基于鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的反相器的TCAD模擬.pdf

1、在過去四十年中，硅技術(shù)在性能和產(chǎn)率上以指數(shù)速度迅速發(fā)展。然而，CMOS技術(shù)似乎越來越接近器件尺寸的極限，在未來，我們將尋找新的器件和技術(shù)與硅工藝集成中，同時(shí)保持CMOS電路的結(jié)構(gòu)和功能。經(jīng)調(diào)查，超薄鐵電薄膜由于其自身的雙穩(wěn)態(tài)極化而被認(rèn)為是非揮發(fā)型存儲(chǔ)器中最有潛力的候選者。鐵電存儲(chǔ)器具有低功耗、高密度、高速度、抗輻射和非揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)成為了鐵電研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。但是，作為邏輯功能的鐵電電路并沒有得到深入的研究。因此，本論文以MFIS(金屬

2、-鐵電-絕緣層-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管為研究對(duì)象，模擬了在不同的參數(shù)下，鐵電器件及其反相器的電學(xué)性能。以期能為實(shí)驗(yàn)提供具有建設(shè)性的指導(dǎo)。
　　首先，利用TCAD軟件中的器件結(jié)構(gòu)SDE模塊和電特性仿真Sentaurus Device模塊，模擬了在各電學(xué)參數(shù)和材料參數(shù)下n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和p型鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鐵電層極化特性和漏極電流。該結(jié)果具有直觀性，可以看出各個(gè)參數(shù)值對(duì)器件的影響，主要表現(xiàn)在：
　　(1)柵極電壓加寬鐵

3、電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)窗口；
　　(2)絕緣層的厚度和相對(duì)介電常數(shù)，以及鐵電薄膜的材料參數(shù)對(duì)存儲(chǔ)窗口都具有重要影響。
　　然后，基于建立的單個(gè)器件的模型，模擬和分析了鐵電反相器各電學(xué)參數(shù)和材料參數(shù)下的輸出特性。結(jié)果表明：
　　(1)柵電極輸入電壓主要影響鐵電反相器的輸出窗口；
　　(2)上拉電源電壓主要影響鐵電反相器的輸出曲線的數(shù)值，對(duì)窗口并無影響；
　　(3)絕緣層的厚度和相對(duì)介電常數(shù)，以及鐵電薄膜的各參數(shù)

4、對(duì)輸出窗口都具有重要影響。
　　最后，建立了鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的界面電荷模型，簡(jiǎn)要分析和模擬了鐵電-絕緣層界面電荷對(duì)鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管和鐵電反相器電學(xué)性能的影響。利用MOSFET的薄層電荷模型，Miller極化模型和Pao-Sah二元積分模型結(jié)合，得出在不同界面電荷下的電學(xué)特性。結(jié)果表明：
　　(1)在鐵電晶體管中，我們模擬了在不同鐵電-絕緣層界面電荷濃度下鐵電層的極化，硅表面電勢(shì)，晶體管的漏極電流。發(fā)現(xiàn)當(dāng)界面電荷濃度增加到一定