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Subject: search.filters.subject.FeRAM

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    鐵電場效電晶體寫入後讀取速度及鐵電隨機存取記憶體印記效應研究
    (2025) 劉冠麟; Liu, Guan-Lin
    隨著非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory, NVM）技術廣泛應用於人工智慧（Artificial intelligence, AI）與嵌入式系統領域，鐵電隨機存取記憶體（Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM）與鐵電場效電晶體（Ferroelectric Field-Effect Transistor, FeFET）因具備高速、低功耗與互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）相容等優勢，被認為次世代記憶體架構的關鍵候選。然而在實際操作條件下，元件易受電子陷阱（Trap）與缺陷（Defect）影響，導致臨界電壓（Threshold Voltage, VT）漂移、記憶視窗（Memory Window, MW）衰退與資料保持性劣化等可靠度挑戰。本研究針對鐵電隨機存取記憶體與鐵電場效電晶體分別使用的元件結構為金屬-鐵電-金屬（Metal-Ferroelectric-Metal, MFM）與環繞式閘極（Gate-All-Around, GAA），探討元件在電子陷阱分佈與內建電場形成交互作用下的電性行為。於鐵電場效電晶體部分，提出雙層鐵電氧化鉿鋯（HfZrO2, HZO）夾氮化鈦（Titanium Nitride, TiN）結構，透過上下層厚度差異設計矯頑場（Coercive Field）不對稱性，並抑制短延遲讀取下的電子陷阱行為，有效提升高速讀寫下之寫入後讀取（Read-After-Write）穩定性。於鐵電隨機存取記憶體部分，則藉由控制溫度與厚度變因，系統性分析印記效應（Imprint Effect），並證實其由極化導致的陷阱再分佈與氧空缺（Oxygen Vacancies, VO）狀態變化所主導。實驗結果顯示，陷阱行為與內建電場交互作用為鐵電記憶體失效之關鍵，亦為未來可靠度設計之核心議題。本研究提出結構設計與量測方法兩面向之改善策略，期望能作為高穩定度鐵電記憶體元件開發之參考。
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    鐵電材料於陣列記憶體之製程研究及需求
    (2024) 李宗翰; Li, Zong-Han
    伴隨著技術節點的演進，元件尺寸不斷的微縮，電子元件須滿足低功耗、高密度、高效能以及尺寸微縮等特性，鐵電鉿基氧化物因其天然的雙穩態、高速運行和低功耗而在記憶體應用中引起了廣泛關注，嵌入式非揮發性記憶體和存儲級記憶體可以透過積成鐵電氧化鉿鋯來實現鐵電隨機存取記憶體。近年來鐵電材料於記憶體領域得到廣泛的研究，由於鉿基氧化物鐵電材料具有與陣列記憶體製程優異的相容性，相比傳統鈣鈦礦的鐵電材料成為新興記憶體的候選者之一。本論文研究分為三個部分，第一部份透過台灣半導體中心以及國立陽明交通大學奈米中心提供的機台開發出不同材料厚度的記憶體，第二部分為開發鐵電材料運用於陣列記憶體的製程，第三部分透過原子層沉積系統調變不同前驅物沉積順序，分別開發固態溶解與超晶格之鐵電氧化鉿鋯堆疊製程，並使鐵電層厚度再減薄，達到降低操作電壓效果，超晶格的結構有助於鐵電氧化層的結晶，進階將其應用於記憶體陣列的運用。
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    雙層鐵電氧化鉿鋯於平面式與環繞式閘極電晶體之特性研究
    (2021) 江仕弘; Chiang, Shih-Hung
    近年來，由於鐵電材料具有雙穩態特性，在記憶體領域得到廣泛的研究，鉿基氧化物的鐵電材料由於具有與CMOS製程相容，取代傳統鐵電材料鈣鈦礦成為研究的主流，因此本論文研究鉿鋯氧化物(HfZrO2, HZO)作為鐵電記憶體的應用。此論文首先調控鐵電電容器(Metal/Ferroelectric/Metal, MFM)的電極，鉬(Mo)電極與氮化鈦(TiN)電極相比具有低熱預算、增強鐵電特性(殘餘極化)與降低操作電壓。第二部份為雙層HZO之場效電晶體(ferroelectric FET, FeFET)結構來演示多位元特性於多階記憶體(Multi-Level Cell, MLC)應用。最後，將二氧化矽和多晶矽沉積於矽晶圓上來取代絕緣層上覆矽(Silicon On Insulator, SOI)晶圓，之後使用原子層沉積(Atomic Layer Deposition , ALD)沉積雙層HZO包覆整個通道來製作環繞式閘極電晶體，並在雙層HZO中的夾層，設計氧化鋁(Al2O3)和TiN兩種材料，其中量測結果顯示於Al2O3與TiN相比具有優異的記憶窗口，但是需要較大的操作電壓。
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    應用於FeRAM之鐵電氧化鉿鋯電容特性及穿隧接面元件
    (2020) 林彥昀; Lin, Yen-Yun
    隨著氧化鉿(HfO2)鐵電(Ferroelectric, FE)特性的發現，可以彌補最新技術節點與鐵電非揮發性記憶體之間的微縮瓶頸。除了非揮發性，新穎的記憶體還應該保證足夠的可靠度並同時具備低延遲及低耗能的特性，與鈣鈦礦鐵電記憶體相比，鐵電鉿基氧化物具備與CMOS製程相容且有利於尺寸微縮的優勢。 本論文第一部份使用氧化鉿鋯(Hf0.5Zr0.5O2)作為元件的鐵電層，以TiN及TaN 分別作為MFM(Metal-Ferroelectric-Metal)的上電極金屬，發現TaN的應力能使鐵電薄膜有著較大的殘餘極化(Remnant Polarization, Pr)，達到更好的記憶體特性。根據文獻，因反鐵電(Antiferroelectric, AFE)材料具有高耐久度的特性，故第二部分以高鋯濃度之氧化鉿鋯(HfxZr1-xO2)為鐵電層之MFM用於記憶體特性研究，並且達到耐久度(Endurance)超過1011次，使反鐵電材料能應用於FeRAM。另外，我們也將高鋯濃度之氧化鉿鋯，作為氧化鉿鋯鐵電穿隧接面(Ferroelectric Tunnel Junction, FTJ)元件之鐵電層，並成功區分出高阻態(High-Resistance State, HRS)與低阻態(Low-Resistance State, LRS)，證實AFTJ具有成為未來新興記憶體的潛力。