鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的保持性能研究.pdf

1、鐵電存儲(chǔ)器具有低功耗、高存取速度、高讀寫次數(shù)、高存儲(chǔ)密度、抗輻射和非揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn),在計(jì)算機(jī)、航空航天和國(guó)防等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為鐵電存儲(chǔ)器的一種,除了上述優(yōu)點(diǎn)之外,還具有單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)密度更高和符合超大規(guī)模集成電路的按比例縮小定律等更多優(yōu)點(diǎn),引起了研究者的廣泛關(guān)注。但是,由于鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的保持性能較差,目前仍沒有得到實(shí)用化。本論文針對(duì)鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的保持性能問題,以金屬-鐵電-絕緣層-半導(dǎo)體(MFIS)

2、結(jié)構(gòu)的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管為研究對(duì)象,從退極化場(chǎng)入手建立了相應(yīng)的保持性能模型,并基于建立的模型研究了各相關(guān)電學(xué)參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)保持性能的影響,同時(shí)簡(jiǎn)要分析了鐵電-金屬界面對(duì)保持性能的影響,以期能為保持性能的改善提供建設(shè)性指導(dǎo)。具體工作和結(jié)果概況如下:
　　1.基于退極化場(chǎng),結(jié)合金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)基本方程和鐵電極化保持特性,建立了鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管保持性能模型。該模型能夠同時(shí)在短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間尺度描述鐵電場(chǎng)效應(yīng)

3、晶體管的保持性能,為實(shí)驗(yàn)上對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度保持性能的預(yù)測(cè)提供了一種方法。同時(shí),該模型也便于從理論上直接研究鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的保持性能。
　　2.基于建立的保持性能模型,模擬和分析了鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管各電學(xué)參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)其保持性能的影響。結(jié)果表明:(1)保持偏壓對(duì)保持性能影響較大,合適的保持偏壓可以顯著改善保持性能;(2)柵電極功函數(shù)、半導(dǎo)體襯底的類型和摻雜濃度、鐵電薄膜的厚度和激活場(chǎng)對(duì)保持性能具有大的影響,通過柵電極功函數(shù)和襯底摻雜濃

4、度的綜合優(yōu)化也可以實(shí)現(xiàn)較好的保持性能;(3)絕緣層的厚度和相對(duì)介電常、鐵電薄膜的相對(duì)介電常數(shù)和初始極化對(duì)保持性能都沒有明顯的影響。
　　3.基于建立的保持性能模型,簡(jiǎn)要分析了鐵電-電極界面對(duì)鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管保持性能的影響。結(jié)果表明:(1)鐵電-電極界面作為死層考慮時(shí),其影響與MFIS中絕緣層的影響是一致的;(2)鐵電-電極界面作為具有閾值電導(dǎo)特性的絕緣層考慮時(shí),存在的界面剩余注入電荷對(duì)開、關(guān)態(tài)的保持性能都有利,因而可能改善鐵電場(chǎng)效