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基于Al_(2)O_(3)/Chitosan叠层栅介质的双栅IGZO神经形态晶体管

无机材料学报 2023年第4期38卷 445-451页

作者：王靖瑜万昌锦万青南京大学电子科学与工程学院南京210093 浙江大学微纳电子学院杭州310027

基于铟镓锌氧(IGZO)的双电层(EDL)晶体管以低加工温度、良好的一致性以及丰富的离子动力学等优势,在神经形态感知和计算系统中具有极大的潜在应用前景。然而,双电层IGZO晶体管的高漏电(>10 nA)导致的高能耗以及异常电流尖峰/毛刺一直是... 详细信息

基于铟镓锌氧(IGZO)的双电层(EDL)晶体管以低加工温度、良好的一致性以及丰富的离子动力学等优势,在神经形态感知和计算系统中具有极大的潜在应用前景。然而,双电层IGZO晶体管的高漏电(>10 nA)导致的高能耗以及异常电流尖峰/毛刺一直是相关神经形态计算发展的主要障碍之一。本研究提出了一种具有Al_(2)O_(3)/壳聚糖(Chitosan)叠层栅介质的新型IGZO神经形态晶体管。与单层壳聚糖栅介质晶体管相比,引入Al_(2)O_(3)叠层的器件具有78.3 mV/decade的低亚阈值摆幅,在1.8 V电压下1.3 nA的低漏电流(降低约98%),3.73 V的大滞回窗口(提升3.4倍)以及0.86 nA的低兴奋性突触后电流(降低约97%),单脉冲(0.5 V,20 ms)功耗仅为1.7 pJ(降低约96%)。此外,研究还基于双栅EDL协同调控实现了尖峰突触功能的模拟和沟道电流的有效调制,并有效规避突触塑性模拟中高漏电导致的非正常电流尖峰/毛刺。上述结果表明,堆叠高k栅介质可以有效改善神经形态器件的漏电、功耗和性能,为进一步开发超低功耗神经形态感知和计算系统提供了新的思路。

关键词：神经形态器件 IGZO晶体管人造突触叠层栅介质高k栅介质突触可塑性

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恒压应力下超薄Si_3N_4/SiO_2叠层栅介质与SiO_2栅介质寿命比较

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Journal of Semiconductors 2004年第12期25卷 1717-1721页

作者：林钢徐秋霞中国科学院微电子研究所北京100029

以等效氧化层厚度 (EOT)同为 2 .1nm的纯 Si O2 栅介质和 Si3N4 / Si O2 叠层栅介质为例 ,给出了恒定电压应力下超薄栅介质寿命预测的一般方法 ,并在此基础上比较了纯 Si O2 栅介质和 Si3N4 / Si O2 叠层栅介质在恒压应力下的寿命 .结... 详细信息

以等效氧化层厚度 (EOT)同为 2 .1nm的纯 Si O2 栅介质和 Si3N4 / Si O2 叠层栅介质为例 ,给出了恒定电压应力下超薄栅介质寿命预测的一般方法 ,并在此基础上比较了纯 Si O2 栅介质和 Si3N4 / Si O2 叠层栅介质在恒压应力下的寿命 .结果表明 ,Si3N4 / Si O2 叠层栅介质比同样 EOT的纯 Si O2 栅介质有更长的寿命 ,这说明 Si3N4 / Si O2 叠层栅介质有更高的可靠性 .

关键词：恒压应力超薄Si3N4/SiO2 叠层栅介质超薄SiO2栅介质栅介质寿命预测

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柔性衬底叠层栅介质薄膜晶体管制备与研究

柔性衬底叠层栅介质薄膜晶体管制备与研究

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作者：胡伟涛吉林建筑大学

学位级别：硕士

随着信息时代的高速发展,人们对于各种新型电子设备的要求也日益提高,对于显示技术提出了更高的标准。未来的显示应用将要求更高的驱动电流、小型化、更低的功耗、更低的工作电压,而且要求更快的开关速度,所以进一步提升薄膜晶体管的综... 详细信息

随着信息时代的高速发展,人们对于各种新型电子设备的要求也日益提高,对于显示技术提出了更高的标准。未来的显示应用将要求更高的驱动电流、小型化、更低的功耗、更低的工作电压,而且要求更快的开关速度,所以进一步提升薄膜晶体管的综合性能必不可少。实现上述要求的方法之一是增加栅极电容。一种方法是减小栅极电介质层的厚度,然而栅极电介质的精确厚度很难控制,并且可能导致高栅极泄漏电流。另一种方法是使用高K栅介质材料来增加栅极电场的耦合。与此同时,目前薄膜晶体管研究多采用单层栅电介质结构,普遍存在半导体层/栅介质层界面问题,影响器件电学性能,叠层栅电介质结构被认为是解决此问题最有效的方法之一。因此,本文围绕HO、TaO两种很有前途的高K栅介质材料展开。采用相较于硬质衬底延展性更好,更轻便的柔性衬底,通过对TaO介质层生长工艺和单层、叠层栅电介质层结构薄膜晶体管电学性能和表征结果进行分析和研究。本论文主要研究工作如下:采用射频磁控溅射法,通过控制TaO介质层生长工艺:溅射时长、氧氩比、溅射压强、溅射功率,探究其对叠层栅电介质薄膜晶体管电学性能的影响,并借助AFM、SEM、XRD设备对薄膜进行表征分析。在溅射时长为60min,氧氩比为10:90,溅射压强为8m Torr,溅射功率为150W时,器件电学性能最佳,电流开关比为1.27×10,阈值电压为9.1V,亚阈值摆幅为0.54V/decade,载流子迁移率为7.03cm/V·s。由上述工作获得的TaO介质层最佳生长工艺条件,我们在此基础上继续探究TaO单层栅电介质薄膜晶体管与HO/TaO叠层栅电介质薄膜晶体管电学性能差异。由特性曲线可以得到:叠层栅电介质结构显著提升了电流开关比,由6.33×10提高到1.27×10,关态电流降低三个数量级,并且表现出良好的输出特性。由薄膜横截面SEM图像和AFM图像表明,HO层的引入改善了半导体层/栅介质层界面,并作为修饰层降低了薄膜表面粗糙度。

关键词：五氧化二钽磁控溅射生长工艺叠层栅介质

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基于NbLaO栅介质的ZnO-TFT稳定性及其机理研究

基于NbLaO栅介质的ZnO-TFT稳定性及其机理研究

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作者：吴宝仔华南理工大学

学位级别：硕士

氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)因具有迁移率高、制备工艺简单、透光性好、可大面积制备等优点在高性能平板显示、可穿戴柔性电子、集成传感器等领域具有广阔的应用前景,已成为TFT技术的重要研究方向。为进一步降低ZnO-TFT的工作电压,本文... 详细信息

氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT)因具有迁移率高、制备工艺简单、透光性好、可大面积制备等优点在高性能平板显示、可穿戴柔性电子、集成传感器等领域具有广阔的应用前景,已成为TFT技术的重要研究方向。为进一步降低ZnO-TFT的工作电压,本文采用高k NbLaO薄膜作为ZnO-TFT的栅介质,并制备出四种不同组合叠层栅介质结构的ZnO-TFT,对其电学特性和栅偏压应力稳定性进行了比较研究,重点对NbLaO/SiO双层栅介质ZnO-TFT的偏压应力稳定性和热稳定性进行了较为深入的探讨。主要研究内容与结果如下:(1)以NbLaO薄膜作为主要的栅介质材料,采用磁控溅射法制备出NbLaO、NbLaO/SiO、NbLaO/AlO、SiO/NbLaO/SiO四种不同组合栅介质结构的ZnO-TFT。研究发现,四种结构器件均表现出良好的电特性。其中,以NbLaO/SiO为栅介质的器件电学特性最优,开关电流比和迁移率分别高达8.41×10和27.83 cm/Vs,这主要缘于采用SiO薄层作为NbLaO栅介质的过渡层,改善NbLaO薄膜表面粗糙度,降低了有源层/栅介质层界面的缺陷态密度。(2)研究了NbLaO/SiO栅介质ZnO-TFT在偏压应力下的稳定性及其内在机理。结果表明,在正栅偏压应力下,器件存在明显的不稳定性,且偏压应力越大器件性能变化越快,主要表现为器件的阈值电压向负栅压方向漂移,关态电流显著增加,性能变化的主要原因是栅介质层及其界面俘获了大量的空穴。在负栅偏压或正漏压偏置应力下,器件的性能变化不明显,表现出较好的应力稳定性。(3)研究了NbLaO/SiO栅介质ZnO-TFT在不同工作温度下的稳定性及其内在机理。结果表明,当工作温度从293 K升至353 K,器件的阈值电压从3.23 V减小至2.06V,饱和迁移率从28.28 cm/Vs增加至96.92 cm/Vs,主要原因是室温附近ZnO薄膜中施主杂质没有完全电离,随着温度升高电离增强,本体载流子增加。当工作温度降至初始温度,器件的电特性基本恢复至初始状态,这说明在测试温度范围内,热效应并没有造成器件内部微结构变化而引入新的缺陷态。

关键词： ZnO-TFT NbLaO 叠层栅介质偏压应力效应热稳定性

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