将铁电负电容 (NC) 集成到场效应晶体管 (FET) 中有望突破被称为玻尔兹曼暴政的功耗基本限制。然而,在非瞬态非滞后状态下实现稳定的静态负电容仍然是一项艰巨的任务。问题源于缺乏对如何利用由于域状态出现而产生的 NC 的根本起源来实现 NC FET 的理解。在这里,我们提出了一种基于铁电域的场效应晶体管的巧妙设计,具有稳定的可逆静态负电容。使用铁电电容器的电介质涂层可以实现负电容的可调性,从而极大地提高了场效应晶体管的性能。
https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-05st6 orcid:https://orcid.org/0000-0000-0002-8479-9328 Chemrxiv不同行评论的内容。许可证:CC BY-NC-ND 4.0
制造了用于存储器和神经形态应用的具有 Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 栅极绝缘体的三栅极铁电 FET,并对其进行了多级操作表征。电导和阈值电压表现出高度线性和对称的特性。开发了一种紧凑的分析模型,以准确捕捉 FET 传输特性,包括串联电阻、库仑散射和垂直场相关的迁移率降低效应,以及阈值电压和迁移率随铁电极化切换的变化。该模型涵盖亚阈值和强反转操作。额外的测量证实了铁电切换,而不是基于载流子捕获的存储器操作。紧凑模型在用于深度神经网络在线训练的模拟平台中实现。
基于外部电场的超导抑制,超电场效应在各种纳米级设备中实现,可有效。尽管进行了激烈的研究,但缺少这种影响的微观理论。在这里,提出了薄膜中语音介导的超导性超导性的微观理论,其中介绍了量子限制对状态的电子密度,费米能量和电子库仑抑制的影响。通过考虑量子限制,外部静电场,电子 - phonon矩阵元素中的托马斯 - 弗米筛选之间的复杂相互作用,以及限制对库仑排斥参数的影响,该理论预测了外部电场的临界值,这是膜厚度的临界值,而薄膜厚度是在膜厚度上的功能,而超过了超级构造。尤其是,与最近的实验观察一致,电场的这种临界值呈指数降低薄膜的较薄。至关重要的是,当考虑到托马斯 - 弗米筛选和库仑伪电势以及对薄膜厚度的依赖性时,这一效果是由理论预测的。这种微观理论为超电场效应和电场门控量子材料打开了新的可能性。
基于AFNIA(HfO 2 )的硅通道铁电场效应晶体管(HfO 2 Si-FeFET)在非挥发性存储器领域得到了广泛的研究[1-7],这得益于掺杂HfO 2 中铁电性的发现[8]。文献报道中HfO 2 Si-FeFET的存储窗口(MW)大多在1-2 V左右[9-12],不能满足其在多位存储单元应用的要求。为了提高MW,当前的措施主要通过降低掺杂HfO 2 铁电体与Si通道之间底部SiO x 夹层的电场,从而抑制掺杂HfO 2 /SiO x 界面处的电荷捕获[13-16],同时增加SiO x 的数量。最近,有报道称MIFIS结构可以有效提高MW,并使用SiO 2 作为顶部夹层[17-21]。然而,Al 2 O 3 作为顶层尚未见报道。因此,我们报道 Al 2 O 3 层作为顶层中间层,以及 MW 对 Al 2 O 3 厚度的依赖性。
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。
摘要 — 本次特别会议论文的目标是介绍和讨论不同的突破性技术以及新颖的架构,以及它们如何共同重塑人工智能的未来。我们的目标是全面概述受脑启发计算的最新进展,以及当使用超 CMOS 设备的新兴技术与超越冯诺依曼架构的新型计算范式相结合时,如何实现后者。我们讨论了铁电场效应晶体管 (FeFET)、相变存储器 (PCM) 和电阻式 RAM (ReRAM) 等不同的新兴技术,展示了它们在构建受自然启发的神经形态计算架构方面的良好能力。此外,本特别会议论文还讨论了各种新概念,如内存逻辑 (LIM)、内存处理 (PIM) 和脉冲神经网络 (SNN),以探索超越冯诺依曼计算对加速深度学习的深远影响。最后,将脑启发计算的最新趋势总结为算法、技术和应用驱动的创新,以比较不同的 PIM 架构。索引词 —FeFET、PCM、ReRAM、光子、神经形态、DNN、SNN、内存处理、新兴技术
afnia(HFO 2)基于硅河道铁电场效应晶体管(HFO 2 Si-fefet)已对非挥发性记忆进行了广泛的研究[1-7],这要归功于掺杂的hfo 2 [8]中发现铁电性的。HFO 2 Si-fefet的存储窗口(MW)大约是文献报告中的1-2 V [9-12],该窗口不满足其对在多位数存储单元中应用的要求。最近,通过优化铁电层和栅极侧层间层[13],在SI-FEFET中报告了最高10.5 V的大型MW [13]。但是,它没有给出层中层的材料。及其物理机制仍未报告和澄清。为了改善MW,通常有两种方法。当前方法之一主要集中于减少掺杂的HFO HFO 2铁电和Si通道之间的底部SIO X互层中的电场,从而抑制了在掺杂的HFO 2 /SIO X界面处的电荷捕获[14-17]。另一种方法侧重于改进SIO X数量。但是,仍然缺乏改善Si FeFet MW的有效方法。
†同等贡献;电子邮件:aaron.thean@nus.edu.sg摘要 - 我们首次成功证明了创新的后端(beol)兼容的电磁调节器和内存(Eomm)基于niobate基于绝缘体(LNOI)的niobate(lnoi)Micro-Ring Rings Resonator(MRR)的5 ZRRING 0. ZRRICTRRICRICRICRICRICRICRICTRRICRICTRICTRICTRICRICRICTRRICRICTRICRICRICTRICTRICTRICTRICTRICRICRONE (HZO)非挥发性模拟记忆。高的非易失性记忆和调制性能都在单个紧凑型装置中实现,高灭绝比为13.3 dB,出色的效率为66 pm/v,稳定的九态开关,创纪录的耐力超过10 9个循环。这是通过利用LNOI中的Pockels效应来实现的,这是由残留的HZO铁电偏振的电场效应引起的。我们研究了由Eomm和Hybrid热光调制的Eomm启用的可重新配置的Chiplet-interposer光子互连的系统实现。我们的模型显示出与常规电气插座互连相比,潜在的70%能效提高。我们还测试了Eomm与Poet Technologies的400G TX/RX光学插入器芯片的集成,并研究了Eomm设备的有限规模演示。
铁电场效应晶体管 (FeFET) 因其良好的工作速度和耐用性而成为一种引人注目的非易失性存储器技术。然而,与读取相比,翻转极化需要更高的电压,这会影响写入单元的功耗。在这里,我们报告了一种具有低工作电压的 CMOS 兼容 FeFET 单元。我们设计了铁电 Hf 1-x Zr x O 2 (HZO) 薄膜来形成负电容 (NC) 栅极电介质,这会在少层二硫化钼 (MoS 2 ) FeFET 中产生逆时钟极化域的磁滞回线。不稳定的负电容器固有支持亚热电子摆幅率,因此能够在磁滞窗口远小于工作电压的一半的情况下切换铁电极化。 FeFET 的开/关电流比高达 10 7 以上,在最低编程 (P)/擦除 (E) 电压为 3 V 时,逆时针存储窗口 (MW) 为 0.1 V。还展示了强大的耐久性 (10 3 次循环) 和保留 (10 4 秒) 特性。我们的结果表明,HZO/MoS 2 铁电存储晶体管可以在尺寸和电压可扩展的非易失性存储器应用中实现新的机会。