Fe полевой транзистор
| Типы компьютерной памяти и хранения данных |
|---|
| Летучий |
| Non-volatile |
Сегнетоэлектрический полевой транзистор ( Fe FET ) — это тип полевого транзистора , который включает сегнетоэлектрический материал, зажатый между затворным электродом и областью проводимости исток-сток устройства (каналом ) . Постоянная поляризация электрического поля в сегнетоэлектрике заставляет этот тип устройства сохранять состояние транзистора (включено или выключено) при отсутствии какого-либо электрического смещения.
Устройства на основе FeFET используются в памяти FeFET — типе энергонезависимой памяти на одном транзисторе .
Описание
В 1955 году Ян Манро Росс подал патент на FeFET или MFSFET. Его структура была похожа на структуру современного инверсионного канала MOSFET, но в качестве диэлектрика/изолятора вместо оксида использовался сегнетоэлектрический материал. [1] Использование сегнетоэлектрика ( триглицинсульфата ) в твердотельной памяти было предложено Моллом и Таруи в 1963 году с использованием тонкопленочного транзистора . [2] Дальнейшие исследования проводились в 1960-х годах, но характеристики сохранения данных устройств на основе тонкой пленки были неудовлетворительными. [3] Ранние устройства на основе полевых транзисторов использовали сегнетоэлектрик титанат висмута (Bi 4 Ti 3 O 12 ), или Pb 1−x Ln x TiO 3 (PLT) и родственные смешанные цирконаты/титанаты ( PLZT ). [3] В конце 1980-х годов была разработана сегнетоэлектрическая оперативная память , в которой в качестве конденсатора использовалась тонкая сегнетоэлектрическая пленка, подключенная к адресующему полевому транзистору. [3]
Устройства памяти на основе FeFET считываются с использованием напряжений ниже коэрцитивного напряжения для сегнетоэлектрика. [4]
Проблемы, связанные с реализацией практического устройства памяти FeFET, включают (по состоянию на 2006 г.): выбор высокодиэлектрического, высокоизолирующего слоя между сегнетоэлектриком и затвором; проблемы с высокой остаточной поляризацией сегнетоэлектриков; ограниченное время хранения (около нескольких дней, по сравнению с требуемыми 10 годами). [5]
При условии, что сегнетоэлектрический слой может быть масштабирован соответствующим образом, ожидается, что устройства памяти на основе FeFET будут масштабироваться (уменьшаться) так же, как и устройства MOSFET; однако может существовать предел в ~20 нм в поперечном направлении [6] (суперпараэлектрический предел, также известный как сегнетоэлектрический предел). Другие проблемы с уменьшением характеристик включают: уменьшенную толщину пленки, вызывающую дополнительные (нежелательные) эффекты поляризации; инжекцию заряда; и токи утечки. [5]
Исследования и разработки
В 2017 году сообщалось, что энергонезависимая память на основе FeFET была создана на 22-нм узле с использованием FDSOI CMOS (полностью обедненный кремний на изоляторе ) с диоксидом гафния (HfO2 ) в качестве сегнетоэлектрика. Наименьший зарегистрированный размер ячейки FeFET составлял 0,025 мкм2 . Устройства были построены как 32-мегабитные массивы с использованием импульсов установки/сброса длительностью ~10 нс при 4,2 В. Устройства показали выносливость 105 циклов и сохранение данных до 300 °C. [7]
Начиная с 2017 года [update]стартап Ferroelectric Memory Company пытается превратить FeFET-память в коммерческое устройство на основе диоксида гафния. Технология компании, как утверждается, масштабируется до размеров современных технологических узлов и интегрируется с современными производственными процессами, например HKMG , и легко интегрируется в обычные КМОП-процессы, требуя только двух дополнительных масок. [8]
Смотрите также
- Ферроэлектрическая RAM — RAM, использующая ферроэлектрический материал в конденсаторе обычной структуры DRAM.
Ссылки
- ^ Стефан Фердинанд Мюллер (2016). Разработка сегнетоэлектрических запоминающих устройств на основе HfO2 для будущих узлов технологии КМОП . BoD – Книги по запросу. ISBN 9783739248943.
- ^ Парк и др. 2016, §1.1.1, стр.3.
- ^ abc Park et al. 2016, §1.1.1, стр.4.
- ^ Парк и др. 2016, § 1.1.2, стр.6.
- ^ abc Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline; Mikolajick, Thomas, ред. (2005), Материалы для информационных технологий: устройства, соединения и упаковка , Springer, стр. 157 –
- ^ Khosla, Robin; Sharma, Deepak K.; Mondal, Kunal; Sharma, Satinder K. (2014-10-13). "Влияние электрического напряжения на Au/Pb (Zr0.52Ti0.48) O3/TiOxNy/Si gate stack для анализа надежности сегнетоэлектрических полевых транзисторов". Applied Physics Letters . 105 (15): 152907. Bibcode : 2014ApPhL.105o2907K. doi : 10.1063/1.4897952. ISSN 0003-6951.
- ^ ab Dünkel, S. (декабрь 2017 г.), «Сверхмаломощная сверхбыстрая встраиваемая технология NVM на основе FeFET для FDSOI 22 нм и более», 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) , стр. 19.7.1–19.7.4, doi :10.1109/IEDM.2017.8268425, ISBN 978-1-5386-3559-9, S2CID 19624615
- ^ Лапедус, Марк (16 февраля 2017 г.), «Что такое FeFET?», semiengineering.com
- Пак, Бён-Ын; Ишивара, Хироши; Окуяма, Масанори; Сакаи, Шигеки; Юн, Сон-Мин, ред. (2016), «Ферроэлектрические затворы на основе полевых транзисторов: физика устройств и приложения», Темы по прикладной физике , № 131, Springer
Дальнейшее чтение
- Ишивара, Хироши (2012), «FeFET и сегнетоэлектрические запоминающие устройства с произвольным доступом», Многофункциональные оксидные гетероструктуры , стр. 340–363 , doi :10.1093/acprof:oso/9780199584123.003.0012, ISBN 978-0-19-958412-3
