【器件论文】基于 HZO/β-Ga₂O₃ 三维 FinFET 的增强电学性能助力高感知突触器件应用

        由韩国全北国立大学的研究团队在学术期刊 Materials Science in Semiconductor Processing  发布了一篇名为 Enhanced electrical performances with HZO/β-Ga₂O₃ 3D FinFET toward highly perceptual synaptic device application（基于 HZO/β-Ga₂O₃ 三维 FinFET 的增强型电学性能，面向高度感知性突触器件应用）的文章。

摘要

        本研究展示了一种新型高性能铁电FinFET (Fe-FinFET)，首次将超宽禁带 (UWBG) β相氧化镓 (β-Ga₂O₃) 沟道与原子层沉积 (ALD) 氧化铪锆 (HZO) 铁电层集成，并通过实验验证了该坚固 β-Ga₂O₃ 平台在存储应用中的有效性。与传统平面铁电场效应晶体管（FeFET）相比，Fe-FinFET 在传输特性中呈现出明显更宽的逆时针滞回环，仅通过单层 HZO 即可实现 13.9 V 的大存储窗口（MW）。经实际沟道宽度归一化后，Fe-FinFET 的 I_ON/I_OFF 比提升至 2.3×10⁷，亚阈值摆幅达 110 mV/dec； Y 函数分析法进一步表明其本征迁移率提升至 4.25×10² cm²/Vs。通过 Sentaurus TCAD 验证了铁电层跨电场增强极化效应，该结论同时得到正反向扫描方向提取的界面陷阱密度 (D_it) 能量依赖分布数据支持。经 5×10⁶ 次编程/擦除（PGM/ER）循环后，阈值电压稳定维持在 9.2 V，数据保持时间达 3 × 10⁴ 秒且退化程度极低。为验证其作为人工突触的潜力，训练了卷积神经网络（CNN），实现了 91.7% 的准确率。这些结果确立了 HZO/β-Ga₂O₃ 铁鳍栅场效应晶体管作为耐高压非易失性存储器件的有力候选者，该器件同时具备突触功能，适用于类脑应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mssp.2025.110104