Das Potential von NC-FETs

18. März 2019, 12:28 Uhr
Features von NC-FETs. Bild: P. Ye, APL / Purdue University
Features von NC-FETs. Bild: P. Ye, APL / Purdue University
Zunächst stellt sich selbst für die meisten Elektroniker die Frage: Was ist eigentlich ein NC-FET?
Die Antwort: Dieser Transistor-Typ hat eine ferroelektrische Schicht aus z.B. Hf02 innerhalb des Gate-Stacks, die es ermöglichen könnte, die bisherige Schwelle von 60 mV/Dekade bei der Steilheit von MOSFETs bei Raumtemperatur zu durchbrechen. Angesichts dieses Potenzials bestand für Peide Ye von der Purdue University die Notwendigkeit einer systematischen Analyse dieses Konzepts. Dabei wurde festgestellt, dass die Daten verschiedener damit beschäftigter Forschergruppen sehr weit streuen und dass die Forscher zur Beschreibung sehr unterschiedliche Verfahren einsetzen. Die vorhandenen Datensätze mussten deshalb besonders tiefgreifend analysiert werden.

Ye und Kollegen haben ihre Resultate in einem Artikel mit dem Titel „A critical review of recent progress on negative capacitance field-effect transistors“ in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht. In diesem Artikel wurden die folgenden Fragen beleuchtet:
  • Was hat es mit negativen Kondensatoren auf sich?
  • Kann ein ferroelektrischer Kondensator oder FET aufgrund der Domänendynamik eine negative Kapazität aufweisen und sind die erfolgten Experimente schlüssig?
  • Auch wenn es gelingt, ferroelektrisches Dielektrikum im negativen Kapazitätszustand zu stabilisieren, sind die Abmessungen auch für Transistoren unterhalb einer Strukturbreite von 5 nm geeignet?
  • Würden diese Transistoren schnell genug umschalten?
  • Angesichts der besonderen Physik des Gate-Stacks: Ist diese Technologie zuverlässig und immun gegen dielektrischen Durchbruch am Gate, Temperaturinstabilität der negativen Vorspannung, Hot-Carrier-Degradation  und weiteren Aspekten?
     
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