Transistor mémoire ferroélectrique MoS₂ 2D à ultra-basse tension avec grille Hf₁₋ₓZrₓO₂ pour compatibilité CMOS

Résumé

Le transistor à effet de champ ferroélectrique (FeFET) émerge comme une technologie de mémoire non volatile intrigante en raison de sa vitesse de fonctionnement et de son endurance prometteuses. Cependant, l'inversion de la polarisation nécessite une tension élevée comparée à celle de lecture, compromettant la consommation d'énergie d'écriture d'une cellule. Ici, nous rapportons une cellule FeFET compatible CMOS avec une tension de fonctionnement faible. Nous concevons le film mince ferroélectrique Hf₁₋ₓZrₓO₂ (HZO) pour former des diélectriques de grille à capacitivité négative (CN), qui génère une boucle d'hystérésis de polarisation dans le sens antihoraire dans le FeFET MoS₂ (disulfure de molybdène) à quelques couches. Le condensateur négatif non stabilisé supporte intrinsèquement un taux de pente sous-thermionique et permet ainsi de commuter la polarisation ferroélectrique avec une fenêtre d'hystérésis bien inférieure à la moitié de la tension de fonctionnement. Le FeFET montre un rapport courant marche/arrêt élevé de plus de 10⁷ et une fenêtre de mémoire (FM) antihoraire de 0,1 V à une tension de programmation (P)/effacement (E) minimale de 3 V. Une endurance robuste (10³ cycles) et une rétention (10⁴ s) sont également démontrées. Nos résultats démontrent que le transistor mémoire ferroélectrique HZO/MoS₂ peut atteindre de nouvelles opportunités dans les applications de mémoire non volatile évolutives en taille et en tension.

Contexte

Le marché de la mémoire embarquée dans les systèmes sur puce (SoC) est actuellement dans une ère de croissance énorme, ce qui nécessite que la mémoire soit capable d'atteindre un fonctionnement plus rapide, une taille de cellule plus petite et une consommation d'énergie moindre [1-6]. La mémoire ferroélectrique, l'un des candidats les plus prometteurs, a été reconsidérée, en raison de la découverte de l'oxyde de hafnium ferroélectrique en 2011 [7].

Au cours des dernières décennies, le FeFET n'a pas bien performé dans tous ces aspects, y compris les exigences de basse tension pour le fonctionnement de la mémoire, la simplicité des étapes de processus, et l'intégration minimale au processus complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (CMOS) et les préoccupations de contamination limitées [8-11]. Pour y remédier, récemment, d'énormes investigations sur la mémoire non volatile (NVM) FeFET 2D ont été menées basées sur divers matériaux ferroélectriques, incluant PbZrTiO₃ (PZT) et polymère [P(VDF-TrFE)] [12-18], ce qui est dû aux propriétés prometteuses des matériaux 2D dans l'ère « more than Moore ». Dans le FeFET, les deux états de polarisation spontanée stables d'un matériau ferroélectrique incorporé dans une pile de grille de transistor sont utilisés pour le stockage de données via la tension de seuil contrôlable activée par les tensions de grille P/E réduites. Il est rapporté que des comportements d'hystérésis reproductibles, un rapport marche/arrêt élevé de 10⁴, de bonnes propriétés de rétention jusqu'à 10⁴ s, et une opération de commutation stable ont été atteints dans le FeFET PZT/MoS₂ [19]. Notamment, une mobilité maximale de 625 cm²/V·s, une grande FM de 16 V pour une plage de tension de grille ±26 V et un rapport marche/arrêt élevé de 8 × 10⁵ ont également été démontrés par un FeFET n-type polymère [P(VDF-TrFE)]/MoS₂ [15]. Cependant, il y a tant de problèmes fondamentaux, qui pourraient empêcher son application pratique, comme la compatibilité CMOS, la capacité d'évolution, et les états d'interface entre le matériau ferroélectrique et le matériau 2D. L'oxyde de hafnium ferroélectrique, un type de nouveau matériau ferroélectrique, a une excellente compatibilité CMOS et capacité d'évolution, qui pourrait servir pour le FeFET NVM avancé au nœud technologique sub-5 nm dans les 5-10 prochaines années [20]. En conséquence, une série de piles diélectriques à base de HfO₂ ont été incorporées dans des FeFET 2D, qui sont ciblées pour atteindre des transistors à effet de champ à capacitivité négative (NCFET) avec une commutation ON/OFF abrupte via une pente sous-seuil de 60 mV/décade et des caractéristiques sans hystérésis [21-26]. Bien que des expériences de masse basées sur la pile diélectrique CN avec des matériaux de canal 2D alternatifs aient tiré des conclusions fantastiques, elles ont mis en évidence les exigences pressantes de distinguer entre NCFET et FeFET. Il manque encore une investigation systématique concernant la physique et la viabilité de la technologie de dispositif sur la mémoire ferroélectrique à un transistor basée sur MoS₂ et HZO ferroélectrique.

Dans ce travail, un FeFET avec un transistor MoS₂ HZO à quelques couches a été proposé. Il est capable d'évoluer la tension P/E via l'effet CN induit par l'ingénierie de la pile de grille sous une tension P/E réduite. Nous avons démontré expérimentalement qu'une FM antihoraire de 0,1 V avec une pente sous-seuil de 60 mV/décade a été atteinte dans le FeFET HZO MoS₂, ce qui peut être attribué à la modulation locale de la densité de porteurs dans le canal 2D par le basculement rapide du dipôle ferroélectrique. Nous avons attribué la diminution de l'hystérésis du FeFET HZO/MoS₂ à mesure que la tension de drain augmente à l'effet d'abaissement de barrière induit par le drain négatif (DIBL). De plus, il a également été étudié systématiquement les caractéristiques de rétention, d'endurance, et la dépendance de la tension de seuil par rapport à la tension de drain du FeFET HZO MoS₂, ouvrant une voie réalisable pour concevoir le FeFET NVM HZO MoS₂ et ses applications pratiques.

Méthodes

Un film de Hf₁₋ₓZrₓO₂ de 6 nm et 2 nm d'Al₂O₃ a été déposé sur un substrat Si p⁺ par ALD à 300 °C, avec [(CH₃)₂N]₄Hf (TDMAHf), [(CH₃)₂N]₄Zr (TDMAZr) et vapeur de H₂O comme précurseur Hf, précurseur Zr et précurseur oxydant, respectivement. Ensuite, le substrat a subi un recuit thermique rapide (RTA) à 450 °C pendant 30 s sous atmosphère N₂. Après cela, des flocons de MoS₂ à quelques couches ont été exfoliés mécaniquement et transférés sur le substrat. Le diamètre du substrat Si p⁺ utilisé pour déposer HZO (6 nm)/Al₂O₃ (2 nm) est de 6 pouces. Nous avons employé la lithographie à faisceau d'électrons (EBL) pour structurer les plots de contact dans la résine poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) A5. Les paramètres de rotation, de cuisson et d'imagerie sont 500 tr/min (9 s) + 4000 tr/min (40 s), 170 °C (5 min), MIBK:IPA = 1:3 (15 s), respectivement. Ensuite, les électrodes source/drain (Ti/Au, épaisseur 5/65 nm) ont été évaporées à l'aide d'un système d'évaporation à faisceau d'électrons (EBE) et gravées par solution d'acétone. Après lift-off, le dispositif a été recuit à 300 °C pendant 2 h pour améliorer le contact. Nous avons réalisé la caractérisation électrique de nos transistors à effet de champ MoS₂/HZO fabriqués en utilisant une station de sondes avec un micromanipulateur. La tension de grille arrière (V_GS) a été appliquée sur le substrat Si de type p fortement dopé. Un système de caractérisation semi-conducteur (PDA) a été utilisé pour mesurer la tension source-drain (V_DS), la tension de grille arrière (V_GS), et le courant source-drain (I_DS).

Résultats et Discussion

Nous avons préparé un MoS₂ à quelques couches par exfoliation mécanique de cristal bulk et transféré le nanoflocon de MoS₂ sur le substrat 2 nm Al₂O₃/6 nm HZO/Si p⁺ (voir plus de détails dans la section « Expérimental »). La Figure 1a et b affichent une vue schématique 3D et une coupe transversale de la structure FeFET HZO/MoS₂, respectivement. Une image MEB en vue de dessus du FeFET HZO/MoS₂ est montrée dans la Fig. 1c. La largeur et la longueur du canal MoS₂ sont de 2 μm et 12 μm, respectivement. Comme montré dans la Fig. 1d, l'épaisseur du canal MoS₂ a été confirmée en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). L'épaisseur mesurée de 1,57 nm indique la présence de 4 couches de MoS₂ [26].

Structure du dispositif et propriétés de base du FeFET MoS₂/HZO. a Représentation schématique tridimensionnelle du FeFET MoS₂/HZO. b Coupe transversale schématique du FeFET MoS₂/HZO. c Image MEB en vue de dessus du FeFET MoS₂/HZO fabriqué avec électrodes source/drain Ti/Au, isolants de grille ferroélectriques HZO, et canaux MoS₂. d Profil de hauteur utilisant AFM mode contact le long de la ligne rouge en c, validant la hauteur du canal MoS₂.

Comme montré dans la Fig. S1c et d, la composition élémentaire et de liaison de HZO a été examinée par les mesures de photoélectrons aux rayons X (XPS). Des pics sont trouvés à 19,05 eV, 17,6 eV, 185,5 eV et 183,2 eV, qui correspondent respectivement à Hf 4f_5/2, Hf 4f_7/2, Zr 3d_3/2 et Zr 3d_5/2 [27]. La concentration atomique le long du profil de profondeur dans la Fig. S1e confirme davantage la distribution de la structure tri-couche Al₂O₃/HZO/Si p⁺. Tout ce qui précède confirme que le film HZO cultivé via notre système de dépôt de couches atomiques (ALD) est hautement cristallin.

Avant d'étudier la caractérisation du FeFET HZO/MoS₂, le comportement ferroélectrique de la pile de grille Au/2 nm Al₂O₃/6 nm HZO/Si p⁺ en utilisant la mesure polarisation-tension est montré dans la Fig. 2a. Clairement, nos condensateurs 6 nm HZO/2 nm Al₂O₃ fabriqués exhibent des boucles d'hystérésis polarisation-tension (mesurées à 1 kHz). Pendant ce temps, la polarisation rémanente P_r et la tension coercitive V_c augmentent avec l'augmentation de la tension de balayage maximale, impliquant que les boucles d'hystérésis P-V se transforment de boucle mineure à boucle majeure. Alors que la tension de balayage maximale augmente de 2 à 4 V, P_r atteint 0,66 μC/cm², 0,86 μC/cm² et 1,1 μC/cm² respectivement et V_c atteint 1,12 V, 1,9 V et 2,04 V respectivement. Les P_r et V_c extraits au sein de 10⁵ cycles de balayage CC endurants sont montrés dans la Fig. 2b et c. Évidemment, des effets significatifs de réveil et de fatigue au sein de 10⁵ cycles sont observés dans le condensateur 6 nm HZO/2 nm Al₂O₃. Le réveil et la fatigue peuvent être attribués à la diffusion et la redistribution des lacunes d'oxygène sous le champ électrique. L'effet de fatigue est généralement associé au piégeage de charge aux sites de défauts liés aux lacunes d'oxygène [28]. Les comportements d'hystérésis pour la phase PR et la boucle en forme de papillon pour l'amplitude PR en utilisant la microscopie de force piézoréponse (PFM) sont affichés dans la Fig. S1b et c, indiquant une commutation de polarisation en fonction de la tension de balayage. En considérant les résistances de contact différentes entre la mesure polarisation-tension et la mesure piézoréponse-tension, le V_c mesuré dans la Fig. S1b et c n'est pas si cohérent avec les valeurs obtenues dans la Fig. 2a.

a Boucles d'hystérésis P-V pour le condensateur HZO (6 nm)/Al₂O₃ (2 nm) avec différentes plages de balayage de tension. Dépendance de (b) P_r et c V_c sur le cyclage pour le condensateur HZO (6 nm)/Al₂O₃ (2 nm) avec cyclage ± 4 V/1 kHz

De plus, il est observé qu'il y a une augmentation de la FM accompagnée de l'augmentation de la plage de balayage de la tension de grille (V_GS,range). Habituellement, le film HZO polycristallin existe en état multi-domaine [29], et le champ coercitif de ces domaines satisfait une distribution gaussienne. Ainsi, il doit y avoir une dépendance accrue sur l'augmentation de V_GS,range. Le champ coercitif E_C correspond à la valeur du champ électrique externe qui peut réduire la polarisation rémanente à zéro. Par conséquent, le V_GS,_range utilisé pour commuter la polarisation dans le film HZO devient plus grand avec une tension coercitive V_C plus élevée. C'est la raison pour laquelle les boucles polarisation-tension du film HZO sont étendues avec un V_GS,range plus grand, ce qui a été démontré dans la Fig. 2a. En d'autres termes, l'intensité de polarisation améliorée et la commutation ferroélectrique se produisent avec l'augmentation de V_GS,range, menant aux phénomènes susmentionnés de la FM antihoraire étendue produite par l'augmentation de V_GS,range. À V_GS,range = (−2, 2 V), les FM sont presque annulées et des caractéristiques presque sans hystérésis émergent, ce qui signifie la compensation presque complète entre les effets de commutation ferroélectrique et de piégeage/dépiégeage de charge.

Afin d'étudier davantage l'effet de commutation ferroélectrique, le V_GS,range a été continuellement augmenté à (−6, 6 V) et (−6,5, 6,5 V). Les courbes I_DS-V_GS mesurées du FeFET HZO MoS₂ à V_GS,range = (−6, 6 V), et (−6,5, 6,5 V) sont montrées dans la Fig. 3a. Similairement, la fenêtre de mémoire antihoraire augmente avec l'extension de V_GS,range. À V_GS,range = (−6,5, 6,5 V), la FM antihoraire est supérieure à 4 V et le rapport marche/arrêt augmente également à 10⁷, ce qui est dû à la commutation de polarisation améliorée sous une tension externe appliquée plus grande. Généralement, le mécanisme sous-jacent aux comportements d'hystérésis montrés dans les courbes I_DS-V_GS pendant le balayage bi-directionnel de V_GS est le décalage de tension de seuil, qui peut être modifié par les effets prédominants de commutation de polarisation, c'est-à-dire l'effet CN [30-32], résultant en une hystérésis antihoraire. Une étude supplémentaire des caractéristiques de sous-seuil améliorées a été réalisée dans l'autre dispositif sous un V_GS,range réduit. Les courbes I_DS-V_GS mesurées et les courbes SS ponctuelles - I_DS extraites de l'autre dispositif à V_GS,range = (−3, 3 V) sont tracées dans la Fig. 3b. Il est démontré qu'à V_GS,range = (−3, 3 V), le FeFET HZO/MoS₂ exhibe SS_For = 51,2 mV/décade et SS_Rev = 66,5 mV/décade, respectivement. C'est-à-dire que la pente sous-seuil de 60 mV/décade et une FM de 0,48 V peuvent être atteintes simultanément dans le FeFET HZO/MoS₂ à température ambiante, ce qui sera un indice pour distinguer entre NCFET et FeFET.

Test courant continu (CC) du FeFET HZO/MoS₂ lorsque la tension de drain (V_DS) est 0,5 V. a Comparaison entre les courbes de transfert avec 6 V et 6,5 V comme maximum de la tension de grille arrière. b Vue agrandie des courbes de transfert à l'intervalle 0 à -2 V de V_GS,range = (−3, 3 V). Pente de sous-seuil (SS) ponctuelle en fonction du courant de drain (I_DS) du FeFET HZO/MoS₂ est (b) encadré. Le dispositif exhibe SS_For = 51,2 mV/déc

Comme on le sait, dans le NCFET, la SS peut être inférieure à 60 mV/décade à température ambiante en raison de l'incorporation de la capacitivité négative du diélectrique de grille (C_ins), qui peut être obtenue via le segment de pente négative de dP/dE < 0 induit par le film ferroélectrique, contribuant au facteur de pile de grille (m) < 1. Le mécanisme sous-jacent à l'effet CN [33] est le champ de dépolarisation généré par le film ferroélectrique [34-38]. Il est expérimentalement rapporté que dû au criblage incomplet à l'interface du film ferroélectrique [39], la charge de polarisation résiduelle pourrait produire un champ électrique interne à travers le film ferroélectrique, qui a la direction opposée à la tension appliquée externement, menant à la redistribution de la tension à travers la pile de grille et au potentiel de surface de canal amplifié, nommé « effet d'amplification de tension » [40-42]. L'amplification de tension peut généralement être divisée en deux parties, la variation accélérée du potentiel de surface de canal et la valeur boostée subséquente, fournissant la commutation ON/OFF abrupte et le rapport I_ON/I_OFF amélioré, respectivement. Cependant, pour le FeFET, il y a une autre histoire. Selon le concept d'appariement de capacitivité entre la capacitivité ferroélectrique (C_FE) et la capacitivité métal-oxyde-semiconducteur (C_MOS) [43-45], lorsque |C_FE| > C_MOS, la capacitivité totale théorique (C_total) est positive et le système est stable, résultant en les mêmes comportements de polarisation pendant le balayage bi-directionnel de V_GS et le NCFET stable sans hystérésis. Cependant, un bon appariement résultant en une SS et une transconductance améliorées est très délicat à atteindre, puisque tanto C_MOS que C_FE sont des condensateurs très non-linéaires, dépendants du biais. De plus, |C_FE| > C_MOS doit être assuré pour toute la plage de tension de fonctionnement pour éviter l'hystérésis. Au lieu de cela, une fois |C_FE| < C_MOS, la C_total théorique est négative et le système est instable, un comportement de polarisation séparé doit se produire pendant la commutation bi-directionnelle de V_GS pour maintenir C_total positive, ce qui pourrait produire l'hystérésis antihoraire dans le FeFET pour l'application NVM. Ici, il est mentionné que les comportements hystérétiques sont l'effet subséquent de la commutation de polarisation séparée, ce qui signifie que la largeur de la fenêtre d'hystérésis peut être facilement modifiée basée sur le concept d'appariement de capacitivité, comme par exemple, qui peut être manipulée par la variation de V_DS. Avec un appariement de capacitivité approprié, même avec un V_GS,range très réduit = (−3, 3 V), le FeFET HZO/MoS₂ exhibe encore une fenêtre d'hystérésis évidente, et la commutation abrupte de SS_For = 51,2 mV/déc au même moment, ce qui suggère davantage l'existence de l'effet CN (effet de polarisation ferroélectrique) dans la région de sous-seuil également. Bien que NCFET et FeFET soient différents, le FeFET peut également être adopté comme dispositifs logiques avec une FM comparable plus petite, maintenant une SS profonde sous-60 mV/déc, et un rapport I_ON/I_OFF plus élevé également grâce à l'effet CN.

L'impact de V_DS sur la largeur de la FM a été soigneusement étudié. Les courbes I_DS-V_GS sur échelles logarithmiques sous différents V_DS sont caractérisées dans la Fig. S3. Il est exhibé qu'à un V_GS,range fixe = (−2, 2 V), les valeurs de V_GS extraites à I_DS = 70 nA pour le balayage bi-directionnel de V_GS se décalent toutes dans la direction négative. Pendant ce temps, il est également démontré que la variation dans le balayage direct de V_GS est beaucoup plus évidente que celle du balayage inverse, indiquant les phénomènes significatifs de DIBL négatif. Il faut noter que l'effet DIBL négatif se produit toujours avec un effet CN [46, 47].

Après le test courant continu (CC) du FeFET HZO/MoS₂ ci-dessus, nous avons réalisé les FM mesurées pour différentes impulsions de P/E V_GS avec une largeur de 10 ms dans la Fig. 4a. La FM est définie comme le changement maximum ΔV_TH après les impulsions de P/E V_GS. Pendant l'application d'impulsions V_GS, les autres bornes étaient fixées à V_S = V_D = 0 V. Pour l'opération de lecture (R), V_GS variait de -1 V à 1 V avec V_D = 0,5 V et V_S = 0 V. Comme montré dans la Fig. 4a, les FM extraites deviennent plus grandes à mesure que les impulsions de P/E V_GS augmentent. Lorsque l'impulsion de P/E V_GS imposée est ± 3 V, la FM extraite est de 0,1 V. Lorsque l'impulsion de P/E V_GS imposée est ± 5,5 V, la FM extraite est de 0,275 V. Comparé aux FM antihoraires de 4 V et 0,48 V dans la Fig. 3a et b, les FM extraites après impulsion de P/E V_GS sont grandement réduites. Cela est possiblement dû à une densité plus élevée d'états de piégeage induite par l'humidité élevée dans l'air [48]. Ainsi, le mécanisme de piégeage/dépiégeage de charge est renforcé et la boucle d'hystérésis antihoraire est éventuellement diminuée. De plus, nous avons étudié l'endurance de cyclage et la rétention de données du FeFET HZO/MoS₂ sous impulsions P/E avec une hauteur de ± 5,5 V dans la Fig. 4b. L'impulsion de programmation V_GS était de 10 ms de large avec V_S = V_D = 0 V. La Figure 4b illustre les FM mesurées en fonction des cycles d'endurance. Le cycle d'endurance est formé par des impulsions périodiques P/R/E/R de tension de grille arrière. Les tensions appliquées à la grille arrière de hauteur P, E, R étaient +5,5 V, -5,5 V et 0 V, respectivement. Et la largeur d'impulsion de P et E était de 10 ms. Clairement, une FM de 0,3 V peut être maintenue sans dégradation significative après 10³ cycles P/E. À mesure que le nombre de cycles d'endurance augmentait, la FM augmentait à 0,38 V après 10 cycles puis diminuait à nouveau à 0,28 V après 600 cycles. Le premier élargissement de la FM est appelé effet de réveil et la FM réduite ultérieurement est appelée effet de fatigue. L'effet de réveil correspond au dépiégeage de parois de domaine, menant à une augmentation des domaines de polarisation commutables du film HZO [49]. L'effet de fatigue correspond aux charges nouvellement injectées qui piègent les parois de domaine après un grand nombre de cycles P/E [50]. La rétention de données à température ambiante est montrée dans la Fig. 4c. Ici, la dégradation de la FM est négligeable après 10⁴ s. Par conséquent, une FM d'environ 0,3 V peut être attendue comme durable sur plus de 10 ans par les lignes d'extrapolation pointillées. Comme présenté dans la Fig. 4d, le dispositif est stable après 10³ cycles sous les impulsions P/E avec des hauteurs de ± 3 V. La stabilité du FeFET HZO/MoS₂ montre une grande perspective d'applications dans la technologie de mémoire non volatile.

Performances de mémoire du FeFET HZO/MoS₂ sous impulsions P/E. a FM extraites (FM) sous impulsions P/E avec hauteurs ± 3 V, ± 4 V, ± 5 V, ± 5,5 V et ± 6 V. b Mesures d'endurance sous conditions d'impulsions P/E. c Caractéristique de rétention du FeFET HZO/MoS₂. d Endurance du FeFET HZO/MoS₂ pour 10³ cycles sous les impulsions P/E avec hauteurs ± 3 V

Une comparaison de figure de mérite avec les dispositifs basés sur FeFET combinant MoS₂ et diélectriques de grille ferroélectriques est fournie dans le Tableau 1. Ici, la structure du dispositif, la polarisation rémanente, le champ électrique coercitif, la direction de la boucle d'hystérésis, la FM, la tension de fonctionnement, les cycles d'endurance et le temps de rétention sont listés. Il est évident que le dispositif que nous avons fabriqué exhibe la couche ferroélectrique la plus mince de 6 nm HZO et la tension de fonctionnement la plus basse comparée aux autres travaux [12-18], ce qui est important pour le futur nœud de processus de 2 nm ou 3 nm de la fin de ligne arrière (BEOL) de la mémoire. En réduisant l'épaisseur de la couche ferroélectrique, une FM d'environ 0,1 V a été atteinte sous une tension de fonctionnement faible de ± 3 V. Une telle tension de fonctionnement faible peut être attribuée aux caractéristiques intrinsèques de la couche HZO comparée à leurs homologues, tels que P(VDF-TrFE) ou HfO₂, qui ont une épaisseur bien plus grande. De plus, notre dispositif possède une polarisation rémanente P_r plus faible de 1,1 μC/cm² comparée aux autres FeFETs rapportés. La décroissance rapide de la perte de rétention dans un FeFET est due à l'existence du champ de dépolarisation E_dep, qui provient de la compensation de charge incomplète due à l'existence de la couche Al₂O₃. Ici, E_dep est directement proportionnelle à la polarisation rémanente P_r [51]. Ainsi, le E_c élevé et le P_r faible font que le rapport E_dep/E_c dans le FeFET MoS₂/HZO est beaucoup plus petit, menant à une perte de rétention beaucoup plus petite associée à l'effet de champ de dépolarisation. Bien que les performances de rétention des FeFET MoS₂ basés sur HZO et P(VDF-TrFE) soient toutes deux autour de 10⁴ s, le film P(VDF-TrFE) a besoin d'être de 150 nm [17].

Conclusions

En conclusion, nous avons étudié des dispositifs de transistor mémoire ferroélectrique à quelques couches, basés sur MoS₂, utilisant un diélectrique de grille arrière HZO. Nos dispositifs fabriqués exhibent une hystérésis antihoraire induite par la polarisation ferroélectrique. De plus, notre transistor mémoire ferroélectrique HZO/MoS₂ a affiché d'excellentes performances de dispositif : un rapport courant marche/arrêt élevé de plus de 10⁷ et une FM antihoraire de 0,1 V à une tension P/E de 3 V, qui a l'endurance (10³ cycles) et la rétention (10⁴ s) de performance. Nous pensons donc que les résultats de nos transistors mémoire ferroélectriques non volatils basés sur MoS₂ exhibent des perspectives prometteuses pour l'avenir des applications de mémoire non volatile 2D à faible consommation.

Disponibilité des données et matériaux

Les auteurs déclarent que les matériaux, données et protocoles associés sont disponibles pour les lecteurs, et toutes les données utilisées pour l'analyse sont incluses dans cet article.