Design Strategy to Improve Memory Window in Ferroelectric Transistors With Oxide Semiconductor Channel

铁电性 晶体管 半导体 材料科学 极化(电化学) 电介质 氧化物 光电子学 电气工程 化学 工程类 物理化学 电压 冶金
作者
Ik‐Jyae Kim,Min-Kyu Kim,Jang‐Sik Lee
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:44 (2): 249-252 被引量:2
标识
DOI:10.1109/led.2022.3229680
摘要

Oxide semiconductors are promising channel materials for hafnia-based ferroelectric transistor memories because they can constrain the formation of an unwanted interfacial layer that can deteriorate the stability of the device. A major obstacle is the limited memory window, originating from insufficient polarization switching because ${n}$ -type oxide semiconductors cannot provide sufficient hole carriers to realize ferroelectric polarization switching. To solve this issue, a novel design strategy is proposed to achieve increased polarization switching while maintaining the stability of oxide semiconductor-based ferroelectric thin-film transistors (FeTFTs). By inserting an additional ${p}$ -type CuOx layer between the ${n}$ -type oxide semiconductor InZnOx and ferroelectric HfZrOx, increased polarization switching is achieved owing to the high electron and hole densities in the InZnOx and CuOx layers, respectively. Thus, a memory window of 4 V is achieved, which cannot be obtained using a single oxide-semiconductor channel. We also demonstrate that the proposed method is viable for three-dimensional ferroelectric NAND (3D FeNAND) devices. In 3D FeNAND, replacing the dielectric filler with ${p}$ -type CuOx maximizes polarization switching and enlarges the memory window. The results demonstrate a novel structure and fabrication method for high-performance FeTFTs for advanced 3D non-volatile memory applications.

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