[發明專利]包括不對稱鐵電器件對的計算單元及其形成方法

在審

• 申請號: 202210126579.0
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114758694A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 姜慧如;林仲德
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: G11C11/22
• 分類號: G11C11/22
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 陳蒙

1.一種鐵電器件，包括鐵電計算單元，所述鐵電計算單元包括：

第一鐵電開關器件，所述第一鐵電開關器件包括第一鐵電材料部分并且生成數字輸出信號，所述第一鐵電材料部分具有第一面積尺寸且設置在第一柵極電極和第一電流溝道之間，并且所述第一鐵電材料部分根據所述第一柵極電極處的第一偏置電壓來調節所述第一電流溝道的電導率；以及

第二鐵電開關器件，所述第二鐵電開關器件包括第二鐵電材料部分并且生成模擬輸出信號，所述第二鐵電材料部分具有大于所述第一面積尺寸的第二面積尺寸且設置在第二柵極電極和第二電流溝道之間，并且所述第二鐵電材料部分根據所述第二柵極電極處的第二偏置電壓來調節所述第二電流溝道的電導率，

其中，所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的一者的輸出節點電連接到所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的另一者的柵極電極。

2.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中，所述第一鐵電開關器件具有隨機開關特性，其中在所述第一偏置電壓的輸入電壓范圍內，所述數字輸出信號的確定是概率性的。

3.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中，所述數字輸出信號選自不超過四個離散輸出信號的集合。

4.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中：

所述第一鐵電材料部分包括鐵電材料域，所述鐵電材料域中具有相同的鐵電極化并且占據所述第一鐵電材料部分的整個體積的至少80％；并且

所述第二鐵電材料部分包括至少五個鐵電材料域，所述至少五個鐵電材料域占據小于所述第二鐵電材料部分的整個體積的25％的相應體積。

5.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中，所述第一鐵電材料部分和所述第二鐵電材料部分具有相同的厚度和相同的材料成分。

6.根據權利要求5所述的鐵電器件，其中，所述第二面積尺寸與所述第一面積尺寸的比率在4至1000的范圍內。

7.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中：

所述第一鐵電開關器件包括第一場效應晶體管，其中所述第一電流溝道是第一半導體溝道，并且所述第一鐵電材料部分是第一柵極電介質的一部分；并且

所述第二鐵電開關器件包括第二場效應晶體管，其中所述第二電流溝道是第二半導體溝道，并且所述第二鐵電材料部分是第二柵極電介質的一部分。

8.根據權利要求1所述的鐵電器件，其中：

所述第一電流溝道包括第一基質材料層，所述第一基質材料層包括第一電解質并與所述第一鐵電材料部分接觸；并且

所述第二電流溝道包括第二基質材料層，所述第二基質材料層包括第二電解質并與所述第二鐵電材料部分接觸。

9.一種包括計算單元的器件，所述計算單元包括：

數字輸出開關器件，生成數字輸出信號并且包括第一電流溝道，所述第一電流溝道根據位于所述第一電流溝道附近的第一柵極電極處的第一偏置電壓來提供經調節的電導率；以及

模擬輸出開關器件，生成模擬輸出信號并且包括第二電流溝道，所述第二電流溝道根據位于所述第二電流溝道附近的第二柵極電極處的第二偏置電壓來提供經調節的電導率，

其中，所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的一者的輸出節點電連接到所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的另一者的柵極電極。

10.一種制造包括鐵電計算單元的鐵電器件的方法，包括：

在襯底之上形成包括響應于外部電場而移動的電荷載流子的電流溝道材料層；

在所述電流溝道材料層之上形成鐵電材料層和柵極電極層；

將所述柵極電極層和所述鐵電材料層圖案化為第一柵極電極和第一鐵電材料部分的第一柵極堆疊以及第二柵極電極和第二鐵電材料部分的第二柵極堆疊，其中，所述電流溝道材料層的位于所述第一鐵電材料部分之下的部分包括第一電流溝道，并且所述電流溝道材料層的位于所述第二鐵電材料部分之下的部分包括第二電流溝道；以及

通過將所述第一電流溝道、所述第二電流溝道、所述第一柵極電極和所述第二柵極電極進行電連接，來形成包括第一鐵電開關器件和第二鐵電開關器件的鐵電計算單元，其中：

所述第一鐵電開關器件生成數字輸出信號；

所述第二鐵電開關器件生成模擬輸出信號；并且

所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的一者的輸出節點電連接到所述第一鐵電開關器件和所述第二鐵電開關器件中的另一者的柵極電極。