thesis

Strukturelle und elektrische Charakterisierungen ferroelektrischer Feldeffekttransistoren auf Silizium

Abstract

In heutigen Computersystemen mit stetig steigender Leistung, nehmen Speichermedien eine zunehmend wichtigere Funktion ein. Seitens der Halbleiter-Industrie wird ein erheblicher Aufwand betrieben, um neue Speichermedien zu entwickeln, welche den gestiegenen Anforderungen an ein Speicherelement gerecht werden. Der FeFET � der ferroelektrische Feldeffekttransistor � besitzt ein hohes Anwendungspotential und könnte als nichtflüchtiger-Speicher die bisher in Computern verwendeten Arbeitsspeicher ersetzten. Im Gegensatz zu FeRAMs, bei denen die Information in einem ferroelektrischen Kondensator gespeichert werden (1T1C), wird in einem FeFET eine ferroelektrische Schicht in den Gateschichtstapel eines Feldeffekttransistors integriert; es entsteht eine ein-Transistor- Speicherzelle (1T). Die Integration einer ferroelektrischen Schicht, wie PbZrxTi(1-x)O3 (PZT), in einen Siliziumbasierten Transistor, kann nur mit Hilfe einer zusätzlichen Buffer-Schicht zwischen Ferroelektrikum und dem Silizium-Substrat erfolgen. Diese Arbeit behandelt einerseits die Herstellung und Charakterisierung dielektrischer Bufferschichten auf Silizium, andererseits die Charakterisierung ferroelektrischer Gateschichten unter Verwendung der untersuchten Bufferschichten. Als dielektrische Bufferschichten wurden einkristalline SrTiO3(STO)-, polykristalline CeO2(CeO) und amorphe DyScO3-Schichten auf Silizium abgeschieden und in Form von MOS-Dioden und Transistoren elektrisch charakterisiert. CeO2- und DyScO3- Schichten zeigten geringe Leckströme, eine Dielektrizitätskonstante von epsilon = 25 und eine geringe Anzahl fester Ladungen in der Schicht. DyScO3-Schichten eignen sich, aufgrund der amorphen Struktur, nur bedingt als Buffer für ferroelektrische Schichten, könnten aber als Austauschmaterial für SiO2 in FETs benutzt werden (hoch-epsilon-Material). Unter Verwendung des ferroelektrischen Co-Polymers P(VDF-TrFE) konnten MFIS-Dioden und ferroelektrische Transistoren, mit Operationsspannungen unterhalb von 10V auf Basis von SiO2- und DyScO3-Buffer-Schichten hergestellt werden

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