Fe ФЕТ

Сегнетоэлектрический полевой транзистор ( Fe FET ) — это тип полевого транзистора , который включает в себя сегнетоэлектрический материал, зажатый между электродом затвора и областью проводимости исток-сток устройства (каналом ) . Постоянная поляризация электрического поля в сегнетоэлектрике заставляет устройства этого типа сохранять состояние транзистора (включено или выключено) при отсутствии какого-либо электрического смещения.

Устройства на основе FeFET используются в памяти FeFET — типе однотранзисторной энергонезависимой памяти .

Описание

В 1955 году Ян Манро Росс подал патент на FeFET или MFSFET. Его структура напоминала современный инверсионный канал MOSFET, но в качестве диэлектрика/изолятора вместо оксида использовался сегнетоэлектрик. ^[1] Использование сегнетоэлектрика ( триглицинсульфата ) в твердотельной памяти было предложено Моллом и Таруи в 1963 году с использованием тонкопленочного транзистора . ^[2] Дальнейшие исследования проводились в 1960-х годах, но характеристики удержания устройств на основе тонкой пленки были неудовлетворительными. ^[3] В ранних устройствах на основе полевых транзисторов использовался сегнетоэлектрик титанат висмута (Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ ) или Pb _1-x Ln _x TiO ₃ ( PLT ) и родственные ему смешанные цирконат/титанаты ( PLZT ). ^[3] В конце 1980 года была разработана сегнетоэлектрическая RAM , в которой в качестве конденсатора использовалась тонкая сегнетоэлектрическая пленка, подключенная к адресующему полевому транзистору. ^[3]

Устройства памяти на основе FeFET считываются с использованием напряжения ниже коэрцитивного напряжения сегнетоэлектрика. ^[4]

Проблемы, связанные с реализацией практического запоминающего устройства FeFET, включают (по состоянию на 2006 г.): выбор высокодиэлектрического и хорошо изолирующего слоя между сегнетоэлектриком и затвором; проблемы высокой остаточной поляризации сегнетоэлектриков; ограниченный срок хранения (около нескольких дней, ср. требуется 10 лет). ^[5]

При условии, что сегнетоэлектрический слой можно масштабировать соответствующим образом, ожидается, что устройства памяти на основе FeFET будут масштабироваться (сжиматься) так же, как и устройства MOSFET; предел ~ 20 нм в поперечном направлении. однако может существовать ^[6] ( суперпараэлектрический предел , он же сегнетоэлектрический предел). Другие проблемы, связанные с усадкой, включают: уменьшение толщины пленки, вызывающее дополнительные (нежелательные) эффекты поляризации; инжекция заряда; и токи утечки. ^[5]

Исследования и разработки

В 2017 году сообщалось, что энергонезависимая память на основе FeFET была построена по 22 нм узлу с использованием FDSOI CMOS (полностью обедненный кремний на изоляторе ) с диоксидом гафния (HfO ₂ ) в качестве сегнетоэлектрика - наименьший зарегистрированный размер ячейки FeFET составлял 0,025 мкм. ²устройства были построены в виде 32-мегабитных массивов с использованием импульсов установки/сброса длительностью ~10 нс при напряжении 4,2 В - устройства показали выносливость 10 ⁵ циклов и сохранения данных до 300C. ^[7]

По состоянию на 2017 год ^[update] Стартап Ferroelectric Memory Company пытается превратить FeFET-память в коммерческое устройство на основе диоксида гафния. Утверждается, что технология компании масштабируется до размеров современных технологических узлов и интегрируется с современными производственными процессами, например, HKMG , а также легко интегрируется в традиционные процессы CMOS, требуя всего лишь двух дополнительных масок. ^[8]

См. также

Сегнетоэлектрическое ОЗУ , ОЗУ, в конденсаторе которого используется сегнетоэлектрический материал обычной структуры DRAM.

Ссылки

^ Стефан Фердинанд Мюллер (2016). Разработка сегнетоэлектрической памяти на основе HfO2 для будущих узлов КМОП-технологии . ISBN 9783739248943 .
^ Парк и др. 2016 , §1.1.1, стр.3.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Парк и др. 2016 , §1.1.1, стр.4.
^ Парк и др. 2016 , § 1.1.2, стр.6.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Зшех, Эренфрид; Уилан, Кэролайн; Миколайик, Томас, ред. (2005), Материалы для информационных технологий: устройства, межсоединения и упаковка , Springer, стр. 157 –
^ Хосла, Робин; Шарма, Дипак К.; Мондал, Кунал; Шарма, Сатиндер К. (13 октября 2014 г.). «Влияние электрического напряжения на стопку затворов Au/Pb (Zr0,52Ti0,48) O3/TiOxNy/Si для анализа надежности сегнетоэлектрических полевых транзисторов» . Письма по прикладной физике . 105 (15): 152907. Бибкод : 2014ApPhL.105o2907K . дои : 10.1063/1.4897952 . ISSN 0003-6951 .
^ Jump up to: ^а ^б Дюнкель, С. (декабрь 2017 г.), «Сверхбыстрая встроенная технология NVM со сверхнизким энергопотреблением на основе FeFET для 22-нм FDSOI и выше», Международная конференция IEEE по электронным устройствам (IEDM), 2017 г. , стр. 19.7.1–19.7.4 , doi : 10.1109/IEDM.2017.8268425 , ISBN 978-1-5386-3559-9 , S2CID 19624615
^ Лапедус, Марк (16 февраля 2017 г.), «Что такое FeFET?» , Semiengineering.com

Пак, Бён Ын; Ишивара, Хироши; Окуяма, Масанори; Сакаи, Сигэки; Юн, Сон Мин, ред. (2016), «Память полевого транзистора с сегнетоэлектрическим затвором: физика устройств и приложения», « Темы прикладной физики» , вып. 131, Спрингер

Дальнейшее чтение

Ишивара, Хироши (2012), «FeFET и сегнетоэлектрические запоминающие устройства с произвольным доступом», Multifunctional Oxide Heterostructures , стр. 340–363, doi : 10.1093/acprof:oso/9780199584123.003.0012 , ISBN 978-0-19-958412-3

[1] Стефан Фердинанд Мюллер (2016). Разработка сегнетоэлектрической памяти на основе HfO2 для будущих узлов КМОП-технологии . ISBN 9783739248943 .

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§1.1.1,_p.3-2] Парк и др. 2016 , §1.1.1, стр.3.

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§1.1.1,_p.4-3] Jump up to: ^а ^б ^с Парк и др. 2016 , §1.1.1, стр.4.

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§_1.1.2,_p.6-4] Парк и др. 2016 , § 1.1.2, стр.6.

[zschech-5] Jump up to: ^а ^б ^с Зшех, Эренфрид; Уилан, Кэролайн; Миколайик, Томас, ред. (2005), Материалы для информационных технологий: устройства, межсоединения и упаковка , Springer, стр. 157 –

[6] Хосла, Робин; Шарма, Дипак К.; Мондал, Кунал; Шарма, Сатиндер К. (13 октября 2014 г.). «Влияние электрического напряжения на стопку затворов Au/Pb (Zr0,52Ti0,48) O3/TiOxNy/Si для анализа надежности сегнетоэлектрических полевых транзисторов» . Письма по прикладной физике . 105 (15): 152907. Бибкод : 2014ApPhL.105o2907K . дои : 10.1063/1.4897952 . ISSN 0003-6951 .

[dunkel-7] Jump up to: ^а ^б Дюнкель, С. (декабрь 2017 г.), «Сверхбыстрая встроенная технология NVM со сверхнизким энергопотреблением на основе FeFET для 22-нм FDSOI и выше», Международная конференция IEEE по электронным устройствам (IEDM), 2017 г. , стр. 19.7.1–19.7.4 , doi : 10.1109/IEDM.2017.8268425 , ISBN 978-1-5386-3559-9 , S2CID 19624615

[8] Лапедус, Марк (16 февраля 2017 г.), «Что такое FeFET?» , Semiengineering.com

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]