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Chung到微电子所交流,EDL封面文章

9月8日,台湾交通大学教授Steve S. Chung来中国科学院微电子研究所进行学术交流,并作了题为A New Architecture of Single-transistor NVM Feasible for Embedded Applications的学术报告。微电子所微电子重点实验室研究员龙世兵主持交流会。全所科研人员、研究生共40余人参加了交流会。

近日,西安电子科技大学微电子学院郝跃院士团队在负电容铁电场效应晶体管研究领域取得突破性进展,创新性提出并实现了新型纳米晶铁电材料(Nanocrystal-Embedded-Insulator,NEI)FeFET。该研究工作发表在IEEE Electron Device Letters2019年第一期,并选为封面文章突出报道。

Steve S. Chung在报告中指出,阻变存储器由于制备简单、与CMOS兼容等优点,被认为是替代闪存的潜在候选。然而,RRAM在电路中的串扰问题、forming过程和一致性问题减缓了其产业化进程。他介绍了晶体管电阻栅的非易失存储器器件,该器件结构与闪存类似,但在晶体管栅上有一个简单的MIM(电极-绝缘介质层-电极)结构,且读出数据取决于晶体管的阈值电压或漏极电流。采用双层绝缘介质层的MIM结构的器件具有耐久性好、存储窗口大、数据保持特性良好等特点,可有效解决传统RRAM交叉阵列结构中的串扰问题和forming过程。晶体管电阻栅结构的非易失存储器器件优于第一代浮栅和第二代SONOS非易失存储器,与逻辑CMOS技术完全兼容,适合于NOR型和NAND型存储器,可应用于嵌入式电路。他同与会人员基于新结构的非易失存储器及其应用等领域进行了学术讨论。

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Steve S. Chung现任台湾交通大学特聘教授和UMC研究客座教授,同时担任世界上两大的晶圆代工业——台积电和联电在CMOS和快闪记忆体技术方面开发的顾问,研究领域包括Nanscale CMOS器件、闪存、界面特性和可靠性建模等。

FeFET是利用铁电材料作为器件栅介质,实现非易失存储器或者负电容逻辑器件。目前的FeFET是基于掺杂氧化铪铁电材料,即在HfO2中引入锆或铝等元素,从而使介质薄膜从顺电变成铁电材料。这类铁电材料存在的主要问题是:材料铁电参数不容易调整;材料一般为多晶相,FeFET中铁电栅介质不能太薄,否则会出现漏电流或者铁电性消失。如非易失存储器铁电层厚度一般为6—10 纳米,而负电容逻辑器件一般为4—6 纳米,大大限制了FeFET在FinFET器件中的应用。因此,开发超薄的铁电材料成为推动FeFET在亚10 纳米 CMOS中更广泛应用的关键。

NEI铁电薄膜是一种全新的铁电材料结构,使FeFET集成于亚10纳米CMOS成为可能。作者在研究中采用先进的原子层沉积工艺,在非晶顺电介质中嵌入少量氧化锆纳米晶颗粒,实现了新型的NEI铁电薄膜。NEI材料的优势在于:铁电参数可以通过改变ZrO2含量来调整;绝缘栅介质层中加入了铁电纳米晶颗粒,使得铁电层与介质层融为一体,进一步减小了栅介质层的厚度,介质为不定形(amorphous)相,可以实现2纳米厚度。该研究工作不仅揭示了NEI铁电特性,并且还相继报道了作者实现的2.1和3.6 纳米NEI FeFET存储器件和负电容器件,其中负电容晶体管亚阈值摆幅突破了60mV/decade物理极限。该材料铁电参数的灵活可调性将有助于进一步揭示负电容晶体管的真正工作机理。

IEEE Electron Device Letters是国际微电子器件领域的顶级期刊,也是IEEE Electron Devices Society第一旗舰期刊,在国际微电子领域享有权威的学术地位和广泛的影响力。郝跃院士团队2018年在该期刊发表学术论文十多篇,标志着西安电子科技大学在先进微电子器件研究领域已经走在世界前列。

Yue Peng, Wenwu Xiao, Genquan Han,* Jibao Wu, Huan Liu, Yan Liu, Nuo Xu, Tsu-Jae King Liu, and Yue Hao, “Nanocrystal-Embedded-Insulator Ferroelectric Negative Capacitance FETs with Sub-kT/q Swing,” IEEE Electron Device Letters, vol.40, no. 1, pp. xx-xx, Jan. 2019.

彭悦,2015级博士研究生,师从郝跃院士,2016年跟随团队的韩根全教授开展FeFET材料和器件的研究工作,取得了突破性的研究成果。该研究工作得到国家优秀青年科学基金项目和国家自然科学基金重点项目的资助。

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