碳纳米管铁电薄膜晶体管不同界面和应变状态的保持性能研究

Carbon nanotubes ferroelectric thin film transistors (CNTs FeTFT), which have broad applications in integrated circuits, information storage and the like, have been widely studied in recent years. One difficult point of current research is how to improve the retention performance in CNTs FeTFT. The subject will research the retention performance of CNTs FeTFT from the aspects of interface and strain, the specific studies are as follows: (1) We explore the effect of different interfaces and strain states on the retention characteristics of CNTs FeTFT by experimental observation. (2) Basing on the CNTs FeTFT structure characteristics, combining CNTs ballistic transport models and first principles calculation method, researching the band structure of interface defects and lattice mismatch, then further correcting the retention performance model on the basis of depolarization field modification to get the retention performance model of CNTs FeTFT in different interfaces and strain states. (3) Comparative analysis of experimental observation and theoretical simulation results, exploring the retention performance loss mechanism of CNTs FeTFT in different interfaces and strain states, providing the theoretical basis and experimental instruction for improving the retention performance of CNTs FeTFT.

碳纳米管铁电薄膜晶体管(CNTs FeTFT)在集成电路和信息存储等方面有广阔的应用前景，近来备受人们关注，如何提高CNTs FeTFT的保持性能是当前的一个研究难点。本项目紧密围绕界面和应变开展对CNTs FeTFT的保持性能的研究，具体研究内容包括：（1）采用实验观测探索不同界面和应变状态对CNTs FeTFT保持性能的影响；（2）基于CNTs FeTFT的结构特点，结合CNTs的弹道输运模型，同时利用第一性原理计算方法研究界面缺陷和晶格失配时的能带结构特性，进而对引进退极化场后的保持模型进行修正，获得不同界面和应变状态下CNTs FeTFT的保持性能模型。（3）通过对实验观测和理论模拟结果的对比分析，探索不同界面和应变状态下CNTs FeTFT保持性能损失机理，为提高CNTs FeTFT的保持性能提供理论依据和实验指导。

铁电薄膜晶体管(FeTFT)优越的物理性能及其在信息存储方面巨大的应用潜力使其成为近几年关注的热点，然而如何提高铁电存储器的保持性能是目前亟待解决的关键问题。本项目以碳纳米管（CNTs）FeTFT为研究对象，从决定铁电材料和器件性能本质的界面和应变角度出发，对其保持性能进行系统研究。首先在实验方面我们通过考虑铁电层、CNTs和上下电极的应变、对称和接触电阻问题，通过选择不同的上下电极和处理工艺实现应变调控，然后在重掺杂硅衬底上设计制备了HfO2 作为FeFET的缺陷控制层以及不同的处理工艺来调控铁电层和基底的界面缺陷问题，进而制备得到不同规格的CNTs FeTFT样品，之后对不同规格的 CNTs FeTFT 样品进行保持性能测试分析。通过实验观测探索了不同界面和应变状态对CNTs FeTFT保持性能的影响，根据测试分析结果，总结出不同界面和应变状态对 CNTs FeTFT 的保持性能的影响因素；然后在理论方面，我们基于CNTs FeTFT的结构特点，结合了CNTs的弹道输运模型，同时考虑了缺陷引起的电荷不对称性进而对理论模型进行修正和模拟分析，获得了不同界面和应变状态下CNTs FeTFT的保持性能模型。最后，我们通过对实验观测和理论模拟结果的对比分析，探索了不同界面和应变状态下CNTs FeTFT保持性能损失机理。以上研究成果能够为提高CNTs FeTFT的保持性能提供理论依据和实验指导。