[发明专利]一种集存算一体的全铁电场效应晶体管

说明书

本发明涉及一种集存算一体的全铁电场效应晶体管，包括基底、源电极、漏电极、栅电极和铁电凸块，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，所述基底由具有畴壁导电特性的铁电材料制成。与现有技术相比，本发明从根本上解决了铁电体的高度集成化的问题。

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，尤其涉及一种集存算一体的全铁电场效应晶体管。

背景技术

铁电体的集成化主要是将铁电薄膜材料和半导体材料集成在一起组成具有某一或者某些特定功能的器件，其广泛应用于铁电存储器件、光电子器件、超声波与声表面波器件、红外探测与成像器件中。

在二十世纪六七十年代，由于受到微电子器件薄膜集成工艺的影响，存储器用铁电薄膜得到了发展。但铁电薄膜与半导体工艺之间存在着兼容性问题，直到二十世纪八十年代中期，随着硅集成技术的发展，铁电存储器再次成为研究热点。于1987年，铁电随机存取存储器和互补金属氧化物半导体器件成功地集成在一起。

目前，由于工艺条件有限，薄膜的制备过程、加工过程以及后端集成工艺等都会对铁电薄膜性能产生一定的负面影响，从而对集成电路性能也会造成一定的负面影响。目前铁电器件与标准CMOS工艺的兼容性还存在一些问题，若工艺线的特征尺寸再降低的话，那么对其兼容性就提出了更高的要求。在现有铁电场效应晶体管中，由于铁电器件与标准CMOS工艺的兼容性还存在一些问题，从而导致铁电场效应晶体管大规模集成。

本申请的发明人已经提出了基于畴壁导电的铁电存储器件(参见中国专利公开号107123648A、104637948A、104637949A、105655342A、107481751A和美国专利公开号US9685216B2的专利、国际专利申请号PCT/CN2018/07748 5)，揭示了一种非破坏读出(NDRO)的铁电存储器，其是以电流读取方式实现非破坏性读出的(即非破坏性电流读取)。一方面，开态读电流可达到10^-7A至10^-6A，读电流大；另一方面ON态电流和Off态电流比(即开关比)能达到10⁶以上，数据保持性能好，具有制备简单、成本低、存储密度高等优势，因此备受业界关注。

本申请基于上述现有技术探索研发一种能够解决铁电体的高度集成化问题的新型场效应晶体管。

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集存算一体的全铁电场效应晶体管。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种集存算一体的全铁电场效应晶体管，包括基底、源电极、漏电极、栅电极和铁电凸块，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，所述基底由具有畴壁导电特性的铁电材料制成。

进一步地，所述全铁电场效应晶体管工作期间，其中栅电极与源漏电极间施加的电压小于栅电极与源漏电极之间电畴反转的矫顽场电压。

进一步地，所述基底为铁电薄膜或铁电单晶基片。

作为优选，所述铁电薄膜或铁电单晶基片选自钽酸锂盐LiTaO₃、铌酸锂盐LiNbO₃；

或者，选自掺杂MgO、Mn₂O₅、Fe₂O₃或La₂O₃的钽酸锂盐LiTaO₃、铌酸锂盐LiNbO₃；

或者，为黑化的钽酸锂盐LiTaO₃或铌酸锂盐LiNbO₃。