IGZOチャネルを用いた低消費電力、大容量トランジスター型強誘電体メモリーを開発 東大

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(a)FeFETの模式図 (b)ポリシリコンチャネルとIGZOチャネルのFeFETの特徴比較

東京大学は2019年6月10日、極薄の金属酸化物半導体IGZOをチャネルとしたトランジスター型強誘電体メモリー(FeFET)の開発に成功したと発表した。

IoTの普及に伴いIoTデバイスは今後ますます低消費電力であることが求められる。消費電力の中でもリーク電力(電流の漏れ出し)削減のためには、メモリーの待機時電力を抑制できる低消費電力型の不揮発性メモリーが必要になってくる。

強誘電体を絶縁膜とするFeFETは、低消費電力かつ大容量という特徴を持ち、10nm以下の膜厚でも強誘電性を示す強誘電体二酸化ハフニウム(HfO2)材料が開発され、注目を集めている。しかし、シリコンをチャネルとする従来のFeFETでは、ゲート絶縁膜とシリコンチャネルとの間に形成される誘電率の低い界面層が原因となって電圧降下や電荷トラップが生じ、低電圧動作と高信頼性動作の両立は難しかった。

今回の研究では、膜厚8nmのIGZOをチャネルとしたHfO2ゲート絶縁膜FeFETを開発。金属酸化膜であるIGZOを使用することで、HfO2との間で誘電率の低い界面層の形成を抑えた。さらにN型にドープされているIGZOをチャネルにすることで、キャリヤーの電荷トラップの発生も抑制できた。同メモリーは、サブスレッショルド係数が60mV/dec、メモリーウインドウ0.5V以上の高移動度と低電圧動作の特性を示した。

東京大学では今後、今回採用したバックゲート型デバイス構造の他に、トップゲート型および積層型ゲート構造を開発する一方、書き換え速度の高速化やデータ保持の長期化、また書き換え耐性の向上などを目指してデバイス開発を進める。

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