与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电材料的亚稳相及其存储器器件力学

该文对新型的氧化铪基铁电晶体管存储器的巨大优势及其面临的工程和科学问题进行了详细评述,提出了存储器"器件力学"的概念.作为电子信息技术最核心的存储器是衡量国家综合实力和关系国家安全的战略性技术,我国全部依赖进口,几乎不能做到自主可控.新型存储器是我们"变轨超车"的绝佳机会.氧化铪基铁电晶体管(FeFET)存储器与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺完全兼容,这就为其产业化创造了得天独厚的先天条件.HfO_2基铁电薄膜的FeFET存储器与CMOS兼容,可以实现FinFET(鱼鳍3D架构),可以突破后摩尔时代、有望填补"存储鸿沟",具有超高抗辐射能力、能耗低等突出优点,将引领新型存储器的发展方向.疲劳性能不是很好、存储器存储窗口的均匀性欠佳是限制氧化铪基FeFET存储器产业化的技术瓶颈,即工程问题.亚稳相、复杂界面效应、存储器"器件力学"的理论基础不清楚是限制与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电存储器产业化的关键科学问题.需要从氧化铪基FeFET存储器面临的工程问题提炼出基础科学问题,通过氧化铪基材料的铁电物理本质、亚稳相及其本构关系的研究,将界面的物理力学性能研究作为一个桥梁,提出栅极电压V_G即"场效应"和"铁电性"双控制因素下的存储器"器件力学"理论模型和实验研究方法,从而为解决氧化铪基FeFET存储器的技术瓶颈提供理论和实验支撑.     

铁电储存器中子单粒子效应的蒙特卡罗模拟

大气辐射环境中高通量中子对铁电存储器的单粒子效应不容忽视.该文利用蒙特卡罗方法研究了铁电存储器的中子单粒子效应.中子入射在铁电存储器灵敏区域造成的总能量沉积随中子能量的增大而增加,且在灵敏区域内部的总能量沉积值略大于在边界处的.中子能量为1～5 MeV时,铁电存储器中没有发现单粒子翻转.中子能量为6～16 MeV时,铁电存储器会发生单粒子翻转.当中子能量从6 MeV增大到8 MeV时,单粒子翻转截面从6×10~(-16 )cm~2增大到6×10~(-15 )cm~2,增大约1个数量级;当中子能量从8 MeV增大到16 MeV时,单粒子翻转截面从6×10~(-15 )cm~2增大至1.8×10~(-14)cm~2,只增大到3倍左右.中子还会导致铁电存储器出现单粒子功能中断,其单粒子功能中断错误数随功能中断线性能量传递(linear energy transfer, LET)阈值的增大呈指数形式减小.同时,铁电存储器的功能中断LET阈值越大,其单粒子功能中断错误截面受中子能量的影响越不明显.     

TiN/HZO/HfO_2/Si铁电晶体管栅结构的~(60)Coγ射线总剂量辐射效应

该文制备了TiN/Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2(HZO)/HfO_2/Si (MFIS)型的铁电晶体管栅结构,并在常规实验环境下对其进行了P-E、J-E、疲劳和保持等的电学性能测试.结果表明这种基于铪系氧化物的栅结构具有优良的电学性能,2P_r可达30μC/cm~2,2E_c约为6.8 MV/cm,矫顽场附近的漏电流密度为10~(-6)A/cm~2,在10~(5 )s保持时间内剩余极化值衰减10%,经10~7次翻转后剩余极化值基本保持不变,经10~9次翻转后剩余极化值的衰减维持在15%以内.MFIS铁电栅的~(60)Coγ射线电离辐射实验结果表明这种栅结构对总剂量电离辐射具有很强的免疫力,在辐射剂量高达5 Mrad(Si)时,电滞回线矩形度、对称性以及保持性能等几乎没有退化.该文所制备的全铪系薄膜铁电栅为高抗总剂量辐射、高读写寿命、长保存时间的高性能晶体管型铁电存储器的制备提供了数据支撑.     

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...     

低维铁电材料与器件

<正>铁电材料具有独特的电、光、力、声和热学等性能以及它们之间相互耦合或转换的功能,广泛应用于各种功能器件,在国民经济与国防安全中发挥着不可替代的作用。铁电材料一直是凝聚态物理、材料物理与化学、固体力学、微电子学与固体电子学等领域的研究热点。自1920年法国学者Valasek报道罗息盐具有铁电性以来,目前已发现超过1 000种铁电材料,铁电材料与器件领域突破性研究成果经常发表在《Science》和《Nature》等期刊上。现在国际上定期召开集成铁     

低维铁电材料与器件

<正>铁电材料具有独特的电、光、力、声和热学等性能以及它们之间相互耦合或转换的功能,广泛应用于各种功能器件,在国民经济与国防安全中发挥着不可替代的作用。铁电材料一直是凝聚态物理、材料物理与化学、固体力学、微电子学与固体电子学等领域的研究热点。自1920年法国学者Valasek报道罗息盐具有铁电性以来,目前已发现超过1 000种铁电材料,铁电材料与器件领域突破性研究成果经常发表在《Science》和《Nature》等期刊上。现在国际上定期召开集成铁     

新型低维铁电材料及其器件

低维铁电薄膜是一种得到广泛研究的铁电存储器的核心材料，其利用自发极化这一本征特性来实现信息存储铁电材料的极化方向在外加电场作用下以超快速度进行切换，切换后的电畴具有保持特性利用该原理的新型存储技术可以实现高速、低功耗、非破坏性读取以及超高密度存储传统铁电材料受到临界尺寸限制，即随厚度减薄到极限尺寸后材料失去铁电特性，为此发展了大量的新型二维铁电薄膜，突破了以上临界尺寸的限制，为未来集成通用存储器带来了希望该文综述了铁电材料相关背景及研究理论；报道了低维铁电钙钛矿薄膜畴壁电流相关研究以及基于第一性原理的二维铁电材料理论研究和实验论证；阐述了基于这些新型低维铁电材料的铁电畴壁存储器，基于氧化铪的铁电场效应晶体管，以及铁电二极管的工作原理；总结了低维铁电材料及其器件这一崭新领域目前所面临的挑战，以及对未来进行了展望     

基于铁电薄膜HfO2的双阈值 负电容独立栅FinFET器件

将一定厚度的铁电材料HfO2应用到独立栅基准器件FinFET的前栅和后栅表面，构成具有对称栅结构的负电容独立栅FinFET器件通过调整新器件的栅功函数、结构参数和铁电材料参数，构建高阈值和低阈值负电容独立栅FinFET器件提出的双阈值负电容独立栅FinFET器件具有较小的亚阈值摆幅和较大的开关电流比，在降低功耗方面具有显著的优势     

二维铁电材料的研究进展

铁电材料是一类具有优异的铁电、压电及热释电等性能的功能材料,有着很高的研究价值.随着科学技术的发展,对器件尺寸、功耗提出了更高的要求,微型化、集成化成为目前铁电材料的一大发展趋势.传统铁电材料由于尺寸效应、表面效应等因素制约了其在纳米尺度下的应用,如何解决这一问题成为当下的研究热点之一,其中寻找具有铁电性的二维材料是可能的解决方案.该文综述了近年来研究者们关于二维铁电材料的探索,介绍了二维铁电材料的独特优势,解释了二维材料铁电性的来源以及调控,最后对该领域今后的发展提出了展望.     

铪基铁电薄膜及其隧道结存储器件研究

在信息技术高度发达的今天，传统的信息存储技术正面临着诸多挑战，铁电隧道结等新兴存储器受到了越来越广泛的关注基于氧化铪材料的铁电隧道结存储器具有读写快、能耗低、与传统CMOS工艺兼容等优势该文制备了两种底电极的铪锆氧铁电隧道结，测试其铁电特性和存储性能其中采用铂为底电极的铪锆氧铁电隧道结不仅有较高的剩余极化强度和优秀的疲劳特性，并且在编程速度和响应时间上优于传统的铁电材料，展现出良好的应用前景     

新型低维铁电材料研究进展

能够通过外部电场来调控极化的铁电材料可用于非易失性存储器、场效应晶体管和传感器等领域为了提高器件集成效率与性能，器件的小型化日趋重要，因此铁电薄膜的制备获得了广大学者的关注但是，对于传统铁电薄膜，尺寸效应和表面效应的存在抑制了其发展2004年石墨烯的发现预示着维度降低会引发一些不同于块材的新的特性从此，石墨烯逐步引领大家走向二维材料的世界，掀起了二维铁电材料的研究热潮二维铁电发展至今，已经涌现出了不少既被理论预言又被实验验证的体系，如范德瓦尔斯层状材料、铁电金属、传统低维或表面铁电薄膜、（共价）功能化铁电材料等一系列各具特色的新型铁电材料该文先介绍了铁电物理中的一些最基本的概念、研究理论以及研究方法，然后综述了低维铁电材料在近年来的发展，最后对该领域今后的发展进行了展望     

PTO种子层对PZT铁电薄膜结晶温度和电学性能的影响

该文采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了PZT和PZT/PTO两种结构的铁电薄膜,通过PTO种子层调控PZT薄膜的微观结构和电学性能.研究发现,加入PTO种子层之后,薄膜的SEM图像呈现出更加致密的形态,晶粒分布较均匀.PZT/PTO铁电薄膜在550℃下退火后测得的剩余极化强度比PZT薄膜650℃下退火获得的剩余极化强度要大,说明种子层的加入降低了薄膜的结晶温度.此外,加入PTO种子层后,PZT铁电薄膜的介电常数升高,介电损耗降低,抗疲劳性能也变好,薄膜的电学性能得到了较好的改善.     

基于CPLD的图像识别视频采集电路设计

<正>一、电路主要元器件1.FLEX10K介绍。作为工业界第一个嵌入式的PLD(可编程逻辑器件),FLEX10K具有密度高,成本低,功率低等特点,是AlteraCPLD家族中应用前景较为广阔的系列器件之一。它将连续快速通道互连与独特嵌入式阵列结构有机结合,集合了许多PLD器件的优点,能够完成普通门阵列的宏功能。每1个FLEX10K器件由嵌入式阵列和逻辑阵列构成,设计人员在芯片的开发过程中,可以轻松地将存储器,数字信号处理及特殊逻辑     

氧化锌纳米棒白光发光二极管

本文主要介绍ZnO纳米棒的生长及其优异的发光性能.分别采用低温(<100℃)和高温(-900℃)在p型衬底上生长ZnO纳米棒.ZaO纳米棒/p型衬底构成p-n结,从而制成发光二极管(LEO).利用光致发光(PL),点致发光(EL),以及电学性能测试仪等仪器设备测试LED的性能.结果表明,ZnO发射光的谱带很宽,可见光部分来源于深能级发射,预示ZnO在白光LED科技领域具有潜在的应用价值.     

~(60)Co-γ射线辐照对PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(111)铁电薄膜性能的影响

采用脉冲激光沉积方法在SrTiO_3衬底上制备了SrRuO_3底电极和(111)择优取向的PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3外延铁电薄膜,通过顶电极Pt的构建形成了Pt/PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(111)/SrRuO_3铁电电容器结构,然后对PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(111)铁电薄膜开展了~(60)Co-γ射线总剂量辐照效应实验.结果表明:随着γ射线辐照剂量的增加,PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(111)铁电薄膜中的带状畴数目逐渐减少,剩余极化强度、矫顽场和电容值轻微减小,当辐照剂量为5 Mrad(Si)时,剩余极化值、矫顽场和电容值的衰减幅度仅12.4%、10.36%和13.78%;漏电流仅在高剂量辐照后产生轻微增大.可见,PbZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(111)铁电薄膜具有较好的抗辐射能力,在航空航天领域有一定的应用前景.     

阻变存储单元中元素的三维分布

近年来，人工智能、大数据、物联网等领域的快速发展，使新原理信息存储器件的设计、制造成为半导体等产业的重点发展方向阻变存储器因具有优异的存储特性、良好的尺寸化能力、易于高密度集成等显著优点，被视为下一代非挥发性存储器的理想解决方案但是由于发生电阻转变的区域难以观测，阻变器件的转变机制一直存在争议该文利用飞行时间 二次离子质谱对阻变存储单元中元素的三维分布进行探测，有效地证明了电阻转变机制与金属电极原子的扩散无关，而是由氧化物薄膜本身的电学特性所决定的该文的工作对阻变存储器件的机理探究、设计制备和性能改进具有十分积极的意义     

In/TiO_2/Si MOS制备及电学特性

利用直流磁控溅射技术在P型Si(100)衬底上制备了TiO_2薄膜,将制备好的TiO_2薄膜分别在700、800、900、1000、1100℃下空气中退火1 h.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、安捷伦半导体器件分析仪对薄膜样品进行表征.XRD测试结果表明:原样品为锐钛矿相结构,随着退火温度的升高,样品由锐钛矿相结构逐渐转变为金红石相结构,而经900、1000、1100℃退火后样品为金红石相结构,且退火后样品的晶粒尺寸明显增大;电学性能测试表明:退火后的TiO_2薄膜样品构成的MOS器件漏电流密度很小,即制备的TiO_2薄膜样品在MOS器件制备与应用领域有很好的前景.     

蚂蚁算法在SRAM层次化划分中的应用

片上静态随机存储器(SRAM)是系统级芯片(SoC)中的重要组成部分,其中SRAM层次化划分直接影响SoC芯片的速度、功耗和面积等性能.该文以蚂蚁算法为基础,较好地解决了SRAM层次化划分问题,并通过实验仿真证明了该算法的良好性能.     

阻变随机存储器RRAM专利技术综述

阻变存储器由于其具有高速、高密度、可微缩、低功耗、抗辐射、断电后仍然能够保持数据等诸多优点在存储器的发展当中占据着重要地位。本文从专利的角度出发,研究了阻变存储器领域的专利申请的基本情况和阻变存储器技术的发展脉络,为国内阻变存储器技术的研究和专利的申请与布局提供一定的借鉴。     

钇掺杂氧化铪薄膜的铁电与非线性光学性能研究

铁电材料在铁电动态随机储存器、铁电场效应晶体管、铁电隧穿结和负电容器件等领域得到研究者的广泛关注近年来，铁电二氧化铪(HfO2)材料由于具有CMOS兼容性、高介电常数、宽带隙等特点成了研究热点该文使用脉冲激光沉积技术制备了钇掺杂铁电二氧化铪（HYO）并研究了其铁电和疲劳特性，指出薄膜的疲劳是由束缚在浅势阱中的注入载流子造成的畴壁钉扎效应引起进一步研究了60Co γ 射线对HYO薄膜铁电存储性能的影响，发现薄膜的抗辐照能力优于传统的铁电材料最后，研究了基于HYO薄膜的非线性光学效应，计算出的HYO薄膜的二阶非线性系数为χ(2)=（6.0±0.5） pm/V这些研究为铁电HfO2薄膜在存储和非线性光学领域的应用奠定了基础