鐵電電容(rong)結構組(zu)成

將(jiang)鐵電材料應用於存儲(chu)器，是(shi)利用了鐵電材料本身(shen)的(de)極化(hua)特性(xing)，詳(xiang)細的說，是利(li)用的鐵電材料在外(wai)加電場下具有(you)極化(hua)的(de)特性(xing)，利用正向(xiang)極化(hua)到(dao)Psat和反(fan)向(xiang)極化(hua)到(dao)-Psat 的相反特性(xing)可以(yi)分別(bie)存儲(chu)‘0’和‘1’。並(bing)且由(you)於(yu)在(zai)撤除(chu)外部(bu)電場後，其極化(hua)強(qiang)度會得(de)到(dao)壹(yi)定(ding)程(cheng)度的(de)保留(liu)（即(ji)剩(sheng)余(yu)極化(hua)強(qiang)度Pr），使得(de)鐵電存儲(chu)器擁(yong)有非(fei)易失(shi)的存(cun)儲(chu)特性(xing)。

而(er)具體(ti)的(de)將鐵電材料用於存儲(chu)器的(de)方(fang)法則是先將(jiang)鐵電材料制備(bei)成為(wei)鐵電薄(bo)膜(mo)，再將(jiang)鐵電薄(bo)膜(mo)制備(bei)成為(wei)鐵電電容(rong)，通(tong)過(guo)將鐵電電容(rong)的(de)上下極板(ban)分(fen)別接通不(bu)同的電壓，便(bian)可將(jiang)電容(rong)中間(jian)的(de)鐵電薄(bo)膜(mo)極化(hua)，從而(er)達(da)到(dao)存儲(chu)信(xin)息的目(mu)的，可以(yi)說，鐵電電容(rong)就(jiu)是鐵電存儲(chu)器的(de)重(zhong)要的部(bu)分(fen)。

壹(yi)般(ban)來(lai)說，在芯(xin)片(pian)制備(bei)工(gong)藝中，我(wo)們(men)采用金(jin)屬(shu)-鐵電材料-金(jin)屬(shu)的(de)三(san)層(ceng)薄(bo)膜(mo)結構組(zu)成 MFM 型(xing)鐵電電容(rong)，如(ru)圖2-2(a)所(suo)示，兩(liang)層金(jin)屬(shu)層(ceng)為(wei)鐵電電容(rong)的(de)上下極板(ban)，外(wai)部(bu)電路(lu)可以(yi)通過(guo)給(gei)上下兩(liang)個極板(ban)施(shi)加電壓來(lai)將中間(jian)的(de)鐵電材料極化(hua)。

但(dan)是，有(you)時(shi)為(wei)了(le)獲得(de)良(liang)好(hao)的(de)電容(rong)特性(xing)，獲取小的(de)漏(lou)電流和穩(wen)定(ding)的(de)界面(mian)狀態(tai)等(deng)，MFM 結構型(xing)鐵電電容(rong)可能(neng)就不(bu)是*好(hao)的(de)選擇，於是(shi)便(bian)有了(le)針(zhen)對該(gai)類(lei)型(xing)鐵電電容(rong)的(de)改進，比如(ru)向(xiang)鐵電電容(rong)中間(jian)加入絕緣(yuan)材(cai)料，如 Al2O3 等(deng)，於(yu)是(shi)就產(chan)生(sheng)了(le)如圖(tu)2-2(b~d)所(suo)示的(de)幾(ji)種(zhong)其他類(lei)型(xing)的(de)電容(rong)結構。其中 MFIM 型(xing)電容(rong)是(shi)在下層金(jin)屬(shu)極板(ban)和鐵電層之間加入壹層絕緣(yuan)層(ceng)，而(er)MFIFM型(xing)電容(rong)則是將中間(jian)的(de)鐵電層壹(yi)分為(wei)二(er)，再在兩(liang)層鐵電層之間加入壹層絕緣(yuan)層(ceng)。而(er)為(wei)了(le)增(zeng)加鐵電材料在半導體(ti)工(gong)藝中的(de)集(ji)成度，壹(yi)些學(xue)者拋棄鐵電電容(rong)的(de)設計轉(zhuan)而(er)?出(chu)鐵電柵場效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan)。具體(ti)來(lai)說就是將場效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan)的柵極電介材(cai)料換為(wei)鐵電材料，這(zhe)種(zhong)晶(jing)體(ti)管(guan)的柵極和溝道(dao)之間的結構構成 MFIS 型(xing)結構，即(ji)金(jin)屬(shu)-鐵電材料-絕緣(yuan)層(ceng)-半導體(ti)襯(chen)底(di)的(de)機(ji)構，這(zhe)種(zhong)結構的(de)目(mu)的是(shi)直接讓鐵電材料的極化(hua)狀(zhuang)態(tai)影(ying)響半導體(ti)襯(chen)底(di)中載(zai)流子(zi)狀態(tai)。

由(you)於(yu)鐵電電容(rong)在(zai)存儲(chu)器中承擔(dan)存(cun)儲(chu)信(xin)息的作(zuo)用，所(suo)以鐵電電容(rong)必(bi)然是鐵電存儲(chu)器的(de)核心(xin)所(suo)在，鐵電電容(rong)本身(shen)的(de)特性(xing)可以(yi)影(ying)響鐵電存儲(chu)器的(de)特性(xing)。而(er)鐵電電容(rong)的(de)特性(xing)主要有以(yi)下(xia)幾(ji)個因素所(suo)決定(ding)：鐵電電容(rong)面(mian)積、鐵電薄(bo)膜(mo)厚度、鐵電材料的種(zhong)類(lei)以及金(jin)屬(shu)極板(ban)的(de)材料等(deng)。其中鐵電電容(rong)面(mian)積直接影(ying)響鐵電電容(rong)的(de)飽和極化(hua)強(qiang)度，也就是影(ying)響了(le)鐵電電容(rong)在(zai)極化(hua)時(shi)所(suo)釋放(fang)出(chu)的電荷量(liang)，在本文(wen)後面(mian)的討論(lun)中即(ji)可得(de)知(zhi)，釋放(fang)出(chu)的電荷量(liang)的多(duo)少(shao)將(jiang)直接影(ying)響存(cun)儲(chu)陣列(lie)結構設(she)計以及靈敏放(fang)大器設(she)計等(deng)等(deng)。而(er)鐵電薄(bo)膜(mo)厚度、鐵電材料的種(zhong)類(lei)同樣(yang)決(jue)定(ding)鐵電電容(rong)的(de)大極化(hua)強(qiang)度，但(dan)是他們(men)也同時(shi)影(ying)響鐵電材料的飽和極化(hua)電壓 Vsat，這(zhe)也將影(ying)響板(ban)線(xian)驅動(dong)電路(lu)和靈(ling)敏放(fang)大器的(de)設(she)計。而(er)金(jin)屬(shu)極板(ban)的(de)材料則會影(ying)響鐵電材料與半導體(ti)工(gong)藝的匹(pi)配(pei)程度。壹般(ban)來(lai)說，我們(men)在(zai)鐵電存儲(chu)器的(de)設計之初就應(ying)該(gai)將上述幾(ji)種(zhong)因素確定(ding)，然(ran)後通過(guo)電路(lu)設(she)計來(lai)對鐵電電容(rong)進(jin)行(xing)匹配(pei)，而(er)本文(wen)的鐵電存儲(chu)器及其讀(du)寫電路(lu)設(she)計便(bian)是遵(zun)循(xun)以上思(si)路(lu)，先(xian)確定(ding)鐵電材料，再進(jin)行(xing)設計。