负电容PZT铁电场效应晶体管的物理模型与性能优化
[Abstract]:In recent years, ferroelectric field effect transistors have been paid more and more attention. They are used as memory cells of ferroelectric memory, and ferroelectric memory is easy to volatilize because of its excellent characteristics. It is considered to be one of the most ideal memory for the next generation. With the continuous improvement of chip integration, power consumption has become a serious problem that people face. When ferroelectric field effect transistors are used as ferroelectric memory chips, power consumption problems naturally need to be overcome. The negative capacitance effect of the ferroelectric field effect transistor can effectively reduce the power consumption of the transistor. Based on this, the negative capacitance effect of ferroelectric field effect transistors is studied by physical modeling and numerical analysis. The main contents and conclusions are as follows: 1. Based on Landau-Ginzburg-Devonshire phenomenological theory, Poisson equation and current continuity equation, the physical model of negative capacitance PZT (PbZr1-xTixO3) double gate field effect transistor is established, and the influence of zirconium titanium ratio on its electrical properties is analyzed. The results show that the ratio of titanium has a certain influence on the electrical properties of the negative capacitance PZT ferroelectric gate field effect transistor. When the titanium ratio decreases (0.065 ~ 0.035), the gate capacitance is amplified because of the negative capacitance effect of ferroelectric material, the potential amplification ability of silicon surface is enhanced, and the sub-threshold swing is reduced, thus the power consumption is reduced. The results provide a new way to solve the problem of power consumption of ferroelectric field effect transistors, and have a certain significance for its application in fast switching. 2. According to the physical model in Chapter 2, the electrical properties of negative capacitance PZT double gate field effect transistors with different thickness of ferroelectric layer are studied. The following conclusions are obtained: within a certain range (120~200nm), By increasing the thickness of the ferroelectric layer, the negative capacitance effect can be enhanced, the amplification ability of silicon surface potential can be enhanced, the sub-threshold swing can be reduced, and the low power operation of the transistor can be realized. The results are of great significance for the optimization of the electrical properties of the negative capacitive ferroelectric field effect transistors. 3. Based on the physical model in chapter 2, the influence of the thickness of insulation layer on the electrical properties of negative capacitance PZT double gate field effect transistors is studied. Through calculation and analysis, the following conclusions can be obtained: with the increase of the thickness of the insulation layer (2n4 nm), voltage amplification ability becomes worse, the peak of gate capacitance decreases, and the subthreshold characteristic becomes worse. We can increase the voltage amplification ability, enhance the negative capacitance effect and reduce the power consumption of the transistor by reducing the thickness of the insulation layer. This result provides a new way to solve the power problem of ferroelectric field effect transistors. 4. Based on the physical model in Chapter 2, the effect of semiconductor silicon thickness on the electrical properties of negative capacitor PZT double-gate field-effect transistors is studied. Through calculation and analysis, the following conclusions can be drawn: the influence of semiconductor silicon thickness on ferroelectric negative capacitance effect is very small and can be ignored. Therefore, when we consider the influence factors of ferroelectric negative capacitance, we can ignore the influence of semiconductor silicon thickness on negative capacitance, which can provide some theoretical guidance for the design of ferroelectric field effect transistor.
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN386
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,本文编号:2327472
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