我们研究了限制具有金属/铁电/夹层/Si (MFIS) 栅极堆栈结构的 n 型铁电场效应晶体管 (FeFET) 耐久性的电荷捕获现象。为了探索电荷捕获效应导致耐久性失效的物理机制,我们首先建立一个模型来模拟 n 型 Si FeFET 中的电子捕获行为。该模型基于量子力学电子隧穿理论。然后,我们使用脉冲 I d - V g 方法来测量 FeFET 上升沿和下降沿之间的阈值电压偏移。我们的模型很好地符合实验数据。通过将模型与实验数据拟合,我们得到以下结论。(i)在正工作脉冲期间,Si 衬底中的电子主要通过非弹性陷阱辅助隧穿被捕获在 FeFET 栅极堆栈的铁电 (FE) 层和夹层 (IL) 之间的界面处。 (ii) 基于我们的模型,我们可以得到在正操作脉冲期间被捕获到栅极堆栈中的电子数量。 (iii) 该模型可用于评估陷阱参数,这将有助于我们进一步了解 FeFET 的疲劳机制。
本文研究了用于低功耗应用的肖特基轻 Mg 掺杂 p-GaN 栅极堆栈的捕获效应,并进一步分析了 c 射线辐照下 AlGaN/GaN 界面陷阱。当 c 射线辐照剂量高达 800 krad 时,平带电压的变化可以忽略不计,这表明 p-GaN 栅极结构具有出色的辐射耐受性。在 500 kHz 以下和以上的测量频率下观察到电容弥散之间的差异,这归因于不同位置随栅极电压变化的捕获效应。此外,提出了频率相关电导法来评估不同剂量的 c 射线辐照对 AlGaN/GaN 界面陷阱的影响。基于该方法,除了传统常开型高电子迁移率晶体管(HEMT)中发现的浅陷阱态[陷阱激活能(ET)约为0.334–0.338 eV]之外,在AlGaN/GaN界面处还检测到了另一类更深的陷阱态(ET约为0.467–0.485 eV)。观察到随着辐照剂量的增加,浅陷阱态的ET分布在更深和更宽的范围内。此外,深和浅ET在600 krad剂量辐照后都降低,但在800 krad剂量辐照后都增加。透射电子显微镜和原子力显微镜用于展示光滑的AlGaN/GaN界面形貌,该形貌在800 krad剂量的c射线辐照后不会受到太大的损坏。这项工作可以为进一步了解低压应用的p-GaN栅极HEMT的辐射耐受性和捕获效应提供帮助。