Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск

Сегнетоэлектрическая память: современное производство и исследования

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-5-44-67

Полный текст:

Аннотация

Полупроводниковая индустрия остро нуждается в новых видах запоминающих устройств, сочетающих скоростные характеристики оперативной памяти с энергонезависимостью Flash памяти. Такая универсальная память должна обладать неограниченным числом циклов записи/чтения, низким энергопотреблением и стоимостью, обеспечивать высокую плотность записи информации и потенциал к дальнейшему масштабированию. Сегнетоэлектрическая память FRAM уже более 20 лет рассматривается в качестве одного из кандидатов на роль универсальной памяти. Зарядовый принцип записи, основанный на переключении вектора спонтанной поляризации, обеспечивает высокую энергоэффективность, наряду с энергонезависимостью, высокими скоростями, практически неограниченным числом циклов записи/чтения, длительным временем хранения, а также стойкостью к воздействию специальных факторов. Однако, обладая значительным потенциалом, сегнетоэлектрическая память все еще не заняла значительной доли рынка энергонезависимых запоминающих устройств в связи с проблемами достижения высоких уровней интеграции. В работе представлен анализ современного состояния производства FRAM. Исследована структура сегнетоэлектрических конденсаторов и ячеек памяти основных производителей коммерчески доступных FRAM – компаний Texas Instruments, Cypress Semiconductor, Fujitsu и Lapis Semiconductor, проведено сравнение полученных результатов с данными производителей. Все ячейки памяти используют сегнетоэлектрический конденсатор на основе слоя цирконата-титаната свинца PZT толщиной около 70 нм и электродов из IrOx/Ir или Pt. Передовым технологическим процессом производства FRAM устройств остается 130 нм КМОП процесс, используемый на фабах Texas Instruments. Обсуждаются возможные пути преодоления проблем скейлинга и дальнейшего развития технологии сегнетоэлектрических устройств, включая ALD-технологии создания бинарных сегнетоэлектриков, пьезоэлектронные транзисторы, структуры на основе двумерных полупроводников и пр. Удастся ли FRAM технологии расширить область применений и разрешить одно из основных противоречий современных вычислительных устройств между быстродействующим процессором и относительно медленной памятью, зависит от решения вопросов интеграции новых технологических решений.

Об авторах

Д. А. Абдуллаев
МИРЭА – Российский технологический университет; Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН
Россия

Абдуллаев Даниил Анатольевич, кандидат технических наук, младший научный сотрудник Института нанотехнологий микроэлектроники РАН; стажер-исследователь НОЦ «Технологический центр» ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический уни- верситет». ResearcherID: AAO-5932-2020; Scopus Author ID: 56741027200

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 32А
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



Р. А. Милованов
МИРЭА – Российский технологический университет; Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН
Россия

Милованов Роман Александрович, кандидат технических наук, заместитель начальника физико-технологического отдела Института нанотехнологий микроэлектроники РАН; старший научный сотрудник УНО «Электроника» ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет». Scopus Author ID: 55794840600

119991, Москва, Ленинский проспект, д. 32А
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



Р. Л. Волков
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Россия

Волков Роман Леонидович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии, старший преподаватель кафедры общей физики. ResearcherID: C-8431-2017; Scopus Author ID: 52564796300

124498, Москва, Зеленоград, Площадь Шокина, д. 1



Н. И. Боргардт
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Россия

Боргардт Николай Иванович, доктор физико-математических наук, профессор, начальник научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии, руководитель Центра коллективного пользования «Диагностика и модификация микроструктур и нанообъектов», заведующий кафедры общей физики. ResearcherID: I-7869-2014; Scopus Author ID: 6603557021

124498, Москва, Зеленоград, Площадь Шокина, д. 1



А. Н. Ланцев
ЗАО Скан
Россия

Ланцев Андрей Николаевич, генеральный директор

119330, Москва, ул. Дружбы, д. 10Б




К. А. Воротилов
https://www.researchgate.net/profile/Konstantin_Vorotilov
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Воротилов Константин Анатольевич, доктор технических наук, профессор, директор НОЦ «Технологический центр». ResearcherID A-3331-2011; Scopus Author ID: 7004711340

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



А. С. Сигов
https://www.researchgate.net/profile/A_Sigov
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Сигов Александр Сергеевич, академик РАН, президент. ResearcherID L-4103-2017; Scopus Author ID: 35557510600

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



Список литературы

1. Милованов Р.А., Келм Е.А. Структура ячеек энергонезависимой памяти типа EEPROM и Flash. Нано- и Микросистемная техника. 2015;4(177):45-59.

2. Defaÿ E. Ferroelectric dielectrics integrated on silicon. N.Y.: John Wiley & Sons, 2013. 448 p.

3. Воротилов К.А., Мухортов В.М., Сигов А.С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства. М.: Энергоатомиздат, 2011. 175 с. ISBN 978-5-283-00872-1

4. Воротилов К.А., Сигов А.С. Сегнетоэлектрические запоминающие устройства. Физика твердого тела. 2012;54(5):843-848.

5. Воротилов К.А., Сигов А.С. Сегнетоэлектрические запоминающие устройства: перспективные технологии и материалы. Нано- и Микросистемная техника. 2008;10(99):30-42.

6. Rodriguez J., Remack, K., Gertas, J., Wang L., Zhou C., Boku K., Rodriguez-Latorre J., Udayakuma, K.R., Summerfelt S., Moise T., Kim D., Groat J., Eliason J., Depner M., Chu F. Reliability of Ferroelectric Random Access memory embedded within 130nm CMOS. In: 2010 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS). 2010. P. 750-758. https://doi.org/10.1109/IRPS.2010.5488738

7. FRAM Guide Book. 5th Edition. Fujitsu Lmtd. Electronic Devices. 2005. 57 p.

8. Meena J.S., Sze S.M., Chand U.Ch., Tseng T.-Y. Overview of emerging nonvolatile memory technologies. Nanoscale research letters. 2014;9(526):1-33. https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-526

9. Emerging Non-Volatile Memories. Yole Developpement SARL. 2013. 16 p.

10. Emerging Memory (STT-MRAM, PCRAM, ReRAM, 3D XPointTM) Technology/Products Roadmap. TechInsights Inc. 2017. 12 p.

11. Handbook of Nanomagnetism: Applications and Tools, R.A. Lukaszew (Ed.)., New York , Taylor and Francis, 2015. 304 p. https://doi.org/10.1201/b18942

12. DRAM Technology/Products Roadmap. TechInsights Inc. 2017. 15 p.

13. Non-Volatile Ferroelectric Random Access Memory (FRAM). Fujitsu Lmtd. 2015. 5 p. https://www.fujitsu.com/us/Images/SPBG_FRAM_Overview_BR.pdf (дата обращения 18.08.2020)

14. Sayyah R., Macleod T.C., Ho F.D. Radiation-hardened electronics and ferroelectric memory for space flight systems. Ferroelectrics. 2011;413(1):170-175. https://doi.org/10.1080/00150193.2011.554145

15. Brewer S.J., Williams S.C., Griffin L.A., Cress C.D., Rivas M., Rudy R.Q., Polcawich R.G., Glaser E.R., Bassiri- Gharb N. Enhanced radiation tolerance in Mn-doped ferroelectric thin films. Appl. Phys. Lett. 2017;111(2):022906. https://doi.org/10.1063/1.4992791

16. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные материалы: пер. с англ.; под ред. В.В. Леманова и Г.А. Смоленского. М.: Мир, 1981. 736 c.

17. Барфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применения: пер. с англ.; под ред. Л.А. Шувалова. М.: Мир, 1970. 526 c.

18. Wu S.Y. A new ferroelectric memory device, metal-ferroelectric-semiconductor transistor. IEEE Trans. Electron Devices. 1974;21(8):499-504. https://doi.org/10.1109/T-ED.1974.17955

19. Zhang K. Embedded memories for nano-scale VLSIs. N.Y.: Springer; 2009. 400 p. ISBN 978-0-387-88497-4

20. Izyumskaya N., Alivov Ya., Morkoç H. Oxides, oxides, and more oxides: high-κ oxides, ferroelectrics, ferromagnetics, and multiferroics. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2009;34(3-4):89-179. https://doi.org/10.1080/10408430903368401

21. Izyumskaya N., Alivov Y-I., Cho S.-J., Morkoç H., Lee H., Kang Y.-S. Processing, Structure, Properties, and Applications of PZT Thin Films. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2007;32(3):111-202. https://doi.org/10.1080/10408430701707347

22. Setter N., Damjanovic D., Eng L., Fox G., Gevorgian S., Hong S., Kingon A., Kohlstedt H., Park N.Y., Stephenson G.B., Stolitchnov I., Taganstev A.K., Taylor D.V., Yamada T., Streiffer S. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications. J. Appl. Phys. 2006;100(5):051606. https://doi.org/10.1063/1.2336999

23. Eom C.B., Trolier-McKinstry S. Thin-film piezoelectric MEMS. MRS Bulletin. 2012;37(11):1007-1021.

24. Panda P.K., Sahoo B. PZT to Lead Free Piezo Ceramics: A Review. Ferroelectrics. 2015;474(1):128-143. https://doi.org/10.1080/00150193.2015.997146

25. Mousharraf A. Is PZT an environment friendly piezoelectric material? Materials Today;2012. https://www.materialstoday.com/characterization/comment/is-pzt-an-environment-friendly-piezoelectric-mater/

26. Siddiqi M.A. Dynamic RAM: Technology Advancements. N.Y.: CRC Press; 2012. 382 p. ISBN 9781138077058

27. Kim S.K., Lee S.W., Han J.H., Lee B., Han S.W., Hwang C.S. Capacitors with an equivalent oxide thickness of <0.5 nm for nanoscale electronic semiconductor memory. Adv. Funct. Mater. 2010;20(18):2989- 3003. https://doi.org/10.1002/adfm.201000599

28. Мироненко И.Г., Иванов А.А., Карманенко С.Ф., Семенов А.А., Назаров И.А. Сегнетоэлектрические пленки и устройства на сверх- и крайне высоких частотах. СПб.: Элмор., 2007. 162 с.

29. Мухортов В.М., Масычев С.И., Головко Ю.И., Чуб А.В., Мухортов Вл.М. Фазовращатель на щелевой линии, нагруженной варакторами на основе наноразмерных пленок титаната бария-стронция. Радиотехника и электроника. 2007;52(11):1402-1406.

30. Смоленский Г.А., Исупов В.А., Аграновская А.И. Новая группа сегнетоэлектриков (со слоистой струк- турой) I. Физика твердого тела. 1959;1(1):169-170.

31. Klee M., Mackens U., Pankert J., Brand W., Klee W. Science and technology of electroceramic thin films. O. Auciello and R. Waser (Eds.). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers; 1995. 99 p.

32. Fujii E.; Uchiyama K. First 0.18 μm SBT-based embedded FeRAM technology with hydrogen damage free stacked cell structure. Integr. Ferroelectr. 2003;53(1):317-323. https://doi.org/10.1080/10584580390258246

33. Wouters D. J., Maes D., Goux L., Lisoni J. G., Paraschiv V., Johnson J. A., Schwitters M., Everaert J.-L., Boullart W., Schaekers M., Willegems M., Vander Meeren H., Haspeslagh L., Artoni C., Caputa C., Casella P., Corallo G., Russo G., Zambrano R., Monchoix H., Vecchio G., Van Autryve L. Integration of SrBi2Ta2O9 thin films for high density ferroelectric random access memory. J. Appl. Phys. 2006;100:051603. https://doi.org/10.1063/1.2337359

34. Lee S.-S., Noh K.-H., Kang H.-B., Hong S.-K., Yeom S.-J., Park Y.-J. Characterization of Hynix 16M FERAM adopted novel sensing scheme. Integr. Ferroelectr. 2003;53(1):343-351. https://doi.org/10.1080/10584580390258264

35. Böscke T.S., Müller J., Bräuhaus D., Schröder U., Böttger U. Ferroelectricity in hafnium oxide thin films. Appl. Phys. Lett. 2011;99:102903. https://doi.org/10.1063/1.3634052

36. Polakowski P., Müller J. Ferroelectricity in undoped hafnium oxide. Appl. Phys. Lett. 2015;106(23):232905. https://doi.org/10.1063/1.4922272

37. Mueller S., Mueller J., Singh A., Riedel S., Sundqvist J., Schroeder U., Mikolajick T. Incipient ferroelectricity in Al‐doped HfO2 thin films. Adv. Funct. Mater. 2012;22(11):2412-2417. https://doi.org/10.1002/adfm.201103119

38. Chernikova A.G., Kuzmichev D.S., Negrov D.V., Kozodaev M.G., Polyakov S.N., Markeev A.M. Ferroelectric properties of full plasma-enhanced ALD TiN/La: HfO2/TiN stacks. Appl. Phys. Lett. 2016;108(24):242905. https://doi.org/10.1063/1.4953787

39. Müller J., Böscke T.S., Bräuhaus D., Schröder U., Böttger U., Sundqvist J., Kücher P., Mikolajick T., Frey L. Ferroelectric Zr0.5Hf0.5O2 thin films for nonvolatile memory applications. Appl. Phys. Lett. 2011;99(11):112901. https://doi.org/10.1063/1.3636417

40. Starschich S., Schenk T., Schroeder U., Boettger U. Ferroelectric and piezoelectric properties of Hf1-xZrxO2 and pure ZrO2 films. Appl. Phys. Lett. 2017;110(18):182905. https://doi.org/10.1063/1.4983031

41. Sang X., Grimley E.D., Schenk T., Schroeder U., LeBeau J.M. On the structural origins of ferroelectricity in HfO2 thin films. Appl. Phys. Lett. 2015;106(16):162905. https://doi.org/10.1063/1.4919135

42. Fan Z., Chen J., Wang J. Ferroelectric HfO2-based materials for next-generation ferroelectric memories. J. Adv. Dielectrics. 2016;6(2):1630003-11. https://doi.org/10.1142/S2010135X16300036

43. Park M.H., Lee Y.H., Kim H.J., Kim Y.J., Moon T., Kim K.D., Müller J., Kerch A., Schroeder U., Mikolajick T., Hwang, C.S. Ferroelectricity and Antiferroelectricity of Doped Thin HfO2‐Based Films. Adv. Mater. 2015;27(11):1811-1831. https://doi.org/10.1002/adma.201404531

44. Petrovsky V.I., Sigov A.S., Vorotilov K.A. Microelectronic applications of ferroelectric films. Integr. Ferroelectr. 1993;3(1):59-68. https://doi.org/10.1080/10584589308216700

45. Kawashima S., Cross J.S. FeRAM. In: (Ed.) K. Zhang. Embedded Memories for Nano-Scale VLSIs. N.Y.: Springer; 2009. P. 279-328. https://doi.org/10.1007/978-0-387-88497-4_8

46. ITRS Reports – International Technology Roadmap for Semiconductors. URL: https://www.semiconductors.org/wp-content/uploads/2018/06/0_2015-ITRS-2.0-Executive-Report-1.pdf (date of the application 18.08.2020).

47. Arimoto Y., Ishiwara H. Current status of ferroelectric random-access memory. MRS Bulletin. 2004;29(11):823-828. https://doi.org/10.1557/mrs2004.235

48. McAdams H.P., Acklin R., Blake T., Du X. H., Eliason J., Fong J., Kraus W.F., Liu D., Madan S., Moise T., Natarajan S., Qian N., Qiu Y., Ramack K.A., Rodriguez J., Roscher J., Seshadri A., Summerfelt S.R. A 64-Mb embedded FRAM utilizing a 130-nm 5LM Cu/FSG logic process. IEEE J. Solid-State Circ. 2004;39(4):667-677. https://doi.org/10.1109/JSSC.2004.825241

49. Moise T.S., Summerfelt S.R., McAdams H., Aggarwal S., Udayakumar K.R., Celii F.G., Martin J.S., Xing G., Hall L., Taylor K.J., Hurd T., Rodriguez J., Remack K., Khan M.D., Boku K., Stacey G., Yao M., Albrecht M.G., Zielinski E., Thakre M., Kuchimanchi S., Thomas A., McKee B., Rickes J., Wang A., Grace J., Fong J., Lee D., Pietrzyk C., Lanham R., Gilbert S.R., Taylor D., Amano J., Bailey R., Chu F., Fox G., Sun S., Davenport T. Demonstration of a 4 Mb, high density ferroelectric memory embedded within a 130 nm, 5 LM Cu/FSG logic process. In: International Electron Devices Meeting (IEDM'02). 2002. P. 535-538. https://doi.org/10.1109/IEDM.2002.1175897

50. Müller J., Polakowski P., Mueller S., Mikolajick T. Ferroelectric hafnium oxide based materials and devices: Assessment of current status and future prospects. J. Solid State Sci. Technol. 2015;4(5):N30-N35. http://dx.doi.org/10.1149/2.0081505jss

51. Muller J., Boscke T. S., Muller S., Yurchuk E., Polakowski P., Paul J., Martin D., Schenk T., Khullar K., Kersch A., Weinreich W., Riedel S., Seidel K., Kumar A., Arruda T. M., Kalinin S. V., Schlosser T., Boschke R., van Bentum R., Schroder U., Mikolajick T. Ferroelectric hafnium oxide: A CMOS-compatible and highly scalable approach to future ferroelectric memories. In: Electron Devices Meeting (IEDM). 2013 IEEE International. 2013. P. 10.8.1-10.8.4. https://doi.org/10.1109/IEDM.2013.6724605

52. Koo J.M., Seo B.S., Kim S., Shin S., Lee J.H., Baik H., Lee J.H., Lee J.H., Bae B.J., Lim J.E., Yoo D. Ch.,Park S.O., Kim H.S., Han H., Baik S., Choi Y.J., Park Y.J., Park Y. Fabrication of 3D trench PZT capacitors for 256Mbit FRAM device application. In: IEEE International Electron Devices Meeting-2005. IEDM Technical Digest. 4 р. https://doi.org/10.1109/IEDM.2005.1609345

53. Rodriguez J.A., Remack K., Boku K., Udayakumar K.R., Aggarwal S., Summerfelt S.R., Celii F.G., Martin S., Hall L., Taylor K., Moise T., McAdams H., McPherson J., Bailey R., Fox G., Depner M. Reliability properties of low- voltage ferroelectric capacitors and memory arrays. IEEE T. Device Mat. Re. 2004;4(3):436-449. https://doi.org/10.1109/TDMR.2004.837210

54. Kim K., Lee S. Integration of lead zirconium titanate thin films for high density ferroelectric random access memory. J. Appl. Phys. 2006;100(5):051604. https://doi.org/10.1063/1.2337361

55. Park Y., Lee J.H., Koo J.M., Kim S.P., Shin S., Cho Ch. R., Lee J.K. Preparation of Pb(ZrxTi1-x)O3 films on trench structure for high-density ferroelectric random access memory. Integr. Ferroelectr. 2004;66(1):85-95. https://doi.org/10.1080/10584580490894771

56. Shin S., Han H., Park Y.J., Choi J.Y., Park Y., Baik S. Characterization of 3D Trench PZT Capacitors for High Density FRAM Devices by Synchrotron X‐ray Micro‐diffraction. In: AIP Conference Proceedings. 2007;879(1):1554-1556. https://doi.org/10.1063/1.2436361

57. Zhou Z., Bowland C.C., Patterson B.A., Malakooti M.H., Sodano H.A. Conformal BaTiO3 films with high piezoelectric coupling through an optimized hydrothermal synthesis. ACS Appl. Mater. Inter. 2016;8(33):21446-21453. https://doi.org/10.1021/acsami.6b05700

58. Polakowski P., Riedel S., Weinreich W., Rudolf M., Sundqvist J., Seidel K., Muller J. Ferroelectric deep trench capacitors based on Al:HfO2 for 3D nonvolatile memory applications. In: 2014 IEEE 6th International Memory Workshop (IMW). 2014. 4 p. https://doi.org/10.1109/IMW.2014.6849367

59. Müller J., Böscke T. S., Schröder U., Mueller S., Bräuhaus D., Böttger U., Frey L., Mikolajick, T. Ferroelectricity in simple binary ZrO2 and HfO2. Nano Lett. 2012;12(8):4318-4323. https://doi.org/10.1021/nl302049k

60. Schroeder U., Yurchuk E., Müller J., Martin D., Schenk T., Polakowski P., Adelmann C., Popovici M.I., Kalinin S.V., Mikolajick T. Impact of different dopants on the switching properties of ferroelectric hafniumoxide. Jpn. J. Appl. Phys. 2014;53(8S1):08LE02. http://dx.doi.org/10.7567/JJAP.53.08LE02

61. Zarubin S., Suvorova E., Spiridonov M., Negrov D., Chernikova A., Markeev A., Zenkevich A. Fully ALD- grown TiN/Hf0.5Zr0.5O2/TiN stacks: Ferroelectric and structural properties. Appl. Phys. Lett. 2016;109(19):192903. https://doi.org/10.1063/1.4966219

62. IMEC demonstrates breakthrough in CMOS-compatible Ferroelectric Memory. URL: https://www.imec-int.com/en/articles/imec-demonstrates-breakthrough-in-cmos-compatible-ferroelectric-memory (date of the application 03.05.2020).

63. Lapedus M. A New Memory Contender? Semiconductor Engineering. URL: https://semiengineering.com/a-new-memory-contender/ (date of the application 16.05.2020).

64. Müller J., Yurchuk E., Schlösser T., Paul J., Hoffmann R., Müller S., Martin D., Slesazeck S., Polakowski P., Sundqvist J., Czernohorsky M. Ferroelectricity in HfO2 enables nonvolatile data storage in 28 nm HKMG. In: VLSI Technology (VLSIT) Symposium on IEEE. 2012. P. 25-26. https://doi.org/10.1109/VLSIT.2012.6242443

65. Yurchuk E., Müller J., Paul J., Schlösser T., Martin D., Hoffmann R., Müller S., Slesazeck S., Schröder U., Boschke R., van Bentum R. Impact of scaling on the performance of HfO2-based ferroelectric field effect transistors. IEEE Transactions on Electron Devices. 2014;61(11):3699-3706. https://doi.org/10.1109/TED.2014.2354833

66. Pešić M., Schroeder U., Mikolajick T. Ferroelectric One Transistor/One Capacitor Memory Cell. In book: (Eds.). Schroeder U., Hwang C., Funakubo H. Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide: Materials, Properties and Devices. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, 2019. P. 413-424. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102430-0.00019-X

67. Zhou D., Xu J., Li Q., Guan Y., Cao F., Dong X., Müller J., Schenk T., Schröder U. Wake-up effects in Si-doped hafnium oxide ferroelectric thin films. Appl. Phys. Lett. 2013;103(19):192904. https://doi.org/10.1063/1.4829064

68. Park M., Lee Y., Mikolajick T., Schroeder U., Hwang C. Review and perspective on ferroelectric HfO2-based thin films for memory applications. MRS Communications. 2018;8(3):795-808. https://doi.org/10.1557/mrc.2018.175

69. Pešić M., Fengler F.P., Slesazeck S., Schroeder U., Mikolajick T., Larcher L., Padovani A. Root cause of degradation in novel HfO2-based ferroelectric memories. In: IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS). 2016. P. MY-3-1-MY-3-5. https://doi.org/10.1109/IRPS.2016.7574619

70. Chernikova A.G., Kozodaev M.G., Negrov D.V., Korostylev E.V., Park M.H., Schroeder U., Hwang Ch.S., Markeev A.M. Improved ferroelectric switching endurance of La-doped Hf0.5Zr0.5O2 thin films. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018;10(3):2701-2708. https://doi.org/10.1021/acsami.7b15110

71. Delimova L., Guschina E., Zaitseva N., Pavlov S., Seregin D., Vorotilov K., Sigov A. Effect of seed layer with low lead content on electrical properties of PZT thin films. J. Mater. Res. 2017;32(9):1618-1627. https://doi.org/10.1557/jmr.2017.156

72. Park J.H., Kim H.Y., Seok K.H., Kiaee Z., Lee S.K., Joo S.K. Multibit ferroelectric field-effect transistor with epitaxial-like Pb(Zr, Ti)O3. J. Appl. Phys. 2016;119(12):124108. https://doi.org/10.1063/1.4945002

73. Park J.H., Joo S.K. A Novel Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon FET With Selectively Nucleated Lateral Crystallized Pb (Zr,Ti)O3 and ZrTiO4 Buffer for Long Retention and Good Fatigue. IEEE Electron Device Letters. 2015;36(10):1033-1036. https://doi.org/10.1109/LED.2015.2472987

74. Pavlenko A.V., Stryukov D.V., Mukhortov V.M., Biryukov S.V. Structure and Polarization Relaxation of Ba0.5Sr0.5Nb2O6/(001)Si Films. Tech. Phys.= Russ. J. Appl. Phys. 2018;63(3);407-410. https://doi.org/10.1134/S1063784218030179

75. Стрюков Д.В., Мухортов В.М., Бирюков С.В., Головко Ю.И. Эффект поля в структуре металл – сег- нетоэлектрик – полупроводник с использованием многослойного сегнетоэлектрика. Наука Юга России. 2017;13(1):18-24. https://doi.org/10.23885/2500-0640-2017-13-1-18-24

76. Hu J. M., Chen L. Q., Nan C.W. Multiferroic heterostructures integrating ferroelectric and magnetic materials. Adv. Mater. 2016;28(1):15-39. https://doi.org/10.1002/adma.201502824

77. Magdău I.B., Liu X.-H., Kuroda M.A., Shaw T.M., Crain J., Solomon P.M., Newns D.M., Martyna G.J. The piezoelectronic stress transduction switch for very large-scale integration, low voltage sensor computation, and radio frequency applications. Appl. Phys. Lett. 2015;107(7):073505. https://doi.org/10.1063/1.4928681

78. Chang J.B., Miyazoe H., Copel M., Solomon P.M., Liu X.-H., Shaw T.M., Schrott A.G., Gignac L.M., Martyna G.J., Newns D.M. First realization of the piezoelectronicstress-based transduction device. Nanotechnology. 2015;26(37):375201. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/37/375201

79. Newns D., Elmegreen B., Liu X.H., Martyna G. A low-voltage high-speed electronic switch based on piezoelectric transduction. J. Appl. Phys. 2012;111(8):084509. https://doi.org/10.1063/1.4704391

80. Newns D.M., Elmegreen B.G., Liu X.H., Martyna G.J. High response piezoelectric and piezoresistive materials for fast, low voltage switching: simulation and theory of transduction physics at the nanometer-scale. Adv. Mater. 2012;24(27):3672-3677. https://doi.org/10.1002/adma.201104617

81. Newns D.M., Elmegreen B.G., Liu X.H., Martyna G.J. The piezoelectronic transistor: a nanoactuator-based post-CMOS digital switch with high speed and low power. MRS Bull. 2012;37(11):1071-1076. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.267

82. Demonstaring a new low-voltage memory element. URL: https://www.petmem.eu/the-technology (date of the application 17.05.2020).

83. Sousanis A., Smet P.F., Poelman D. Samarium Monosulfide (SmS): Reviewing Properties and Applications. Materials. 2017;10(8):953. https://doi.org/10.3390/ma10080953

84. Beleanu A., Kiss J., Kreiner G., Köhler C., Müchler L., Schnelle W., Burkhardt U., Chadov S., Medvediev S., Ebke D., Felser C., Cordier G., Albert B., Hoser A., Bernardi F., Larkin T.I., Pröpper D., Boris A.V., Keimer B. Large resistivity change and phase transition in the antiferromagnetic semiconductors LiMnAs and LaOMnAs. Phys. Rev. B. 2013;88(18):184429. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.184429

85. Solomon P.M., Bryce B., Keech R., Shaw T.M., Copel M., Hung L. W., Schrott A., Theis T.N., Haensch W., Rossangel S.M., Miyazone H., Shetty S. The PiezoElectronic switch: A path to low energy electronics. In: 2013 Third Berkeley Symposium on Energy Efficient Electronic Systems (E3S). IEEE. 2013. P. 1-2. https://doi.org/10.1109/E3S.2013.6705880

86. Zheng Y., Ni G.X., Toh C.T., Zeng M.G., Chen S.T., Yao, K., Özyilmaz B. Gate-controlled nonvolatile graphene-ferroelectric memory. Appl. Phys. Lett. 2009;94(16):163505. https://doi.org/10.1063/1.3119215

87. Doh Y.J., Yi G.C. Nonvolatile memory devices based on few-layer graphene films. Nanotechnology. 2010;21(10):105204. https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/10/105204

88. Xie L., Chen X., Dong Z., Yu Q., Zhao X., Yuan G., Zeng Zh., Wang Y., Zhang, K. Nonvolatile Photoelectric Memory Induced by Interfacial Charge at a Ferroelectric PZT‐Gated Black Phosphorus Transistor. Adv. Electron. Mater. 2019;5(8):1900458. https://doi.org/10.1002/aelm.201900458

89. Shen P.C., Lin C., Wang H., Teo K.H., Kong J. Ferroelectric memory field-effect transistors using CVD monolayer MoS2 as resistive switching channel. Appl. Phys. Lett. 2020;116(3):033501. https://doi.org/10.1063/1.5129963

90. McGuire F.A., Lin Y.C., Price K., Rayner G.B., Khandelwal S., Salahuddin S., Franklin A.D. Sustained sub-60 mV/decade switching via the negative capacitance effect in MoS2 transistors. Nano Lett. 2017;17(8):4801-4806. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b01584

91. Alam M.A., Si M., Ye P.D. A critical review of recent progress on negative capacitance field-effect transistors. Appl. Phys. Lett. 2019;114(9):090401. https://doi.org/10.1063/1.5092684

92. Stadler H.L. Ferroelectric switching time of BaTiO3 crystals at high voltages. J. App. Phys. 1958;29(10):1485-1487. https://doi.org/10.1063/1.1722973

93. Scott J.F., McMillan L.D., Araujo C.A. Switching kinetics of lead zirconate titanate sub-micron thin-film memories. Ferroelectrics. 1989;93(1):31-36. https://doi.org/10.1080/00150198908017317

94. Li J., Nagaraj B., Liang H., Cao W., Lee C.H., Ramesh R. Ultrafast polarization switching in thin-film ferroelectrics. Appl. Phys. Lett. 2004;84(7):1174-1176. https://doi.org/10.1063/1.1644917

95. Ishii H., Nakajima T., Takahashi Y., Furukawa T. Ultrafast polarization switching in ferroelectric polymer thin films at extremely high electric fields. Appl. Phys. Express. 2011;4(3):031501. https://doi.org/10.1143/APEX.4.031501

96. Mulaosmanovic H., Ocker J., Müller S., Schroeder U., Müller J., Polakowski P., Slesazeck S. Switching kinetics in nanoscale hafnium oxide based ferroelectric field-effect transistors. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017;9(4):3792-3798. https://doi.org/10.1021/acsami.6b13866

97. Boni A.G., Chirila C., Pasuk I., Negrea R., Pintilie I., Pintilie L. Steplike Switching in Symmetric PbZr0.2Ti0.8O3/CoFeO4/PbZr0.2Ti0.8O3 Heterostructures for Multistate Ferroelectric Memory. Phys. Rev. Appled. 2017;8(3):034035. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.034035

98. Liu Z.Q., Liu J.H., Biegalski M.D., Hu J. M., Shang S.L., Ji Y., Wang J.M., Hsu S.L., Wong A.T., Cordill M.J., Gludovatz B. Electrically reversible cracks in an intermetallic film controlled by an electric field. Nat. Commun. 2018;9(1):41. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02454-8

99. Oh S., Hwang H., Yoo I. K. Ferroelectric materials for neuromorphic computing. APL Materials. 2019:7(9):091109-091109-14. https://doi.org/10.1063/1.5108562

100. Ishibashi Y., Takagi Y. Note on ferroelectric domain switching. J. Phys. Soc. JPN. 1971;31(2):506-510. https://doi.org/10.1143/JPSJ.31.506

101. Ishiwara H. Proposal of adaptive-learning neuron circuits with ferroelectric analog-memory weights. JPN. J. Appl. Phys. 1993;32(1S):442-446. https://doi.org/10.1143/JJAP.32.442

102. Jerry M., Dutta S., Kazemi A., Ni K., Zhang J., Chen, P. Y., Datta, S. A ferroelectric field effect transistor based synaptic weight cell. J. Phys. D: Appl. Phys. 2018;51(43):434001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aad6f8

103. Seo M., Kang M.H., Jeon S.B., Bae H., Hur J., Jang B.C., Hwang K.M. First demonstration of a logic-process compatible junctionless ferroelectric FinFET synapse for neuromorphic applications. IEEE Electr. Device Letters. 2018;39(9):1445-1448. https://doi.org/10.1109/LED.2018.2852698

104. Kim M.K., Lee J.S. Ferroelectric analog synaptic transistors. Nano Lett. 2019;19(3):2044-2050. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00180

105. Boyn S., Grollier J., Lecerf G., Xu B., Locatelli N., Fusil S., Girod S., Carretero C., Garcia K., Xavier S., Tomas J., Bellaiche L., Bibes M., Barthelemy A., Saïghi S., Garcia V. Learning through ferroelectric domain dynamics in solid-state synapses. Nat. Commun. 2017;8(1):1-7. https://doi.org/10.1038/ncomms14736


Дополнительные файлы

1. Abdullaev_Fig.2
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (89KB)    
Метаданные
Представлен анализ современного состояния производства сегнетоэлектрической памяти FRAM. Исследована структура сегнетоэлектрических конденсаторов и ячеек памяти коммерчески доступных FRAM компаний Texas Instruments, Cypress Semiconductor, Fujitsu и Lapis Semiconductor. Передовым технологическим процессом производства FRAM устройств остается 130 нм КМОП процесс, используемый на фабах Texas Instruments. Обсуждаются пути преодоления проблем скейлинга и дальнейшее развитие технологии сегнетоэлектрических устройств.

Для цитирования:


Абдуллаев Д.А., Милованов Р.А., Волков Р.Л., Боргардт Н.И., Ланцев А.Н., Воротилов К.А., Сигов А.С. Сегнетоэлектрическая память: современное производство и исследования. Российский технологический журнал. 2020;8(5):44-67. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-5-44-67

For citation:


Abdullaev D.A., Milovanov R.A., Volkov R.L., Borgardt N.I., Lantsev A.N., Vorotilov K.A., Sigov A.S. Ferroelectric memory: state-of-the-art manufacturing and research. Russian Technological Journal. 2020;8(5):44-67. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-5-44-67

Просмотров: 142


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-316X (Online)