Überprüfung des Vth-Fensters und der Zuverlässigkeit in HfO2 FeFET basierend auf der direkten Extraktion von spontaner Polarisation und Fangladung während des Speicherbetriebs

Wir überprüfen die dominierenden Faktoren des Speicherfensters (MW) und der Zuverlässigkeit von HfO2 FeFET unter Verwendung einer neuen Technik, um sowohl die spontane Polarisation (Ps) als auch die Schnittstellenspeicherladungen (Qt) durch eine einmalige Strommessung eines FeFET während des Speicherbetriebs zu extrahieren. Die Eigenschaften von FeFET werden stark von instabilem Qt (nicht ferroelectric) beeinflusst, was zu einer Vth-Instabilität direkt nach der Programmierung führt, und stabilem Q1, das den Großteil des durch Ps erzeugten elektrischen E-Felds kompensiert. Stabiles Qt ist mit Ps in einem konstanten Verhältnis (~90%) gekoppelt und reduziert MW auf einen Wert, der wesentlich unter dem Limit der nötigen Coercive-Spannung (Vc) liegt. Im Gegensatz zum konventionellen Modell sind Ps-Zunahme und -Stabilisierung nach wie vor effektiv zur Verbesserung von MW und Retention. Während des Betriebs wird MW durch die Reduktion von Ps sowie die Erhöhung des Kompensationsverhältnisses (Qt/Ps) beeinträchtigt, was durch die Unterdrückung der Ladungsinjektion/-ejektion über die interfaciale SiO2 gemildert werden kann.