可重构单壁碳纳米管铁电场效应晶体管阵列

可重构器件因需要更少的组件即可实现与传统CMOS技术类似的电路功能而受到广泛关注，这有助于缓解CMOS技术的缩放要求。先前的工作需要在除主要栅极终端之外的额外栅极终端施加连续电压，这削弱了可重构器件在实现紧凑和高效集成电路方面的优势。本文基于单栅极场效应晶体管（FET）架构实现了可重构器件，通过将由高度对齐的单壁碳纳米管（SWCNT）单层薄膜组成的半导体通道与铁电AlScN栅介电层集成，全部兼容CMOS后段工艺。我们在约1 cm²面积、约735个器件的阵列中实现了这些SWCNT铁电FET（FeFET），并在阵列整个范围内实现器件特性的高空间均匀性。器件表现出双电导特性，具有高通过电流和通过/阻值比超过10^5，显示出电子和空穴导电之间的优秀平衡（在3 V漂压电压下为270 μA/μm）。当作为非易失存储器时，SWCNT FeFET在空穴和电子导电区域分别显示出0.26 V/nm和0.08 V/nm的大内存窗口，同时表现出优异的保存性能（最长可达10^4秒）。通过切换AlScN中的自发极化并在制裁电压以下运行晶体管，还实现了在p-FET和n-FET模式之间的重复重构。我们通过电路仿真显示，可重构SWCNT晶体管可实现远少于基于硅CMOS技术或基于阻变非易失器件的电路来实现的三值内容寻址存储器（TCAM）。