晶粒取向和晶界对FeFET电学性能影响的相场模拟
[Abstract]:Ferroelectric field effect transistor (FeFET) memory is considered to be one of the most promising next generation memory due to its advantages of low power consumption, high read / write speed, non-volatile, radiation resistant, high integration and non-destructive readout. Ferroelectric thin film is the core part of FeFET memory, and its performance determines the reliability of ferroelectric memory. Compared with single crystal ferroelectric thin film, polycrystalline ferroelectric thin film is easier to be prepared, and the polycrystalline ferroelectric thin film is widely used in experiment and practice. Therefore, it is necessary to study the simulation and electrical properties of polycrystalline ferroelectric thin films. Firstly, the distribution of grain orientation and the thickness of grain boundary have a certain influence on the ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films, and then have an important effect on the electrical properties of polycrystalline ferroelectric thin films. Secondly, the charge accumulation at the grain boundary of the polycrystalline ferroelectric thin films will lead to the generation of the built-in electric field, which will affect the properties of the polycrystalline ferroelectric thin films. In this paper, the FeFET with metal / ferroelectric / insulator / silicon (MFIS) structure is taken as the research object, and the electrical performance model of FeFET is established by combining the basic device equation of metal / oxide / semiconductor (MOS) field effect transistor with the phase field method. The effects of grain orientation and grain boundary on the electrical properties of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films are studied. The main contents and results are as follows: (1) the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films is established. The effects of grain orientation distribution and grain boundary thickness on the ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films were studied. The results show that the random distribution of grain orientation leads to the decrease of residual polarization and coercive field of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. Grain boundary will lead to the decrease of coercive field of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. With the increase of grain boundary thickness, the residual polarization of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films will gradually decrease. (2) based on the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films, The effect of charge aggregation at grain boundary on ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films was studied. The results show that the charge accumulation at grain boundary will form an internal electric field in the grain, which will affect the domain structure and domain switching process of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. With the increase of charge aggregation intensity, the residual polarization and coercive field of ferroelectric thin films decrease gradually. (3) the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films is combined with the basic device equations of standard MOS field-effect transistors. The effects of grain orientation, grain boundary thickness and charge aggregation at grain boundary on the electrical properties of FeFET were investigated. The results show that the random distribution of grain orientation results in the decrease of residual polarization of FeFET, the decrease of storage window, the decrease of open source leakage current I _ (ds), and the increase of off state source drain current I _ (ds). With the increase of grain boundary thickness, the residual polarization of FeFET decreases gradually, the storage window decreases, the open source leakage current I _ (ds) decreases, and the off-state source drain current I _ (ds) increases. With the increase of charge aggregation intensity at grain boundaries, the residual polarization of FeFET decreases, the storage window decreases, the open source drain current I _ (ds) decreases, and the off-state source drain current I _ (ds) increases.
【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;TP333;TM221
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,本文编号:2329281
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