具有电阻性耦合浮动闸极之铁电记忆电晶体

摘要

本发明提出一种新型单一电晶体记忆器装置，以其使用一种铁电材料之极化而储存资讯。此装置为一浮动闸极场效电晶体(FET)，连同有一铁电材料设置于闸极与浮动闸极之间及有一电阻，此电阻之实施较佳者系由设置于浮动闸极与电晶体通道之间之薄SiO2介电形式。与以前之设计不同之处为于此装置中浮动闸极系以电容性及电阻性二者之方式耦合至电晶体通道，如此可使此装置使用低电压从事读写。此装置在低电压高速率操作方面，超过百亿次循环操作方面(由于装置持续性系受到铁电材料耐久性限制而非氧化物之崩溃)，及在十忆位元积体密度方面，均有其显着优点。

主权项

1.一种铁电记忆电晶体,包括形成于半导体材料中之一源极区域及一汲极区域,设置于该源极区域与该汲极区域之间之一通道区域,设置于该通道区域上方之由电绝缘材料构成之绝缘层,设置于该绝缘层上方之由导电材料构成之一浮动闸极层,设置于该浮动闸极层上方之一非导电铁电材料层,设置于该铁电材料层之上之一闸极,用以将该浮动闸极层以电阻耦合至该源极区域,汲极区域,通道区域中之至少一区域之一电阻器。2.根据申请专利范围第1项之铁电记忆电晶体,其中该电阻器包括该绝缘层,该绝缘层由电绝缘层构成并且设置于该通道区域与该浮动闸极层之间,及其中该绝缘层足够薄,藉使电子以通过隧道方式穿过该层而呈现电阻性。3.根据申请专利范围第2项之铁电记忆电晶体,其中该半导体材料为矽及该电绝缘材料为SiO2。4.根据申请专利范围第1,2或3项之铁电记忆电晶体,其中当电压加至该闸极时,该源极区域及该汲极区域有一初始第一电位及该浮动闸极层有一初始第二电位,及其中该浮动闸极层自该初始第二电位改变其电位至该第一电位与该初始第二电位之间之一半数値所需之时间系小于的1秒。5.根据申请专利范围第1,2,或3项之铁电记忆电晶体,其中当电压加至该闸极时,该源极区域及该汲极区域有一初始第一电位及该浮动闸极层有一初始第二电位,及其中该浮动闸极层自该初始第二电位改变其电位至该第一电位与该初始第二电位之间之一半数値所需之时间系小于约1毫秒。6.根据申请专利范围第1,2,或3项之铁电记忆电晶体,其中当电压加至该闸极时,该源极区域及该汲极区域有一初始第一电位及该浮动闸极层有一初始第二电位,及其中该浮动闸极层自该初始第二电位改变其电位至该第一电位与该初始第二电位之间之一半数値所需之时间系小于约100毫微秒。7.根据申请专利范围第3项之铁电记忆电晶体,其SiO2绝缘层之厚度不大于40埃。8.根据申请专利范围第3项之铁电记忆电晶体,其SiO2绝缘层之厚度不大于15埃。9.根据申请专利范围第1,2,或3项之铁电记忆电晶体,该电阻器为一人造电阻器其耦合至由该源极区域,该汲极区域,该通道区域构成之一组中之至少一组件。10.根据申请专利范围第1,2,或3项之铁电记忆电晶体,该电阻器为一人造电阻器,其系由掺杂之聚矽制成并且耦合至该源极区域,该汲极区域,该通道区域构成之一组中之至少一组件。11.根据申请专利范围第1,2,或3项之铁电记忆电晶体,其中铁电层系由LiNbO3,BaTiO3,PbTiO3,Bi3Ti4O12,SrBi2TaO9,SrBi2TaxNb1-xO9,及PbZrxTi1-xO3中之一化合物制成。图式简单说明:第一图a及第一图b例示根据先前技术之一铁电电晶体之操作原理。第二图a为一浮动闸极之一先前技术铁电FET电晶体之横截面图,第二图b为其相对应之电路示意图。第三图a为根据本发明之一铁电FET电晶体之横截面图,第三图b为其相对应之电路示意图。第四图为使用根据本发明之一FET电晶体之一记忆格之电路示意图。第五图为一曲线图,例示于根据本发明之一FET电晶体中对于铁电层之正及负极化二者而言,当浮动闸极电压施加之后,浮动闸极电压与经过之时间之关系。第六图为一曲线图(根据Rana等人于Appl. Phys. Lett. 69, 1104,1996中之说明),例示根据本发明所构造之FET电晶体中具有数种厚度之SiO2层之电流密度与闸极电压之间之关系。第七图为根据本发明之一第二具体实例所构造之一FET电晶体之横截面图,此电晶体使用一人造电阻器以将浮动闸极连接至源极及汲极区域。