【器件论文】基于非晶氧化镓的 FEOL 和 BEOL 铁电场效应晶体管（FET）建模：采用金属中间层实现短沟道器件的多电平工作

        由意大利乌迪内大学的研究团队在学术期刊 IEEE Journal of the Electron Devices Society 发布了一篇名为 Modelling of FEOL and BEOL Amorphous Gallium Oxide-based Ferroelectric FETs with a Metal Interlayer for Multilevel Operation in Short Channel Devices（基于非晶氧化镓的 FEOL 和 BEOL 铁电场效应晶体管（FET）建模：采用金属中间层实现短沟道器件的多电平工作）的文章。

摘要

        铁电场效应晶体管（FeFET）是实现神经形态计算中人工突触的最有前景的候选器件之一。然而，其缩放带来了巨大挑战，因为对于具有激进横向缩放特性的器件，其多级行为受到两级或极少数级极化行为的阻碍。此外，铁电极化的切换和稳定，以及由此产生的器件操作，与栅极堆叠中高水平的电荷捕获密切相关，这限制了 FeFET 的可靠性并增加了其变异性。在本研究中，该团队通过校准的 TCAD 模拟，研究了在栅极堆叠中集成金属中间层 FeFET。FeFET 的设计使得通过适当偏置器件，金属中间层能够通过介电层中的电荷隧穿而带电。该团队首先研究了一种传统的前端工艺实现，包括一个具有铁电极化铪锆氧化物和介电氧化铪的栅极堆叠、一个单晶硅沟道以及高掺杂源极和漏极口袋的激进缩放FeFET。然后，该团队考虑了一种后端工艺兼容的器件结构，该结构采用轻掺杂非晶氧化镓沟道材料，并带有肖特基型钨接触。该团队证明，对于这两种架构，即使介电堆叠中的电荷捕获可忽略不计，金属中间层中的电荷也能有效稳定铁电极化。此外，铁电极化与金属中间层中电荷之间的相互作用使得即使在铁电极化均匀的情况下，也能实现多级操作。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/JEDS.2026.3697979