύβ ί ι ι Native έ Standard MOSFET. ι ί ι έ ι ι ύ έ ι LF θ β ι Native ι Standard MOSFET, έ ι ώ ι ή ι θ ύβ ί log ί ι φ [ ], ln. Α ύ ι ι ι έ ί ι Α, φ [ ] έ ί., έ ι ι ι. φύ logx=lnx/.3. Έ ι ύ ι ι ι Standard MOSFET, A=0.5 ι B=.5. ύ ι ι ιφ

49 έ ι ι ι Native MOSFET ί ι ί ή έ ι ι Standard MOSFET. B ί ι ή έ ι ύ ί ι ι ή. β έ Standard ί έ ι ύ β θ ύβ ί ι Native. Α ίθ ι W/L=0. m/0.18 m, ι ί Α, ιφ ί ι έ ή.. ι ή W/L=5 m/ m ι ί φί ι ι ή. : ι ή ι φ ι ύ ίθ ι ι έ LF θ β [ln(wlsidf//id )], φ Hz, ι ι έ ιφ ι / WL, ι Native ( ι Standard MOSFET ι, VD=1.V ή ι

50 5. ίι ή ι ι ή, ι ή θ ύβ ώ ή Native MOSFET n- ύ ι ι ι ή nm ί, ιήθ ι ώ φ. LF θ β ι ιφ ι έ ι ι W/L=5 m/ m, m/ m,. m/. m φ έ ι ή ι ι ι ή ι. έ ή έ ι ί ύ, θ ή ι ή ι φή θή ύ. έ ι ιήθ ι ι έ ι ή LF θ ύβ, ί ι έ έ ι β ι φι ι ύ ιθ ύ φ έ ί ι έ ι ύ ι ι ί έ ι ι ι έ. Ό φ ι θ ύβ, έ φ ι ι έ έ ι θ ί, ι ιήθ ί έ ι β LF θ ύβ ι ι έ ι ι ύ gmut/id). Ό φ ι ι ή ιφ LF θ ύβ ιφ ι ί, έ θ ί ι φ έ ύ β ι ι ή ί ιφ ι ι ί ι βιβ ι φί. έ θ ιέ ι ι ί ι ι ι ι ή LF θ ύβ, ί ι ι ή ι ίθ ι ι έ θ ύβ ί ί ι φ ι ι ι ι έ ι ή ι ή ι. ι ιθ ι ή ή LF θ ύβ, ί ι ι ί ι θ ύβ. έ ί ι ι ι έ ι ιί ι ιύ ιφ ι έ ι θ ί ι ί έ ι, έ ί ι ι ι ι. ι έ ι φ ι. ή φ έ ι ή θ ύβ, ιφ ί ι θώ ι ι έ ύ, θ β ή φί ι ι ι ί ι θ ή ι φή ώ ιώ ι ι ί ι φή. ώ ή έ ι ι ι ύ ι φι Coulomb Scattering ί ι έ ί ώ ι θ ί ή. έβι, Native ί ί ιθ, φι ή ι ιί έ. Ό φ έ έ ι ή LF θ ύβ ιφ ι, β έ ι ι ύ ι ι φ ιύ ι έ έ. ι ί, LF θ β ι ι θ ί ιφ ι, φί ι έ ι ί ί θ ύβ. έ έ ι ή LF θ ύβ έ θ ί ί ι έ ι θ ί ί έ ι. Α ύ ί ι ι φι Coulomb Scattering ί ι ί ι ι ι ί ί ώ ιθ ί ι φι ι ύ ιθ ύ φ έ, ί ι ύ ι ί ί ύ ύ ί ι ί ι ι ί,, έ ι έ ί ι έ. έ, ι ύ ι Native MOSFET ι Standard MOSFET ι ί ι ι ι W/L=5 m/ m φ έ ι ή LF θ ύβ, ύ ι ή ί ι ι φ ί ι ί ι φή ι ί ι έ ύ ι έ ι ή. Ό φ β LF θ ύβ, ύ ί ύ ήι. ή, ύ ι ι LF θ ύβ ί θ ί ι ι ύ ι έ ι ή θ ύβ. Ό φ έ ιφ ι, ι θ ύβ φί ι ι ι ί ι

51 ι ι ί ί ι ι ιί ι ή. ή έ β ι ι ιύ ι έ ι θ ί, ύ ύ ι ι ι έ έ ί ι ι ύ ύ ί ώ ι έ ι ιφ έ. Ό ι ιή έ ι έ, έ ί ι ι ι ί ι. έ, ι ύ ι Native MOSFET ι Standard MOSFET ι ί ι ι ι W/L=5 m/ m φ β LF θ ύβ, ύ ι Native MOSFET ιφέ ι ύ ύ έ ι β ι ί ι ί ι φή. Α ί ι ι ύ ι θώ ί ι έ ί ι έ έ Native ί ι έ Standard MOSFET ι ί, ι έ ι ι φέ.

52 References A. v. d. Ziel, "Noise in Solid State Devices and Circuits," John Wiley, Y. Tsividis, "Operation and Modeling of the MOS Transistor," New York: Mc-Graw-Hill, nd ed N. Mavredakis, "Statistical Charge-Based Modeling of 1/f Noise in Standard and High-Voltage MOS Transistors," PhD Thesis, School of Electrical and Computer Engineering, Technical University of Crete, 016. C. C. Enz, F. Krummenacher, and E. A. Vitoz, "An Analytical MOS transistor Model Valid in all Regions of Operation and Dedicated to Low-Voltage and Low-Current Applications," Analog Integr. Circ. Signal process. J. Low-Voltage and LowPower Des., vol 8, pp , July , " ι ί ι Zero-VT MOS ί," ι ι ή ί, ή ι ώ & ι ώ ι ώ, ί ή,. C. C. Santos Junior, D. Deotti, R. M. da Ponte, M. B. Machado, M. C. Schneider, "Zero-Threshold-Voltage MOSFETs: A Survey," Student Forum of Microelectronics, 01. D. M. Binkley, "Tradeoffs and Optimization in Analog CMOS Design," John Wiley 008. A. L. McWorther, "1/f Noise and Germanium Surface properties," Semiconductor Surface Physics, S. Machlup, "Noise in Semiconductors: Spectrum of a Two-Parameter random Signal," Journal of Applied Physics, vol. 5, pp , March M. J. Uren, D. J. Day and M. J. Kirton, "1/f and Random telegraph Noise in Silicon metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistors," Applied Physics Letters, vol. 47, pp , J. Chang, A. A. Abidi, and Y. R. Viswanathan, "Flicker Noise in CMOS Transistors from Subthreshold to Strong Inversion at Various Temperatures," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 41, no. 11, pp , G. Reimbold, "Modified 1/f Trapping Noise Theory and Experiments in MOS Transistors Biased from Weak to Strong Inversion-Influence on Interface States," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 31, no. 9, pp , K. K. Hu g, P. K. Ko, C. Hu, Y. C. Che g, A U ified Model fo the Fli ke Noise i Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffe t T a sisto s, IEEE T a s. Ele t o De i es, ol., o., pp. -665, Mar G. Ghibaudo, O. Roux, C. Nguyen-Duc, F. Balestra, J. Brini, "Improved analysis of low frequency noise in field-effect MOS transistors," Phys. Stat. Sol. (a) vol. 14, no., pp , N. Mavredakis, P. Habas, A. Acovic, R. Meyer, and M. Bucher, "variability of Low Frequency Noise in Moderate-Sized MOSFETs-A Model for the Area-and Gate Voltage-Dependence", IEEE Noise and Fluctuations (ICNF), 015 International Conference. M. Banaszeski da Silva, H. Tuinhout, A. Zegers-van Duijhoven, G. I. Wi th a d A. S holte, A Ph si al-based RTN Va ia ilit Model fo MOSFETs, IDEM -848, IEEE, 014. D. Lopez, S. Hae dle, C. Le is, G. Bidal, a d G. Ghi audo, Lo F e ue Noise I estigatio a d Noise Va ia ilit Analysis in High-k/Metal Gate 3-nm CMOS T a sisto s, IEEE T a sa tio s o Ele t o De i es, ol., o., pp , 011. E. G. Ioa idis, S. Hae dle, C. G. Theodo ou, S. Lasse e, C. A. Di it iadis, a d G. Ghi audo, E olutio of Lo Frequency Noise and Noise Variability through CMOS Bulk Te h olog Nodes f o. u do to, Solid State Electronics, vol. 95, pp. 8 31, May 014 G. Ghibaudo, O. Roux-dit-Buisso, Lo -frequency fluctuations in scaled-down silicon CMOS devices status and t e ds, Eu op. Solid-State Device Res. Conf., pp , G. I. Wi th, J. Koh, R. Sil a, R. The es, R. B ede lo, Modeli g of statisti al lo -frequency noise of deep submicron MOSFETs, IEEE T a s. Ele t o De., ol., o., pp , Jul M. Ertürk, T. Xia, W. F. Clark, Gate Voltage Depe de e of MOSFET /f Noise Statisti s, IEEE Ele t o De i e Lett., ol. 8, no. 9, pp , Sept C. C. E z, E. A. Vittoz, Cha ge- ased MOS T a sisto Modeli g, Joh Wile a d So s, Chi heste,.