多态、超薄、BEOL 兼容的 AlScN 铁电二极管
材料科学
2024-03-20 v1 介观与纳米尺度物理
其他凝聚态物理
应用物理
摘要
数据生成的增长需要高效的数据处理技术，以解决传统计算机架构中的冯·诺依曼瓶颈。内存驱动计算将非易失性存储器（NVM）设备集成在 3D 堆栈中，正受到关注，而 CMOS 后道工序（BEOL）兼容的铁电（FE）二极管因其两端子设计和固有的无选择器特性，便于实现高密度交叉开关阵列，成为理想选择。在此，我们展示了 BEOL 兼容、高性能的 FE 二极管，其尺寸缩小至 5、10 和 20 nm 的 FE Al0.72Sc0.28N/Al0.64Sc0.36N 薄膜。通过界面层（IL）工程，我们在这些缩小尺寸的器件中展示了 ON/OFF 比（>166 倍）和整流比（>176 倍）的显著提升。卓越的特性还实现了具有稳定保持力的 5 比特多态操作。我们还通过实验和理论证明了包含 IL 可以导致器件铁电开关电压降低这一反直觉的结果。我们对器件输运机制进行了深入分析，并且我们的紧凑模型与实验结果无缝吻合。我们的结果表明，使用缩小尺寸的 AlxSc1-xN FE 二极管实现高性能、低功耗嵌入式 NVM 是可能的。
引用
@article{arxiv.2403.12361,
title = {Multi-State, Ultra-thin, BEOL-Compatible AlScN Ferroelectric Diodes},
author = {Kwan-Ho Kim and Zirun Han and Yinuo Zhang and Pariasadat Musavigharavi and Jeffrey Zheng and Dhiren K. Pradhan and Eric A. Stach and Roy H. Olsson and Deep Jariwala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.12361},
year = {2024}
}