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[IEEE 2018年国际半导体工艺与器件模拟会议（SISPAD） - 美国德克萨斯州奥斯汀市（2018.9.24-2018.9.26）] 2018年国际半导体工艺与器件模拟会议（SISPAD） - 基于双轴应变的负电容场效应晶体管性能调制

DOI：10.1109/SISPAD.2018.8551695 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 在本研究中，我们通过器件仿真分析了双轴应变铁电基负电容场效应晶体管（NCFETs）的性能表现。采用PbZr0.5Ti0.5O3（PZT）和HfO2作为铁电材料，并运用第一性原理方法施加双轴应变。研究发现，在双轴应变条件下，PZT与HfO2在负电容（NC）区域呈现不同变化趋势：双轴应变对PZT的负电容效应影响显著，而HfO2对双轴应变的敏感性明显低于PZT。无应变状态下，HfO2基NCFETs性能优于PZT基器件；但当压缩双轴应变增大时，PZT基NCFETs的亚阈值摆幅和导通电流得到改善，而HfO2基器件性能则略有下降。特别值得注意的是，压缩应变作用下PZT基NCFETs的负漏致势垒降低效应和负微分电阻特性会出现显著变化。
作者： Moonhoi Kim，Junbeom Seo，Mincheol Shin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过器件模拟研究双轴应变铁电基负电容场效应晶体管（NCFETs）的性能，重点关注应变对PZT和HfO2等材料的影响。

研究成果

双轴应变显著提升了基于PZT的NCFET器件性能，尤其在压缩应变条件下能改善亚阈值摆幅和导通态电流，并产生大幅负微分电阻?；贖fO2的NCFET对应变敏感性较低，在无应变状态下性能最佳。合理施加应变可使PZT器件实现零漏致势垒降低效应，这凸显了应变工程在优化NCFET性能方面的潜力。

研究不足

该研究基于计算模拟，未进行实验验证。所分析的效应针对特定材料（PZT和HfO2）及应变范围，可能不适用于其他铁电材料或不同应变条件。弹道输运机制假设可能无法完全反映实际器件行为。

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