铁电存储单元MFIS/MFMIS的制备、特性及建模

摘要

该文研究了非破坏性读出(NDRO)铁电存储器(FeRAM)存储单元MFIS/MFMIS的制备,特性及建模.●该文采用物理和数学分析相结合的方法,构建了MFIS/MFMIS结构的新模型,并通过合理的近似得到了MFIS/MFMIS单管单元的阈值电压新的解析模型;在考虑MFIS结构中铁电层上的分压和沟道位置的关系的基础上,进一步得到相应的C-V和I-V曲线.分析表明,阈值电压解析模型的近似误差很小,分析阈值电压解析模型表明铁电材料的介电常数越低,电滞回线的矩形度越好,MFIS/MFMIS的存储特性越好.对C~V曲线相应的物理过程的分析表明,工作频率以及电滞回线是否饱和对C~V特性有较大影响,而C~V窗口和MFIS结构存储特性密切相关.对I~V曲线的分析表明,在器件和电路结构设计时,V<,g>不宜太大或太小,V<,ds>越大越有利于MFIS结构不同存储状态的区分.●结合现有的实验条件,确定了具有静电保护电路的MFIS/MFMIS单管单元阵列的工艺制备流程.并最终制备得到了Pt/PZT/SiO<,2>(50nm)/Si结构的单管单元阵列,以及Pt/PZT/SiO<,2>(50nm)/Si和Pt/PZT/SiO<,2>(100nm)/Si电容结构.●通过测试Pt/PZT/SiO<,2>(50nm)/Si单管单元阵列I-V特性,表明所制备单元具有存储特性,在写入电压为+15(逻辑

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文摘

英文文摘

第一章背景

1.1铁电体及铁电特性

1.2铁电存储器的分类

1.3不挥发存储器发展和比较

1.4研究背景

1.5论文概要

第二章MFIS/MFMIS建模

2.1 MFS/MFIS/MFMIS工作原理

2.1.1 MFS结构

2.1.2 MFIS结构

2.1.3 MFMIS结构

2.1.4铁电电容模型

2.2 MFIS/MFMIS模型研究

2.2.1 MFIS/MFMIS基本方程组

2.2.2阈值电压VT

2.2.3 C～V特性

2.2.4 MFIS/MFMIS单管单元I～V特性

2.3 MFIS/MFMIS模型应用

2.4结论

第三章MFIS/MFMIS艺设计

3.1 MFIS/MFMIS单管单元布局与布线

3.1.1 MFIS/MFMIS单管单元整体布局

3.1.2 MFIS/MFMIS单管单元内部的布局布线

3.2 MFIS/MFMIS工艺及具体版图设计

3.3总结

第四章MFIS/MFMIS制备及实验结果

4.1 MFIS/MFMIS制备

4.1.1硅片的准备和保存

4.1.2清洗工艺

4.1.3氧化工艺

4.1.4扩散工艺

4.1.5光刻工艺

4.1.6腐蚀工艺

4.1.7铁电层制备

4.2实验结果

4.2.1栅氧化层C-V曲线

4.2.2铁电层电滞回线

4.2.3 MFIS电容结构C-V曲线

4.2.4 MFIS单管单元I-V特性

4.3结论

第五章总结与展望

参考文献

附录

致谢辞

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