強誘電体・高誘電率材料を用いた機能性デバイスの試作とロジック回路への応用

使用铁电和高介电常数材料的功能器件的原型制作及其在逻辑电路中的应用

基本信息

批准号：
13025220
负责人：
徳光永輔
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、強誘電体を用いて、同一デバイスでNANDとNORの両方の論理機能を実現し、これらを電気的に切り替え可能で、かつ不揮発性のメモリ機能を有する論理機能可変型の新しいロジックゲートを提案した。このロジックゲートを試作するために、まず使用する強誘電体SrBi_2Ta_2O_9(SBT)および高誘電率材料SrTa_2O_6をゾルゲル法により成膜し、電気的特性を評価した。これらの実験結果を基に、NANDとNORを電気的に切り換えるためのロジックゲートを種々のデバイスパラメータを検討して設計した。次に設計したロジックゲートの動作を回路シミュレータSPICEによりシミュレーションし、入出力特性において、設計値通り約2.4Vのしきい値シフトが得られることを明らかにした。これにより、入力を適切に選べば同一デバイスを用いながら、NANDとNORの2つの論理機能が強誘電体の分極により切り換え可能なことを明らかにした。さらに、提案したロジックゲートを試作するためのマスクパターンを設計・作製し、高誘電率材料と強誘電体を集積化するためのプロセス技術を検討した。試作を進めたが、高誘電率材料SrTa_2O_6の成膜時のゲート領域へのダメージによりロジックゲートの完全な動作確認までは至っていない。しかし、強誘電体と高誘電率キャパシタを集積化したゲート部を別に作製したMOSFETのゲートと接続して、強誘電体の分極により論理しきい値がシフトできることを実験的に明らかにした。

在这项研究中，我们提出了一个具有可变逻辑函数类型的新逻辑门，该逻辑函数类型使用铁电函数在同一设备中实现NAND和非逻辑函数，在它们之间进行电动切换以及非挥发性存储器功能。首先，要原型原型，使用的铁电srbi_2ta_2o_9（sbt）和高dielectric常数材料srta_2o_6是通过sol-gel方法沉积的，以评估电气特性。基于这些实验结果，用于在NAND之间进行电气切换的逻辑门，也没有通过检查各种设备参数而设计。接下来，使用电路模拟器香料模拟了设计的逻辑门的操作，表明在输入/输出特性中，可以按设计获得大约2.4V的阈值偏移。这表明，如果适当地选择了输入，则可以在使用同一设备时通过铁电的极化来切换两个逻辑函数NAND和NON。此外，设计和制造了针对所提出的逻辑门制造的掩模图案，并检查了一种集成高电力常数材料和铁电的过程技术。尽管我们继续进行原型，但由于膜形成期间高dielectric-Contant材料的栅极区域srta_2o_6损坏，我们尚未完全确认逻辑门的操作。然而，经过实验表明，将铁电和高介电常数电容器与单独制造的MOSFET的栅极集成的栅极部分，并且由于铁电性极化，可以移动逻辑阈值。