(a) Schéma d'un FeFET à base de ferroélectrique-HfO2 avec une structure de pile verticale 3D pour une capacité de mémoire élevée. Le polysilicium est généralement utilisé comme matériau de canal. Dans ce travail, nous proposons d'utiliser IGZO comme matériau de canal. (b) Illustration schématique des défis actuels du canal poly-silicium et solution possible par canal IGZO. Le polysilicium a une faible mobilité dans la région d'épaisseur nanométrique et forme une couche interfaciale à faible k qui provoque une perte de tension et un piégeage de charge.
Dans le cadre du programme JST PRESTO, Professeur agrégé Masaharu Kobayashi, Institut des sciences industrielles, l'Université de Tokyo, a développé un FET ferroélectrique (FeFET) avec ferroélectrique-HfO
FeFET est un dispositif de mémoire prometteur en raison de sa faible consommation, haute vitesse et haute capacité. Après la découverte du ferroélectrique-HfO compatible CMOS
Pour la structure de pile verticale 3-D, le polysilicium est généralement utilisé comme matériau de canal. Cependant, le polysilicium a une très faible mobilité dans la région d'épaisseur nanométrique en raison des joints de grains et des défauts extrinsèques. De plus, le poly-silicium forme une couche interfaciale à faible k avec le ferroélectrique-HfO
Pour résoudre ces problèmes, dans cette étude, nous avons proposé un ferroélectrique-HfO
(a) Image TEM en coupe d'un condensateur TiN/HfZrO2/IGZO. Chaque couche était uniformément formée. La couche de HfZrO2 est uniformément cristallisée avec une phase ferroélectrique. (b) Charge de polarisation mesurée en fonction de la tension d'un condensateur TiN/HfZrO2/IGZO. Une ferroélectricité claire a été confirmée.
D'abord, nous avons systématiquement étudié l'épaisseur optimale du canal IGZO. Au fur et à mesure que l'épaisseur de l'IGZO diminue, SS est réduite et la tension de seuil (Vth) augmente. Pour réaliser un SS raide et un fonctionnement normalement éteint, 8 nm a été choisi. Prochain, nous avons fabriqué un TiN/HfZrO
(a) Courant de drain mesuré par rapport à la tension de grille d'un FeFET avec un canal IGZO de 8 nm d'épaisseur. Une fenêtre de mémoire de 0,5 V et un SS presque idéal de 60 mV/déc ont été atteints. (b) Mobilité à effet de champ mesurée du FeFET avec canal IGZO. La mobilité de 10cm2/Vs peut être supérieure à celle d'un canal poly-silicium à la même épaisseur.
Il faut noter que, dans la conception actuelle de l'appareil, une porte arrière est nécessaire avec de l'oxyde enterré pour fixer le potentiel du corps. Sans porte arrière, le potentiel du corps est flottant et la tension ne peut pas être suffisamment appliquée sur le ferroélectrique-HfO
Les réalisations de cette étude ouvriront une nouvelle voie pour réaliser un FeFET basse tension et hautement fiable avec une structure de pile verticale 3D. Cela conduit à activer des appareils de périphérie IoT à très faible consommation, le déploiement d'un système de réseau hautement sophistiqué, et ainsi fournir des services sociaux plus stratégiques utilisant les mégadonnées.