残余应力及界面效应对FeFET电学性能影响的相场模拟

摘要

铁电场效应晶体管(FeFET)以其高的读写速度，低功耗以及非破坏性读出等特点成为了新型存储器的有力竞争者之一。铁电薄膜作为FeFET的栅介质层，其性能对铁电场效应晶体管的电学特性有着重要影响。研究表明铁电薄膜中的残余应力以及界面效应对铁电薄膜的性能有很大的影响，而FeFET的结构导致其铁电层中存在着较大的残余应力以及界面效应。因此，研究残余应力以及界面效应对FeFET电学性能的影响，将有助于提高FeFET的使用寿命。本文通过相场方法模拟了残余应力作用下铁电薄膜的极化演化，研究了残余应力及界面效应对FeFET电学性能的影响。主要有以下几方面的结果：
　　1.采用相场理论，基于修正的时变金兹堡-朗道(TDGL)方程，模拟了残余应力作用下铁电畴的极化演化。结果表明，在平行于膜面的方向施加残余压应力，随着时间的增加，垂直于膜面的极化增强，平行于膜面的极化减弱，形成一个垂直于膜面的单畴。在平行于膜面的方向施加残余拉应力，畴壁沿垂直膜面的方向运动，平行于膜面的极化增强，垂直于膜面的极化减弱，最终形成一个平行于膜面的单畴。
　　2.将FeFET的相场模型与标准MOSFET的基本器件方程结合，研究了残余应力对金属-铁电层-绝缘层-半导体(MFIS)结构的FeFET的电滞回线(P-V)、C-V特性以及输出特性(I-V)等电学性能的影响。结果表明，随着残余压应力的增加，FeFET的剩余极化以及矫顽场逐渐增大；存储窗口逐渐增大，开态源漏电流和关态源漏电流逐渐增大。随着残余拉应力的增加，FeFET的剩余极化以及矫顽场逐渐减小；存储窗口逐渐减小，开态源漏电流和关态源漏电流逐渐减小。
　　3.考虑界面效应，从界面电场和界面应变两个方面研究了界面效应对MFIS结构的FeFET的电学性能的影响。结果表明，随着界面电场的增大，FeFET正的剩余极化值逐渐减小，电滞回线发生偏移，存储窗口沿着扫描电压增大的方向发生偏移，开态源漏电流和关态源漏电流先增大后减小。当界面应变由压应变到张应变的转变过程中，FeFET的剩余极化以及矫顽场逐渐减小，存储窗口逐渐减小，开态源漏电流逐渐减小，关态源漏电流逐渐增大。

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第1章 绪论

1.1铁电材料和铁电存储器

1.2 铁电场效应晶体管(FeFET)

1.3残余应力的作用

1.4界面效应的影响

1.5 本文的选题依据及主要内容

第2章 FeFET相场模型的基本建立

2.1 FeFET的相场模型

2.2 铁电畴的模拟

2.3 残余应力对铁电薄膜的影响

2.4本章小结

第3章 残余应力对FeFET电学性能的影响

3.1 FeFET的器件方程

3.2 残余应力对FeFET中薄膜铁电性的影响

3.3 残余压应力对FeFET电学性能的影响

3.4 残余拉应力对FeFET电学性能的影响

3.5 本章小结

第4章 界面效应对FeFET电学性能的影响

4.1电场对FeFET电学性能的影响

4.2 界面电场对FeFET电学性能的影响

4.3 界面应变对FeFET电学性能的影响

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 论文展望

参考文献

致谢

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