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HfO_(2)铁电薄膜基MFIS存储结构中的高κ介电晶籽层效应研究:铁电正交相生长和界面电荷注入抑制 被引量:2
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作者 张岩 王岛 +10 位作者 王佳丽 罗春来 李明 李育珊 陶瑞强 陈德扬 樊贞 戴吉岩 周国富 陆旭兵 刘俊明 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期219-232,共14页
HfO_(2)基材料铁电场效应晶体管(FeFET)商业化应用面临的一个重要挑战是其疲劳特性差.本文提出,在基于金属-铁电-绝缘层-半导体(MFIS)栅叠层结构的FeFET中研发合适的高κ界面晶籽层(SL)以大幅度提升其疲劳性能.我们在ZrO_(2),HfO_(2),(H... HfO_(2)基材料铁电场效应晶体管(FeFET)商业化应用面临的一个重要挑战是其疲劳特性差.本文提出,在基于金属-铁电-绝缘层-半导体(MFIS)栅叠层结构的FeFET中研发合适的高κ界面晶籽层(SL)以大幅度提升其疲劳性能.我们在ZrO_(2),HfO_(2),(HfO_(2))0.75(Al_(2)O_(3))0.25(HAO)和Al_(2)O_(3)等典型的高κ介电SL上制备了Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2)(HZO)铁电薄膜,系统研究了HZO薄膜的微观结构、铁电性及其MFIS器件的存储特性.首先,揭示了HZO薄膜中铁电正交相的形核和生长不仅受高κ介电SL表面能的影响,而且其微观结构对HZO中正交相的形成也起到重要作用.其次,澄清了高κ介电晶籽层对MFIS结构存储特性的影响,通过精确计算的MFIS结构的界面层电场,对MFIS结构的存储特性做出了合理解释.最后,基于HAO的高κSL的MFIS器件实现了铁电极化和界面电荷注入之间的合理优化,并且获得了较大铁电存储窗口(>1.0 V),出色的保持特性(>1.6×104s)和疲劳特性(>105).本文为未来解决HfO_(2)基Fe FET的疲劳问题提供了有价值的思路,为在介电SL上生长HfO_(2)铁电薄膜的其他高性能电子器件的开发提供了参考. 展开更多
关键词 存储特性 存储结构 铁电薄膜 商业化应用 MFIS 铁电存储 疲劳特性 叠层结构
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具有大电导动态范围和多级电导态的铁电Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2)栅控突触晶体管 被引量:1
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作者 罗春来 张岩 +11 位作者 帅文韬 贺可心 李明 陶瑞强 陈德扬 樊贞 张斌 周小元 戴吉岩 周国富 陆旭兵 刘俊明 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期2372-2382,共11页
得益于铁电材料的非易失性和快速擦写,铁电突触晶体管(FST)在神经形态计算应用中很有前景.然而,在低能耗下同时实现大电导动态范围(G_(max)/G_(min))和多级有效电导态仍是一个挑战.在此,本文首次提出了由铁电Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2)(HZO... 得益于铁电材料的非易失性和快速擦写,铁电突触晶体管(FST)在神经形态计算应用中很有前景.然而,在低能耗下同时实现大电导动态范围(G_(max)/G_(min))和多级有效电导态仍是一个挑战.在此,本文首次提出了由铁电Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2)(HZO)栅介质结合溶液处理的氧化铟(In_(2)O_(3))突触晶体管以解决上述问题.通过精细调控的铁电相以及对铁电体和铁电/半导体界面的电荷注入良好抑制,实现了优异的突触特性.在每个尖峰事件490 fJ的低能耗下,该FST成功模拟了高达101个有效电导状态的长时程增强/抑制(LTP/D),且具有大电导动态范围(G_(max)/G_(min)=32.2)和优异耐久性(>1000个循环).此外,模拟实现了96.5%的手写数字识别准确率,这是现有报道的FST的最高记录.这项工作为开发低成本、高性能和节能的铁电突触晶体管提供了一条新途径. 展开更多
关键词 动态范围 半导体界面 电荷注入 栅介质 氧化铟 非易失性 铁电材料 电突触
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