负电容模型的有效性及适用性及其对 MOS 应用的启示
介观与纳米尺度物理
2018-07-27 v3
摘要
在栅叠层中含铁电（FE）层或与栅串联的 MOSFET 中观测到室温下亚 60 mV/dec 亚阈值摆幅（SS），已引起广泛关注。近来，我们在铁电极化翻转模型框架下对该效应进行了建模。然而，大量文献将此效应归因于 FE 中准静态（QS）负电容（NC）的稳定化。稳定化的非翻转（NS）QSNC 模型与 FE 翻转模型的技术含义截然不同；后者因速度限制与翻转功耗而排除了在亚 60 mV/dec SS 缩放 CMOS 中的应用。在本快报中，我们提供详尽分析以评估 QSNC 模型的基础，辨识哪些具体假设（ansatz）可能不合理或非物理，并分析其适用性。我们表明，对于两个分离电容串联（在介电（DE）层与 FE 层间有金属板）的情形，期望出现 QSNC 是不合理的。我们提出一个模型，阐明在何种条件下可在 FE-DE 双层叠层中观测到 FE 层的 QS“表观 NC”，量化了除电容匹配外还需强界面极化耦合的要求。在此 regime 下，我们的模型表明 FE 层并不表现为 NC 层，而仅是耦合导致 DE 与 FE 均表现为具有相似介电常数的高 k DE。这可能有益于缩放 EOT 器件，但不会导致亚 60 mV/dec SS。
引用
@article{arxiv.1805.01145,
title = {On the Validity and Applicability of Models of Negative Capacitance and Implications for MOS Applications},
author = {J. A. Kittl and B. Obradovic and D. Reddy and T. Rakshit and R. M. Hatcher and M. S. Rodder},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.01145},
year = {2018}
}
备注
Version published in Appl. Phys. Lett