FeFET是一種很有前途的存儲(chǔ)器件 因?yàn)樗哂械凸?/h1>

2019-06-19 11:22:49 編輯： 來(lái)源：

導(dǎo)讀 作為JST PRESTO計(jì)劃的一部分，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所副教授Masaharu Kobayashi開(kāi)發(fā)了一種鐵電FET(FeFET)，其具有鐵電-HfO 2和超薄IGZO

作為JST PRESTO計(jì)劃的一部分，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所副教授Masaharu Kobayashi開(kāi)發(fā)了一種鐵電FET(FeFET)，其具有鐵電-HfO 2和超薄IGZO通道。已經(jīng)證明了幾乎理想的亞閾值擺幅(SS)和高于多晶硅通道的遷移率。

FeFET是一種很有前途的存儲(chǔ)器件，因?yàn)樗哂械凸?，高速和高容量的特點(diǎn)。在發(fā)現(xiàn)CMOS兼容的鐵電-HfO 2材料之后，F(xiàn)eFET引起了更多的關(guān)注。對(duì)于更高的存儲(chǔ)容量，已經(jīng)提出了3-D垂直堆棧結(jié)構(gòu)，如圖1(a)所示。

對(duì)于3-D垂直堆疊結(jié)構(gòu)，多晶硅通常用作溝道材料。然而，由于晶界和外在缺陷，多晶硅在納米厚度區(qū)域具有非常低的遷移率。此外，多晶硅與鐵電-HfO 2柵極絕緣體形成低k界面層。這導(dǎo)致電壓損失和電荷俘獲，其分別防止低電壓操作和降低可靠性，如圖1(b)所示。

為了解決這些問(wèn)題，在本研究中，我們提出了一種具有超薄IGZO通道的鐵電-HfO 2基FeFET。IGZO是金屬氧化物半導(dǎo)體并且可以避免具有鐵電HfO 2柵極絕緣體的低k界面層。此外，由于IGZO是N型半導(dǎo)體并且通常用于無(wú)結(jié)晶體管操作，所以可以避免電荷俘獲，這是反轉(zhuǎn)模式操作中的嚴(yán)重問(wèn)題，如圖1(b)所示。

首先，我們系統(tǒng)地研究了最佳IGZO通道厚度。隨著IGZO厚度減小，SS減小并且閾值電壓(Vth)增加。為了實(shí)現(xiàn)陡峭的SS和常關(guān)操作，選擇了8nm。接下來(lái)，我們制造了TiN / HfZrO 2 / IGZO電容器。HfZrO 2是鐵電層。橫截面TEM圖像顯示每層均勻地形成，如圖2(a)所示。取GIXRD光譜并確認(rèn)鐵電相。通過(guò)電學(xué)表征，我們證實(shí)了在HfZrO 2上具有IGZO封端的明顯鐵電性質(zhì)，如圖2(b)所示。

應(yīng)當(dāng)注意，在當(dāng)前的器件設(shè)計(jì)中，需要具有掩埋氧化物的背柵以固定體電位。在沒(méi)有背柵的情況下，體電位浮動(dòng)并且電壓不能充分施加在鐵電-HfO 2柵極絕緣體上，這通過(guò)TCAD模擬得到證實(shí)?；谶@些器件設(shè)計(jì)，我們制造了具有鐵電-HfO 2和超薄IGZO通道的FeFET 。圖3(a)顯示了在施加寫(xiě)入和擦除脈沖電壓之后測(cè)量的漏極電流與柵極電壓的關(guān)系。獲得0.5V存儲(chǔ)器窗口和幾乎理想的60mV / dec的SS。此外，如圖3(b)所示，場(chǎng)效應(yīng)遷移率約為10cm2 / Vs，在相同厚度下可高于多晶硅。

本研究的成果將為實(shí)現(xiàn)具有三維垂直堆疊結(jié)構(gòu)的低電壓和高可靠性FeFET開(kāi)辟一條新途徑。這導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)超低功耗物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備，部署高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而利用大數(shù)據(jù)提供更具戰(zhàn)略性的社會(huì)服務(wù)。

標(biāo)簽： 存儲(chǔ)器件

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