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基于Atlas的MFIS结构器件电学性能模拟

作者:时间:2011-07-13来源:网络收藏

摘要 利用软件,对的C—V特性及记忆窗口进行。讨论了应用电压、绝缘层厚度及绝缘层材料等因素,对记忆能力及稳定性的影响,为器件的设计和提高提供了参考。
关键词 MFIS;记忆窗口;C—V特性;

近年来,由具有金属-铁电-绝缘层-半导体(MFIS)结构的铁电场效应晶体管(FeFET)组成的铁电存储器,以其非破坏性读出、存储密度高等优点,成为最具潜力的下一代非挥发性存储器件之一。MFIS结构作为FeFET的核心部件,其将影响到铁电存储器的存储能力和稳定性。在已有的研究中,研究者一方面采用实验方法研究MFIS结构器件的,另一方面试图从理论上对器件的性能进行研究。
本文将利用Silvaco公司的器件软件,结合Miller等人的铁电极化模型及电荷薄片模型,对MFIS结构器件的C—V特性及记忆窗口进行,讨论应用电压、绝缘层厚度及材料对MFIS结构器件的影响,探讨提高MFIS结构器件性能的有效途径。

1 MFIS器件结构
MFIS结构是在传统MOS电容器的基础上,在金属电极和绝缘层之间增加具有极化行为的铁电材料,利用铁电层的极化行为进行二进制数据存储。图1为典型MFIS结构及其等效电路,铁电层厚度为df,绝缘层厚度为di。理想情况下,不考虑各层之间的界面捕获电荷、界面态及各层内部空间电荷和杂质的影响。电容器的上电极为肖特基接触,下电极为欧姆接触。基底采用均匀掺杂的p型硅,厚度达到要求。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/178893.htm

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2 方法
Silvaco公司的器件模拟软件Atlas,可以对二维和三维模式下半导体器件的直流、交流及时域响应等进行仿真和分析。为考虑MFIS结构器件中铁电层计划行为的饱和状态及非饱和状态,Miller等人提出的铁电极化模型被改进。在Model语句中引入两种状下的极化模型Ferro和Unsat.Ferro,器件的相关参数在Material语句中进行设置。由于MFIS结构器件在实际应用中多工作于高频状态,需要设置Ferro模型中Fer-roDamp参数为1。考虑到铁电薄膜、半导体基底及金属电极之间的功函数关系,MFIS结构的上电极和下电极分别被设定为肖特基接触和欧姆接触。铁电层采用BNT铁电薄膜,厚度为200 nm,其参数可以由文献中得到,具体参数如表1所示。

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