基于A(yíng)tlas的MFIS結構器件電學(xué)性能模擬

摘要 利用Atlas器件模擬軟件，對MFIS結構器件的C—V特性及記憶窗口進(jìn)行模擬。討論了應用電壓、絕緣層厚度及絕緣層材料等因素，對MFIS結構器件記憶能力及穩定性的影響，為MFIS結構器件的設計和性能提高提供了參考。
關(guān)鍵詞 MFIS；記憶窗口；C—V特性；Atlas

近年來(lái)，由具有金屬-鐵電-絕緣層-半導體(MFIS)結構的鐵電場(chǎng)效應晶體管(FeFET)組成的鐵電存儲器，以其非破壞性讀出、存儲密度高等優(yōu)點(diǎn)，成為最具潛力的下一代非揮發(fā)性存儲器件之一。MFIS結構作為FeFET的核心部件，其電學(xué)性能將影響到鐵電存儲器的存儲能力和穩定性。在已有的研究中，研究者一方面采用實(shí)驗方法研究MFIS結構器件的電學(xué)性能，另一方面試圖從理論上對器件的電學(xué)性能進(jìn)行研究。
本文將利用Silvaco公司的Atlas器件模擬軟件，結合Miller等人的鐵電極化模型及電荷薄片模型，對MFIS結構器件的C—V特性及記憶窗口進(jìn)行模擬，討論應用電壓、絕緣層厚度及材料對MFIS結構器件的影響，探討提高M(jìn)FIS結構器件性能的有效途徑。

1 MFIS器件結構
MFIS結構是在傳統MOS電容器的基礎上，在金屬電極和絕緣層之間增加具有極化行為的鐵電材料，利用鐵電層的極化行為進(jìn)行二進(jìn)制數據存儲。圖1為典型MFIS結構及其等效電路，鐵電層厚度為df，絕緣層厚度為di。理想情況下，不考慮各層之間的界面捕獲電荷、界面態(tài)及各層內部空間電荷和雜質(zhì)的影響。電容器的上電極為肖特基接觸，下電極為歐姆接觸?；撞捎镁鶆驌诫s的p型硅，厚度達到要求。

2 模擬方法
Silvaco公司的器件模擬軟件Atlas，可以對二維和三維模式下半導體器件的直流、交流及時(shí)域響應等進(jìn)行仿真和分析。為考慮MFIS結構器件中鐵電層計劃行為的飽和狀態(tài)及非飽和狀態(tài)，Miller等人提出的鐵電極化模型被改進(jìn)。在Model語(yǔ)句中引入兩種狀下的極化模型Ferro和Unsat．Ferro，器件的相關(guān)參數在Material語(yǔ)句中進(jìn)行設置。由于MFIS結構器件在實(shí)際應用中多工作于高頻狀態(tài)，需要設置Ferro模型中Fer-roDamp參數為1?？紤]到鐵電薄膜、半導體基底及金屬電極之間的功函數關(guān)系，MFIS結構的上電極和下電極分別被設定為肖特基接觸和歐姆接觸。鐵電層采用BNT鐵電薄膜，厚度為200 nm，其參數可以由文獻中得到，具體參數如表1所示。