负电容场效应晶体管研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61874081
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0406.集成电路器件、制造与封装
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project aims to explore and implement the fabrication of negative capacitance FETs (NCFET); focuses on the key scientific issues of HfZrOx ferroelectric multi-domain effects and the effect of material parameters on the performance of NCFETs, and develops the research on the device models, the growth and characterization of HfZrOx, the devices design and implementation of NCFET, the negative capacitance effect and transistor characterization. The method of introducing HfZrOx multi-domain effect and defect-induced charge trapping/detrapping model to NCFET two-dimensional self-consistent model will be investigated. The improvement of electrical performance of NCFET by changing the material composition, the thickness and the ferroelectric parameters of HfZrOx will be demonstrated. The underlying mechnism of the influence of HfZrOx material parameters on negative capacitance and NCFET device characteristics will be clarified by utilizing I-V and C-V measurement at different temperatures and different frequencies techniques. Through the combination of theoretical simulation and experimental testing, the impacts of negative capacitance effect and charge trapping/detrapping process on the key characteristics such as subthreshold swing and operating current of the device are clarified. After further correction of parameters of device model and further optimization of the process, NCFETs with the steep subthreshold swing (<40 mV/decade) and controllable hysteresis characteristics will be achievedt. By means of researching this topic, theoretical and experimental guidance are provided for the development of low-power CMOS logic devices.
本项目以探索并实现负电容场效应晶体管(NCFET)器件为目标,围绕HfZrOx铁电多畴效应、材料参数对NCFET器件性能影响等关键科学问题,开展器件模型、HfZrOx材料生长与表征、NCFET器件的设计与实现、负电容效应及晶体管特性表征等方面的研究。探索在NCFET二维自洽模型中引入HfZrOx多畴效应、缺陷引起的电荷俘获释放模型的方法;探测通过改变HfZrOx材料组分、厚度以及铁电参数提高NCFET电学性能的工艺;探测通过变温、变频技术证明HfZrOx材料参数对负电容和NCFET器件特性影响规律的测试方法。通过理论模拟与实验测试相结合,阐明负电容效应、电荷俘获释放过程等对器件亚阈值摆幅和工作电流等关键特性的影响机制;进一步修正模型参数,优化工艺,最终实现陡峭亚阈值摆幅(<40 mV/dec)和可控回滞特性的NCFET。通过本课题的研究,为低功耗CMOS逻辑器件的发展提供理论和实验指导。

结项摘要

本项目深入研究了负电容场效应晶体管(NCFET)器件制备、性能表征和理论模型,并开展了新型铁电薄膜NCFET器件和基于铁电掺杂的可重构晶体管研究。.1)开发不同Zr组分的HfZrOx薄膜工艺制备NCFET器件,Zr组分较低的Hf0.67Zr0.33O2 NCFET获得无回滞的窗口和较大的导通电流。.2)实验研究探索NCFET物理机制,发现NCFET栅极电压增益的实验值和引入去极化电场的理论计算值高度吻合,从而明确了负电容效应的物理机制是去极化电场。实验证明无回滞NCFET的极化行为模式为渐变型连续响应,证明无回滞NCFET工作的物理机制是铁电极子的不完全翻转。.3)理论上研究准反铁电NC-FinFET模型,发现准反铁电材料零极化值点附近P-V曲线负斜率区的存在使得准反铁电NC-FinFET的器件性能相较于传统FinFET得到了明显的提升。.4)实验发现了新型超薄铁电薄膜-绝缘层内嵌纳米晶以及不定型类铁电栅介质,验证了其在NCFET方面的应用。实现了小于60 mV/decade的陡峭亚阈值摆幅,通过周期性直流循环扫描和升温测试验证了器件中由纳米晶铁电薄膜引起的负电容效应的稳定性。.5)理论上提出基于铁电的静电掺杂技术,实现具有非易失可重构特性的铁电掺杂晶体管;并进一步提出可重构的铁电静电掺杂负电容纳米片场效应晶体管(Fe-ED NCFET),发现Fe-ED NCFET可以实现低于60 mV/decade的亚阈值摆幅,跨导提高约40%。该结构有望成为超低功率和超高功能密度电子器件的关键推动力之一。.本项目的研究结果,为负电容晶体管的发展和进一步实用化提供理论指导和技术支撑!

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(14)
Synaptic Behaviors in Ferroelectric-Like Field-Efect Transistors with Ultrathin Amorphous HfO2 Film
超薄非晶 HfO2 薄膜类铁电场效应晶体管的突触行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nanoscale Research Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue Peng;Wenwu Xiao;Guoqing Zhang;Genquan Han;Yan Liu;Yue Hao
  • 通讯作者:
    Yue Hao
Memory Behavior of an Al2O3 Gate Dielectric Non-Volatile Field-Effect Transistor
Al2O3 栅极电介质非易失性场效应晶体管的存储行为
  • DOI:
    10.1109/led.2020.3010363
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Peng, Yue;Xiao, Wenwu;Hao, Yue
  • 通讯作者:
    Hao, Yue
Germanium Negative Capacitance Field Effect Transistors: Impacts of Zr Composition in Hf1-xZrxO2
锗负电容场效应晶体管:Hf1-xZrxO2 中 Zr 成分的影响
  • DOI:
    10.1186/s11671-019-2927-9
  • 发表时间:
    2019-04-04
  • 期刊:
    NANOSCALE RESEARCH LETTERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Peng, Yue;Liu, Yan;Hao, Yue
  • 通讯作者:
    Hao, Yue
Nanocrystal-Embedded-Insulator (NEI) Ferroelectric FETs for Negative Capacitance Device and Non-Volatile Memory Applications
用于负电容器件和非易失性存储器应用的纳米晶体嵌入式绝缘体 (NEI) 铁电 FET
  • DOI:
    10.1186/s11671-019-2943-9
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nanoscale Research Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue Peng;Genquan Han;Wenwu Xiao;Jibao Wu;Yan Liu;Jincheng Zhang;Yue Hao
  • 通讯作者:
    Yue Hao
ZrO(x) Negative Capacitance Field-Effect Transistor with Sub-60 Subthreshold Swing Behavior.
具有低于 60 亚阈值摆幅行为的 ZrOx 负电容场效应晶体管
  • DOI:
    10.1186/s11671-020-03468-w
  • 发表时间:
    2021-02-02
  • 期刊:
    Nanoscale research letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang S;Liu H;Zhou J;Liu Y;Han G;Hao Y
  • 通讯作者:
    Hao Y

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其他文献

基于石墨烯/黑磷异质结构的各向异性表面等离激元共振光谱及红外传感特性(特邀)
  • DOI:
    10.3788/gzxb20215010.1024001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    骆鹏;韦玮;兰桂莲;陈溶;张晓健;农金鹏;刘艳;韩根全
  • 通讯作者:
    韩根全
Double-axis tensile strain GeSnn trench MOSFET
双轴拉伸应变GeSnn沟槽MOSFET
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩根全;刘艳;刘明山
  • 通讯作者:
    刘明山

其他文献

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韩根全的其他基金

新型微纳米CMOS器件
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    400 万元
  • 项目类别:
    国家杰出青年科学基金
集成电路与光电芯片发展战略研究(2021-2035)
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
硅基绝缘层上高迁移率锗与锗锡沟道CMOS器件及可靠性研究
  • 批准号:
    61534004
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    300.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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