Asymmetric Polarization Response of Electrons and Holes in Si FeFETs: Demonstration of Absolute Polarization Hysteresis Loop and Inversion Hole Density over 2×1013 cm−2

铁电性 极化(电化学) 电子 材料科学 物理 光电子学 凝聚态物理 电介质 化学 量子力学 物理化学
作者
Kasidit Toprasertpong,Zhijian Lin,T. E. Lee,Mitsuru Takenaka,Shinichi Takagi
标识
DOI:10.1109/vlsitechnology18217.2020.9265015
摘要

We have investigated the device operation of Si ferroelectric FETs (FeFET) through direct measurements of polarization and electron/hole densities in p-FeFETs and n-FeFETs. Unlike electrons in n-FeFETs, inversion holes in p-FeFETs are found to be well coupled with ferroelectric polarization, resulting in inversion hole density N s enhanced up to 2.5×10 13 cm -2 . Based on experimentally-confirmed ferroelectric-semiconductor coupling behaviors, we propose a method to extract absolute polarization in ferroelectric gate stacks without centering P-V loops. We demonstrate that obtaining accurate polarization states is a key to understand the FeFET characteristics: it explains the physical origin of a difference in the memory window between p- and n-FeFETs.
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