[📚세미피디아] Fe FET란?

 

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https://en.wikipedia.org/wiki/Fe_FET

https://www.youtube.com/watch?v=1uEvZ2qkYEg&pp=ygUGZmUgZmV0

FeFET란?

강유전 전계 효과 트랜지스터 (Fe FET)는 물질이 게이트 전극과 소스-드레인 전도 영역(채널) 사이에 끼워져 있는 전계 효과 트랜지스터의 한 종류이다. 강유전체 내의 영구 전기장 분극화로 인해 이 유형의 장치는 전기적 바이어스가 없어도 트랜지스터의 상태(켜짐 또는 꺼짐)를 유지할 수 있다.

FeFET 기반 장치는 FeFET - 메모리 단일 트랜지스터 비휘발성 메모리의 한 종류 - 에 사용된다.

 

설명

1955년, Ian Munro Ross가 FeFET 또는 MFSFET을 위한 특허를 출원했다. 그 구조는 현대의 역전 채널 MOSFET과 유사했지만, 산화물 대신 강유전 물질을 유전체/절연체로 사용했다. 1963년 Moll과 Tarui가 박막 트랜지스터를 이용한 강유전체(트리글리신 황산염) 기반 고체 상태 메모리를 제안했다. 1960년대에 더 많은 연구가 이루어졌지만, 당시 박막 기반 장치의 보유 특성은 만족스럽지 않았다. 초기 전계 효과 트랜지스터 기반 장치는 비스무스 티타네이트(Bi4Ti3O12) 강유전체, 또는 Pb1-xLnxTiO3 (PLT) 및 관련 혼합 지르코네이트/티타네이트(PLZT)를 사용했다. 1980년대 후반 강유전 RAM이 개발되었는데, 강유전 박막을 커패시터로 사용하고 이를 어드레싱 FET에 연결했다.

FeFET 기반 메모리 장치는 강유전체의 항전압 이하의 전압을 사용하여 읽힌다.

실용적인 FeFET 메모리 장치를 구현하는 데 관련된 문제에는 (2006년 기준) 강유전체와 게이트 사이에 고유전율이면서 고절연성인 층 선택, 강유전체의 높은 잔류 분극 문제, 제한적인 보유 시간(약 며칠, 필요한 10년과 대조됨) 등이 있다.

적절하게 강유전체 층을 조정할 수 있다면 FeFET 기반 메모리 장치도 MOSFET 장치처럼 축소(크기 감소)될 것으로 예상되지만, 약 20 nm의 가로 크기 제한이 있을 수 있다(초상자성 한계, 즉 강유전 한계). 특성 축소에 따른 다른 과제로는 필름 두께 감소로 인한 추가적인(바람직하지 않은) 분극 효과, 전하 주입, 그리고 누설 전류 등이 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=fq7M6jnO5Y8&pp=ygUGZmUgZmV0

 

연구 및 개발

트랜지스터 FeRAM 셀의 구조

2017년에는 FeFET 기반 비휘발성 메모리가 22nm 노드에서 산화물 절연체 위 완전히 고갈된 실리콘(FDSOI CMOS)을 사용하여 구현되었다고 보고되었다. 여기서 강유전체로 하프늄 이산화물(HfO2)이 사용되었으며, 가장 작은 FeFET 셀 크기는 0.025 μm2이었다. 이 장치들은 32Mbit 배열로 제작되었고 약 10ns 지속시간의 설정/재설정 펄스를 4.2V에서 사용했다. 이 장치들은 105 사이클의 내구성과 최대 300°C까지의 데이터 보유 특성을 보였다.

2017년 기준, 스타트업 기업 Ferroelectric Memory Company는 하프늄 이산화물 기반의 FeFET 메모리를 상업화 제품으로 개발하려 시도하고 있다. 이 회사의 기술은 현대적인 공정 노드 크기로 스케일링될 수 있으며 HKMG와 같은 현대 생산 공정에 통합될 수 있다고 주장된다. 또한 단 두 개의 추가 마스크만으로도 기존 CMOS 공정에 쉽게 통합될 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=3Ny3wzw0ke0&pp=ugMICgJrbxABGAHKBQZmZSBmZXQ%3D

관련항목

강유전 RAM: 기존 DRAM 구조의 커패시터에 강유전 물질을 사용한 RAM

Ferroelectric RAM - Wikipedia

Ferroelectric RAM - Wikipedia

 

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