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 de fuente-drenaje del dispositivo (el canal ). La polarización permanente del campo eléctrico en el ferroeléctrico hace que este tipo de dispositivo retenga el estado del transistor (encendido o apagado) en ausencia de polarización eléctrica.
Los dispositivos basados en FeFET se utilizan en la memoria FeFET , un tipo de memoria no volátil de un solo transistor .
Descripción
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 . [1] Se realizaron más investigaciones en la década de 1960, pero las características de retención de los dispositivos basados en película delgada no fueron satisfactorias. [2] 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 zironconato / titanatos mixtos relacionados ( PLZT ). [2] A finales de 1980 se desarrolló la RAM ferroeléctrica , utilizando una película fina ferroeléctrica como condensador, conectada a un FET de direccionamiento. [2]
Los dispositivos de memoria basados en FeFET se leen utilizando voltajes por debajo del voltaje coercitivo para el ferroeléctrico. [3]
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 compuerta; problemas con la alta polarización remanente de los ferroeléctricos; tiempo de retención limitado (c. unos pocos días, cf requerido 10 años). [4]
Siempre que la capa ferroeléctrica se pueda escalar en consecuencia, se espera que los dispositivos de memoria basados en FeFET escalen (encojan) así como los dispositivos MOSFET; sin embargo, puede existir un límite de ~ 20 nm lateralmente [5] (el límite superparaeléctrico , también conocido como límite ferroeléctrico). Otros desafíos para los encogimientos de características incluyen: espesor de película reducido que causa efectos de polarización adicionales (no deseados); inyección de carga; y corrientes de fuga. [4]
Investigación y desarrollo
En 2017 FeFET basado memoria no volátil fue reportado como habiendo sido construido a 22 nm nodo utilizando FDSOI CMOS (completamente agotada de silicio sobre aislante ) con dióxido de hafnio (HFO 2 ) como el ferroelectric- el tamaño de celda más pequeño FeFET informó fue 0,025 m 2 , la dispositivos fueron construidos como matrices de 32Mbit, utilizando set / impulsos de reposición de duración ~ 10ns en 4.2V - los dispositivos mostraron resistencia de 10 5 ciclos y la retención de datos de hasta 300C. [6]
A partir de 2017[actualizar]la startup 'Ferroelectrc Memory Company' está intentando convertir la 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 los nodos de procesos modernos y se integra con los procesos de producción contemporáneos, es decir , HKMG , y es fácilmente integrable en los procesos CMOS convencionales, lo que requiere solo dos máscaras adicionales. [7]
Ver también
- RAM ferroeléctrica : RAM que utiliza un material ferroeléctrico en el condensador de una estructura DRAM convencional
Referencias
- ^ Park y col. 2016 , §1.1.1, p.3.
- ^ a b c Park y col. 2016 , §1.1.1, página 4.
- ^ Park y col. 2016 , § 1.1.2, p.6.
- ^ a b c Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline; Mikolajick, Thomas, eds. (2005), Materiales para tecnología de la información: dispositivos, interconexiones y embalaje , Springer, págs. 157 -
- ^ Khosla, Robin; Sharma, Deepak K .; Mondal, Kunal; Sharma, Satinder K. (13 de octubre de 2014). "Efecto de la tensión eléctrica en Au / Pb (Zr0.52Ti0.48) O3 / TiOxNy / Si pila de compuertas para el análisis de confiabilidad de transistores de efecto de campo ferroeléctrico" . Letras de Física Aplicada . 105 (15): 152907. doi : 10.1063 / 1.4897952 . ISSN 0003-6951 .
- ^ a b Dünkel, S. (diciembre de 2017), "Una tecnología NVM integrada ultrarrápida de muy baja potencia basada en FeFET para FDSOI de 22 nm y más allá", IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2017 , doi : 10.1109 / IEDM.2017.8268425
- ^ Lapedus, Mark (16 de febrero de 2017), "¿Qué son los FeFET?" , semiengineering.com
- Park, Byung-Eun; Ishiwara, Hiroshi; Okuyama, Masanori; Sakai, Shigeki; Yoon, Sung-Min, eds. (2016), "Memorias de transistores de efecto de campo de puerta ferroeléctrica: física y aplicaciones de dispositivos", Temas de física aplicada , Springer (131)
Otras lecturas
- Ishiwara, Hiroshi (2012), "FeFET y memorias ferroeléctricas de acceso aleatorio", Heteroestructuras de óxido multifuncional , doi : 10.1093 / acprof: oso / 9780199584123.003.0012