ZrO 2 基铁电场效应晶体管研究

发布时间：2021-11-02 22:04

　　铁电场效应晶体管（FeFET）在陡峭亚阈值摆幅（SS）负电容逻辑器件和非易失性存储器方面的应用引起了研究人员的广泛兴趣。铁电栅介质引起的负电容效应,可以实现器件内部栅压放大,从而导致负电容场效应晶体管（NCFET）具有比传统MOSFET更陡峭的SS。而FeFET存储器件具有非易失、低功耗、读写速度快等优异的存储性能,是最具前景的新型存储器件之一。2011年德国研究人员在掺杂氧化铪（HfO₂）薄膜中发现了铁电性,由于其制备工艺与CMOS完全兼容,而且可以在薄膜厚度很小（<10 nm）的情况下展现稳定的铁电性,因此成为实现NCFET和FeFET存储器件的理想铁电材料。本论文详细研究了锆（Zr）组分以及退火温度对氧化铪掺Zr（HfZrO₂）薄膜铁电性和NCFET器件电学性能的影响。在深入研究原子层沉积（ALD）HfZrO₂铁电薄膜工艺基础上,发明了一种新的铁电材料结构--非晶氧化铝（Al₂O₃）薄膜中嵌入氧化锆（ZrO₂）纳米晶（NEI,Nanocryst... 

【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】：141 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 掺杂HfO_2铁电薄膜
        1.1.1 掺杂HfO_2铁电产生机制
        1.1.2 掺杂HfO_2薄膜铁电性能影响因素
        1.1.3 掺杂HfO_2薄膜局限性
    1.2 ZrO_2反铁电薄膜
        1.2.1 ZrO_2反铁电特性
        1.2.2 金属/ZrO_2/半导体铁电电容
    1.3 NCFET
    1.4 FeFET非易失性存储器
        1.4.1 PCM
        1.4.2 MRAM
        1.4.3 RRAM
        1.4.4 FeFET存储器
        1.4.5 HfO_2基FeFET的研究现状和问题
    1.5 FeFET突触
        1.5.1 FeFET突触原理
        1.5.2 掺杂HfO_2 FeFET突触
    1.6 本文研究目标和内容安排
第二章 研究HZrO_2薄膜和NCFET
    2.1 HfZrO_2薄膜铁电特性研究
        2.1.1 ALD沉积Hf_(1-x)Zr_xO_2薄膜
        2.1.2 Zr组分和退火温度对HfZrO_2薄膜铁电特性的影响
    2.2 HfZrO_2/Si (SiGe)界面能带带阶研究
        2.2.1 不同Zr组分的HfZrO_2薄膜E_g
        2.2.2 Zr组分对HfZrO_2/Si界面能带带阶的影响
        2.2.3 Hf_(0.52)Zr_(0.48)O_2/SiGe界面能带带阶
    2.3 HfZrO_2铁电栅介质NCFET
        2.3.1 HfZrO_2 NCFET器件制备
        2.3.2 HfZrO_2 NCFET电学性能表征
        2.3.3 Hf_(0.52)Zr_(0.48)O_2 NCFET直流稳定性
    2.4 本章小结
第三章 ZrO_2基NEI (Nanocrystal-Embedded-Insulator)铁电/反铁电薄膜
    3.1 ZrO_2基NEI铁电/反铁电薄膜制备
    3.2 TaN/NEI/Ge电容结构铁电特性
        3.2.1 ZrO_2基NEI电容P-V测试
        3.2.2 TaN/NEI/Ge PUND测试
    3.3 ZrO_2基NEI薄膜铁电与反铁电特性
        3.3.1 双电容串联法测试NEI薄膜P-V曲线
        3.3.2 单电容法测试TaN/NEI/Ge(SiGe)结构P-V曲线
    3.4 本章小结
第四章 ZrO_2基 NEI 负电容场效应晶体管
    4.1 NEINCFET器件制备
    4.2 NEI Ge-NCFET电学性能表征
        4.2.1 3.6 nm NEI Ge-NCFET
        4.2.2 2.1 nm Ge-NCFET
    4.3 RTA温度对NEINCFET电学特性的影响
    4.4 NEINCFET的直流稳定性
    4.5 NEI NCFET温度特性研究
    4.6 本章小结
第五章 NEIFeFET非易失性存储器和突触
    5.1 ZrO_2 NEI FeFET器件制备
    5.2 NEIFeFET非易失性存储器
        5.2.1 直流特性表征
        5.2.2 脉冲特性表征
    5.3 NEIFeFET突触器件
        5.3.1 NEIFeFET突触变脉冲幅度测试
        5.3.2 NEIFeFET突触固定脉冲幅度测试
        5.3.3 基于卷积神经网络计算在线学习准确率
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3472453