強誘電体ゲートFETの負性容量発現における界面ポテンシャルモデルの提案とその実証

针对铁电栅极 FET 中负电容发展的界面电势模型的提议和演示

• 批准号: 20J15465
• 负责人: 高田 賢志
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15465/
• 关键词: 強誘電体; ハフニア; 負性容量; 正圧電

強誘電体ゲートFET(FeFET)の超低消費電力FET（負性容量FET）への応用に向けて、負性容量発現起源の解明およびHfO2基強誘電体薄膜の基礎物性評価に取り組んだ。現在、FeFETにおいて、耐久性や保持特性、しきい値のばらつき等の信頼性に関する問題が顕在化している。HfO2基強誘電体薄膜において特徴的なスイッチング特性として知られているインプリントやWake-up効果も信頼性に影響を与えるため、これらの現象の理解と解決が求められている。本研究では、電圧を印可することなく強誘電体の純粋な分極成分を得ることができる正圧電応答を用いた。Hf0.5Zr0.5O2薄膜における時間依存性を示すインプリントを評価したところ、数秒間の分極保持の間に、1μC/cm2以上の空間電荷が移動してインプリントが生じる一方で、正圧電応答に変化はなく、空間電荷の移動は強誘電体の分極に影響を与えないことが明らかとなった。空間電荷の再分配の駆動力としては電極と強誘電体の界面における界面層の存在による、強誘電体膜中に生じる減分極電界と、界面層に生じる電界である可能性が高いと考えられる。また、正圧電応答を用いてWake-up過程の評価を行ったところ、分極-電界特性から得られた残留分極量と正圧電応答より算出したe31,f定数はどちらも電界サイクルの増加とともに増加していたが、その増加率に大きな違いがあり、電極との界面に常誘電体相が形成しており、電界サイクルの増加に伴って、常誘電相から強誘電相に相転移していることが示唆された。以上の結果より、HfO2基強誘電体薄膜におけるWake-up効果、およびインプリントの起源の解明において正圧電応答が極めて有用であることを示した。これらの結果は、HfO2基強誘電体薄膜の基礎物性の理解を深め、かつFeFET応用において顕在化している信頼性の問題の解決に貢献するものである。

Strong electricity body ゲ lure ー ト FET (FeFET) の ultra-low power consumption FET (FET) negative capacity へ の 応 with に to け て, negative capacity origin の 発 now interpret お よ び HfO2 strong base induced electric film の basic property evaluation 価 に group take り ん だ. Now, FeFET に お い て, durability や keep characteristics, し き い numerical の ば ら つ の letter 頼 き etc に masato す る problem が 顕 in turn し て い る. HfO2 strong base induced electric film に お い て of 徴 な ス イ ッ チ ン グ features と し て know ら れ て い る イ ン プ リ ン ト や Wake - up working fruit も letter 頼 に を effect and え る た め, こ れ ら の phenomenon の understand と solve が o め ら れ て い る. This study で は, electricity 圧 を seal can be す る こ と な く strong electricity body の lure pure 粋 な polarization component を must る こ と が で き る are 圧 electric 応 answer を used い た. Hf0.5 Zr0.5 O2 film に お け る time dependence を す イ ン プ リ ン ト を review 価 し た と こ ろ, few seconds の points very keep の に, more than one mu C/cm2 の space charge が mobile し て イ ン プ リ ン ト が raw じ で る party, is 圧 electric 応 に answer - the は な く, space charge の mobile は strong electricity body の points very に influence を and lure え な Youdaoplaceholder0 とが Ming ら となった. Space charge の redistribution の 駆 power と し て は と strong electricity body の lure electrode interface に お け る interface layer exist の に よ る, strong electricity body membrane lure に じ る points arc boundary と born, interface layer に じ る electricity industry で あ likely が る い と exam え ら れ る. ま た, answer is 圧 electric 応 を い て の Wake - up process review 価 を line っ た と こ ろ, polarization, electrical characteristics か ら must ら れ た residual points Polaris と is 圧 electric 応 answer よ り calculate し た e31, f destiny は ど ち ら も electricity industry サ イ ク ル の raised plus と と も に raised plus し て い た が, そ の raised rate requirement by に big き な violations い が あ り, electrode と の に often induced electric interface Formation phase が し て お り, electricity industry サ イ ク ル の raised plus に with っ て, often induced electric phase か ら strong electricity planning phase に phase shift し lure て い る こ と が in stopping さ れ た. の above results よ り, strong HfO2 base induced electric film に お け る Wake - up working fruit, お よ び イ ン プ リ ン ト の の origin interpret に お い て is 圧 electric 応 answer が め extremely useful て で あ る こ と を shown し た. は こ れ ら の results, strong HfO2 base induced electric film の の understand を deep め based property, か つ FeFET 応 with に お い て 顕 in turn し て い る letter 頼 sex の の solve に contribution す る も の で あ る.

项目成果

Si直上Y:HfO2エピタキシャル薄膜の界面誘電特性

Si 上直接外延 Y:HfO2 薄膜的界面介电性能

• 发表时间: 2020
• 作者: 佐保 勇樹;宝栄 周弥;高田 賢志;吉村 武;藤村 紀文
• 通讯作者: 藤村 紀文

Formation of the metastable phase of HfxZr1-xO2 ferroelectric films deposited by atomic layer deposition method

原子层沉积法沉积HfxZr1-xO2铁电薄膜亚稳态相的形成

• 发表时间: 2020
• 作者: K. Takada;S. Takarae;T. Yoshimura;and N. Fujimura
• 通讯作者: and N. Fujimura

Formation Process of Metastable Phases of Al-Doped HfO2 Films Directly on Si by Atomic Layer Deposition

原子层沉积直接在Si上形成Al掺杂HfO2薄膜亚稳相的过程

• 发表时间: 2020
• 作者: Shuya Takarae;Kenshi Takada;Yuki Saho;Takeshi Yoshimura;Norifumi Fujimura
• 通讯作者: Norifumi Fujimura

Formation process of metastable Al-doped HfO2 thin films phases and directly on Si by atomic layer deposition

原子层沉积直接在 Si 上形成亚稳态 Al 掺杂 HfO2 薄膜的过程

• 发表时间: 2020
• 作者: S.Takarae;K. Takada;D. Kiriya;A. Ashida;T. Yoshimura;and N. Fujimura
• 通讯作者: and N. Fujimura