Transistor Memori Ferlektrik 2D MoS2 Tegangan Sangat Rendah dengan Gerbang Hf₁₋ₓZrₓO₂ untuk Kompatibilitas CMOS
Abstrak
Transistor efek medan ferlektrik (FeFET) muncul sebagai teknologi memori non-volatile yang menarik berkat kecepatan operasi dan daya tahan yang promising. Namun, membalikkan polarisasi memerlukan tegangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pembaca, yang merugikan konsumsi daya untuk menulis sel. Di sini, kami melaporkan sel FeFET kompatibel CMOS dengan tegangan operasi rendah. Kami merangka film tipis ferlektrik Hf1-xZrxO2 (HZO) untuk membentuk dielektrik gerbang kapasitansi negatif (NC), yang menghasilkan loop histeresis counterclockwise domain polarisasi pada FeFET disulfida molibdenum (MoS2) lapisan sedikit. Kapasitor negatif yang tidak stabil secara inheren mendukung laju geser subtermionik dan sehingga memungkinkan switching polarisasi ferlektrik dengan window histeresis yang jauh lebih dari setengah dari tegangan operasi. FeFET menunjukkan rasio arus on/off lebih dari 107 dan window memori (MW) counterclockwise 0,1 V pada tegangan program (P)/hapus (E) minimum 3 V. Daya tahan (103 siklus) dan retensi (104 s) yang kuat juga ditunjukkan. Hasil kami menunjukkan bahwa transistor memori ferlektrik HZO/MoS2 dapat mencapai peluang baru dalam aplikasi memori non-volatile yang dapat diskalakan ukuran dan tegangan.
Latar Belakang
Pasar memori embedded system on chip (SoC) saat ini berada di era pertumbuhan yang luar biasa, yang memerlukan memori yang mampu mencapai operasi lebih cepat, ukuran sel yang lebih kecil, dan konsumsi daya yang lebih rendah [1,2,3,4,5,6]. Memori ferlektrik, salah satu kandidat paling menjanjikan, telah dipertimbangkan kembali, setelah penemuan oksida hafnium ferlektrik pada 2011 [7].
Dalam beberapa dekade terakhir, FeFET tidak berjalan baik dalam semua aspek ini termasuk persyaratan tegangan rendah untuk operasi memori, kesederhanaan langkah proses, dan integrasi proses komplementer logam-oksida-semikonduktor (CMOS) yang minimal serta kekhawatir kontaminasi yang terbatas [8,9,10,11]. Untuk mengatasi ini, baru-baru ini, penelitian yang besar dilakukan pada NVM FeFET 2D non-volatile berdasarkan berbagai materi ferlektrik, termasuk PbZrTiO3 (PZT), dan [P(VDF-TrFE)] polimer [12,13,14,15,16,17,18], yang disebabkan oleh properti promising materi 2D di era “more than Moore.” Dalam FeFET, dua keadaan polarisasi spontan stabil dari materi ferlektrik yang diintegrasikan ke dalam tumpukan gerbang transistor digunakan untuk penyimpanan data melalui tegangan ambang yang dapat dikontrol yang diaktifkan oleh tegangan gerbang P/E yang disusutkan. Dilaporkan bahwa perilaku histeresis yang dapat direproduksi, rasio on/off tinggi 104, properti retensi yang baik hingga 104 s, dan operasi switching yang stabil telah dicapai pada FeFET PZT/MoS2 [19]. Secara terlihat, mobilitas maksimum 625 cm2/V∙s, MW besar 16 V untuk rentang tegangan gerbang ±26 V, dan rasio on/off tinggi 8 × 105 juga telah ditunjukkan oleh FeFET polimer [P(VDF-TrFE)] tipe-n/MoS2 [15]. Namun, ada banyak masalah fundamental yang dapat mencegah aplikasi praktisnya, seperti, kompatibilitas CMOS, kemampuan penskalan, dan keadaan antarmuka antara Fe dan materi 2D. Oksida hafnium ferlektrik, jenis materi ferlektrik baru, memiliki kompatibilitas CMOS yang baik dan kemampuan penskalan, yang dapat digunakan untuk NVM FeFET lanjutan pada node teknologi sub-5 nm dalam 5-10 tahun ke depan [20]. Tumpukan dielektrik berbasis HfO2 telah diintegrasikan ke dalam FeFET 2D, yang bertujuan untuk mencapai transistor efek medan kapasitansi negatif (NCFET) dengan switching ON/OFF yang curam melalui slope sub-60 mV/dekade dan karakteristik bebas histeresis [21,22,23,24,25,26]. Meskipun eksperimen massal berdasarkan tumpukan dielektrik NC dengan alternatif materi saluran 2D telah menghasilkan kesimpulan yang luar biasa, mereka menyoroti kebutuhan mendesak untuk membedakan antara NCFET dan FeFET. Masih belum ada investigasi sistematis mengenai fisik dan kelayakan teknologi perangkat memori ferlektrik satu transistor berdasarkan MoS2 dan ferlektrik HZO.
Dalam karya ini, FeFET dengan transistor MoS2 HZO lapisan sedikit telah diusulkan. Ia mampu menskalakan tegangan P/E melalui efek NC yang diinduksi oleh rekayasa tumpukan gerbang di bawah tegangan P/E yang disusutkan. Kami secara eksperimental menunjukkan bahwa MW counterclockwise 0,1 V dengan slope sub-60 mV/dekade telah dicapai pada FeFET HZO MoS2, yang dapat dikaitkan dengan modulasi densitas carrier lokal dalam saluran 2D oleh flipping cepat dipole ferlektrik. Kami mengaitkan penurunan histeresis FeFET HZO/MoS2 seiring peningkatan tegangan drain dengan efek negative drain-induced barrier lowering (DIBL). Selain itu, karakteristik retensi, daya tahan, dan ketergantungan tegangan ambang pada tegangan drain dari FeFET HZO MoS2 juga telah secara sistematis dipelajari, membuka jalur yang dapat diwujudkan untuk desain NVM FeFET HZO MoS2 dan aplikasi praktisnya.
Metode
Film Hf1-xZrxO2 6 nm dan Al2O3 2 nm diendapkan pada substrat Si p+ menggunakan ALD pada 300 °C, dengan [(CH3)2N]4Hf(TDMAHf), [(CH3)2N]4Zr(TDMAZr), dan H2O vapor sebagai precursor Hf, precursor Zr, dan precursor oksidan, masing-masing. Selanjutnya, substrat melalui anil termal cepat (RTA) pada 450 °C selama 30 detik dalam suasana N2. Setelah itu, flake MoS2 lapisan sedikit diekfoliasi secara mekanis dan ditransfer ke substrat. Diameter substrat Si p+ yang digunakan untuk menyetor HZO (6 nm)/Al2O3 (2 nm) adalah 6 inci. Kami menggunakan litografi sinar elektron (EBL) untuk pola pad kontak dalam resist PMMA A5. Parameter spin, parameter baking, dan parameter imaging adalah 500 r/min (9 detik) + 4000 r/min (40 detik), 170 °C (5 menit), MIBK:IPA = 1:3 (15 detik), masing-masing. Kemudian, elektroda sumber/saluran (Ti/Au, ketebalan 5/65 nm) diendapkan menggunakan sistem evaporasi sinar elektron (EBE) dan di-etch dengan larutan aseton. Setelah lift-off, perangkat dianil pada 300 °C selama 2 jam untuk meningkatkan kontak. Kami melakukan karakterisasi listrik dari transistor efek medan MoS2/HZO yang kami buat menggunakan stasiun sond dengan mikromanipulator. Tegangan gerbang belakang (VGS) diterapkan pada substrat Si tipe-p yang sangat doti. Sistem karakterisasi semikonduktor (PDA) digunakan untuk mengukur tegangan sumber-saluran (VDS), tegangan gerbang belakang (VGS), dan arus sumber-saluran (IDS).
Hasil dan Pembahasan
Kami menyiapkan MoS2 lapisan sedikit dengan ekfoliasi mekanis dari kristal massa dan mentransfer nanoflake MoS2 ke substrat 2 nm Al2O3/6 nm HZO/p+ Si (lihat lebih banyak detail di bagian "Experimental"). Gambar 1a dan b menampilkan tampilan skematik 3D dan potongan lintang struktur FeFET HZO/MoS2, masing-masing. Citra SEM top-down dari FeFET HZO/MoS2 ditampilkan pada Gambar 1c. Lebar dan panjang saluran MoS2 adalah 2 μm dan 12 μm, masing-masing. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1d, ketebalan saluran MoS2 dikonfirmasi menggunakan mikroskop gaya atom (AFM). Ketebalan yang diukur 1,57 nm menunjukkan kehadiran 4 lapis MoS2 [26].
Struktur perangkat dan properti dasar FeFET MoS2/HZO. a Representasi skematik tiga dimensi FeFET MoS2/HZO. b Potongan skematik lintang FeFET MoS2/HZO. c Citra SEM top-down FeFET MoS2/HZO yang dibuat dengan elektroda sumber/saluran Ti/Au, insulasi gerbang ferlektrik HZO, dan saluran MoS2. d Profil tinggi menggunakan AFM mode kontak sepanjang garis merah pada c, memvalidasi tinggi saluran MoS2.
Seperti ditunjukkan pada Gambar S1c dan d, komposisi elemen dan ikatan HZO diperiksa dengan pengukuran fotoelektron X (XPS). Puncak ditemukan pada 19,05 eV, 17,6 eV, 185,5 eV, dan 183,2 eV, yang masing-masing sesuai dengan Hf 4f5/2, Hf 4f7/2, Zr 3d3/2, dan Zr 3d5/2 [27]. Konsentrasi atom dalam profil kedalaman pada Gambar S1e lebih mengonfirmasi distribusi struktur trilapis Al2O3/HZO/p+ Si. Semua di atas mengonfirmasi bahwa film HZO yang tumbuh melalui sistem ALD kami sangat kristal.
Sebelum menyelidiki karakterisasi FeFET HZO/MoS2, perilaku ferlektrik tumpukan gerbang Au/2 nm Al2O3/6 nm HZO/p+ Si menggunakan pengukuran polarisasi-tegangan ditampilkan pada Gambar 2a. Jelas, kapasitor 6 nm HZO/2 nm Al2O3 yang kami buat menunjukkan loop histeresis polarisasi-tegangan (diukur pada 1 kHz). Sementara itu, polarisasi remanen Pr dan tegangan paksa Vc meningkat seiring peningkatan tegangan sweeping maksimum, yang menyiratkan loop histeresis P-V bertransformasi dari loop minor ke loop major. Saat tegangan sweeping maksimum meningkat dari 2 ke 4 V, Pr mencapai 0,66 μC/cm2, 0,86 μC/cm2, dan 1,1 μC/cm2, masing-masing dan Vc mencapai 1,12 V, 1,9 V, dan 2,04 V, masing-masing. Pr dan Vc yang diekstrak dalam 105 siklus sweeping DC yang bertahan ditampilkan pada Gambar 2b dan c. Secara jelas, efek wake-up dan fatigue yang signifikan dalam 105 siklus diamati pada kapasitor 6 nm HZO/2 nm Al2O3. Efek wake-up dan fatigue dapat dikaitkan dengan difusi dan redistribusi rongga oksigen di bawah medan listrik. Efek fatigue umumnya terkait dengan penangkap muatan pada sit cacat yang terkait dengan rongga oksigen [28]. Perilaku histeresis untuk PRphase dan loop berbentuk kupu-kupu untuk PRampl menggunakan mikroskop gaya respons piezo (PFM) ditampilkan pada Gambar S1b dan c, yang menunjukkan switching polarisasi sebagai fungsi tegangan sweep bias. Dengan mempertimbangkan perbedaan resistensi kontak antara pengukuran polarisasi-tegangan dan pengukuran respons piezo-tegangan, nilai Vc yang diukur pada Gambar S1b dan c tidak begitu konsisten dengan nilai yang diperoleh pada Gambar 2a.
Selain itu, diamati bahwa ada peningkatan MW yang diiringi dengan rentang sweeping tegangan gerbang yang ditingkatkan (VGS,range). Biasanya, film HZO kristal poli ada sebagai status multi-domain [29], dan distribusi medan paksa dari domain-domain ini memenuhi distribusi Gaussian. Oleh karena itu, harus ada ketergantungan yang meningkat pada VGS,range yang ditingkatkan. Medan paksa EC sesuai dengan nilai medan listrik eksternal yang dapat mengurangi polarisasi remanen menjadi nol. Oleh karena itu, VGS,range yang digunakan untuk switching polarisasi dalam film HZO menjadi lebih besar dengan tegangan paksa terkait VC yang lebih tinggi. Inilah alasan mengapa loop polarisasi-tegangan film HZO diperluas dengan VGS,range yang lebih besar, yang telah ditunjukkan pada Gambar 2a. Dengan kata lain, intensitas polarisasi yang ditingkatkan dan switching ferlektrik terjadi dengan VGS,range yang ditingkatkan, yang mengarah pada fenomena yang disebutkan di atas dari counterclockwise MW yang diperluas yang dihasilkan oleh peningkatan VGS,range. Pada VGS,range = (−2, 2 V), MW hampir menghilang dan karakteristik bebas histeresis hampir muncul, yang berarti kompensasi yang hampir lengkap antara efek switching ferlektrik dan penangkap/lepas muatan.
Untuk menyelidiki lebih lanjut efek switching ferlektrik, VGS,range telah terus ditingkatkan ke (−6, 6 V) dan (−6,5, 6,5 V). Kurva IDS-VGS yang diukur dari FeFET HZO MoS2 pada VGS,range = (−6, 6 V) dan (−6,5, 6,5 V) ditampilkan pada Gambar 3a. Secara serupa, counterclockwise memory window meningkat dengan VGS,range yang diperluas. Pada VGS,range = (−6,5, 6,5 V), counterclockwise MW di atas 4 V dan rasio on/off juga meningkat ke 107, yang disebabkan oleh switching polarisasi yang ditingkatkan di bawah tegangan eksternal yang diterapkan yang lebih besar. Secara umum, mekanisme yang mendasari perilaku histeresis yang ditampilkan dalam kurva IDS-VGS selama sweeping dua arah VGS adalah pergeseran tegangan ambang, yang dapat dimodifikasi oleh efek predominan switching polarisasi, yaitu efek NC [30,31,32], yang menghasilkan histeresis counterclockwise. Studi lanjutan tentang karakteristik subthreshold yang ditingkatkan dilakukan pada perangkat lain di bawah VGS,range yang disusutkan. Kurva IDS-VGS yang diukur dan titik SS—kurva IDS yang diekstrak dari perangkat lain pada VGS,range = (−3, 3 V) ditampilkan pada Gambar 3b. Ditunjukkan bahwa pada VGS,range = (−3, 3 V), FeFET HZO/MoS2 menunjukkan SSFor = 51,2 mV/decade dan SSRev = 66,5 mV/decade, masing-masing. Artinya, SS sub-60 mV/decade dan MW 0,48 V dapat dicapai secara bersamaan pada FeFET HZO/MoS2 pada suhu ruang, yang akan menjadi petunjuk untuk membedakan antara NCFET dan FeFET.
Uji arus langsung (DC) dari FeFET HZO/MoS2 saat tegangan drain (VDS) adalah 0,5 V. a Perbandingan antara kurva transfer dengan 6 V dan 6,5 V sebagai maksimum tegangan gerbang belakang. b Tampilan diperbesar kurva transfer pada interval 0 hingga −2 V dari VGS,range = (−3, 3 V). Titik subthreshold slope (SS) sebagai fungsi arus drain (IDS) dari FeFET HZO/MoS2 adalah (b) insiden. Perangkat menunjukkan SSFor = 51,2 mV/dec
Seperti yang diketahui, dalam NCFET, SS dapat lebih kecil dari 60 mV/decade pada suhu ruang karena incorporasi kapasitansi dielektrik gerbang negatif (Cins), yang dapat diperoleh melalui segmen slope negatif dP/dE < 0 yang diinduksi oleh film ferlektrik, yang berkontribusi pada faktor tumpukan gerbang (m) < 1. Mekanisme yang mendasari efek NC [33] adalah medan depolasi yang dihasilkan oleh film ferlektrik [34,35,36,37,38]. Secara eksperimental dilaporkan bahwa karena screening yang tidak lengkap pada antarmuka film ferlektrik [39], muatan polarisasi remanen dapat menghasilkan medan listrik internal di seluruh film ferlektrik, yang memiliki arah yang berlawanan dengan tegangan eksternal yang diterapkan, yang mengarah pada redistribusi tegangan di seluruh tumpukan gerbang dan potensi permukaan saluran yang diperkuat, disebut sebagai “efek amplifikasi tegangan” [40,41,42]. Amplifikasi tegangan biasanya dapat dibagi menjadi dua bagian, variasi yang dipercepat dari potensi permukaan saluran dan nilai yang diperkuat selanjutnya, yang masing-masing memberikan switching ON/OFF yang curam dan ION/IOFF yang ditingkatkan. Namun, untuk FeFET, ada cerita yang lain. Menurut konsep pencocokan kapasitansi antara kapasitansi ferlektrik (CFE) dan kapasitansi metal-oksida-semikonduktor (CMOS) [43,44,45], ketika |CFE| > CMOS, kapasitansi total teoretis (Ctotal) positif dan sistem stabil, yang menghasilkan perilaku polarisasi yang sama selama sweeping dua arah VGS dan NCFET bebas histeresis yang stabil. Namun, pencocokan yang baik yang menghasilkan SS dan transkonduktansi yang ditingkatkan sangat sulit dicapai, karena baik CMOS maupun CFE adalah kapasitansi non-linear yang bergantung pada bias. Selain itu, |CFE| > CMOS perlu dipastikan untuk semua rentang operasi tegangan untuk menghindari histeresis. Sebaliknya, sekali |CFE| < CMOS, Ctotal teoretis negatif dan sistem tidak stabil, perilaku polarisasi terpisah harus terjadi selama switching dua arah VGS untuk menjaga Ctotal positif, yang dapat menghasilkan histeresis counterclockwise pada FeFET untuk aplikasi NVM. Di sini, disebutkan bahwa perilaku histeresis adalah efek selanjutnya dari switching polarisasi terpisah, yang berarti lebar window histeresis dapat dengan mudah dimodifikasi berdasarkan konsep pencocokan kapasitansi, seperti, yang dapat dimanipulasi oleh variasi VDS. Dengan pencocokan kapasitansi yang tepat, bahkan dengan VGS,range yang sangat disusutkan = (−3, 3 V), FeFET HZO/MoS2 masih menunjukkan window histeresis yang jelas, dan switching yang curam SSFor = 51,2 mV/dec pada saat yang sama, yang lebih menunjukkan keberadaan efek NC (efek polarisasi ferlektrik) dalam wilayah subthreshold juga. Meskipun NCFET dan FeFET berbeda, FeFET juga dapat diadopsi sebagai perangkat logika dengan MW yang lebih kecil yang sebanding, mempertahankan SS deep sub-60 mV/decade, dan rasio ION/IOFF yang lebih tinggi juga karena efek NC.
Dampak VDS pada lebar MW telah diteliti dengan hati-hati. Kurva IDS-VGS pada skala logaritmik di bawah berbagai VDS dikarakterisasi pada Gambar S3. Ditunjukkan bahwa, pada VGS,range tetap = (−2, 2 V), nilai VGS yang diekstrak pada IDS = 70 nA untuk sweeping dua arah VGS semua bergeser ke arah negatif. Sementara itu, juga ditunjukkan bahwa variasi dalam sweeping maju VGS jauh lebih jelas daripada sweeping mundur, yang menunjukkan fenomena negative DIBL yang signifikan. Perlu dicatat bahwa efek negative DIBL selalu terjadi dengan efek NC [46, 47].
Setelah uji DC (arus langsung) di atas dari FeFET HZO/MoS2, kami lebih lanjut melakukan pengukuran MWs untuk berbagai pulsa tegangan P/E VGS dengan lebar 10 ms pada Gambar 4a. MW didefinisikan sebagai perubahan maksimum ΔVTH setelah pulsa tegangan P/E VGS. Selama aplikasi pulsa tegangan VGS, terminal lain tetap pada VS = VD = 0 V. Untuk operasi baca (R), VGS bervariasi dari −1 V hingga 1 V dengan VD = 0,5 V dan VS = 0 V. Seperti ditunjukkan pada Gambar 4a, MWs yang diekstrak menjadi lebih besar seiring peningkatan pulsa tegangan P/E VGS. Saat pulsa tegangan P/E VGS yang diterapkan adalah ±3 V, MW yang diekstrak adalah 0,1 V. Saat pulsa tegangan P/E VGS yang diterapkan adalah ±5,5 V, MW yang diekstrak adalah 0,275 V. Dibandingkan MW counterclockwise 4 V dan 0,48 V pada Gambar 3a dan b, MWs yang diekstrak setelah pulsa tegangan P/E VGS sangat berkurang. Ini mungkin disebabkan oleh densitas lebih tinggi dari keadaan tangkap yang diinduksi oleh kelembaban tinggi di udara [48]. Dengan demikian, mekanisme penangkap/lepas muatan ditingkatkan dan loop histeresis counterclockwise akhirnya berkurang. Selain itu, kami mempelajari daya tahan siklus dan data retensi FeFET HZO/MoS2 di bawah pulsa P/E dengan tinggi ±5,5 V pada Gambar 4b. Pulsa tegangan P/E VGS program memiliki lebar 10 ms dengan VS = VD = 0 V. Gambar 4b mengilustrasikan MWs yang diukur sebagai fungsi siklus daya tahan. Siklus daya tahan dibentuk oleh pulsa P/R/E/R tegangan gerbang belakang periodik. Tegangan yang diterapkan pada gerbang belakang dengan tinggi P, E, R adalah +5,5 V, −5,5 V, dan 0 V, masing-masing. Dan lebar pulsa P dan E adalah 10 ms. Jelas, MW 0,3 V dapat dipertahankan tanpa degradasi yang signifikan setelah 103 siklus P/E. Seiring peningkatan jumlah siklus daya tahan, MW meningkat menjadi 0,38 V setelah 10 siklus dan kemudian menurun kembali menjadi 0,28 V setelah 600 siklus. MW yang melebar pertama kali disebut efek wake-up dan MW yang menyusut kemudian disebut efek fatigue. Efek wake-up sesuai dengan de-pinning dinding domain, yang mengakibatkan peningkatan domain polarisasi yang dapat diubah dari film HZO [49]. Efek fatigue sesuai dengan muatan yang baru diinjek yang memindai dinding domain setelah sejumlah besar siklus P/E [50]. Karakteristik retensi pada suhu ruang ditampilkan pada Gambar 4c. Di sini, degradasi MW dapat diabaikan setelah 104 s. Oleh karena itu, MW sekitar 0,3 V diharapkan dapat bertahan selama 10 tahun dengan garis ekstrapolasi titik-titik. Seperti yang ditampilkan pada Gambar 4d, perangkat stabil setelah 103 siklus di bawah pulsa P/E dengan tinggi ±3 V. Stabilitas FeFET HZO/MoS2 menunjukkan perspektif yang besar untuk aplikasi dalam teknologi memori non-volatile.
Performa memori FeFET HZO/MoS2 di bawah pulsa P/E. a MWs yang diekstrak (MWs) di bawah pulsa P/E dengan tinggi ±3 V, ±4 V, ±5 V, ±5,5 V, dan ±6 V. b Pengukuran daya tahan di bawah kondisi pulsa P/E. c Karakteristik retensi FeFET HZO/MoS2. d Daya tahan FeFET HZO/MoS2 untuk 103 siklus di bawah pulsa P/E dengan tinggi ±3 V
Perbandingan figure-of-merit dengan perangkat berbasis FeFET yang menggabungkan MoS2 dan dielektrik gerbang ferlektrik disajikan dalam Tabel 1. Di sini, struktur perangkat, polarisasi remanen, medan paksa, arah loop histeresis, MW, tegangan kerja, siklus daya tahan, dan waktu retensi dicantumkan. Jelas bahwa perangkat yang kami buat menunjukkan lapisan ferlektrik tipis 6 nm HZO dan tegangan kerja terendah dibandingkan karya lain [12,13,14,15,16,17,18], yang penting untuk node proses BEOL memori 2 nm atau 3 nm di masa depan. Dengan menskalakan ketebalan lapisan ferlektrik, MW sekitar 0,1 V dicapai pada tegangan kerja rendah ±3 V. Tegangan kerja yang rendah ini dapat dikaitkan dengan karakteristik intrinsik lapisan HZO dibandingkan sejenisnya, seperti P(VDF-TrFE) atau HfO2, yang memiliki ketebalan yang jauh lebih besar. Selain itu, perangkat kami memiliki polarisasi remanen Pr yang lebih rendah sebesar 1,1 μC/cm2 dibandingkan FeFET yang dilaporkan lainnya. Penurunan cepat retensi loss dalam FeFET disebabkan oleh keberadaan medan depolasi Edep, yang berasal dari kompensasi muatan yang tidak lengkap karena keberadaan lapisan Al2O3. Di sini, Edep secara langsung proporsional terhadap polarisasi remanen Pr [51]. Dengan demikian, Ec yang tinggi dan Pr yang rendah membuat rasio Edep/Ec pada FeFET MoS2/HZO sangat kecil, yang mengarah pada retensi loss yang sangat kecil yang terkait dengan efek medan depolasi. Meskipun performa retensi FeFET MoS2 berbasis HZO dan P(VDF-TrFE) keduanya sekitar 104 s, film P(VDF-TrFE) perlu 150 nm [17].
Kesimpulan
Dalam kesimpulan, kami telah menyelidiki perangkat transistor memori ferlektrik berbasis MoS2 lapisan sedikit menggunakan dielektrik gerbang belakang HZO. Perangkat yang kami buat menunjukkan histeresis counterclockwise yang diinduksi oleh polarisasi ferlektrik. Selain itu, transistor memori ferlektrik HZO/MoS2 kami menampilkan performa perangkat yang unggul: rasio arus on/off lebih dari 107 dan MW counterclockwise 0,1 V pada tegangan P/E 3 V, yang memiliki daya tahan (103 siklus) dan retensi (104 s). Kami dengan demikian percaya bahwa hasil transistor memori ferlektrik non-volatile berbasis MoS2 kami menunjukkan perspektif yang menjanjikan untuk masa depan aplikasi memori non-volatile 2D berdaya rendah.
Ketersediaan Data dan Bahan
Para penulis menyatakan bahwa materi, data, dan protokol terkait tersedia untuk pembaca, dan semua data yang digunakan untuk analisis termasuk dalam artikel ini.