發(fā)布時(shí)間：2018-04-04 16:00

  本文選題：相場(chǎng)理論　切入點(diǎn)：FeFET　出處：《湘潭大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fe FET)以其高的讀寫(xiě)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)Fe FET電學(xué)性能的影響,將有助于提高FeFET的使用壽命。本文通過(guò)相場(chǎng)方法模擬了殘余應(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Fe FET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,FeFET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(kāi)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,FeFET的剩余極化以及矯頑場(chǎng)逐漸減小;存儲(chǔ)窗口逐漸減小,開(kāi)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,FeFET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(kāi)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(guò)程中,FeFET的剩余極化以及矯頑場(chǎng)逐漸減小,存儲(chǔ)窗口逐漸減小,開(kāi)態(tài)源漏電流逐漸減小,關(guān)態(tài)源漏電流逐漸增大。
[Abstract]:Ferroelectric field effect transistor (FET) has become one of the most powerful contenders for new memory because of its high read / write speed, low power consumption and nondestructive readout.As the gate dielectric layer of FeFET, the performance of ferroelectric thin film has an important influence on the electrical properties of ferroelectric field effect transistors.The results show that the residual stress and interfacial effect in ferroelectric thin films have great influence on the properties of ferroelectric thin films, while the structure of FeFET leads to the existence of large residual stresses and interfacial effects in the ferroelectric layers.Therefore, the study of the influence of residual stress and interfacial effect on the electrical properties of Fe FET will help to improve the service life of FeFET.In this paper, the polarization evolution of ferroelectric thin films under residual stress is simulated by phase field method, and the effects of residual stress and interface effect on the electrical properties of FeFET are studied.The main results are as follows: 1.The polarization evolution of ferroelectric domains under residual stress is simulated by using phase field theory based on the modified time-varying Kingsbauer-Landau TDGL equation.The results show that when the residual compressive stress is applied in the direction parallel to the film surface, with the increase of time, the polarization perpendicular to the film surface increases, and the polarization parallel to the film surface weakens, forming a single domain perpendicular to the film surface.When the residual tensile stress is applied in the direction parallel to the film surface, the domain wall moves along the direction of the vertical film surface, and the polarization increases parallel to the film surface, and the polarization perpendicular to the film surface weakens, resulting in the formation of a single domain .2parallel to the film surface.Combining the phase field model of FeFET with the basic device equation of standard MOSFET, the effect of residual stress on the electrical properties of Fe FET with metal-ferroelectric-insulator-semiconductor structure has been studied. The electrohysteretic loop (P-V) C-V characteristics and the output characteristics (I-V) of Fe FET have been investigated.The results show that the residual polarization and coercive field of FeFET increase with the increase of residual compressive stress, and the open source drain current and the off source drain current increase gradually with the increase of storage window.With the increase of residual tensile stress, the residual polarization and coercive field of FeFET decrease gradually, and the storage window decreases, the open source drain current and the off source drain current decrease gradually.Considering the interface effect, the effect of interface effect on the electrical properties of FeFET with MFIS structure was studied from two aspects: interface electric field and interface strain.The results show that with the increase of the interface electric field, the positive residual polarization value of FeFET decreases gradually, the hysteresis loop shifts, the storage window shifts along the direction of the increasing scanning voltage, the open source leakage current and the off state source drain current first increase and then decrease.During the transition of interface strain from compressive strain to tensile strain, the residual polarization and coercive field of FeFET gradually decrease, the storage window decreases, the open source drain current decreases, and the off source drain current increases.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB34;TB383.2

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本文編號(hào)：1710658