带有铁电NAND闪存的高速3D存储器

与传统的闪存相比，铁电存储器在过去的十年中是一个受到广泛研究的主题，因为它具有更高的速度，更低的功耗和更长的使用寿命。由于基于硅钙钛矿氧化物的铁电存储器的开发过程中形成了不需要的界面层，因此铁电存储器的性能可能会受到很大的损害。在一份最新报告中，Min-Kyu Kim和韩国浦项科技大学材料科学与工程领域的科学家团队通过应用基于ha的铁电材料展示了独特的策略以及用于三维(3-D)集成的氧化物半导体。该策略实现了超越常规闪存的存储性能，并超过了钙钛矿铁电存储器所达到的性能。然后，该团队对设备进行了仿真，以确认实现超高密度3D存储器集成的能力。

快闪记忆体

当前，基于通过隧道氧化物的电子隧道，闪存设备用于通过浮栅或电荷陷阱存储晶体管在移动设备和服务器之间进行海量数据存储。电子隧穿过程需要具有高幅度和长持续时间的电压脉冲。然而，现有的闪存设备仅具有大约20伏的高功能电压和较慢的速度以及有限的耐久性。该工艺进一步要求高沉积和退火温度以形成沟道和氧化物层。因此，科学家开发了一系列新兴的存储设备来克服这些限制，但是，为了以低功耗获得快速功能，当前闪存没有其他替代方案。同时，由于互补的金属氧化物半导体(CMOS)兼容性，低功耗和快速开关速度，研究人员已经开发出基于氧化f的铁电材料。

Kim等。介绍了通过克服铁电存储晶体管关键问题的独特方法铟锌氧化物(InZnO x)作为半导体层，锆掺杂ha氧化物(HfZrO x)作为铁电层以获得高性能存储器。结果是，与现有闪存相比，其运行速度快了数百倍，而工作电压却降低了四倍。所有工艺都可以使用兼容CMOS的集成铁电存储器件在400摄氏度以下进行，以实现商业化的里程碑，包括NAND(非与门)闪存阵列和3-D垂直结构。未来，纳米级3-D垂直闪存在超高密度3-D闪存中将表现出出色的性能。

开发高性能铁电晶体管

Kim等。首先通过开发具有氮化钛/掺杂锆的氧化oxide /氮化钛(TiN / HfZrOx / TiN)结构的电容器来确定掺锆的氧化oxide的铁电性能，并测量24 nm的极化电场特性厚的材料。材料的矫顽电场大于铁电钙钛矿氧化物的矫顽电场，并且在铁电晶体管中是有利的，因为较大的矫顽电场会导致更大的存储窗口。接下来，研究小组使用压电响应力显微镜确认了掺锆的氧化ha的铁电性。以及电容电压测量，以确认其铁电特性以实现持久特性。科学家们测试了采用底部接触结构的铁电薄膜晶体管(FeTFT)进行集成策略的可行性，该结构使用原子层沉积基锆掺杂的氧化oxide和铟锌氧化物(HfZrO x和InZnO x)开发。为了确认这些铁电薄膜晶体管的可靠性， Kim等人。还测试了它们的耐力性能。该装置的坚固耐用性源于其无界面层的金属-铁电半导体结构。与以前的存储设备(例如电荷陷阱存储器)相比对于基于钙钛矿氧化物的铁电晶体管，使用HfZrO x和InZnO x可以降低功能电压，加快运行速度并降低处理温度。

集成铁电NAND的存储操作

闪存单元通常以层次结构连接以允许有效访问。通常，将多个单元连接成一个字符串，并以块的形式组织，其中，该块中的每个字符串都连接到单独的位线(BL)，并且该字符串中每个单元的控制栅极都可以连接到字线(WL) 。从结构上讲，铁电NAND(FeNAND)闪存阵列类似于NAND闪存设备，但仅在存储单元类型上有所不同。例如，FeNAND闪存阵列通常使用铁电晶体管，而NAND闪存则使用常规闪存。所有FeNAND字符串共享一个源代码行(SL)，而每个NAND串都连接到位线。该团队通过在兼容CMOS的制造工艺中包括铁电薄膜晶体管，铁掺杂锆的氧化oxide层和氧化铟锌沟道层，开发出了一种4×4 FeNAND阵列。

完整的NAND阵列包含16个存储单元以演示其编程操作。如果在运行期间在存储单元中发生不需要的编程，则设置中可能会发生编程干扰。为了避免这种现象，金等人。通过施加禁止程序脉冲来使用禁止程序操作方法。在实验过程中，FeNAND阵列中的所有16个存储单元均正常运行，结果证实了用铁电薄膜晶体管(FeTFT)阵列实现NAND存储器操作是成功的。该小组还在硅晶片上开发了FeNAND阵列，并测量了9个存储单元的编程和擦除操作，实验结果与使用计算机辅助设计(TCAD)技术进行的模拟结果相互一致。

模拟3D FeNAND装置

为了了解在未来的3-D FeNAND器件中，基于锆掺杂的氧化ha和铟锌氧化物的铁电薄膜晶体管的可行性，Kim等人。然后模拟包含16个单词的行，字符串选择线和地线的单个字符串。此后，研究小组执行了块擦除操作，以进一步观察3-D FeNAND器件的操作特性。这样，成功地将3D FeNAND器件编程为具有高度堆叠的结构，以显示其组成的铁电薄膜晶体管保持了低功耗和快速的运行速度，从而取代了3D NAND闪存。

Min-Kyu Kim及其同事展示了一种组合的铁电氧化物半导体通道，作为解决铁电存储晶体管关键问题的独特集成策略。他们使用集成的FeNAND(铁电NAND)和垂直铁电薄膜晶体管(FeTFT)阵列测试了铁电存储器作为传统闪存的替代产品的潜力。FeTFT在垂直结构中起作用，该团队通过器件仿真确认了操作机制。他们还通过模拟3-D FeNAND单元中的程序和块擦除操作功能，确认了超高密度3-D存储器集成的可能性。结果表明基于原子层沉积的FeTFT在未来的高密度3-D中具有广阔的应用前景存储设备。

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