殘余應力及界面效應對FeFET電學性能影響的相場模擬.pdf

1、鐵電場效應晶體管(FeFET)以其高的讀寫速度，低功耗以及非破壞性讀出等特點成為了新型存儲器的有力競爭者之一。鐵電薄膜作為FeFET的柵介質層，其性能對鐵電場效應晶體管的電學特性有著重要影響。研究表明鐵電薄膜中的殘余應力以及界面效應對鐵電薄膜的性能有很大的影響，而FeFET的結構導致其鐵電層中存在著較大的殘余應力以及界面效應。因此，研究殘余應力以及界面效應對FeFET電學性能的影響，將有助于提高FeFET的使用壽命。本文通過相場方法模擬

2、了殘余應力作用下鐵電薄膜的極化演化，研究了殘余應力及界面效應對FeFET電學性能的影響。主要有以下幾方面的結果：
　　1.采用相場理論，基于修正的時變金茲堡-朗道(TDGL)方程，模擬了殘余應力作用下鐵電疇的極化演化。結果表明，在平行于膜面的方向施加殘余壓應力，隨著時間的增加，垂直于膜面的極化增強，平行于膜面的極化減弱，形成一個垂直于膜面的單疇。在平行于膜面的方向施加殘余拉應力，疇壁沿垂直膜面的方向運動，平行于膜面的極化增強，垂直

3、于膜面的極化減弱，最終形成一個平行于膜面的單疇。
　　2.將FeFET的相場模型與標準MOSFET的基本器件方程結合，研究了殘余應力對金屬-鐵電層-絕緣層-半導體(MFIS)結構的FeFET的電滯回線(P-V)、C-V特性以及輸出特性(I-V)等電學性能的影響。結果表明，隨著殘余壓應力的增加，FeFET的剩余極化以及矯頑場逐漸增大；存儲窗口逐漸增大，開態(tài)源漏電流和關態(tài)源漏電流逐漸增大。隨著殘余拉應力的增加，FeFET的剩余極化以及

4、矯頑場逐漸減??；存儲窗口逐漸減小，開態(tài)源漏電流和關態(tài)源漏電流逐漸減小。
　　3.考慮界面效應，從界面電場和界面應變兩個方面研究了界面效應對MFIS結構的FeFET的電學性能的影響。結果表明，隨著界面電場的增大，FeFET正的剩余極化值逐漸減小，電滯回線發(fā)生偏移，存儲窗口沿著掃描電壓增大的方向發(fā)生偏移，開態(tài)源漏電流和關態(tài)源漏電流先增大后減小。當界面應變由壓應變到張應變的轉變過程中，FeFET的剩余極化以及矯頑場逐漸減小，存儲窗口逐漸