Fe FET

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

ترانزستور تأثير المجال الفيروكهربائي ( Fe FET ) هو نوع من ترانزستورات تأثير المجال ، ويحتوي على مادة فيروكهربائية محصورة بين قطب البوابة ومنطقة التوصيل بين المصدر والمصب ( القناة ). يؤدي الاستقطاب الكهربائي الدائم في المادة الفيروكهربائية إلى احتفاظ هذا النوع من الأجهزة بحالة الترانزستور (تشغيل أو إيقاف) في غياب أي انحياز كهربائي.

تُستخدم الأجهزة القائمة على FeFET في ذاكرة FeFET - وهي نوع من الذاكرة غير المتطايرة أحادية الترانزستور .

وصف

في عام 1955، سجل إيان مونرو روس براءة اختراع لترانزستور تأثير المجال الحديدي (FeFET) أو ترانزستور تأثير المجال الحديدي متعدد الطبقات (MFSFET). كان تركيبه مشابهًا لتركيب ترانزستور تأثير المجال المعدني-العازل (MOSFET) الحديث ذي قناة الانعكاس، ولكن استُخدمت فيه مادة كهروإجهادية كعازل/مادة عازلة بدلًا من الأكسيد. [ 1 ] في عام 1963، اقترح مول وتاروي استخدام مادة كهروإجهادية ( كبريتات ثلاثي الغليسين ) في ذاكرة الحالة الصلبة باستخدام ترانزستور ذي طبقة رقيقة . [ 2 ] أُجريت أبحاث إضافية في ستينيات القرن العشرين، لكن خصائص الاحتفاظ بالبيانات في الأجهزة القائمة على الطبقة الرقيقة كانت غير مرضية. [ 3 ] استخدمت الأجهزة المبكرة القائمة على ترانزستور تأثير المجال تيتانات البزموت (Bi₄Ti₃O₁₂ ) الكهروإجهادية ، أو Pb₁₋ₓLnₓTiO₃ ( PLT ) ومشتقات الزركونات / التيتانات المختلطة ذات الصلة ( PLZT ) . [ 3 ] في أواخر ثمانينيات القرن العشرين، تم تطوير ذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية ، باستخدام غشاء رقيق كهروإجهادي كمكثف، متصل بترانزستور تأثير المجال للعنونة. [ 3 ]

تُقرأ أجهزة الذاكرة القائمة على FeFET باستخدام فولتيات أقل من جهد الإكراه للمادة الكهروإجهادية. [ 4 ]

تشمل المشكلات التي تواجه تصميم جهاز ذاكرة FeFET عملي (حتى عام 2006): اختيار طبقة عازلة ذات سماحية عالية بين المادة الكهروإجهادية والبوابة؛ ومشاكل الاستقطاب المتبقي العالي للمواد الكهروإجهادية؛ وفترة الاحتفاظ المحدودة (بضعة أيام تقريبًا، مقارنةً بعشر سنوات المطلوبة). [ 5 ]

إذا أمكن تصغير طبقة المادة الفيروكهربائية وفقًا لذلك، فمن المتوقع أن تتقلص أجهزة الذاكرة القائمة على ترانزستورات FeFET بنفس كفاءة أجهزة MOSFET؛ إلا أنه قد يوجد حد أقصى يبلغ حوالي 20  نانومترًا جانبيًا [ 6 ] ( الحد الفائق الفيروكهربائي ، المعروف أيضًا بالحد الفيروكهربائي). تشمل التحديات الأخرى التي تواجه تقليص الميزات ما يلي: انخفاض سمك الطبقة مما يؤدي إلى تأثيرات استقطاب إضافية (غير مرغوب فيها)؛ حقن الشحنة؛ وتيارات التسريب. [ 5 ]

البحث والتطوير

بنية خلية FeFET أحادية الترانزستور

في عام 2017، تم الإبلاغ عن تصنيع ذاكرة غير متطايرة تعتمد على تقنية FeFET عند عقدة 22 نانومتر باستخدام تقنية FDSOI CMOS ( السيليكون المستنفد بالكامل على العازل ) مع ثاني أكسيد الهافنيوم (HfO2 ) كمادة كهرضغطية - وكان أصغر حجم لخلية FeFET تم الإبلاغ عنه هو 0.025 ميكرومتر مربع ، وتم تصنيع الأجهزة على شكل مصفوفات 32 ميغابت، باستخدام نبضات ضبط/إعادة ضبط مدتها حوالي 10 نانوثانية عند 4.2 فولت - أظهرت الأجهزة قدرة تحمل تصل إلى 105 دورة واحتفاظ بالبيانات حتى 300 درجة مئوية. [ 7 ]

اعتبارًا من عام 2017تسعى شركة Ferroelectric Memory Company الناشئة إلى تطوير ذاكرة FeFET لتصبح جهازًا تجاريًا، بالاعتماد على ثاني أكسيد الهافنيوم. وتزعم الشركة أن تقنيتها قابلة للتوسع لتتوافق مع أحجام عقد المعالجة الحديثة ، وقابلة للتكامل مع عمليات الإنتاج المعاصرة، مثل HKMG ، كما أنها قابلة للدمج بسهولة في عمليات CMOS التقليدية، ولا تتطلب سوى قناعَين إضافيَين. [ 8 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ستيفان فرديناند مولر (2016). تطوير ذاكرات كهرضغطية قائمة على أكسيد الهافنيوم لعقد تقنية CMOS المستقبلية . BoD – كتب حسب الطلب. ISBN 9783739248943.
  2. ^ بارك وآخرون. 2016 ، §1.1.1، ص.3.
  3. 1 2 3 بارك وآخرون. 2016 ، §1.1.1، ص.4.
  4. ^ بارك وآخرون. 2016 ، § 1.1.2، ص.6.
  5. 1 2 زشيك، إهرنفريد؛ ويلان، كارولين؛ ميكولاجيك، توماس، محرران (2005)، مواد تكنولوجيا المعلومات: الأجهزة والوصلات والتغليف ، سبرينغر، ص 157 – 
  6. ↑ خوسلا، روبن؛ شارما، ديباك ك.؛ موندال، كونال؛ شارما، ساتيندر ك. (13 أكتوبر 2014). "تأثير الإجهاد الكهربائي على طبقة البوابة Au/Pb (Zr0.52Ti0.48) O3/TiOxNy/Si لتحليل موثوقية ترانزستورات تأثير المجال الكهروإجهادي" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 105 (15): 152907. Bibcode : 2014ApPhL.105o2907K . doi : 10.1063/1.4897952 . ISSN 0003-6951 . 
  7. ↑ دونكل، س. (ديسمبر 2017)، "تقنية ذاكرة غير متطايرة مدمجة فائقة السرعة ومنخفضة الطاقة تعتمد على ترانزستور FeFET لتقنية FDSOI 22 نانومتر وما بعدها"، المؤتمر الدولي لأجهزة الإلكترونيات IEEE لعام 2017 (IEDM) ، الصفحات 19.7.1-19.7.4، doi : 10.1109/IEDM.2017.8268425 ، ISBN  978-1-5386-3559-9، S2CID 19624615 
  8. ↑ لابيدوس، مارك (16 فبراير 2017)، "ما هي ترانزستورات FeFET؟" ، semiengineering.com
  • بارك، بيونغ-إيون؛ إيشيوارا، هيروشي؛ أوكوياما، ماسانوري؛ ساكاي، شيجيكي؛ يون، سونغ-مين، محرران (2016)، "ذاكرات ترانزستور تأثير المجال ذات البوابة الفيروكهربائية: فيزياء الجهاز وتطبيقاته"، مواضيع في الفيزياء التطبيقية ، العدد  131، سبرينغر

للمزيد من القراءة

  • إيشيوارا، هيروشي (2012)، "FeFET وذاكرة الوصول العشوائي الكهروإجهادية"، الهياكل غير المتجانسة متعددة الوظائف لأكاسيد المعادن ، الصفحات 340-363 ، doi : 10.1093/acprof:oso/9780199584123.003.0012 ، ISBN  978-0-19-958412-3