西電郝躍院士團隊發表2019年IEEE EDL封面文章

2021-01-10 澎湃新聞

近日，西安電子科技大學微電子學院郝躍院士團隊在負電容鐵電場效應電晶體（FeFET）研究領域取得突破性進展，創新性提出並實現了新型納米晶鐵電材料（Nanocrystal-Embedded-Insulator，NEI）FeFET。該研究工作發表在IEEE Electron Device Letters2019年第一期，並選為封面文章突出報導。

FeFET是利用鐵電材料作為器件柵介質，實現非易失存儲器或者負電容邏輯器件。目前的FeFET是基於摻雜氧化鉿（HfO2）鐵電材料，即在HfO2中引入鋯（Zr）、矽（Si）或鋁（Al）等元素，從而使介質薄膜從順電變成鐵電材料。這類鐵電材料存在的主要問題是：（1）材料鐵電參數不容易調整；（2）材料一般為多晶相，FeFET中鐵電柵介質不能太薄，否則會出現漏電流或者鐵電性消失。如非易失存儲器鐵電層厚度一般為6—10 納米，而負電容邏輯器件一般為4—6 納米，大大限制了FeFET在FinFET器件中的應用。因此，開發超薄的鐵電材料成為推動FeFET在亞10 納米 CMOS中更廣泛應用的關鍵。

NEI鐵電薄膜是一種全新的鐵電材料結構，使FeFET集成於亞10納米CMOS成為可能。作者在研究中採用先進的原子層沉積（ALD）工藝，在非晶順電介質（如Al2O3）中嵌入少量氧化鋯（ZrO2）納米晶顆粒（體積比小於1%），實現了新型的NEI鐵電薄膜。NEI材料的優勢在於：（1）鐵電參數可以通過改變ZrO2含量來調整；（2）絕緣柵介質層中加入了鐵電納米晶顆粒，使得鐵電層與介質層融為一體，進一步減小了柵介質層的厚度，介質為不定形（amorphous）相，可以實現2納米厚度。該研究工作不僅揭示了NEI鐵電特性，並且還相繼報導了作者實現的2.1和3.6 納米NEI FeFET存儲器件和負電容器件，其中負電容電晶體亞閾值擺幅突破了60mV/decade物理極限。該材料鐵電參數的靈活可調性將有助於進一步揭示負電容電晶體的真正工作機理。

IEEE Electron Device Letters是國際微電子器件領域的頂級期刊，也是IEEE Electron Devices Society第一旗艦期刊，在國際微電子領域享有權威的學術地位和廣泛的影響力。郝躍院士團隊2018年在該期刊發表學術論文十多篇，標誌著西安電子科技大學在先進微電子器件研究領域已經走在世界前列。

文章信息：

Yue Peng, Wenwu Xiao, Genquan Han,* Jibao Wu, Huan Liu, Yan Liu, Nuo Xu, Tsu-Jae King Liu, and Yue Hao, 「Nanocrystal-Embedded-Insulator Ferroelectric Negative Capacitance FETs with Sub-kT/q Swing,」 IEEE Electron Device Letters, vol.40, no. 1, pp. xx-xx, Jan. 2019.

作者簡介：

彭悅，2015級博士研究生，師從郝躍院士，2016年跟隨團隊的韓根全教授開展FeFET材料和器件的研究工作，取得了突破性的研究成果。該研究工作得到國家優秀青年科學基金項目和國家自然科學基金重點項目的資助。

（來源：西電新聞網）

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