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FET de Fe

Un transistor de efecto de campo ferroeléctrico ( Fe FET ) es un tipo de transistor de efecto de campo que incluye un material ferroeléctrico intercalado entre el electrodo de puerta y la región de conducción fuente-drenaje del dispositivo (el canal ). La polarización permanente del campo eléctrico en el ferroeléctrico hace que este tipo de dispositivo conserve el estado del transistor (encendido o apagado) en ausencia de cualquier polarización eléctrica.

Los dispositivos basados ​​en FeFET se utilizan en la memoria FeFET , un tipo de memoria no volátil de un solo transistor .

Descripción

En 1955, Ian Munro Ross presentó una patente para FeFET o MFSFET. Su estructura era como la de un MOSFET de canal de inversión moderno, pero se utilizó material ferroeléctrico como dieléctrico/aislante en lugar de óxido. [1] Moll y Tarui propusieron el uso de un ferroeléctrico ( sulfato de triglicina ) en una memoria de estado sólido en 1963 utilizando un transistor de película delgada . [2] Se realizaron más investigaciones en la década de 1960, pero las características de retención de los dispositivos basados ​​en películas delgadas no fueron satisfactorias. [3] Los primeros dispositivos basados ​​en transistores de efecto de campo utilizaban titanato de bismuto (Bi 4 Ti 3 O 12 ) ferroeléctrico o Pb 1−x Ln x TiO 3 (PLT) y circonatos/titanatos mixtos relacionados ( PLZT ). [3] A finales de 1980 se desarrolló la RAM ferroeléctrica , utilizando una película delgada ferroeléctrica como condensador, conectada a un FET de direccionamiento. [3]

Los dispositivos de memoria basados ​​en FeFET se leen utilizando voltajes por debajo del voltaje coercitivo para el ferroeléctrico. [4]

Los problemas involucrados en la realización de un dispositivo de memoria FeFET práctico incluyen (a partir de 2006): elección de una capa altamente aislante y de alta permitividad entre el ferroeléctrico y la puerta; problemas con la alta polarización remanente de los ferroeléctricos; tiempo de retención limitado (aprox. unos pocos días, cf. se requieren 10 años). [5]

Siempre que la capa ferroeléctrica se pueda escalar en consecuencia, se espera que los dispositivos de memoria basados ​​en FeFET se escalen (encojan) tan bien como los dispositivos MOSFET; sin embargo, puede existir un límite de ~20 nm lateralmente [6] (el límite superparaeléctrico, también conocido como límite ferroeléctrico). Otros desafíos para presentar encogimientos incluyen: espesor reducido de la película que causa efectos de polarización adicionales (no deseados); inyección de carga; y corrientes de fuga. [5]

Investigación y desarrollo

Estructura de una celda FeRAM de 1 transistor

En 2017, se informó que la memoria no volátil basada en FeFET se había construido en un nodo de 22 nm utilizando FDSOI CMOS ( silicio sobre aislante completamente agotado ) con dióxido de hafnio (HfO 2 ) como ferroeléctrico; el tamaño de celda FeFET más pequeño informado fue de 0,025 μm 2 , el Los dispositivos se construyeron como matrices de 32 Mbit, utilizando pulsos de configuración/reinicio de ~10 ns de duración a 4,2 V; los dispositivos mostraron una resistencia de 10 5 ciclos y una retención de datos de hasta 300 °C. [7]

A partir de 2017, la startup Ferroelectric Memory Company está intentando desarrollar la memoria FeFET en un dispositivo comercial, basado en dióxido de hafnio. Se afirma que la tecnología de la compañía se adapta a los tamaños de los nodos de proceso modernos y se integra con los procesos de producción contemporáneos, es decir, HKMG , y es fácilmente integrable en procesos CMOS convencionales, requiriendo sólo dos máscaras adicionales. [8]

Ver también

Referencias

  1. ^ Stefan Ferdinand Müller (2016). Desarrollo de memorias ferroeléctricas basadas en HfO2 para futuros nodos de tecnología CMOS . ISBN 9783739248943.
  2. ^ Parque y col. 2016, §1.1.1, p.3.
  3. ^ abc Park y col. 2016, §1.1.1, p.4.
  4. ^ Parque y col. 2016, § 1.1.2, p.6.
  5. ^ abcZschech , Ehrenfried; Whelan, Carolina; Mikolajick, Thomas, eds. (2005), Materiales para tecnología de la información: dispositivos, interconexiones y embalajes , Springer, págs.157 –
  6. ^ Khosla, Robin; Sharma, Deepak K.; Mondal, Kunal; Sharma, Satinder K. (13 de octubre de 2014). "Efecto de la tensión eléctrica sobre la pila de puertas de Au/Pb (Zr0.52Ti0.48) O3/TiOxNy/Si para el análisis de confiabilidad de transistores de efecto de campo ferroeléctrico". Letras de Física Aplicada . 105 (15): 152907. Código bibliográfico : 2014ApPhL.105o2907K. doi :10.1063/1.4897952. ISSN  0003-6951.
  7. ^ ab Dünkel, S. (diciembre de 2017), "Una tecnología NVM integrada ultrarrápida de consumo súper bajo basada en FeFET para FDSOI de 22 nm y más", Reunión internacional de dispositivos electrónicos (IEDM) de IEEE de 2017 , págs. .4, doi :10.1109/IEDM.2017.8268425, ISBN 978-1-5386-3559-9, S2CID  19624615
  8. ^ Lapedus, Mark (16 de febrero de 2017), "¿Qué son los FeFET?", semiengineering.com

Otras lecturas