铁电zno薄膜晶体管制备及其性能的研究硕士论文

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1、学校代号10530学号200910061140分类号TN304.055密级硕士学位论文铁电ZnO薄膜晶体管的制备及其性能研究学位申请人谭秋红指导教师王金斌教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向半导体物理与半导体器件物理二〇一二年五月二十日FabricationandCharacteristicsofFerroelectricZnOThinFilmTransistorsCandidateQiuhongTanSupervisorProfessorJinbinWangCollegeFacultyofMaterials,Optoelec

2、tronicsandPhysicsSpecialtyMicroelectronicsandSolidStateElectronicsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay20,2012湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担

3、。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要随着信息产业的发展和电子产品的普及，对存储器的要求越来越高。以铁电场效应晶体管(FeFET)为基本单元的铁电存储器，受到人们的广泛关注。薄膜晶体管(TFT)型FeFET，由于

4、其制备工艺简单、容易大面积集成、铁电薄膜与沟道层的界面特性较好，并可以实现全外延、全透明以及柔性器件结构，引起了人们的极大研究兴趣。本文一方面开展了铁电ZnOTFT的制备与表征的实验研究，另一方面开展了铁电ZnOTFT性能的理论模拟研究，同时探讨了铁电薄膜和ZnO薄膜之间的极化耦合对TFT电学性能的影响。主要的研究工作与结果如下：1.ZnOTFT的制备与表征首先采用脉冲激光沉积(PLD)方法在SiO2/Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜；在此基础上，结合微电子工艺，制备了ZnOTFT；并对ZnO薄膜的微观结构和ZnOTFT的输出特性曲线进行了表征。结果表

5、明：所制备的ZnO薄膜表面较平整光滑、结晶性能好；所制备的ZnOTFT显示出典型的n沟道晶体管特性，当源漏极电压为8V时其输出电流达到饱和。2.ZnO/BNT铁电TFT的制备与表征以(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)为绝缘层材料，采用PLD方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了ZnO/BNT铁电TFT；并对所制备的TFT的电滞回线(P-V)、输出特性、转移特性和保持性能进行了测试分析。结果表明：ZnO/BNT铁电TFT的P-V曲线表现出明显的不对称展宽，这说明ZnO的极性对BNT薄膜的极化有一定的影响；所制备的ZnO/BNTTFT显示出较好的输出

6、特性和转移特性，其阈值电压、沟道迁移率、存27储窗口和开关电流比分别达到了1.3V、3.5cm/Vs、3.9V和8×10；经24h保持时7间后，开关电流比依然保持在10，说明所制备的ZnO/BNT铁电TFT的具有良好的保持特性，这主要归功于ZnO薄膜和BNT薄膜的极化耦合作用。3.PZT/ZnO铁电晶体管电学特性的理论模拟考虑ZnO的固有极性，基于Miller极化模型和MOS的半导体输运理论，采用Matlab软件，模拟了PZT/ZnO晶体管(MFZFET)和PZT/Si晶体管(MFSFET)的电容-电压曲线、输出特性曲线和保持性能，研究了ZnO的固有极性和

7、铁电薄膜的极化强度对MFZFET存储窗口的影响。结果表明：相比MFSFET，MFZFET具有更宽的存储窗口、更好的保持特性和更大的开态电流，MFZFET开态电流约为MFSFET开态电流的10倍，这些特性的提高主要来源于ZnO的固有极性的影响。关键词：铁电存储器；薄膜晶体管；极化耦合；转移特性；保持特性I摘要AbstractInthispaper,basedonthepreviousresearchoftheFieldeffecttransistor(FeFET)inFerroelectricrandommemory(FeRAM)andthethinfilm

8、transistor(TFT),wefabricatedanove