ПРО НЕМОЖЛИВІСТЬ ОДЕРЖАННЯ СТАБІЛЬНОЇ НЕГАТИВНОЇ ЄМНОСТІ В ТРАНЗИСТОРАХ MOSFET З ІЗОЛЯТО- РАМИ НА ОСНОВІ ТОНКИХ ШАРІВ ДІЕЛЕКТРИКА ТА СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКА
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2022.1/2.258446Ключові слова:
негативна ємність, сегнетоелектрик, діелектрик, підпороговий розкид, Больцманівська межа, транзисторАнотація
Розглянуто кремнійовий МOSFET, у якому ізолятор під затвором сформованоз тонких шарів діелектрика SiO2 та слабкого сегнетоелектрика HfO2. Досліджено можливістьреалізації в такій системі стійкої негативної ємності ізолятора, що відкрило б можливість длязниження підпорогового розкиду до величин, нижчих від порового значення, 60 мВ/дек. длякімнатної температури, та напруги живлення до значень, нижчих від фундаментальної Больцманівської межі, 0,5 В, і тому стало б важливим кроком на шляху до дальшої мініатюризації MOSFET. Показано, що теоретично можливо досягнути перехідної негативної ємності сегнетоелектрика, якщо заряд на пластинах конденсатора збільшується в часі повільніше, аніж поляризація сегнетоелектрика. Але така негативна ємність принципово має перехідний характер.Спроба стабілізувати її в часі в системах тонких шарів діелектрика і сегнетоелектрика потребуєстабільно додатної вільної енергії та ємності всієї системи. А тому ефект негативної ємностіокремо сегнетоелектрика ніяк не виявлятиметься «назовні» (у т. ч. у транзисторних застосуваннях).
Посилання
R. Landauer. Can capacitance be negative? Collect. Phenom., 2, 167–170 (1976).
Michael Hoffmann, Stefan Slesazek, Thomas Mikolajick. Progress and future prospects of negative capacitance electronics: A materials perspective. APL Mater. 9, 020902 (2021).
S. Salahuddin, S. Datta. The era of hyper-scaling in electronics. Nat. Electron. 1, 442–450 (2018).
A. Morozzi, M. Hoffmann, R. Mulargia, S. Slesazeck and E. Robutti. Negative capacitance devices: sensitivity analyses of the developed TCAD ferroelectric model for HZO. Journal of Instrumentation. 17. C01048 (2022).
Yu. O. Kruglyak, M. V. Strikha. physics of nanotransistors: MOSFET theory in traditional approach, zero level virtual source model and depletion approximation. Sens. elektron. mikrosist. tehnol. 16, No.1, 7–40 (2019). (in Ukrainian).
Yu. O. Kruglyak, M. V. Strikha. Physics of nanotransistors: gate voltage and surface potential, mobile charge in bulk MOS and in thin SOI. Sens. elektron. mikrosist. tehnol. 16, No.2, 5–31 (2019). (in Ukrainian).
Eugene A. Eliseev, Mykola E. Yelisieiev, Sergei V. Kalinin and Anna N. Morozovska. Whither steady-state negative capacitance of a ferroelectric film? (Private communication, 2021).
M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018); www.nanohub.org/courses/NT
L. Landau. On the theory of phase transitions. Zh. Eksp. Theor. Fiz. 7, 19–32 (1937); Ukr. J. Phys. 53, Special issue, 25–35 (2008).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
