基于强关联钙钛矿氧化物迁移率带边型和电荷转移型铁电场效应晶体管的研究
批准号:
12104005
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈学刚
依托单位:
学科分类:
表面界面与低维物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈学刚
中文摘要
在当今高速发展的数据信息时代,铁电场效应晶体管有望把信息存储和逻辑运算融合在同一器件中,在半导体工业界占据十分重要位置。铁电场效应晶体管开关比是其发展应用的的关键科学问题。本项目融合材料学和半导体学这两个学科领域各自的优点,旨在借助高质量原子级平整的薄膜生长核心技术,利用铁电场效应调控迁移率带边的金属绝缘体相变和利用电荷转移效应突破Thomas-Fermi电荷屏蔽长度,研究电绝缘死层、电荷转移量和铁电场效应晶体管开关比的内在关联,揭示铁电场调节界面载流子和沟道电阻的物理机制,探明有效调控沟道材料电阻的规律,最终实现提高铁电场效应晶体管开关比的目的,解决铁电场效应晶体管一直以来低开关比的挑战性问题,在铁电场调控方面开辟一个独特路径,为开发新型高开关比铁电场效应晶体管和推动其大规模功能化应用提供指导思路。
英文摘要
In today's rapidly developing of information data era, ferroelectric field effect transistors (FeFET) are expected to integrate memory and logic function into one device, which plays an important role in the semiconductor industry. The ON/OFF ratio of FeFET is a key basic issue for the application. This project integrates the advantages of material science and semiconductor science. We will study the FeFET of the mobility edge induced metal-insulator transition and the FeFET of charge transfer extended Thomas -Fermi screening length with the help of high quality atomic smooth growth technique. We will study the intrinsic relation among electrical dead layer, charge transfer and ON/OFF ratio of FeFET, revealing the mechanism of ferroelectric field induced manipulation of carriers and resistance and the effective rules to modulate channel resistance. Hopefully, we can improve the ON/OFF ratio of FeFET and solve the challenge of low ON/OFF ratio of FeFET. In this project, we provide a new unique electric manipulating way to improve the ON/OFF ratio of FeFET and help the industrialization of FeFET.
本项目聚焦于基于强关联钙钛矿氧化物的铁电场效应晶体管研究,旨在解决传统半导体器件在缩小尺寸时面临的功耗和发热问题,推动后摩尔时代的发展。项目背景源于半导体MOS器件尺寸逼近物理极限,铁电场效应晶体管因其非易失性、低功耗和高读写速度等优点,成为研究的热点。项目主要研究内容包括高质量氧化物薄膜及其异质结的制备与优化,通过磁控溅射和微纳加工技术,成功生长出镍氧化物薄膜,并构建了高质量的场效应晶体管器件。利用X射线衍射、原子力显微镜等多种表征手段,验证了薄膜的高质量生长,为后续电学性能研究奠定基础。通过电容-电压、电导-电压特性分析,定量提取了半导体材料的固定电荷密度和界面态密度等关键参数;利用时间分辨二次谐波新型半导体缺陷检测技术,研究了氧化物/半导体界面的电荷动态过程,为快速、无损评估界面质量提供了新方法。在超薄NiCo2O4薄膜中发现了强垂直磁各向异性和反常霍尔效应,反常霍尔电阻符号随温度变号,为开发相关半导体器件提供了基础;在SrRuO3薄膜研究中,观察到了驼峰状反常霍尔效应,并成功实现了对其的调制,为理解反常霍尔效应的物理机制提供了新的视角;基于氢掺杂的NdNiO3薄膜,提出了一种创新的自适应氢梯度自敏化神经形态器件,该器件能够自主感知环境变化并捕捉之前无法识别的信息,展现出在神经形态计算领域的巨大潜力。项目共发表高质量学术论文10篇,包括在Applied Physics Letters、Matter等国际权威期刊上,显著提升了项目的影响力。同时,培养了7名已毕业优秀硕士研究生,为国家半导体芯片行业输送了人才。本项目深化了对薄膜材料基本物理特性的理解,为铁电场效应晶体管的研究与应用开辟了新道路。
国内基金
海外基金