發(fā)布時(shí)間：2018-05-29 11:48

  本文選題：鐵電存儲(chǔ)器 + 鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管�。� 參考：《湘潭大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：一直以來(lái),MOS晶體管決定著電子集成電路領(lǐng)域的發(fā)展。隨著空間探測(cè)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,對(duì)電子產(chǎn)品在輻照環(huán)境下的性能要求也越來(lái)越高,然而MOS晶體管在輻照環(huán)境下卻表現(xiàn)出不可靠性。鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)因?yàn)槠渚哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非揮發(fā)性、低功耗、可高速大密度存取、良好的抗輻射性能等優(yōu)點(diǎn)而吸引了廣大鐵電愛(ài)好者的廣泛研究,并有科學(xué)家預(yù)測(cè)它將取代傳統(tǒng)MOS晶體管的主導(dǎo)地位。然而,鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管僅僅是在存儲(chǔ)器的應(yīng)用方面得到一定的研究,為了奠定其作為邏輯器件在邏輯電路應(yīng)用的基礎(chǔ)促進(jìn)其發(fā)展,建立其基本模型研究基本邏輯行為是非常有必要的。本論文利用器件仿真軟件Sentaurus TCAD軟件,以MFIS結(jié)構(gòu)的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fe FET)為研究對(duì)象,模擬和研究FeFET的電學(xué)性能,并在此基礎(chǔ)上研究由FeFET構(gòu)成的基本門(mén)電路和一種電流靈敏放大器的仿真,希望在FeFET應(yīng)用于FeCMOS電路提供建設(shè)性的指導(dǎo)。具體工作概括如下:1.利用Sentaurus TCAD軟件中的器件結(jié)構(gòu)SDE模塊和電學(xué)特性仿真Sentaurus Device模塊,通過(guò)在物理模型添加鐵電極化模型,并在材料模塊中設(shè)置不同的鐵電材料參數(shù),模擬在某一參數(shù)變化,其他參數(shù)固定不變FeFET的P-V和I-V特性。結(jié)果表明:柵極電壓、較大的漏源電壓、鐵電薄膜的厚度以及鐵電薄膜的四個(gè)主要材料參數(shù)的變化影響FeFET的電壓和電流的存儲(chǔ)窗口。2.基于建立的FeFET單個(gè)器件的模型,模擬和分析FeFET的電壓輸出特性和電壓傳輸特性。結(jié)果表明:(1)在VDS=VG-VTH時(shí),FeFET能提供穩(wěn)定的漏極電流,對(duì)于柵漏連接的鐵電二極管做穩(wěn)定的電流源具有一定的建設(shè)性指導(dǎo);(2)FeFET能作為傳輸管用在電壓的傳輸電路中,VG一定,即使在漏極電壓VD=VG時(shí),Vdrop=VD-VS,即該VG下,此時(shí)的電壓降Vdrop即為FeFET的VTH,由于VTH與VG有關(guān),不同VG,鐵電極化強(qiáng)度不同從而導(dǎo)致VTH不同,所以Vdrop有些許不同。3.基于建立的FeFET單個(gè)器件的模型,提出和模擬了一種由鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的電流靈敏放大器,該放大器各組成部分均有N型FeFET和P型FeFET構(gòu)成。通過(guò)仿真結(jié)果表明:在低工作電壓下,靈敏放大電路能正確的讀取鐵電存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元中“0”和“1”的信息;同時(shí)也正是由于鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管鐵電層的鐵電極化,導(dǎo)致輸出電壓不能準(zhǔn)確的穩(wěn)定在靜態(tài)工作點(diǎn)下輸出電壓值的大小。同時(shí),我們還對(duì)不同“0”和“1”存儲(chǔ)單元電流大小的該靈敏放大器的放大能力進(jìn)行了仿真。
[Abstract]:MOS transistors have been determining the development of electronic integrated circuits. With the continuous development of space exploration technology, the performance requirements of electronic products under irradiation environment are higher and higher. However, MOS transistors exhibit unreliability in irradiated environment. Because of its simple structure, non-volatile, low power consumption, high speed and large density access, and good radiation resistance, ferroelectric transistors have attracted a wide range of ferroelectric enthusiasts' research, because of their advantages such as simple structure, non-volatile, low power consumption, high speed and large density access, good radiation resistance and so on. And scientists predict it will replace the dominance of conventional MOS transistors. However, ferroelectric field effect transistors are only studied in the application of memory. In order to lay a foundation for the application of ferroelectric transistors in logic circuits, It is necessary to establish the basic model to study the basic logic behavior. In this paper, the device simulation software Sentaurus TCAD is used to simulate and study the electrical properties of FeFET by taking the ferroelectric field effect transistor (FET) of MFIS structure as the research object. On this basis, the basic gate circuit composed of FeFET and the simulation of a current-sensitive amplifier are studied. It is hoped that the application of FeFET in FeCMOS circuits will provide constructive guidance. The specific work is summarized as follows: 1. The device structure SDE module and the electrical characteristic simulation Sentaurus Device module are used in the Sentaurus TCAD software. By adding the iron electrode model into the physical model and setting different ferroelectric material parameters in the material module, the variation in a certain parameter is simulated. Other parameters fixed the P-V and I-V characteristics of FeFET. The results show that the change of gate voltage, large drain voltage, thickness of ferroelectric film and four main material parameters of ferroelectric film affect the storage window of voltage and current of FeFET. Based on the model of FeFET single device, the characteristics of voltage output and voltage transmission of FeFET are simulated and analyzed. The results show that FeFET can provide a stable drain current at VDS=VG-VTH, and it has a certain constructive guidance for a stable current source for ferroelectric diodes connected by gate drain. The FeFET can be used as a transmission tube in the voltage transmission circuit. Even when the drain voltage is VD=VG, the voltage drop Vdrop is the VTHs of FeFET. Because the VTH is related to VG and different VGs, different iron polarization intensity leads to different VTH, so Vdrop is slightly different. 3. Based on the model of a single FeFET device, a current-sensitive amplifier composed of ferroelectric field effect transistors is proposed and simulated. Each component of the amplifier is composed of N-type FeFET and P-type FeFET. The simulation results show that the sensitive amplifier can correctly read the information of "0" and "1" in the ferroelectric memory cell at low operating voltage, and it is also due to the ferroelectrode of the ferroelectric layer of the ferroelectric field effect transistor. The output voltage cannot be accurately stabilized at the static operating point. At the same time, we simulate the amplification ability of the sensitive amplifier with different current sizes of "0" and "1" memory cells.
【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)】：TN386;TN722

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本文編號(hào)：1950773