基于免疫算法的铁电场效应晶体管多态门设计方法

应用于硬件安全领域的多态电路对于除金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)外的新器件的研究较少,往往只有少数几个设计实例,缺乏一般化的研究方法和多态门设计平台。面向铁电场效应晶体管(FeFET)器件,该文提出一种多态门设计方法。该方法利用免疫算法,将基于FeFET的多态门电路生成问题归结为生物代际演化过程。该文利用C++语言平台和Hspice仿真工具实现了完整的FeFET多态门设计算法,结合具体的工艺和电路模型搭建了多态门的设计平台。实验结果表明,该设计方法可有效地生成出基于FeFET的多态电路,其所生成的多态门电路可实现温度、电源电压和外部信号多种控制方式。

铁电场效应晶体管材料设计的研究进展

铁电场效应晶体管(FeFET)作为最有潜力的下一代非易失性存储器之一,引起研究人员的广泛关注。本文系统阐述了Fe FET的工作原理及结构设计,介绍了Fe FET结构中铁电材料和缓冲层材料的探索历程及所对应的器件性能。本文提出了一种新型Fe FET结构设计,有望改善薄膜之间的界面效应。最后总结了Fe FET的研究进展,并对未来研究做出展望。

PZT铁电场效应晶体管电学性能

采用磁控溅射法制备了(111)向择优的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜,并结合半导体集成技术制备了金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的n沟道铁电场效应晶体管.研究了铁电场效应晶体管的C-V特性、I-V特性以及写入速度.顺时针的C-V滞回曲线和逆时针的Id-Vg滞回曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有极化存储性能和明显的栅极化调制效应,并且在-5V到+5V的Vg电压下从C-V和Id-Vg滞回曲线中都得到了2V的存储窗口.

铁电场效应晶体管

介绍了铁电场效应晶体管 (FFET)的基本结构、存储机制、制作方法 ,综述其结构设计的改进、铁电薄膜在 FFET中应用的进展情况 ,探讨围绕铁电薄膜材料、过渡层、结构设计、不同成膜方法及工艺对 FFET存储特性的影响 ,对

铁电场效应晶体管:原理、材料设计与研究进展

系统阐述了铁电场效应晶体管(FeFET)的工作原理,重点介绍了铁电层和缓冲层的材料设计的基本原理、主要的铁电层材料和缓冲层材料及其所对应的FeFET的器件性能.并介绍了基于FeFET的FeCMOS逻辑电路、FeNAND闪存电路、基于氧化物半导体和有机半导体的FeFET的最新研究成果.最后对FeFET的未来研究作出展望.

铁电场效应晶体管的建模与模拟

得到了一个铁电场效应晶体管(MFIS结构)的新的模型,并对该模型进行了电特性分析。从理论上得到了铁电极化和电场强度关系的新的表达式。基于Pao和Sah双积分且考虑了铁电材料的非饱和极化得到漏极电流的精确模拟,并给出了器件模拟结果。通过对器件的模拟,最后总结了一些提高铁电场效应晶体管性能的规律。

铁电薄膜和铁电场效应存储器研究

简述了铁电场效应管ＦＦＥＴ工作原理；说明了器件对薄膜和结构的要求；指出了铁电薄膜的电滞回线及金属铁电半导体结构的Ｃ－Ｖ特性。

Bi_4Ti_3O_(12)栅Si基铁电场效应晶体管特性研究

采用溶胶 -凝胶工艺制备了 Si基 Ag/Bi4 Ti3O1 2 栅铁电场效应晶体管。研究了 Bi4 Ti3O1 2 铁电薄膜厚度、栅宽 /长比等器件结构参数对性能的影响。研究表明 :铁电场效应晶体管的阈值电压、击穿场强和剩余极化等并不随 Bi4 Ti3O1 2 薄膜厚度的增加而线性变化 ,跨导和漏 -源电流在不同的栅宽 /长比范围变化趋势不同 ,当Bi4 Ti3O1 2 厚度为 2 0 0～ 40 0 nm、Wg/Lg 取 1～ 2时 ,器件可获得较好的综合性能 ,不同栅压变化过程的 Isd-Vsd特性曲线并不重合 ,表明该器件具有源于铁电薄膜极化的场效应特性。

Pt/PZT/Pt结构铁电场效应晶体管性能研究

目的研究金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的p沟道铁电场效应晶体管的性能.方法制备金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的p沟道铁电场效应晶体管并对其性能进行测量分析.结果具有顺时针的Id-Vg滞回曲线的p沟道PZT铁电场效应晶体管能实现极化存储性能,并且在-5V到+5V的Vg电压下从Id-Vg滞回曲线中都得到了1V的存储窗口.存储窗口随-Vg的增大而增大.结论MFMIS结构的p沟道PZT铁电场效应晶体管适合在大规模、高密度、高速度铁电存储器上使用.

基于SILVACO的铁电场效应管性能分析

针对铁电器件制备过程中,由铁电材料对工艺的敏感性导致铁电器件难以进行系统研究的困难,提出了应用SILVACO软件以铁电材料的实际测试结果为仿真基准,通过材料参数有限且系统的变化,研究不同的材料参数对器件性能的影响的研究方法。通过应用该仿真方法研究基于PZT栅极材料的MIFIS结构的铁电场效应晶体管的最佳漏极电流与铁电栅材料参数关系。仿真结果表明,铁电栅极材料剩余极化强度越大,材料的不饱和度越大,铁电场效应晶体管漏极电流越大。这说明要提高器件的漏极电流仅仅提高剩余极化强度是不够的,提高材料的不饱和度也非常重要。

极化电压与铁电场效应晶体管漏极电流的稳定性关系

设计了具有金属/铁电体/半导体结构的铁电场效应晶体管(FFET),并对其特性进行了仿真.结果表明,当Vg=0时,Pr和Ps/Pr的值决定了漏极电流的大小.当Pr增加时,Id随之增大.当FFET饱和极化后,Ps/Pr值增加,Id增大.FFET可以在特定极化电压(Vp=1.5 V)极化后,实现漏极电流的稳定输出,减小了Ps/Pr变化对FFET器件性能的影响.该漏极电流稳定输出时的极化电压值受到矫顽场Ec的影响,且Vp随Ec的减小而降低.

Ag/Bi_4Ti_3O_(12)栅铁电场效应管ID-VG特性双曲模型

在理论分析的基础上,结合铁电材料特性及实验数据,提出了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管转换(ID-VG)特性的双曲模型并进行了数值模拟。该模型不但与阈值电压、沟道饱和电流等器件参数相关而且充分反映了剩余极化、矫顽电压等铁电栅介质极化特性对器件ID-VG特性的影响。结果表明:模拟曲线与实验曲线基本一致,能较好地模拟和描述铁电场效应晶体管的ID-VG特性。

氧化铪基铁电场效应晶体管存储器研究进展

铁电存储器是一种具有很多优异性能的非易失性存储器。总结了氧化铪(HfO_(2))基铁电场效应晶体管(FeFET)存储器的研究进展,并对其存储性能进行了探讨。具铁电性的掺杂HfO_(2)的薄膜可以薄至几纳米,并与CMOS工艺兼容,因此,FeFET可作为新型存储器,但其存储的耐久性有限,会导致存储失效。FeFET存储器的失效原因主要有疲劳、印记、保持性损失等。增强其耐久性的主要方法有铁电薄膜掺杂、退火处理、调整薄膜厚度、合理利用应变效应以及正确处理界面效应等。改善FeFET存储器的抗疲劳能力需考虑多种因素,如薄膜成分、加工过程的温度和压力条件等。对HfO_(2)基铁电薄膜抗疲劳问题的研究,应优先考虑薄膜成分,在此基础上研究加工工艺。

HfO2基铁电场效应晶体管读写电路的单粒子翻转效应模拟

使用器件-电路仿真方法搭建了氧化铪基铁电场效应晶体管读写电路,研究了单粒子入射铁电场效应晶体管存储单元和外围灵敏放大器敏感节点后读写数据的变化情况,分析了读写数据波动的内在机制.结果表明:高能粒子入射该读写电路中的铁电存储单元漏极时,处于"0"状态的存储单元产生的电子空穴对在器件内部堆积,使得栅极的电场强度和铁电极化增大,而处于"1"状态的存储单元由于源极的电荷注入作用使得输出的瞬态脉冲电压信号有较大波动;高能粒子入射放大器灵敏节点时,产生的收集电流使处于读"0"状态的放大器开启,导致输出数据波动,但是其波动时间仅为0.4 ns,数据没有发生单粒子翻转能正常读出.两束高能粒子时间间隔0.5 ns先后作用铁电存储单元漏极,比单束高能粒子产生更大的输出数据信号波动,读写"1"状态的最终输出电压差变小.

全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元单粒子效应计算机模拟研究

铁电场效应晶体管具有非挥发性、低功耗、读写速度快等优异的存储性能,是最有前景的新型半导体存储器件之一.为促进铁电场效应晶体管在辐射环境中的应用,本文利用计算机辅助设计软件对全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元的单粒子效应进行研究,分析了重离子不同入射位置及角度和漏极偏置电压对存储单元相关特性的影响.结果表明:重离子入射位置改变不会使氧化铪铁电层中相应的极化状态发生反向,但会影响存储单元输出电压瞬态变化,最敏感区域靠近漏-体结区域;随着重离子入射角度减小,存储单元输出电压峰值增大,读数据“0”时入射角度变化的影响更为明显;存储单元输出电压峰值受漏极偏置电压调制,读数据“1”时调制效应更为明显.本工作为全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元抗单粒子效应加固设计提供理论依据和指导.

研制出一种具有优异存储特性的碳纳米管基铁电场效应晶体管

碳纳米管独特的结构和电学性质为其电子器件应用提供了巨大潜力。物理所／北京凝聚态物理国家实验室博士生符汪洋、32程师许智、研究员白雪冬和王恩哥与微加32实验室研究员顾长志合作。研制成功了以外延铁电薄膜为栅介质的单壁碳纳米管场效应晶体管。开发出一种基于碳纳米管的铁电场效应晶体管存储器件单元。

Ag/Bi_4Ti_3O_(12)栅n沟道铁电场效应晶体管制备及存储特性

在溶胶-凝胶工艺获得高质量Bi4Ti3O12薄膜的基础上,制备了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管.研究了Si基Bi4Ti3O12薄膜的生长特性及其对铁电薄膜/硅的界面状态和铁电场效应晶体管存储特性的影响.研究表明,在合理的工艺条件下可以获得具有较高c-轴择优取向的纯钙钛矿相Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜并有利于改善Bi4Ti3O12/Si之间的界面特性;顺时针回滞的C-V特性曲线和C-T曲线表明Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有极化存储效应和一定的极化电荷保持能力;器件的转移(Isd-VG)特性曲线显示Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有明显的栅极化调制效应.

MFMIS铁电场效晶体管的制备及存储特性

在磁控溅射法制备Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜的基础上,结合半导体工艺制备了金属/铁电/金属/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的铁电场效应晶体管。器件的顺时针电容-电压(C-V)特性曲线和逆时针漏电流-栅电压(Id-Vg)特性曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有明显的栅极化调制效应和极化存储性能,且在-5^+5 V的电压下存储窗口为2 V。

铁电晶体管近似搜索存储器的电流模测量实现

在高硬件容错性模型中,近似搜索可应对数据量与运算量需求能效提高的问题.针对三态内容寻址存储器在近似搜索模式下精度低、可扩展性差等问题,提出了一种电流模测量方案.该方案基于铁电晶体管优化了存储单元的结构设计以降低面积与功耗;将阵列搜索不匹配度由原先的电压输出改为电流输出,提高了电路可扩展性;引入了将模拟电流信号转化为数字脉冲信号的感测放大器(sense amplifier,SA)作为外围电路以检测存储阵列的不匹配度输出.通过Hspice与Virtuoso仿真平台搭建瞬态仿真电路实验,验证了该方案成功地实现了高能效三态内容寻址存储器近似搜索.

二维材料/铁电异质结构的研究进展

二维材料是一类具有原子层厚度的层状材料,拥有独特的电学、磁学、光学和力学性能.以石墨烯和过渡金属硫族化合物为代表的二维材料展现出迁移率高、能带可调、可见光透过率高等特点,是近年来微纳科学领域的前沿热点.将二维材料与各种功能材料,如SiO2绝缘体、半导体、金属、有机化合物等结合,可以深化和拓宽二维材料的基础研究和应用.其中,铁电材料因具有自发极化、高介电常数、高压电系数等优点吸引了众多研究者的目光.二维/铁电复合材料很好地兼顾了二者的优点,不仅包含了磁电耦合效应、铁电场效应、晶格应变效应、隧穿效应、光电效应、光致发光效应等丰富的物理现象,而且在多态存储器、隧穿晶体管、光电二极管、太阳能电池、超级电容器、热释电红外探测器等器件中有广阔的应用前景,引起了学术界的广泛关注.本文选取典型的二维/铁电复合材料,重点介绍了这类材料界面处的物理机制、材料的性能以及应用前景,并对二维/铁电复合材料的研究进行了展望.