辐射环境下铁电场效应晶体管的多变量耦合关系与失效机制

MFIS结构的铁电场效应晶体管(FeFET)是下一代的高性能存储器，在微电子工业、国防工业等领域有较广阔的应用前景。虽然有证据表明铁电薄膜具有较强的抗辐射能力，但是FeFET的抗辐射性能尚不清楚，严重制约了其在空间环境下的应用。基于此，本申请项目拟对MFIS结构铁电场效应晶体管的空间环境适应性开展研究，一方面利用辐射环境地面模拟实验研究FeFET在辐射条件下微观结构与宏观性能的变化，另一方面利用计算机模拟的手段探讨相应的微观机制。综合实验与模拟的结果，基于固体力学本构关系理论，构建辐射环境下FeFET的"器件多变量耦合关系"，进而定量揭示辐射环境对器件性能的影响，阐明其失效机制。本申请项目的研究，可以为正确评价铁电场效应晶体管在空间环境中的安全性、可靠性和在轨寿命提供实验与理论依据。对于防止器件失效，推动铁电场效应晶体管在相关领域的应用也具有一定意义。

MFIS结构的铁电场效应晶体管（FeFET）是下一代的高性能存储器，具有非常广泛的应用前景。然而，FeFET的抗辐射性能和相关机理还不清楚。我们利用分子动力学模拟、第一性原理计算等方法，全面探讨了极化、应变、缺陷、界面、漏电流等的耦合作用。制备了一系列MFIS结构的FeFET样品，利用地面模拟实验研究了相关的辐射效应和机制。综合计算与实验的结果，我们建立的无铅铁电材料在辐射条件下的本构模型并模拟了辐射条件下的漏电流行为，模型结果与实验非常吻合。最后，我们建立了辐射条件下的”器件多变量耦合关系”，并对MFIS结构FeFET的电学性能进行了模拟。模拟结果再次证明了铁电材料和器件极强的抗电离辐射能力。另一方面，我们的研究表明可以利用压应变提高铁电材料和器件的抗位移辐射能力。基于这些考虑，我们认为以MFIS结构的FeFET为代表的铁电材料和器件在航空、航天等领域具有非常广泛的应用前景。