铁电场效应管栅电容分压理论探索
铁电场效应管栅电容分压理论探索[20200406110154]
摘 要
本文介绍了铁电场效应晶体管的工作原理、发展前景、工艺设计、工艺应用、仿真软件SILVACO的运用。提出了一种双层栅极结构铁电场效应晶体管，通过改变不同的铁电体的场效应晶体管的栅极电压，饱和极化，剩余极化强度，材料的介电常数，矫顽场强度的材料参数，再运用SILVACO软件对双层栅铁电场效应管进行工艺与器件性能的仿真，给出相对应的仿真测试程序。通过对其电学特性的分析和研究，探索出基于电容模型的晶体管的漏极电流与栅结构的对应关系。
仿真结果表明，当极化电压Vg为1V时，漏极电流Id较小。当极化电压Vg为1.8V和2V时，HL型器件的漏极电流Id随着H层厚度的增加总体呈递增的趋势，当极化电压Vg大于3V时，漏极电流Id随H层厚度的增加总体呈递减的趋势。当栅极极化电压介于3～4V之间时容易达到饱和极化，技术设备的输出特性趋于稳定。这时铁电材料的饱和极化强度Ps或剩余饱和极化强度Pr会越大，铁电场效应晶体管的漏极电流Id越大。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:铁电场效应晶体管双层栅极结构极化
1.绪 论 4
1.1课题的研究现状与前景 4
1.2课题的研究意义 2
1.3论文主要内容和结构安排 2
2. 仿真软件及铁电晶体管的介绍 3
2.1SILVACO仿真软件概述 3
2.1.1工艺仿真-ATHENA 3
2.1.2 器件仿真-Atlas 3
2.1.3 快速器件仿真- Mercury 4
2.2晶体管概述 4
2.3铁电材料概述 5
2.4铁电场效应晶体管 6
3. 铁电场效应晶体管的设计 7
3.1铁电场效应晶体管工作原理 7
3.2铁电场效应晶体管物理模型分析 8
3.3双层栅极结构铁电场效应晶体管 8
4. 器件结构对漏极电流影响的研究 11
4.1 研究相关参数对漏极电流的影响 11
4.1.1研究漏极电流随栅极厚度的变化情况 11
4.1.2单层栅场效应管漏极电流随极化电压变化的研究 14
4.2双层栅结构在3.3V条件下漏极电流随厚度变化的研究 15
5. 材料参数对漏极电流影响的研究 17
5.1铁电材料的饱和极化强度Ps对漏极电流的影响 17
5.1.1研究HL型器件漏极电流随H层Ps的变化情况 17
5.1.2研究LH型器件漏极电流随L层Ps的变化情况 19
5.2 研究材料的矫顽场强度Ec对漏极电流的影响 21
5.3 研究材料的介电常数eps对漏极电流的影响 24
6. 结束语 25
参考文献 26
致 谢 27
附 录 28
1.绪 论
1.1课题的研究现状与前景
在铁电物理学中，主要有两个研究对象：一是调制铁电体的结构，二是铁电体的低维属性。铁电体的低维性质的进一步研究对应于该铁电薄膜组件的要求，只有在薄膜低维系统中，尺寸效应才能无法忽视。铁电体极化不均匀的表面会产生退极化场的现象，整个系统偏振态的影响。内有与原来不同的偶极子相互作用的范围内的表面，这将导致随着膜的厚度的居里温度的变化。在这写过程中，存在不可避免的现象，如界面效果，当薄膜厚度的变化，介电常数，矫顽电场和自发极化会发生变化，这些都是需要研究和探讨的变化规律，然后再加以解释。
铁电超微粉的研究也逐渐升温。布里渊区中心的模式，铁电相变块料未必能够维持，也许全数声子色散关系都要改变。与下降的库仑作用的降低将视大小而变化，当它不能平衡的短程力的作用，铁电顺序将无法确定[1]。
不断地研究铁电体学，得出了很多新的成果理论，其中最重要的一条是在以下几个方面：1，尺寸效应的研究。由于铁电超细粉在近几年的铁电薄膜和铁电规模效应的发展，已成为一个新的现实问题。近年来，相转变温度的理论，并与自发极化的电介质极化的大小变化进行比较。 2，第一原理计算。主要理论是从头计算，不需要任何参数，你可以得到原则的基本属性。通过初级理论计算，铁电电子密度分布的结论，铁电性的阐述微观的结论，具有非常重要的作用。3，集成铁电的研究。集成铁电体基本分为两类：铁电薄膜和半导体的集成。铁电的能量转换装置的实现。在直流电场极化铁电中，对电场方向的电畴取正向。当外部电场作用时，该区域将继续保持一致肯定和形成剩余极化，在同一时间，该层电荷在电极极化的其余部分，表示该静电能量存储在该铁电体中。
这是至关重要的铁电 - 电换能器工作的物理过程。根据传播方向和冲击波关系的偏振方向，可分为垂直，平行，倾斜三种工作模式。五六十年，相对于材料和技术来解决几个重要问题，可以断定，集成铁电薄膜器件的应用是不可估量的[2]。
1.2课题的研究意义
铁电薄膜材料具有良好的铁电性、压电性、热释电性、电光及非线性光学特性。
在微电子，光电子学，集成光学和微电子机械系统等领域具有广阔的应用前景，成为国际热门话题的新型功能材料的研究之一[3]。凭借突破性的技术，铁电薄膜成功制备出高性能，工作电压可在3 V到5 V，铁电薄膜制备技术将与IC技术，极大地促进了铁电薄膜的制备和器件的开发兼容的应用研究；在这些设备中，铁电场效应晶体管（FFET）不仅具有快速开关，高密度，永久，耐辐射的特点，实现非破坏性读出，引起铁电科学家的高度重视，并进行了广泛的应用基础研究[4]。
1.3论文主要内容和结构安排
全文共分为六章，各章主要内容如下：
第一章：简述了铁电材料的研究现状与前景以及本课题的研究意义。
第二章：对所用的SILVACO软件及晶体管进行介绍。
第三章：铁电体的场效应晶体管的工艺设计，确定其结构和材料的相关参数。
第四章：研究双层栅结构的铁电场效应管，保持双层栅的总厚度不变，通过改变每一层的厚度，研究漏极电流的变化特性，得出相关结论。
第五章：改变铁电材料本身的相关参数，如饱和极化PS，剩余极化强度Pr，管泄漏的研究非常电流变化。。
第六章：对本论文进行总结，写结束语。
摘 要
本文介绍了铁电场效应晶体管的工作原理、发展前景、工艺设计、工艺应用、仿真软件SILVACO的运用。提出了一种双层栅极结构铁电场效应晶体管，通过改变不同的铁电体的场效应晶体管的栅极电压，饱和极化，剩余极化强度，材料的介电常数，矫顽场强度的材料参数，再运用SILVACO软件对双层栅铁电场效应管进行工艺与器件性能的仿真，给出相对应的仿真测试程序。通过对其电学特性的分析和研究，探索出基于电容模型的晶体管的漏极电流与栅结构的对应关系。
仿真结果表明，当极化电压Vg为1V时，漏极电流Id较小。当极化电压Vg为1.8V和2V时，HL型器件的漏极电流Id随着H层厚度的增加总体呈递增的趋势，当极化电压Vg大于3V时，漏极电流Id随H层厚度的增加总体呈递减的趋势。当栅极极化电压介于3～4V之间时容易达到饱和极化，技术设备的输出特性趋于稳定。这时铁电材料的饱和极化强度Ps或剩余饱和极化强度Pr会越大，铁电场效应晶体管的漏极电流Id越大。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:铁电场效应晶体管双层栅极结构极化
1.绪 论 4
1.1课题的研究现状与前景 4
1.2课题的研究意义 2
1.3论文主要内容和结构安排 2
2. 仿真软件及铁电晶体管的介绍 3
2.1SILVACO仿真软件概述 3
2.1.1工艺仿真-ATHENA 3
2.1.2 器件仿真-Atlas 3
2.1.3 快速器件仿真- Mercury 4
2.2晶体管概述 4
2.3铁电材料概述 5
2.4铁电场效应晶体管 6
3. 铁电场效应晶体管的设计 7
3.1铁电场效应晶体管工作原理 7
3.2铁电场效应晶体管物理模型分析 8
3.3双层栅极结构铁电场效应晶体管 8
4. 器件结构对漏极电流影响的研究 11
4.1 研究相关参数对漏极电流的影响 11
4.1.1研究漏极电流随栅极厚度的变化情况 11
4.1.2单层栅场效应管漏极电流随极化电压变化的研究 14
4.2双层栅结构在3.3V条件下漏极电流随厚度变化的研究 15
5. 材料参数对漏极电流影响的研究 17
5.1铁电材料的饱和极化强度Ps对漏极电流的影响 17
5.1.1研究HL型器件漏极电流随H层Ps的变化情况 17
5.1.2研究LH型器件漏极电流随L层Ps的变化情况 19
5.2 研究材料的矫顽场强度Ec对漏极电流的影响 21
5.3 研究材料的介电常数eps对漏极电流的影响 24
6. 结束语 25
参考文献 26
致 谢 27
附 录 28
1.绪 论
1.1课题的研究现状与前景
在铁电物理学中，主要有两个研究对象：一是调制铁电体的结构，二是铁电体的低维属性。铁电体的低维性质的进一步研究对应于该铁电薄膜组件的要求，只有在薄膜低维系统中，尺寸效应才能无法忽视。铁电体极化不均匀的表面会产生退极化场的现象，整个系统偏振态的影响。内有与原来不同的偶极子相互作用的范围内的表面，这将导致随着膜的厚度的居里温度的变化。在这写过程中，存在不可避免的现象，如界面效果，当薄膜厚度的变化，介电常数，矫顽电场和自发极化会发生变化，这些都是需要研究和探讨的变化规律，然后再加以解释。
铁电超微粉的研究也逐渐升温。布里渊区中心的模式，铁电相变块料未必能够维持，也许全数声子色散关系都要改变。与下降的库仑作用的降低将视大小而变化，当它不能平衡的短程力的作用，铁电顺序将无法确定[1]。
不断地研究铁电体学，得出了很多新的成果理论，其中最重要的一条是在以下几个方面：1，尺寸效应的研究。由于铁电超细粉在近几年的铁电薄膜和铁电规模效应的发展，已成为一个新的现实问题。近年来，相转变温度的理论，并与自发极化的电介质极化的大小变化进行比较。 2，第一原理计算。主要理论是从头计算，不需要任何参数，你可以得到原则的基本属性。通过初级理论计算，铁电电子密度分布的结论，铁电性的阐述微观的结论，具有非常重要的作用。3，集成铁电的研究。集成铁电体基本分为两类：铁电薄膜和半导体的集成。铁电的能量转换装置的实现。在直流电场极化铁电中，对电场方向的电畴取正向。当外部电场作用时，该区域将继续保持一致肯定和形成剩余极化，在同一时间，该层电荷在电极极化的其余部分，表示该静电能量存储在该铁电体中。
这是至关重要的铁电 - 电换能器工作的物理过程。根据传播方向和冲击波关系的偏振方向，可分为垂直，平行，倾斜三种工作模式。五六十年，相对于材料和技术来解决几个重要问题，可以断定，集成铁电薄膜器件的应用是不可估量的[2]。
1.2课题的研究意义
铁电薄膜材料具有良好的铁电性、压电性、热释电性、电光及非线性光学特性。
在微电子，光电子学，集成光学和微电子机械系统等领域具有广阔的应用前景，成为国际热门话题的新型功能材料的研究之一[3]。凭借突破性的技术，铁电薄膜成功制备出高性能，工作电压可在3 V到5 V，铁电薄膜制备技术将与IC技术，极大地促进了铁电薄膜的制备和器件的开发兼容的应用研究；在这些设备中，铁电场效应晶体管（FFET）不仅具有快速开关，高密度，永久，耐辐射的特点，实现非破坏性读出，引起铁电科学家的高度重视，并进行了广泛的应用基础研究[4]。
1.3论文主要内容和结构安排
全文共分为六章，各章主要内容如下：
第一章：简述了铁电材料的研究现状与前景以及本课题的研究意义。
第二章：对所用的SILVACO软件及晶体管进行介绍。
第三章：铁电体的场效应晶体管的工艺设计，确定其结构和材料的相关参数。
第四章：研究双层栅结构的铁电场效应管，保持双层栅的总厚度不变，通过改变每一层的厚度，研究漏极电流的变化特性，得出相关结论。
第五章：改变铁电材料本身的相关参数，如饱和极化PS，剩余极化强度Pr，管泄漏的研究非常电流变化。。
第六章：对本论文进行总结，写结束语。
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