Browsing by Author "謝馥竹"

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    鐵電與反鐵電Hf1-xZrxO2多階操作及暫態負電容於低功耗記憶體內運算之應用
    (2021) 謝馥竹; Hsieh, Fu-Jhu
    在過去的十年中，鐵電材料被作為熱門的研究題目之一，當鐵電應用在電晶體時，具有電壓放大、能降低次臨界斜率(SS)突破60mV/dec的極限和負電容特性 (Negative Capacitance, NC)，所以負電容也是FeFET應用中的重要課題。為了理解NC效應的頻率響應，我們在Hafnium–zirconium oxide (HZO)中配置了不同的Zr濃度，不同的電容器連接模式（並聯或串聯）以及不同的電容器面積，以提高負電容效應。兩種方法分別顯示了不同頻率測量下NC的影響，得到了以下兩個結論,第一個並聯使用兩個HZO電容器以增加HZO電容器的總電容； 第二個將高電容的HZO電容器與介電電容器串聯使用，以通過不同頻率C-V測量的NC效應獲得電容放大。我們研究了HZO基材料中三種Zr濃度（[Zr]=50％，75％，90％），以證明帶有FE和AFE電容器的NC的頻率響應。最後總結來說，並聯連接的HZO-Zr50％+ HZO-Zr75％可以在<30 kHZ的頻率下獲得更高的電容，這表明存在NC效應。 在記憶體的應用，基於鐵電HfO2閘極堆疊的鐵電場效電晶體（FeFET），具有穩定遲滯現象(Hysteresis)和非破壞性讀取的特性，可用於多級單元（MLC）操作的非揮發性記憶體（NVM）。矯頑電場（EC）和殘餘極化（Pr）都是鐵電薄膜改變FeFET閾值電壓（VT）的決定性參數。在這項工作中，採用HZO不同厚度和濃度的調控來實現每一個記憶單元下可存入2~3位元的NVM。 在成功做出記憶體之後，未來可能面臨的問題不外乎為記憶體可靠度的提升。我們知道當HZO中的Zr濃度為50％時，會形成典型的FE。從FE的遲滯曲線可以看出，極化可以在沒有外部電壓的情況下存儲，並且正向和反向掃描將有兩個閾值電壓（VT），可以將其定義為“ 0”和“ 1”以用於非揮發性記憶體。當Zr為75％時，它將變為AFE。在沒有電場的作用下，AFE的遲滯曲線在兩階之間顯示出很小的差異，因此不適合用於非揮發性記憶體。實驗的目的是使用高濃度Zr（75％）Hf0.25Zr0.75O2分別在上下電極使用不同功函數材料。由功函數差異產生的內建電場將AFE的遲滯曲線移位，因此完成不施加偏壓的即可產生非揮發性記憶體的特性，使AFE與FE有相同的記憶特性。進而我們可以使用較小範圍的電壓來操作記憶體，從而可以降低功耗並延長記憶體的使用壽命。