殘余應(yīng)力及界面效應(yīng)對(duì)FeFET電學(xué)性能影響的相場(chǎng)模擬.pdf

1、鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)以其高的讀寫速度，低功耗以及非破壞性讀出等特點(diǎn)成為了新型存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。鐵電薄膜作為FeFET的柵介質(zhì)層，其性能對(duì)鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)特性有著重要影響。研究表明鐵電薄膜中的殘余應(yīng)力以及界面效應(yīng)對(duì)鐵電薄膜的性能有很大的影響，而FeFET的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其鐵電層中存在著較大的殘余應(yīng)力以及界面效應(yīng)。因此，研究殘余應(yīng)力以及界面效應(yīng)對(duì)FeFET電學(xué)性能的影響，將有助于提高FeFET的使用壽命。本文通過相場(chǎng)方法模擬

2、了殘余應(yīng)力作用下鐵電薄膜的極化演化，研究了殘余應(yīng)力及界面效應(yīng)對(duì)FeFET電學(xué)性能的影響。主要有以下幾方面的結(jié)果：
　　1.采用相場(chǎng)理論，基于修正的時(shí)變金茲堡-朗道(TDGL)方程，模擬了殘余應(yīng)力作用下鐵電疇的極化演化。結(jié)果表明，在平行于膜面的方向施加殘余壓應(yīng)力，隨著時(shí)間的增加，垂直于膜面的極化增強(qiáng)，平行于膜面的極化減弱，形成一個(gè)垂直于膜面的單疇。在平行于膜面的方向施加殘余拉應(yīng)力，疇壁沿垂直膜面的方向運(yùn)動(dòng)，平行于膜面的極化增強(qiáng)，垂直

3、于膜面的極化減弱，最終形成一個(gè)平行于膜面的單疇。
　　2.將FeFET的相場(chǎng)模型與標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的基本器件方程結(jié)合，研究了殘余應(yīng)力對(duì)金屬-鐵電層-絕緣層-半導(dǎo)體(MFIS)結(jié)構(gòu)的FeFET的電滯回線(P-V)、C-V特性以及輸出特性(I-V)等電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著殘余壓應(yīng)力的增加，F(xiàn)eFET的剩余極化以及矯頑場(chǎng)逐漸增大；存儲(chǔ)窗口逐漸增大，開態(tài)源漏電流和關(guān)態(tài)源漏電流逐漸增大。隨著殘余拉應(yīng)力的增加，F(xiàn)eFET的剩余極化以及

4、矯頑場(chǎng)逐漸減??；存儲(chǔ)窗口逐漸減小，開態(tài)源漏電流和關(guān)態(tài)源漏電流逐漸減小。
　　3.考慮界面效應(yīng)，從界面電場(chǎng)和界面應(yīng)變兩個(gè)方面研究了界面效應(yīng)對(duì)MFIS結(jié)構(gòu)的FeFET的電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著界面電場(chǎng)的增大，F(xiàn)eFET正的剩余極化值逐漸減小，電滯回線發(fā)生偏移，存儲(chǔ)窗口沿著掃描電壓增大的方向發(fā)生偏移，開態(tài)源漏電流和關(guān)態(tài)源漏電流先增大后減小。當(dāng)界面應(yīng)變由壓應(yīng)變到張應(yīng)變的轉(zhuǎn)變過程中，F(xiàn)eFET的剩余極化以及矯頑場(chǎng)逐漸減小，存儲(chǔ)窗口逐漸