鐵電場(chǎng)效應(yīng)管基本結(jié)構(gòu)及性能介紹-KIA MOS管

鐵電場(chǎng)效應(yīng)管

鐵電場(chǎng)效應(yīng)管也就是鐵電介質(zhì)柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MFSFET，Metal-Ferroelectric-Semiconductor FET）：這是在MOSFET的基礎(chǔ)上，把柵極SiO2絕緣材料更換為高介電常數(shù)的鐵電材料即得。

因?yàn)镸OSFET的飽和電流與柵極絕緣體材料的介電常數(shù)eox有正比例關(guān)系：Id sat = (1/2) (W/L）(εeox / dox ) (VGS－VT) 2。因此，增大柵極絕緣體材料的介電常數(shù)，即可增強(qiáng)晶體管的驅(qū)動(dòng)能力，提高開(kāi)關(guān)速度，并且還可以帶來(lái)工藝上的其它好處。

在MOSFET中常用的柵極絕緣材料的介電常數(shù)值為：SiO2 (3.8)，Si3N4 (6.4)，Al2O3 (>7.5)。柵絕緣層是50~60nm SiO2 + Si3N4的MOS器件，稱為MNOFET；柵絕緣層是50~60nm SiO2 + Al2O3的MOS器件，稱為MAOFET。

鐵電場(chǎng)效應(yīng)管基本結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)機(jī)制

FFET單元基本結(jié)構(gòu)為MFS-FET結(jié)構(gòu)，即用鐵電薄膜取代MOS-FET中的柵介質(zhì)層、利用鐵電薄膜的極化狀態(tài)調(diào)制半導(dǎo)體表面狀態(tài)，從而調(diào)制晶體管源、漏極間的導(dǎo)通狀態(tài)，區(qū)別邏輯態(tài)“0” 和“1"，以達(dá)到存儲(chǔ)信息的目的，如圖所示

鐵電場(chǎng)效應(yīng)管

當(dāng)大于矯頑場(chǎng)的外加正向電壓加在柵極上，鐵電薄膜產(chǎn)生正極化。電場(chǎng)指向半導(dǎo)體表面，吸引負(fù)的補(bǔ)償電荷到半導(dǎo)體表面。對(duì)干于n型硅襯底，表面呈積累態(tài)、FET器件處于關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)大于矯頑場(chǎng)的外加負(fù)向電壓加在柵極上，鐵電薄膜產(chǎn)生負(fù)的級(jí)化，吸引正的補(bǔ)償電荷到半導(dǎo)體表面，n型硅表面呈耗盡直至反型，此時(shí)溝道導(dǎo)通。

如果源，漏加上偏壓，可產(chǎn)生電流。因此，對(duì)應(yīng)于鐵電薄膜的正、負(fù)極化態(tài)，硅表面分別呈積累、反型兩種狀態(tài)。當(dāng)源、漏施加電壓時(shí)，F(xiàn)ET呈關(guān)斷和導(dǎo)通兩態(tài)，鐵電薄膜的兩個(gè)極化狀態(tài)是同樣穩(wěn)定的。

對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體表面穩(wěn)定，這時(shí)FFET的通、斷就可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制“0”和“1”的存儲(chǔ)，FFET的這種存儲(chǔ)機(jī)制稱為極化型存儲(chǔ)。

兩種不同的存儲(chǔ)機(jī)制對(duì)應(yīng)兩種不同的F/S界面狀態(tài)，其C-V特性是不同的:極化型存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的MFS結(jié)構(gòu)p型襯底的C-V曲線回滯方向?yàn)轫槙r(shí)針，n型襯底的則為逆時(shí)針，而注入型存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的C-V曲線回滯方向則完全相反。

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