理解基于HfO2的3D沟槽FeRAM中频率依赖的加速退化机制

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Understanding Frequency-Dependent Accelerated Degradation Mechanisms in HfO2-Based 3-D Trench FeRAM

本研究系统分析了三维沟槽HfO2基FeRAM的频率相关加速退化（FDAD）机制，发现延迟时间增加会加剧剩余极化退化并导致矫顽电场偏移。通过调节应力电压和优化脉冲操作方法可有效抑制FDAD效应，并提出基于氧空位（VO）生成、分布及电子陷阱作用的恢复策略。

　　

摘要：

在这项研究中，我们全面分析了新型三维沟槽氧化铪（HfO2）基铁电随机存取存储器（FeRAM）中的频率依赖性加速退化（FDAD）机制。研究发现，双极开关脉冲之间的延迟时间增加会加剧剩磁极化（P_r）的退化，并导致矫顽电场（E_c）的变化。当应力电压从2.5伏降至1.5伏时，剩磁极化的退化现象更加严重，这归因于电子的“唤醒”过程不足；而矫顽电场的变化则有所减小，这可能是由于电子陷阱效应得到缓解。此外，采用具有平衡延迟时间的脉冲操作方法可以有效抑制FDAD效应。根据实验观察结果，FDAD机制可以归因于双极循环引起的氧空位（VO）生成、由延迟时间主导的VO重新分布，以及与V<2+>相关的偶极钉扎效应和电子脱陷效应的共同作用。最后，本文为器件优化提出了FDAD恢复策略的指导建议。