高稳定低功耗陡峭斜率免回滞MoS2负电容场效应晶体管研究

批准号:
61974048
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
徐静平
依托单位:
学科分类:
集成电路器件、制造与封装
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐静平
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中文摘要
以高稳定低功耗陡峭斜率免回滞MoS2负电容(NC) FET为目标,设计新型p++-Si/SiNx/HZO/HfAlON/MoS2堆栈栅结构,围绕HZO铁电层界面工程和铁电电容CFE与MOS电容CMOS匹配工程开展研究。采用NH3等离子体处理与HZO接触的介质和Si衬底,形成稳定的SiNx/HZO/HfAlON夹层结构,利用N结合加固铁电层界面,增强其稳定性,防止氧空位等本征缺陷产生,消除唤醒/印刻效应和极化疲劳,增加介质k值减小EOT;掺Al形成HfAlON介质,可改善介质/MoS2界面质量,提高其结晶温度以利于HZO退火实现铁电性,且能调整Al成份改变k值进而CMOS;通过最佳化HZO退火温度,取得好的铁电性,则可改变其厚度调整CFE,获得CFE和CMOS之间最佳匹配,消除回滞。将研究ALD制备铁电和介质层最佳工艺和条件,研制出MoS2 NCFET原型样品,获得低功耗陡峭斜率免回滞特性。
英文摘要
The project aims at steep-slope hysteresis-free negative-capacitance (NC) MoS2 field-effect transistor (FET) with high performance and low power dissipation. A new stacked gate structure of p++-Si/SiNx/HZO/HfAlON/MoS2 is proposed and prepared, where the ferroelectric-HZO (HfZrOx) and its top-/bottom-interfacial engineering, and capacitance- matching engineering between ferroelectric capacitance (CFE) and MOS capacitance (CMOS) are key research contents. Through using NH3 plasma treatment on the p++-Si substrate and dielectric contacted with HZO, a stable NC structure of SiNx/HZO/HfAlON is formed, so that the hardness and stability of the HZO interfaces are enhanced due to N incorporation. As a result, the formation of the oxygen vacancy can be effectively suppressed, thus free from wake-up/imprinting effects and polarization fatigue, and at the same time, k value of the dielectric layer (HfAlON) can be increased, which is beneficial for reducing EOT and lowing gate leakage. By doping Al in the Hf-based oxynitride, quality of the HfAlON/MoS2 interface can be improved and the crystallization temperature of the dielectric can be increased to facilitate HZO annealing to achieve crystal phase transformation, and moreover, k value of the dielectric can be adjusted by controlling Al content to change CMOS. On the other hand, by optimizing the anneal temperature of the HZO to get a ferroelectricity with large Pr (remnant polarization) and small EC (coercive field) so that CFE can be adjusted by simply changing HZO thickness. So, an optimal matching between CFE and CMOS can be achieved to eliminate hysteresis. Also, the optimal technologies and conditions of fabricating the above ferroelectric and dielectric layers by ALD method will be investigated, and the prototype sample of the relevant MoS2 NC-FET is prepared, with greatly reducing subthreshold swing (< 60 mV/dec), ultra-low power dissipation (operation voltage below 0.5 V) and the stable NC effect and hysteresis-free operation.
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DOI:10.1109/ted.2023.3299914
发表时间:2023-10
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices
影响因子:3.1
作者:Yuying Tian;Lu Liu;Weichao Jiang;Jingping Xu
通讯作者:Yuying Tian;Lu Liu;Weichao Jiang;Jingping Xu
DOI:--
发表时间:2022
期刊:Applied Surface Science
影响因子:--
作者:Xingjuan Song;Lu Liu;Jingping Xu
通讯作者:Jingping Xu
DOI:--
发表时间:2022
期刊:IEEE Trans. on Electron Devices
影响因子:--
作者:Xiao Zou;Jiyue Zou;Lu Liu;Hongjiu Wang;Jing-Ping Xu
通讯作者:Jing-Ping Xu
DOI:10.3390/nano12244352
发表时间:2022-12-07
期刊:Nanomaterials (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Tao X;Liu L;Xu J
通讯作者:Xu J
DOI:--
发表时间:2023
期刊:IEEE Trans. on Electron Devices
影响因子:--
作者:Xinge Tao;Lu Liu;Jingping Xu
通讯作者:Jingping Xu
高性能双栅高k介质MoS2场效应晶体管的介质屏蔽效应及界面工程
- 批准号:61774064
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:67.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
小尺寸HfTiO/TaON/GeON堆栈高k栅介质GeOI基MOSFET研究
- 批准号:61274112
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
小尺寸超薄HfTiON/GGO堆栈高k栅介质InGaAs nMOSFET研究
- 批准号:61176100
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
小尺寸低压高速长保持力电荷陷阱型悬浮栅存储器的研究
- 批准号:60976091
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:39.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
小尺寸超薄HfTiO/GeON叠层高k栅介质Ge基MOSFET研究
- 批准号:60776016
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
小尺寸超薄叠层高k栅介质Si/Ge MOSFET研究
- 批准号:60576021
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:7.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
低漏电高性能纳米级叠层氮化高k栅介质MOSFET研究
- 批准号:60376019
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
高迁移率长寿命SiC MISFET研究
- 批准号:60176030
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:21.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:徐静平
- 依托单位:
国内基金
海外基金
