基于铁电材料的负电容场效应晶体管研究

发布时间：2021-10-16 21:40

　　负电容场效应晶体管（NCFET）作为超低功耗集成电路非常具有潜力的候选器件结构之一,引起了学术界和工业界的广泛关注。NCFET与传统金属氧化物半导体场效应晶体管的区别在于栅极结构中插入的具有负电容行为的铁电薄膜,通过栅极电压放大效应突破亚阈值摆幅（SS）玻尔兹曼限制。本论文基于实验研究探索NCFET典型电学特性和基本物理机制,具体内容分为四个部分:NCFET典型特性研究、影响NCFET电容匹配因素研究、NCFET频率特性探索和NCFET物理机制揭示。一、NCFET典型特性研究利用前栅工艺制备锗（Ge）与锗锡（GeSn）沟道NCFET,其中铁电材料为锆（Zr）掺杂的氧化铪（HfO₂）,即铪锆氧（HfZrO_x）。通过后退火工艺,实现多晶HfZrO_x铁电薄膜。退火温度为450 ^oC时,Ge与GeSn NCFET相比于对照器件展现出一些列优异的电学特性,包括亚60 mV/decade的陡峭开关特性、低于40 mV的回滞窗口以及22%的沟道电流增幅。在NCFET电容曲线中观测到了负电容模型预测的栅电容尖峰效应... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 新型低功耗晶体管
        1.2.1 TFET
        1.2.2 Spin MOSFET
        1.2.3 Dirac-source FET
    1.3 NCFET研究现状
        1.3.1 负电容效应
        1.3.2 NCFET
    1.4 本文研究目标和内容安排
第二章 NCFET基本电学特性
    2.1 NCFET器件制备
    2.2 器件测试与分析
        2.2.1 铁电薄膜材料表征
        2.2.2 Ge NCFET性能表征
        2.2.3 GeSn NCFET性能表征
    2.3 本章小结
第三章 NCFET电容匹配影响因素
    3.1 电容匹配影响因素
    3.2 T_(Annealing)对NCFET电学性能的影响
    3.3 A_(FE)/A_(MOS)对NCFET电学性能的影响
    3.4 t_(FE)对NCFET电学性能的影响
    3.5 V_(GS,range)对NCFET电学性能的影响
    3.6 本章小结
第四章 NCFET输出曲线中的NDR效应
    4.1 NDR强度影响因素
    4.2 无回滞NCFET
    4.3 有回滞NCFET
    4.4 本章总结
第五章 NCFET频率特性
    5.1 NCFET频率特性影响因素
    5.2 MFMIS和MFIS结构NCFET制备
    5.3 器件测试与分析
        5.3.1 HZO铁电薄膜频率依赖性表征
        5.3.2 MFMIS结构NCFET频率相关特性
        5.3.3 MFIS结构NCFET的性能表征
    5.4 本章小结
第六章 NCFET物理机制研究
    6.1 负电容效应微观本质研究
    6.2 NCFET回滞行为的微观本质研究
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3440541