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铁电铪-氧化锆基金属-氧化物-半导体结构中界面氧化物层的远程除氧
摘要：HfO 2 中铁电性的发现引起了人们对其在存储器和逻辑中的应用的极大兴趣，因为它具有 CMOS 兼容性和可扩展性。使用铁电 HfO 2 的器件正在被研究；例如，铁电场效应晶体管 (FEFET) 是下一代存储器技术的主要候选者之一，因为它具有面积小、能效高和运行速度快等优点。在 FEFET 中，铁电层沉积在 Si 上，界面处不可避免地会形成厚度约为 1 nm 的 SiO 2 层。该界面层 (IL) 增加了切换极化和写入存储器所需的栅极电压，从而增加了操作 FEFET 所需的能量，并使该技术与逻辑电路不兼容。本研究结果表明，铁电 Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 基金属氧化物半导体 (MOS) 结构中的 Pt/Ti/薄 TiN 栅极电极可以远程清除 IL 中的氧气，将其减薄至约 0.5 纳米。IL 的减少显著降低了铁电极化切换电压，同时剩余极化强度增加约 2 倍，极化切换突变度增加约 3 倍，这与密度泛函理论 (DFT) 计算结果一致，该计算模拟了 IL 层在栅极堆栈静电中的作用。剩余极化强度和极化切换突变度的大幅增加与清除过程中的氧扩散相一致，氧扩散减少了 HZO 层中的氧空位，从而使部分 HZO 晶粒的极化脱钉扎。关键词：铁电性、远程清除、夹层、EOT 减少、极化■ 介绍
Dr. Yanjie Shao
邵燕杰博士摘要：微电子技术是过去 60 年来“数字”革命的支柱。近年来，随着人工智能和物联网的爆炸式增长，开发高性能、最大能效和最小占用空间的电子产品迫在眉睫。为实现这一目标，有两种方法颇具吸引力：（1）低压电子器件和（2）片上丰富的功能集成。在本次演讲中，我们将展示我们在这两个方面的最新研究成果。首先，我们通过利用断带异质结半导体系统（GaSb/InAs）中的量子力学隧穿来实现电源电压 ≤ 0.3 V。我们将展示在垂直纳米线隧穿晶体管配置中可以同时实现亚热电子开启、高驱动电流和最大占用空间可扩展性的组合。在 0.3 V 时，与最先进的 CMOS 技术相比，性能显著提升。其次，我们旨在利用非晶氧化物半导体开发多功能高密度后端 (BEOL) 电子和存储器平台。通过利用等离子体增强原子层沉积 (PEALD)，我们合成了具有创纪录性能的增强型 BEOL 晶体管。此外，我们集成了铁电 (FE) 铪锆氧化物 (HZO) 作为非易失性存储器组件，制造了有源面积级 FE 晶体管，并研究了单域级 FE 开关行为。最后，我们将简要讨论氧化物基 FE 晶体管中 FE 疲劳的可能原因。简介：邵燕杰目前是麻省理工学院 (MIT) 微系统技术实验室 (MTL) 的博士后研究员。他于 2019 年获得中国科学技术大学 (USTC) 的学士学位，2021 年获得麻省理工学院的硕士学位，并获得博士学位。 2023 年获麻省理工学院博士学位。他的研究兴趣包括新兴半导体和电介质、纳米电子学和 AI 硬件。他是 2023 年英特尔杰出研究员奖的获得者。