一个改进的用于铁电存储器设计的铁电电容宏模型

从描述铁电电容的P V滞回特性出发 ,本文在ZSTT宏模型的基础上提出了一个改进的铁电电容宏模型 ,并成功利用此模型对铁电存储器 (FeRAM)进行了电路优化和电路模拟 .最后将试图对此模型做进一步的推广 。

一种新的铁电电容模型及其在1T/1C FeRAM中的应用

随着集成铁电工艺的迅速发展和铁电电容的广泛应用 ,铁电电容模型的缺乏已成为制约基于铁电电容电路设计和优化的瓶颈。文中提出的非线性双电容铁电电容模型是线性双电容铁电电容模型的改进 ,它不仅与线性双电容模型一样易于用宏模型实现 ,而且比后者具有更高的精度和更简单的控制方式。以 1 T/1 C单元作为基于铁电电容电路设计优化的实例 ,定性分析了位线寄生电容对读出窗口的影响 ,并在 HSPICE中用非线性双电容模型进行了仿真 ,得到位线寄生电容与 1 T/1 C单元铁电电容比例 (CBL/CF E)对读出窗口的最优值 :CBL/CF E=2 .

薄膜厚度对PZT/STO铁电电容器隧穿电阻的影响

结合Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT和STO厚度对铁电隧道结极化强度、电导和隧穿电阻等的影响。模拟结果表明,随着层数增加,极化强度增大;平均极化强度随着PZT厚度增加而增强,随着STO厚度增加而减弱;随着PZT和STO厚度增加,电导减小,隧穿电阻率增加;当厚度变化相同时,PZT引起电导的变化大,隧穿电阻率变化小。考虑薄膜面积的影响,当薄膜面积从无限大变成有限大时,极化强度、电导和隧穿电阻均减小。

铁电电容工艺与标准CMOS工艺兼容性研究

在铁电存储器制备过程中,Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜需经历多次热处理,铁电电容工艺与标准CMOS工艺的集成加工过程中可能存在交叉污染。对PZT薄膜中的铅在不同温度下的挥发量进行了测定,在温度为400℃时有0.15×10-6铅挥发。同时进一步研究了铁电工艺对底层NMOS管、PMOS管和CMOS电路性能的影响。实验结果表明:PMOS管的性能所受影响较大,PMOS管子的跨导(gm)明显降低;而NMOS管的性能所受影响较小;CMOS电路的数字逻辑功能正常。

钛含量对PZT/STO铁电电容器隧穿电阻的影响

采用Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT的钛(Ti)含量(x=0.5,0.6,0.8,1.0)对铁电隧道结极化强度、总电势、电导和隧穿电阻等的影响,从而增大隧穿电阻.模拟结果表明:随着层数增加,复合薄膜极化强度增大;随着Ti含量增加,隧道结电导先减小后增大,其隧穿电阻率先增大后减小;PZT极化强度、STO总电势和PZT总电势的斜率均在x=0.8时最大.

应用于FRAM的集成铁电电容的研究

集成铁电电容的制备是铁电存储器的关键工艺之一。该文采用射频(RF)磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si制备Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜,上下电极Pt采用剥离技术工艺制备,刻蚀PZT薄膜,形成Pt/PZT/Pt/Ti/SiO2/Si集成电容结构,最后高温快速退火。结果表明,这种工艺条件可制备性能良好的铁电电容,符合铁电存储器对铁电电容的要求。

铁电存储器中Pb(Zr,Ti)O_3集成铁电电容的制备

在铁电不挥发存储器 (FERAM)技术中 ,集成铁电电容的制备是关键工艺之一。文中提出一种制备集成铁电电容的改进工艺 :采用 lift-off技术在衬底样品表面淀积铁电电容 Pt/Ti下电极 ,然后用 Sol-Gel方法制备 PZT薄膜。在 PZT薄膜未析晶前 ,先将它加工成电容图形 ,再高温退火成为 PZT铁电薄膜。最后完成铁电电容 Pt上电极。与传统工艺相比 ,改进后的工艺能保持 PZT铁电薄膜与金属上电极之间良好的接触界面。测试结果表明 ,工艺条件的变动不会影响 PZT铁电薄膜的成膜和结构 ,从而可得到性能优良的铁电电容。

铁电电容模型及其在铁电存储器中的应用

近年来 ,集成铁电学 ( integrated ferroelectrics)迅速发展。铁电体是一种特殊的电介质 ,在不存在外场的情况下 ,它仍然可以保持一个自发的极化强度 .其极化方向在外电场的作用下可以发生反转 ,表现出特殊的非线性介电行为 ,即电滞回线。文章讨论了铁电电容模型的 SPICE实现。首先介绍电容模型的实现 ,然后结合 2 T- 2 C铁电存储单元的工作原理 ,验证了该模型。最后 ,给出了一个完整的 32位铁电存储器的电路仿真结果。

铁电电容的物理模型研究

用一种物理方法解释了非理想铁电电容器的电路行为。在该方法中把分立的铁电电容假设为堆积状的介电层结构 ,包括铁电层和非开关介电层。通过这种方法改进了 Sawyer- Tower电路并测量了其电特性。用该模型较准确地测量了由于输入信号频率变化而引起的电滞回线的畸变 ,并且输入信号幅度的影响与实验结果比较吻合。

Pb过量对以Ti-Al为阻挡层的硅基铁电电容器极化翻转性能的影响

以射频磁控溅射法生长的La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)为电极,采用溶胶-凝胶法在以Ti-Al为导电阻挡层的Si基片上生长了用不同Pb过量前驱体溶液(溶胶)制备的LSCO/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)/LSCO电容器,以此构造了Pt/LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si异质结。Pb过量对LSCO/PZT/LSCO电容器极化翻转性能的影响表明:不同Pb过量溶胶对电容器的极化翻转性能影响很大,其中Pb过量15%的溶胶制备的样品在550℃常规退火1 h后相对具有较好的翻转性能。在5 V的外加电场下,LSCO/PZT/LSCO电容器的矫顽电压和剩余极化强度分别为1.25 V和24.6μC/cm2。疲劳和电阻率测试分析表明:在经过109翻转后,不同样品的抗疲劳性能均很好,而电阻率随前驱体溶液Pb过量的增加呈现下降的趋势。

(La_(0.5)Sr_(0.5))CoO_3为电极的Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3和Pb(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3铁电电容器结构及电学性能

分别采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了(La0.5Sr0.5)CoO3(LSCO)和Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)薄膜,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上构架了LSCO/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT(40/60))/LSCO和LSCO/Pb(Zr0.2Ti0.8)O3(PZT(20/80))/LSCO铁电电容器,研究了两种铁电电容器的结构和性能。XRD结构分析表明:两种四方相的不同Zr/Ti比例的PZT薄膜均为结晶良好的多晶钙钛矿结构。在5 V测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO和LSCO/PZT(20/80)/LSCO两种铁电电容器的剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)分别为:28μC/cm2和1.2 V以及32μC/cm2和2 V。相对于PZT(40/60),PZT(20/80)具有较大的剩余极化强度和矫顽场,是由于其矩形度(c/a)较大。两种电容器都具有较好的脉宽依赖性和抗疲劳性。在5 V的测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO电容器的漏电流密度为3.2×10-5A/cm2,LSCO/PZT(20/80)/LSCO电容器的漏电流密度为3.11×10-4A/cm2,经拟合分析发现:在0～5 V的范围内,两种电容器都满足欧姆导电机制。

基于HSIM的铁电电容性能的研究

基于对铁电电容实际测试性能及物理模型的分析,在仿真软件HSIM原始电容模型库的基础上,通过对实验室制备的铁电电容电滞回线的拟合,得出新的模型库参数。将这些参数导入HSIM中对铁电存储器(FRAM)进行仿真,根据仿真结果对比铁电电容的性能,并由此优化铁电电容的性能,使之更匹配于电路特性。

La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3铁电电容器的结构和性能研究

采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法,在SrTiO3(001)衬底上制备了La0.5Sr0.5CoO3(70 nm)/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(70 nm)/La0.5Sr0.5CoO3(70 nm)(LSCO/PZT/LSCO)铁电电容器异质结。X射线衍射结果表明:LSCO和PZT薄膜均为外延结构。在5 V的外加电压下,LSCO/PZT/LSCO电容器具有较低的矫顽电压(0.49 V),较高的剩余极化强度(41.7μC/cm2)和较低的漏电流密度(1.97×10-5A/cm2),LSCO/PZT/LSCO电容器的最大介电常数为1073。漏电流的分析表明:当外加电压小于0.6 V时,电容器满足欧姆导电机制;当外加电压大于0.6 V时,符合空间电荷限制电流(SCLC)导电机制。

Hf0.5Zr0.5O2基铁电电容器的特性研究

利用原子层淀积工艺制备了9 nm厚的铪锆氧(Hf0.5Zr0.5O2)铁电薄膜。通过淀积TiN顶/底电极形成Hf0.5Zr0.5O2铁电电容,研究退火工艺和机械夹持工艺对铁电电容性能的影响。实验结果表明,极化强度-电压曲线为电滞回线形,双倍剩余极化强度达31.7μC/cm2,矫顽电压约为1.6 V,电学性能明显提高。在150℃高温下,Hf0.5Zr0.5O2基铁电电容器的电学性能仍然良好,证明了退火工艺和机械夹持工艺对电学性能的优化作用。

基于C-V,I-V,Q-V特性的铁电电容新模型

推导出描述铁电电容电气特性的新模型.铁电电容可以等效为开关电容(电畴电容)和非开关电容(普通线性电容)的并联,而电畴电容可以看作是由电偶极子组成的铁电材料、上电极和下电极组成.根据实验测试的铁电电容的C V特性,选定电偶极子矫顽电压的概率密度函数为t分布,从而推导出只用6 个参数描述的铁电电容的C- V,I -V和Q- V关系式,根据这些关系式仿真的结果与实验结果基本吻合.

La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)/PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_(3)/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)外延铁电电容器物理性能

采用脉冲激光沉积法制备La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)(LSMO)薄膜,溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_(3)(PZT)薄膜,在SrTiO_(3)(STO)基片上制备了LSMO/PZT/LSMO异质结电容器.X线衍射(XRD)研究表明LSMO和PZT薄膜在STO基片上实现了外延生长.LSMO/PZT/LSMO电容器具有良好的铁电性能,在5 V测试电压下,剩余极化强度为26.9μC/cm^(2),矫顽电压为2.5 V,LSMO/PZT/LSMO电容器显示出了良好的抗疲劳性能.5 V电压下电容器的漏电流密度为7.4×10^(-6) A/cm^(2),在0~2.9 V为欧姆导电机制,2.9~5 V满足空间电荷限制电流(SCLC)导电机制.

x射线衍射研究单晶Si衬底上低温生长的LaNiO3／Pb（Zr0．52Ti0．48）O3／LaNiO3铁电电容器结构

通过脉冲激光沉积，于Si(001)单晶衬底上在550℃的衬底温度下生长了LaNiO3／Pb(Zr0．52Ti0．48)O3／LaNiO3/SrtiO3/TiN/Si异质结构。利用四圆x射线分析了该多层膜结构中各层曲轴向外延关系。

一种铁电电容器的制法

本发明介绍一种改进的铁电电容器及其制法。 电容器在集成电路中应用很广,现在常用的是以二氧化硅作绝缘介质隔开两片电极构成的电容器。这种电容器一旦需要缩小其体积就会使电容量减小,致使充电次数增多。

基于极化反转函数的铁电电容器件模型

通过分析铁电薄膜微观结构及铁电畴在外电场作用下极化反转机理,将铁电畴等效为一群具有相互独立矫顽场的铁电偶极子.采用几何方法,解释了这些偶极子在不规则电压波形驱动下极化反转的规律.在此基础上,引入铁电电容的极化反转函数来表征铁电电容宏观极化强度随外电场变化的数学表达式.该函数的引入不仅简化了模型的计算量,还成功避免了同类模型中数值微分和数值积分所带来的误差,大大提高了模型精确性.

含铜铁电电容器SrRuO_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/SrRuO_3/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO_2/Si异质结的研究

应用磁控溅射法以Ni-Al同时作为Cu与SiO2/Si,Cu与SRO薄膜之间的阻挡层材料,将Cu与SiO2/Si衬底和氧化物薄膜电极隔离,避免它们在高温氧气氛中发生化学反应和互扩散,实现了Cu薄膜与氧化物铁电电容器的集成.采用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了不同温度下快速退火的SrRuO3(SRO)/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu异质结的微结构和表面形貌,结果发现SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu多层异质结薄膜在高达750℃仍然具有较强的Cu衍射峰和比较平整的表面,显示出了很好的高温热稳定性.研究了"室温长高温退"和"低温长高温退"两种工艺手段,发现在制备含Cu多层氧化物薄膜异质结时,低温长高温后退火的方式要优于常规的室温长高温后退火方式,通过低温长高温退工艺可以缓解应力、削弱界面粗化和避免高温生长对阻挡层和Cu薄膜结构的破坏.最后结合sol-gel法将Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)生长在该含Cu异质结上,制备得SRO/PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu铁电电容器,研究了电容器的薄膜结构、铁电性能和漏电特性等,发现制备的含Cu铁电电容器具有很好的铁电性能,如电滞回线趋势饱和,剩余极化强度高达～42μC/cm2,矫顽电压为～1.0V,介电常数～1600,漏电流～1.83×10-4A/cm2,以及良好的抗疲劳特性和保持特性等,表明导电性优良的Cu薄膜可以应用于高密度高性能铁电电容器.对其漏电机理研究表明,SRO/PZT/SRO含Cu铁电电容器满足空间电荷限制传导机理.