铁电薄膜场效应晶体管存储器件理论建模

摘要

基于偶极子翻转理论,通过对薄膜中偶极子的统计分布函数进行积分的方法,改进经典的Preisach模型.由于改进的模型具有历史电场效应,可以用较少的参数方便、准确地仿真薄膜的电滞回线.结合金属-氧化物-半导体(MOS)结构的半导体物理理论,建立了一种描述金属-铁电层-绝缘层-半导体(MFIS)结构电学性能的方程.以Pt/SrBi2Ta2O9 (SBT)/ZrO2/Si和Pt/Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)/MgO/Si两种结构为例,模拟了不同的铁电层厚度和绝缘层厚度对两种结构电容-电压(C-V)特性和记忆窗口的影响.模拟结果和实验结果能够较好的符合,从而表明改进的模型能够较好地模拟MFIS结构的C-V特性和记忆窗口.发展了金属-铁电-绝缘体-半导体场效应晶体管(MFIS-FET)模型,并用来研究铁电-电极界面效应.通过假设界面层具有二级介电/铁电相,模拟了铁电晶体管的C-V,I-V和半导体的表面势.模拟的结果显示,当界面层厚度增加时,MFIS-FET的电性能会变坏,说明了界面层厚度起了重要的作用.