FeFET中局部铁电相分布引起的阈值电压变化及其缓解策略

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Threshold Voltage Variability Induced by Localized Ferroelectric Phase Distributions in FeFET and Its Mitigation Strategies

　　

摘要：

阈值电压的变异性是铁电场效应晶体管（FeFET）技术中的一个关键问题。在这项研究中，通过实验、建模和SPICE仿真相结合的方法，评估了局部化的铁电/介电（DE）分布对FeFET阈值电压的影响。该研究在28纳米工艺的FeFET制造平台上进行。实验结果表明，FeFET可能是一种非对称器件，其阈值电压（VTH）不仅取决于电流流动的方向，还与施加的漏极电压（DS）的大小有关。TCAD建模分析指出，这种非对称性的原因可能是由于介电相分布的随机性导致的空间局部化现象。针对基于两个FeFET的三元内容可寻址存储器（TCAM）的SPICE仿真显示，即使只有两个器件出现局部化引起的阈值电压偏移，也可能导致64位搜索失败。研究提出了多种策略来降低这种局部化相分布引起的阈值电压偏移（LPTS）效应的影响。值得注意的是，采用电容式读出方式以及对栅极堆栈中插入浮动金属电极的方法可以提高器件的稳定性。