与CMOS后端工艺高度兼容的Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2铁电电容的制备和性能研究

最近,在氧化铪薄膜材料中掺杂适量元素发现了铁电性,因为氧化铪薄膜材料与传统的钙钛矿结构铁电材料相比具有可微缩性化、较大的矫顽电场、与CMOS后端工艺高度兼容等优势,从而引起了广泛的关注.该文对应用于铁电场效应晶体管(FeFET)的存储介质Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2(HZO)基铁电薄膜的制备进行了研究.采用原子层沉积法(ALD)制备HZO基铁电薄膜,研究了不同厚度(9 nm、19 nm、29 nm)、不同顶电极(TaN、Pt),以及不同退火温度(450～750℃)对HZO铁电薄膜的铁电性能的影响.结果表明,选用TaN作为上电极,退火温度为550℃时,19 nm厚氧化铪铁电薄膜表现出更加优异的铁电性能.同时,表征了HZO铁电薄膜的保持和疲劳性能,以及HZO铁电薄膜在高低温环境下的稳定性.     

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     

Ce掺杂HfO_2薄膜的化学溶液法制备及其铁电性能研究

氧化铪基薄膜与金属氧化物半导体(CMOS)工艺高度兼容,具有良好的可微缩性和保持性能,其铁电性的发现引起了科学家们的广泛关注.该文通过化学溶液法在铂(Pt)衬底上制备5 mol%和10 mol%的铈掺杂氧化铪基(Ce:HfO_2)薄膜,并在不同的退火温度条件下对薄膜进行处理.分别利用电滞回线,掠入射X射线衍射(GIXRD)对薄膜的铁电性能和结构进行了测试和表征.研究发现:5 mol%的铈掺杂氧化铪薄膜具有铁电性,铈掺杂在氧化铪中诱导了铁电正交相;10 mol%的铈掺杂氧化铪薄膜则表现出了反铁电性,最大剩余极化(P_r)为21.02μC/cm~2.实验结果表明,通过调控掺杂浓度,铈元素能诱导出氧化铪薄膜中的铁电相.     

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     

铁电场效应晶体管及其反相器的TCAD模拟研究

以铁电场效应晶体管(Ferroelectric Field Effect Transistor, FeFET)为存储单元的铁电存储器具有低功耗、高密度、高速度、抗辐射和非挥发性等优点,在航空航天以及民用消费电子中都有广阔的应用前景.但是,对于由FeFET构成的同时具有逻辑功能与存储功能的门电路(Ferroelectric Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, FeCMOS),目前的研究工作还相对较少.用FeCMOS作为铁电存储器的外围读写电路,理论上可以大大增强其抗辐射能力.因此,该文以金属-铁电层-绝缘层-半导体(Metal gate-Ferroelectric layer-Insulation layer-Semiconductor, MFIS)结构的FeFET为研究对象,利用TCAD (Technology Computer Aided Design)软件中的器件电学性能仿真模块,在不同器件参数下对FeFET及其构成的FeCMOS反相器进行了细致的电学性能模拟仿真.     

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     

HfO2基铁电薄膜在循环电场 载荷下的极化翻转行为

二氧化铪（HfO2）铁电薄膜具有优秀的CMOS工艺兼容性,10 nm以下工艺制程的微缩能力,可采用原子层沉积（ALD）技术实现在3D电容器结构中的保型生长,因此在实现低功耗、高集成密度的非易失性存储器应用方面显示出巨大的潜力该文首先简要回顾了HfO2基铁电薄膜的发现过程和随后的国内外研究现状,然后以Si掺杂HfO2铁电薄膜在循环电场载荷下的实测结果为例,介绍了这一新型铁电材料极化翻转行为中出现的唤醒（wake up）、疲劳和饱和极化翻转电流峰劈裂等效应,分别总结了对上述现象现有的实验和理论研究进展     

电离辐射效应对铁电薄膜畴结构影响模拟

运用蒙特卡洛方法计算电离辐射对铁电存储器(MFIS型铁电场效应晶体管)的损伤情况,再结合相场方法,建立了MFIS型铁电场效应晶体管相场模型.考虑电离辐射效应对场效应晶体管中铁电薄膜与电极以及绝缘体存在界面效应对存储器中铁电薄膜畴结构的影响.探究从畴结构的角度直观分析电离辐射效应对存储器损伤的可能原因.证实了界面厚度对BaTiO_3(BTO)铁电薄膜的畴结构会产生一定的影响;界面厚度的增加会使90°畴结构发生移动,主要为畴壁的移动,主要原因是界面处的极化小于内部,以及界面处的电势与内部形成的电势差,这些都会引起畴壁的移动,畴壁的移动以及畴壁数量减少,会减少体系的畴壁能,从而降低总体的能量.     

水吸附对WO3纳米线/金电极界面势垒的影响

构筑基于单根WO3纳米线的"金属/半导体/金属"三明治结构的场效应晶体管器件,并在不同环境下对器件进行电输运性能测试.结果表明:水吸附在纳米线表面增加了纳米线/金的界面势垒宽度,同时水吸附是WO3纳米线器件出现忆阻性能的重要原因.在空气中纳米线表面吸附的水分子被价带底的空穴不断氧化成O2并产生H+,而H+不断地在源漏两...     

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     

石墨烯基场效应晶体管技术的发展及相关专利分析

石墨烯基场效应晶体管(GFET)技术是实现基于石墨烯的高频器件、存储器、传感器以及集成电路的基本器件结构,其在半导体电子器件领域具有广泛的应用前景。本文从专利申请的角度对GFET的发展进行了统计分析,介绍了GFET技术的国内外专利申请情况、主要技术分布和重要申请人分布,并对GFET的研究现状进行了梳理。     

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.     

PDP扫描驱动芯片的新型200VP沟功率MOSFET及工艺研究

提出了一种适合PDP扫描驱动芯片的高压P沟道ED-LDMOS器件结构,源漏击穿电压及栅耐压均达到220V以上.通过添加P型扩展阱,能够有效降低P+漏极边缘电场60%,减轻漏极电流汇聚效应,抑制寄生双极型晶体管开启,从而原器件开启态耐压(180V)提高了40V;同时设计了能与0.6μm标准低压CMOS工艺完全兼容的制备工艺,特别提出一种厚栅氧与多晶栅的刻蚀方法——余量刻蚀法,有效防止由于光刻误差引起的栅源短路击穿.     

下电极TiN粗糙度对HZO薄膜铁电性的影响

传统钙钛矿铁电薄膜具有一系列优点的同时也具有较为明显的缺点,主要包括：与Si工艺兼容性较差、物理厚度较大、带隙宽度较小以及非环境友好等2011年新型掺杂HfO2铁电薄膜的出现,为解决上述一系列问题提供了新思路其中,因铁电性能显著及易于制备,HfO2 ZrO2固溶体（HZO）体系成了重要的研究热点之一与此同时,在充分考虑制备成本和可控沉积条件之后,研究者发现溅射技术是制备HZO薄膜较为有效的手段之一该文在利用溅射技术制备TiN/HZO/TiN（MFM）铁电电容结构的过程中发现：下电极TiN粗糙度对新型HfO2基MFM电容结构铁电性的产生具有重要影响;相较于磁控溅射技术而言,离子束溅射技术制备的下电极TiN具有更好的粗糙度,更有利于体系铁电性能的出现.     

金属有机物分解法制备HfO2 ZrO2纳米多层薄膜及其铁电性能研究

HfO2基铁电薄膜是一种环境友好型的铁电材料,具有尺寸可缩放性、与CMOS兼容性好等多方面优势,有望代替传统钙钛矿结构材料成为铁电存储器件的主要组成材料之一近年来,已有相关研究表明Zr掺杂的HfO2基薄膜具有良好的铁电性然而,针对其复合多层结构的铁电薄膜却鲜有报道为此,该研究利用金属有机物分解法制备了HfO2和ZrO2层交替生长的HfO2 ZrO2纳米多层薄膜,对薄膜的物相、表面形貌和铁电性能进行了相应的表征和分析,研究了退火工艺对薄膜铁电性能的影响结果表明,随着纳米层数的增加,HfO2 ZrO2薄膜的结晶性得到改善,且薄膜表面致密度增加,表面较为平整,晶粒有所细化在400 ℃、1 min的退火条件下,HfO2/ZrO2纳米多层薄膜具有明显的铁电性,电流翻转峰明显,剩余极化强度高达16 μC/cm2,纳米多层薄膜具有最小的漏电流密度以及良好的耐疲劳性能     

2T2C铁电存储单元读写电路的单粒子翻转效应研究

针对2T2C铁电存储单元读写电路进行了单粒子翻转效应的仿真模拟,研究了单粒子入射读写电路的不同敏感节点对存储数据的影响,并分析了数据读写出错的内在机制.结果表明:单粒子入射存储阵列中的字线晶体管时,存储数据未发生翻转,这主要是因为铁电电容极化信息波动后又恢复至原状态;单粒子入射外围电路中的板线激发器和灵敏放大器时,存储数据发生了翻转,这主要是因为外围电路产生的单粒子瞬态脉冲造成数据读出出错,进而导致了回写数据翻转.     

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...     

新颖的多功能混合模式CCII滤波器

提出了一种新颖的混合模式CCII滤波器模型电路 .由该模型电路可以得到同时实现一阶低通、高通输出的滤波器及同时实现二阶低通、带通输出的滤波器 .一阶滤波器由 2个CCII器件及 4个RC元件构成 ,二阶滤波器由 2个CCII及 5个RC元件构成 .与同类电路比较 ,所用CCII器件较少 ,固有频率ω0 与品质因数Q独立可调 .电路中所有RC元件均接地 ,便于集成 ,CCII由CMOS器件构成 ,与VLSI工艺兼容 .文中给出了电路的计算机PSPICE仿真结果 .     

晶粒间交互作用对铁电薄膜畴结构和翻转性能的影响

非易失性铁电存储器由于具备一系列优良的特性被视为最具有潜力的存储器之一.实验上制备出的铁电材料多为多晶材料,并且晶粒取向、晶粒大小分布不均匀,而这些因素都会影响材料的铁电性能.前人在关于多晶铁电材料的研究上做出了很多贡献,但晶粒间相互影响的内在机理还不明晰.该文建立了多晶铁电薄膜的相场模型,研究了某一晶粒取向的改变对其他晶粒以及整个薄膜材料畴结构和畴翻转性能的影响,进一步探讨了晶粒间的交互作用.结果表明,随着晶粒取向的改变,晶粒内部畴结构会发生相应的旋转,并且其左右相邻的晶粒畴结构会随之发生旋转.另外,由于长程电交互作用的影响,在外加周期电场情况下,左右相邻的晶粒边界处极化方向会趋于一致.而当其他晶粒取向为0°,薄膜右下角晶粒取向从0°不断增大至90°时,薄膜的剩余极化和矫顽场不断增大,特别是晶粒取向差异较大时会导致顽固的印记失效现象,并且无法通过增强外加电场消除,因此,在实验上应该避免大的取向差异,同时保留一定的取向差异以获得更大的剩余极化.     

一种新型pH仪的设计

本文提出了一种新型pH仪的设计方法.这种仪器的敏感器件是氢离子敏感场效应晶体管.全部电路采用集成电路构成.单片A/D转换器和液晶片作成显示单元.实验证明,设计的理论和方法是正确的,仪器具有良好的性能.