第 1 章 绪 论 ……………………………………………………………… 1
1.1 后摩尔时代的低功耗应用需求 …………………………………… 1
1.2 后摩尔时代的新型低功耗场效应晶体管 ………………………… 7
1.2.1 隧穿场效应晶体管 ……………………………………………………… 7
1.2.2 自旋场效应晶体管 ……………………………………………………… 9
1.2.3 狄拉克源场效应晶体管 ……………………………………………… 10
1.2.4 铁电负电容场效应晶体管 …………………………………………… 11
1.3 本章小结 …………………………………………………………… 12
参考文献 ………………………………………………………………… 12
第 2 章 氧化铪基铁电材料 ………………………………………………… 15
2.1 铁电材料概述 ……………………………………………………… 15
2.1.1 铁电材料定义 ………………………………………………………… 15
2.1.2 铁电材料的发展与需求 ……………………………………………… 19
2.2 氧化铪基铁电材料的研究进展 …………………………………… 21
2.2.1 晶体结构 ……………………………………………………………… 21
2.2.2 掺杂工程 ……………………………………………………………… 22
2.2.3 工艺探索 ……………………………………………………………… 25
2.3 新型氧化铪基铁电材料的应用 …………………………………… 34
2.3.1 高介电响应“多态相边界”绝缘材料 ……………………………… 35
2.3.2 非易失性可重构铁电掺杂技术 ……………………………………… 39
2.4 本章小结 …………………………………………………………… 43
参考文献 ………………………………………………………………… 43
第3 章 铁电负电容场效应晶体管的概念及其发展历程 ………………… 47
3.1 负电容效应 ………………………………………………………… 47
3.1.1 负电容效应定义 ……………………………………………………… 47
3.1.2 负电容效应原理 ……………………………………………………… 49
3.1.3 负电容效应的稳定性 ………………………………………………… 50
3.2 铁电负电容场效应晶体管陡峭亚阈值特性 ……………………… 53
3.2.1 亚阈值摆幅 …………………………………………………………… 53
3.2.2 陡峭亚阈值特性 ……………………………………………………… 54
3.3 铁电负电容场效应晶体管发展历程 ……………………………… 56
3.3.1 基本电学特性 ………………………………………………………… 56
3.3.2 电容匹配原则 ………………………………………………………… 66
3.3.3 NDR 效应 ……………………………………………………………… 69
3.3.4 频率响应特性 ………………………………………………………… 71
3.3.5 负电容效应存在性及本质 …………………………………………… 73
3.4 本章小结 …………………………………………………………… 76
参考文献 ………………………………………………………………… 76
第4 章 铁电负电容场效应晶体管的基本电学特性 ……………………… 81
4.1 铁电负电容场效应晶体管制备工艺 ……………………………… 82
4.2 铁电负电容场效应晶体管性能表征 ……………………………… 84
4.2.1 铁电材料的铁电性表征 ……………………………………………… 84
4.2.2 锗沟道铁电负电容场效应晶体管电学性能表征 …………………… 85
4.2.3 锗锡沟道铁电负电容场效应晶体管电学性能表征 ………………… 90
4.3 本章小结 …………………………………………………………… 91
参考文献 ………………………………………………………………… 92
等5 章 铁电负电容场效应晶体管的电容匹配原则 ……………………… 97
5.1 电容匹配原则影响因素分析 ……………………………………… 97
5.2 电容匹配原则调控手段论证 ……………………………………… 99
5.2.1 TAnnealing 对NCFET 电学性能的影响 ………………………………… 100
5.2.2 AFE/AMOS 对NCFET 电学性能的影响 ………………………………… 108
5.2.3 tFE 对NCFET 电学性能的影响 ……………………………………… 113
5.2.4 VG, range 对NCFET 电学性能的影响 …………………………………… 116
5.3 电容匹配原则微观机理解析 …………………………………… 120
5.4 本章小结 ………………………………………………………… 127
参考文献 ……………………………………………………………… 127
第6 章 铁电负电容场效应晶体管的NDR 效应 ………………………… 131
6.1 NDR 效应产生机理 ……………………………………………… 132
6.2 NDR 效应调控机制 ……………………………………………… 135
6.2.1 理论研究 ……………………………………………………………… 135
6.2.2 实验研究 ……………………………………………………………… 139
6.3 NDR 效应相关应用 ……………………………………………… 144
6.3.1 短沟道效应抑制 ……………………………………………………… 145
6.3.2 高增益跨导放大器 …………………………………………………… 149
6.4 本章小结 ………………………………………………………… 153
参考文献 ……………………………………………………………… 154
第7 章 铁电负电容场效应晶体管的频率响应特性 …………………… 157
7.1 铁电材料本征延时 ……………………………………………… 157
7.1.1 铁电电容- 电阻延时评估系统 ………………………………………… 158
7.1.2 亚纳秒铁电电容快速测试系统 ……………………………………… 164
7.2 铁电负电容器件频率响应特性 ………………………………… 170
7.2.1 材料选取原则 ………………………………………………………… 170
7.2.2 结构设计原则 ………………………………………………………… 174
7.2.3 电路应用频率响应特性 ……………………………………………… 184
7.3 本章小结 ………………………………………………………… 187
参考文献 ……………………………………………………………… 188
第8 章 铁电负电容效应机理研究 ……………………………………… 193
8.1 铁电负电容效应存在性研究 …………………………………… 193
8.2 铁电负电容效应本质探索 ……………………………………… 207
8.3 本章小结 ………………………………………………………… 222
参考文献 ……………………………………………………………… 222
第9 章 总结与展望 ……………………………………………………… 225
9.1 总结 ……………………………………………………………… 226
9.1.1 铁电负电容器件优化 ………………………………………………… 226
9.1.2 新型沟道材料负电容器件 …………………………………………… 231
9.1.3 新型负电容器件应用 ………………………………………………… 235
9.2 展望 ……………………………………………………………… 239
参考文献 ……………………………………………………………… 240
