[發明專利]一種用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法

有效

• 申請號: 202211053789.8
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115112990B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 程然;孫穎;陳冰
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;浙江大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R31/26;G06F17/11
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開一種用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法，所述方法通過對待測鐵電器件施加脈沖電壓信號，讀取鐵電層電流和電壓反饋信號，通過積分計算獲得鐵電極化強度，結合朗道·卡拉特尼科夫方程，消除朗道·德文希爾系數，得到朗道·卡拉特尼科夫簡化方程；基于朗道·卡拉特尼科夫簡化方程計算不同極化強度對應的阻尼因子。本發明方法通過朗道·卡拉特尼科夫方程和簡化方程可以獲得獨立于測試頻率和極化強度的動態阻尼因子，并且修正朗道·卡拉特尼科夫方程消除了未知朗道·德文希爾系數帶來的不確定性，是評估鐵電動態翻轉特性的有效方法。

技術領域

本發明屬于半導體器件電學測試領域，具體涉及一種用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法。

背景技術

自從氧化鉿(HfO₂)薄膜中發現鐵電特性以來，研究發現基于氧化鉿薄膜的鐵電場效應晶體管(FeFET)技術在內存計算應用中具有低功耗、高速讀取、非破壞性讀出操作、高集成密度和邏輯應用的優點。然而，當在時鐘速度為GHz級的互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路集成時，由于鐵電翻轉可能無法達到超快的時鐘速度，這些鐵電器件的動態開關行為需要進行進一步研究。在動態開關過程中，鐵電薄膜中的偶極子存在不可忽略的阻尼效應，導致對周期輸入電壓信號的反相響應。動態阻尼因子ξ_FE是確定鐵電場效應晶體管最大工作頻率和最小功耗的重要參數，為了評價鐵電場效應晶體管器件的速度響應特性需要研究提取該參數。

據報道，模擬仿真和實驗計算兩種方法都可以基于朗道·卡拉特尼科夫Landau-Khalatnikov理論得到鐵電介質的阻尼因子。模擬仿真方法是通過改變ξ_FE值來擬合電流-時間曲線與實測數據。但是，由于測量數據的不理想性和模型的“不太”準確使得仿真結果與實驗結果的擬合不完美，所以該方法對ξ_FE的估計不準確。實驗計算方法是基于動態ξ_FE阻尼因子不隨翻轉速度的變化而變化的假設來獲得ξ_FE，而在實際應用中，基于高-κ的鐵電介質可能不符合這一假設。因此，亟需提出一種用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法

發明內容

本發明的目的在于針對現有動態阻尼因子提取方法中存在的不足問題，在脈沖鐵電電學特性測試過程中，提供一種簡單有效的應用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：本發明實施例提出了一種用于提取鐵電材料動態阻尼因子的方法，所述方法具體包括以下步驟：

（1）通過信號發生器向待測鐵電電容器的一端施加脈沖測試所需幅度和頻率的輸入脈沖電壓信號V_in，并通過示波器一通道采集輸入脈沖電壓信號V_in

（2）通過示波器二通道采集經過待測鐵電電容器的輸出脈沖電壓信號V_out；

（3）計算流經待測鐵電電容器的電流I_FE與壓降V_FE；

（4）對通過待測鐵電電容器的電流I_FE從t = 0開始到鐵電電容器電壓降達到V_FE的時間進行積分，得到被測鐵電電容器的極化強度；