[发明专利]一种可擦除全铁电场效应晶体管及其操作方法

说明书

本发明涉及一种可擦除全铁电场效应晶体管及其操作方法，所述场效应晶体管包括基底、源电极、漏电极、栅电极、铁电凸块和衬底，所述源电极和漏电极通过铁电凸块相隔离地设置于基底上，栅电极和源电极、漏电极隔离设置，所述栅电极设置于铁电凸块的上方，所述基底由具有畴壁导电特性的铁电材料制成，所述基底与铁电凸块的电畴极化方向均与栅电极平面法线方向存在夹角不为0并且使所述电畴在源漏电极的连线方向上有分量。与现有技术相比，本发明具有能够实现亚阈值摆幅接近为零，并大幅度降低系统的静态功耗等优点。

技术领域

本发明属于铁电存储技术领域以及场效应晶体管逻辑电路领域，尤其是涉及一种可擦除全铁电场效应晶体管及其操作方法。

背景技术

随着摩尔定律的发展，集成电路的尺寸越来越小，性能逐渐提升，然而随着尺寸的缩小，系统的静态功耗凸显并已成为目前亟待克服的问题。对于传统CMOS器件，阻碍其功耗降低的关键因素是器件亚阈值摆幅受热力学限制存在理论极限，即在室温下亚阈值摆幅最小值为60mV/dec，也称为玻尔兹曼限制；另外栅电极漏电，导致功耗增加。

为了突破亚阈值摆幅在室温下的最小极限，研发出许多新型器件。国际上亚阈值摆幅较低的晶体管主要有隧穿晶体管、雪崩晶体管、微纳米晶体管(Nano electromechanical FETs，NEMFETs)和铁电负电容晶体管(Negative capacitance field effecttransistor，NCFET)。隧道晶体管具有SS(Subthreshold swing)小于60mV/dec和关断电流小的特点，但存在开关电流比低、驱动能力弱的问题；雪崩晶体管功耗低，电路开关速度快，增益高，但击穿电压高，输出摆幅低；微纳米晶体管具有栅漏电流和静态功耗极低的优点，但是制作工艺困难，开关速度非常慢。负电容晶体管的开关电路中具有严重的滞回现象，导致电路逻辑紊乱，无法正常工作。不仅如此，负电容成因的复杂性也使其建模非常困难。这些问题都极大限度的制约了场效应晶体管亚阈值摆幅减小的下限。因此，如何找到一种新型的能够突破现有亚阈值摆幅极限的场效应晶体管，并且大幅度降低系统的静态功耗，就成为业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可擦除全铁电场效应晶体管及其操作方法，能够实现亚阈值摆幅接近为零，并大幅度降低了系统的静态功耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可擦除全铁电场效应晶体管，包括基底、源电极、漏电极、栅电极、铁电凸块和衬底，所述源电极和漏电极通过铁电凸块相隔离地设置于基底上，栅电极和源电极、漏电极隔离设置，所述栅电极设置于铁电凸块的上方，

所述基底由具有畴壁导电特性的铁电材料制成，所述基底与铁电凸块的电畴极化方向均与栅电极平面法线方向存在夹角不为0并且使所述电畴在源漏电极的连线方向上有分量。

场效应晶体管导电沟道的产生是由源漏间电畴的反转与底部不反转的电畴间产生可导电的畴壁引起的，该沟道的导通与关闭是通过由栅电极上施加栅电压来控制栅电极与漏电极间铁电凸块电畴的反转来实现的。

进一步地，所述基底与铁电凸块的电畴初始极化方向均为第一方向，场效应晶体管为常关状态或擦除状态。

进一步地，所述铁电凸块厚度大于等于1nm且小于等于500nm。

进一步地，所述栅电极宽度小于铁电凸块的宽度。

进一步地，所述栅电极与铁电凸块之间设有绝缘层。

优选地，所述绝缘层为SiO₂、HfO₂、La₂O₃、Al₂O₃、TiO₂和Si₃N₄中的任一种或多种。

进一步地，所述绝缘层的厚度大于0.5nm。