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Transistor de efecto de campo 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 compuerta y la región de conducción de 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 un 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] El uso de un ferroeléctrico ( sulfato de triglicina ) en una memoria de estado sólido fue propuesto por Moll y Tarui 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 película delgada no eran 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 zirconato/titanatos mixtos relacionados ( PLZT ). [3] A fines de la década 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 inferiores al voltaje coercitivo del ferroeléctrico. [4]

Las cuestiones involucradas 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 compuerta; problemas con la alta polarización remanente de los ferroeléctricos; tiempo de retención limitado (aproximadamente unos pocos días, en comparación con los 10 años requeridos). [5]

Siempre que la capa ferroeléctrica pueda escalarse en consecuencia, se espera que los dispositivos de memoria basados ​​en FeFET escalen (se 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 las contracciones de características incluyen: espesor de película reducido 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 se había construido una memoria no volátil basada en FeFET en un nodo de 22 nm utilizando FDSOI CMOS ( silicio completamente agotado sobre aislante ) con dióxido de hafnio (HfO 2 ) como ferroeléctrico; el tamaño de celda FeFET más pequeño informado fue de 0,025 μm 2 , los dispositivos se construyeron como matrices de 32 Mbit, utilizando pulsos de ajuste/reinicio de ~10 ns de duración a 4,2 V; los dispositivos mostraron una resistencia de 10 5 ciclos y retención de datos hasta 300 °C. [7]

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

Véase también

Referencias

  1. ^ Stefan Ferdinand Müller (2016). Desarrollo de memorias ferroeléctricas basadas en HfO2 para futuros nodos de tecnología CMOS . BoD – Libros a pedido. ISBN 9783739248943.
  2. ^ Parque y col. 2016, §1.1.1, p.3.
  3. ^ abc Park et al. 2016, §1.1.1, pág.4.
  4. ^ Parque y col. 2016, § 1.1.2, p.6.
  5. ^ abc Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline; Mikolajick, Thomas, eds. (2005), Materiales para tecnología de la información: dispositivos, interconexiones y empaquetado , Springer, págs. 157 –
  6. ^ Khosla, Robin; Sharma, Deepak K.; Mondal, Kunal; Sharma, Satinder K. (13 de octubre de 2014). "Efecto del estrés eléctrico en la pila de compuertas Au/Pb (Zr0.52Ti0.48) O3/TiOxNy/Si para el análisis de fiabilidad de transistores de efecto de campo ferroeléctricos". Applied Physics Letters . 105 (15): 152907. Bibcode :2014ApPhL.105o2907K. doi :10.1063/1.4897952. ISSN  0003-6951.
  7. ^ ab Dünkel, S. (diciembre de 2017), "Una tecnología NVM integrada ultrarrápida de potencia superbaja basada en FeFET para FDSOI de 22 nm y más allá", 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) , págs. 19.7.1–19.7.4, doi :10.1109/IEDM.2017.8268425, ISBN 978-1-5386-3559-9, Número de identificación del sujeto  19624615
  8. ^ Lapedus, Mark (16 de febrero de 2017), "¿Qué son los FeFET?", semiengineering.com

Lectura adicional