利用铁电- hfo2和超薄IGZO设计FeFET

在…的框架内JST转眼间程序东京大学工业科学研究所(Institute of Industrial Science, the University of Tokyo)副教授M欧洲杯线上买球asaharu Kobayashi使用了铁电hfo₂和超薄IGZO通道设计铁电场效应晶体管(FeFET)。

研究人员不仅证明了几乎完美的亚阈值摆动(SS)，而且比多晶硅通道的移动性更大。

FeFET具有高速、低功耗、高容量等特点，是一种有潜力的存储器件。随着cmos兼容铁电hfo的发现₂FeFET已经获得了前所未有的关注。有人建议采用三维垂直堆栈结构，以获得更大的内存容量。

总的来说，虽然多晶硅本质上是作为一种三维垂直堆叠结构的通道材料，但由于外部缺陷和晶界的存在，多晶硅在纳米厚区域的迁移率极低。此外，多晶硅与铁电- hfo形成低k的界面层₂门绝缘子。因此，存在电压损失和电荷陷阱，分别导致低电压运行障碍和可靠性下降。

在这项研究中，科学家们提出了铁电hfo₂利用超薄IGZO通道解决了这一问题。IGZO是一种金属氧化物半导体，能够防止与铁电HfO形成低k的界面层₂门绝缘子。此外，由于IGZO是n型半导体，通常用于无结晶体管工作，因此可以消除在倒转模式工作中实际经历的电荷捕获。

研究人员首先系统地分析了最佳IGZO通道的厚度。随着IGZO厚度的减小，SS降低，阈值电压(Vth)增加。为了实现陡峭的SS和正常关闭的工作，选择8 nm。

研究人员随后开发了TiN/HfZrO₂/IGZO电容器，其中HfZrO₂为铁电层。透射电镜横断面图像显示了各层的均匀形成。GIXRD谱图证实了铁电相的存在。研究人员利用电特性，证实了HfZrO表面IGZO覆盖具有明显的铁电特性₂．

值得注意的是，在现有的器件模型中，对埋入的氧化物设置体电位来说，后门是必不可少的。利用计算机辅助设计技术(TCAD模拟)证实，在没有背栅的情况下，体电位和电压的波动不能令人满意地应用在铁电hfo上₂门绝缘子。

根据这种设计，研究人员利用铁电hfo开发了一种FeFET₂和超薄IGZO通道。在施加写-擦除脉冲电压后，测量到的漏极电流对栅电压的记忆窗口为0.5 V, SS为60 mV/dec，几乎是理想的。场效应迁移率约为10 cm²/V s，可大于相同厚度的多晶硅。

本研究成果为实现三维垂直堆叠结构的低电压、高可靠性FeFET，促进超低功耗物联网(IoT)边缘设备，部署高度先进的网络系统，并利用大数据提供更具战略性的社会服务铺平了道路。