应用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS FET制备及其特性

将ZrO2和PZT的sol-gel薄膜制备技术应用到非破坏性读出铁电存储器中,制作出应用Al/PZT/ZrO2/p-Si结构的MFIS电容和单管MFIS FET,研究了MFIS电容的界面和存储窗口特性,结果表明ZrO2介质阻挡层和Si衬底以及PZT的附着良好,在±5V测试电压、1MHz测试频率下,存储窗口电压为2.6V左右,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压差值的比为0.8.对于宽长比为500μm/50μm器件,采用栅极与源极、漏极写入方式,±10V时在写入电压下得到理想的输入-输出特性;小尺寸的40μm/8μm器件在±5V写入电压下特性较好.     

MFIS结构的C-V特性

研究了运用SOL-GEL方法制备的Au/PZT(铅锆钛)/ZrO2/Si结构电容即MFIS(Metal/Ferroelectr c/Irsulator/Semiconductor)电容的方法,并对其进行了SEM、C-V特性测试及ZrO2介质层介电常数分析.研究了C-V存储窗口(Memory WindoW)电压与铁电薄膜和介质层厚度比的关系,得出MFIS电容结构中最佳铁电薄膜和介质层厚度比为7 10左右,在外加电压5V-+5V时存储窗口可达2.52V左右.     

MFIS结构的C-V特性

研究了运用SOL-GEL方法制备的Au/PZT(铅锆钛)/ZrO2/Si结构电容即 MFIS(Metal/Ferroelectric /Insulator/Semiconductor)电容的方法,并对其进行了SEM、C- V特性测试及ZrO2介质层介电常数分析 .研究了C-V存储窗口(Memory Window)电压与铁电薄膜和介质层厚度比的关系,得出MFIS电容结构中最佳铁电薄膜和介质层厚度比为7～10左右 ,在外加电压-5V～+5V时存储窗口可达2.52 V左右 .     

用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS结构的机理研究

分析了 MFIS FET的工作机理以及影响 MFIS电容的存储窗口特性的因素 ,提出用存储窗口与铁电薄膜正、负矫顽电压的差值来评价存储窗口特性 ,制备了 Au/Cr/PZT/Zr O2 /Si的 MFIS结构并研究了其存储窗口特性 ,存储窗口随 Zr O2 的厚度变化呈现一个极大值 ,甚至会出现 C-V曲线方向的变化 ,而 PZT薄膜的厚度增大会导致窗口增大 ,这是由于界面效应以及在铁电层和介质阻挡层上电压分配关系的不同而造成的 ,这一结果与前面的分析很好地吻合。当 Zr O2 和 PZT的厚度分别为 3 0 nm和 2 5 0 nm、扫描电压从 -5 V到 +5 V变化时 ,存储窗口大小为 2 .5 V,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压的差值的比为 0 .8。     

MFMIS铁电场效晶体管的制备及存储特性

在磁控溅射法制备Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜的基础上,结合半导体工艺制备了金属/铁电/金属/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的铁电场效应晶体管。器件的顺时针电容-电压(C-V)特性曲线和逆时针漏电流-栅电压(Id-Vg)特性曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有明显的栅极化调制效应和极化存储性能,且在-5~ 5 V的电压下存储窗口为2 V。     

基于铁电薄膜的Al/PVDF/SiO2/n-Si结构的负电容效应研究

采用旋涂法制备了基于铁电聚合物薄膜的Al/PVDF/SiO_2/n-Si(MFIS)结构。通过测量MFIS结构的电容-频率特性和电容-电压特性,观察到负电容效应。测量频率越低,正向偏压越大,负电容效应越显著。在时域中,施加脉冲电压,出现瞬态电流随时间增大的电感现象。研究结果表明,MFIS结构中的负电容效应是一种电感现象。构建能带图分析MFIS结构中负电容效应的产生原因,是由于大量电子注入到界面中被捕获使得电流的相位落后于电压导致。基于铁电薄膜的负电容MFIS结构有望应用于低功耗器件中。     

Au/PZT/p-Si结构铁电存储二极管的制备及其性能

采用准分子脉冲激光沉积 (PL D)工艺 ,制备了 Au/ PZT/ p- Si结构铁电存储二极管 .在氧气氛 35 0℃低温沉积、原位 5 30℃快速退火工艺条件下 ,获得了多晶纯钙钛矿结构的 Pb (Zr0 .5 2 Ti0 .48) O3(PZT)铁电薄膜 . PZT薄膜的铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线 ,其剩余极化和矫顽场分别为 13μC/ cm2和 48k V/ cm.从C- V和 I- V特性曲线观察到源于铁电极化的回滞现象 ,记忆窗口约 1.1V,+4 V偏压下电流密度为 3.9× 10 - 6 A/cm2 .     

Si衬底上具有Poly-Si/SiO2堆叠缓冲层的Pb (Zr0.52Ti0.48)O3 存储电容

在p型Si衬底上沉积多晶硅薄膜和Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT)薄膜形成过渡层。测试淀积在多晶硅上的PZT薄膜不同退火温度的X射线衍射峰。Pt/PZT/poly-Si电容被研究。由于PZT薄膜的铁电极化特性,金属/铁电/多晶硅/二氧化硅/Si结构存储电容在650度退火展示了其顺时针的电压-电容曲线。存储窗口随着SiO2电容和PZT电容的耦合比的增加而增大。     

PZT铁电场效应晶体管电学性能

采用磁控溅射法制备了(111)向择优的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜,并结合半导体集成技术制备了金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的n沟道铁电场效应晶体管.研究了铁电场效应晶体管的C-V特性、I-V特性以及写入速度.顺时针的C-V滞回曲线和逆时针的Id-Vg滞回曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有极化存储性能和明显的栅极化调制效应,并且在-5V到 5V的Vg电压下从C-V和Id-Vg滞回曲线中都得到了2V的存储窗口.     

PZT铁电场效应晶体管电学性能

采用磁控溅射法制备了(111)向择优的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜,并结合半导体集成技术制备了金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的n沟道铁电场效应晶体管.研究了铁电场效应晶体管的C-V特性、I-V特性以及写入速度.顺时针的C-V滞回曲线和逆时针的Id-Vg滞回曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有极化存储性能和明显的栅极化调制效应,并且在-5V到+5V的Vg电压下从C-V和Id-Vg滞回曲线中都得到了2V的存储窗口.