Effect of insulator layers on ferroelectric polarization switching dynamics in HfO2-based-metal-ferroelectric-insulator-semiconductor capacitors
하프늄옥사이드 기반 MFIS 축전기에서 절연층이 강유전 분극 스위칭 동역학에 미치는 영향
- 주제어 (키워드) HfO2-based ferroelectric , Ferroelectirc memory , FeFET , MFIS capacitor , ferroelectric polarization switching dynamics , piezoresponse force microscopy , HfO2기반 강유전체 , 강유전체 메모리 , 강유전체 전계 효과 트랜지스터 , MFIS 축전기 , 강유전 분극 스위칭 동역학 , 압전감응 힘 현미경
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 양상모
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066568
- UCI I804:11029-000000066568
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
The HfO2-based ferroelectrics discovered in 2011 has many advantages over conventional ferroelectrics.such as SrBi2Ta3O9 and Pb(ZrxTi1-x)O3. Its advantages include good complementary metal oxide semiconductor compatibility, large bandgap, and ferroelectricity even in thin films thinner than a few nanometers. For this reason, many studies have been conducted on memories using HfO2-based ferroelectrics. Among them, The one transistor structure ferroelectric field effect transistor (FeFET) has a great advantage in terms of integration compared to the one transistor – one capacitor structure ferroelectric random access memory (FeRAM). Because of this advantage, FeFET has been actively studied. The metal ferroelectirc insulator semiconductor (MFIS) structure is the basis of the FeFET structure, so investigating the ferroelectric polarization switching dynamics in the MFIS capacitor structure will be of great help in understanding the operation of the FeFET. In this study, MFIS capacitors with two different insulator layers were studied, and the two insulators were 1.6-nm-thick SiO2 and 2.7-nm-thick SiON. To investigate the ferroelectric polarization switching dynamics of these MFIS capacitors, various electrical measurements such as polarization-voltage hysteresis loop, capacitace, and switching current and piezoresponse force microscopy were conducted. Through these experiments, it was confirmed that the polarization switching dynamics in the sample have different tendencies depending on the electric field applied to the insulator layer. Therefore, the effect of the insulator layer on the MFIS structure is studied. And through these studies, we suggest how to engineer insulator layer to help improve FeFET performance.
more초록 (요약문)
2011년 발견된 HfO2기반 강유전체는 우수한 CMOS 호환성과 큰 밴드갭, 그리고 수 나노미터 두께의 박막에서도 강유전성을 보인다는 점에서 SrBi2Ta3O9 및 Pb(ZrxTi1-x)O3 등의 전통적인 강유전체와 비교해 많은 이점이 있다. 그렇기 때문에 HfO2기반 강유전체를 활용한 메모리에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 1개의 트랜지스터 -1개의 축전기 구조인 강유전 랜덤 액세스 메모리에 비해 집적도에 큰 이점이 있는 1개의 트랜지스터의 구조인 강유전 전계 효과 트랜지스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. metal ferroelectirc insulator semiconductor (MFIS) 구조는 강유전 전계 효과 트랜지스터의 기반이 되는 구조이고, 따라서 MFIS 축전기 구조에서 분극 반전 동역학을 연구하는 것이 강유전 전계 효과 트랜지스터 동작을 이해함에 있어 큰 도움이 될 것이다. 본 연구에서는 두 가지의 다른 절연막을 갖는 MFIS 축전기에 대해 연구하였고, 그 두 가지의 절연막은 1.6 nm SiO2와 2.7nm SiON이다. 그리고 이러한MFIS 축전기의 강유전 분극 반전 동역학을 연구하기 위해 polarization-voltage hysteresis loop, capacitace, switching current 등의 다양한 전기적인 측정과 압전감응 힘 현미경 등의 실험을 진행하였다. 이러한 실험을 통해 절연막에 걸리는 전기장에 따라 샘플에서의 분극 반전 동역학이 다른 경향을 띤다는 것을 확인하였다. 따라서 절연막이 MFIS구조에 미치는 영향을 연구했다. 이 결과를 바탕으로 절연막을 어떻게 엔지니어링 해야 강유전 전계 효과 트랜지스터의 퍼포먼스 향상에 있어 도움이 될 수 있는지 연구하였다.
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