Modeling and Investigating Total Ionizing Dose Impact on FeFET

剂量率 电离辐射 吸收剂量 场效应晶体管 晶体管 光电子学 材料科学 电气工程 物理 辐照 电压 核物理学 工程类 医学物理学
作者
Munazza Sayed,Kai Ni,Hussam Amrouch
出处
期刊:IEEE Journal on Exploratory Solid-State Computational Devices and Circuits 卷期号:9 (2): 143-150 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jxcdc.2023.3325706
摘要

This paper presents a novel, simulation-based study of the long-term impact of X-ray irradiation on the ferroelectric field effect transistor (FeFET). The analysis is conducted through accurate multi-physics technology CAD (TCAD) simulations and radiation impact on the two FeFET memory states—HVT and LVT—is studied. For both the states, we investigate the deterioration of device characteristics, such as threshold voltage shift (Δ Vth ) and memory window (MW) degradation, resulting from total ionizing dose (TID) exposure between 10 krad/s to 3 Mrad/s. At a dose rate of 10 krad/s, the FeFET is adequately radiation hardened for both HVT and LVT due to negligible change in MW from the baseline, unradiated case. At a dose rate of 3 Mad/s, a MW degradation of 40% is observed, and the greatest contributor is identified as the HVT state, which shows a 0.5 V increase in Δ Vth , compared to 0.08 V Δ Vth for LVT at the same dose rate. The difference in radiation responses for HVT and LVT at the same TID is investigated and attributed to the impact of the depolarization electric field ( Edep ) on the transport of electrons and holes. Consequently, holes form oxide traps that occupy deeper energy levels for HVT compared to LVT, which underlies the Vth shift and MW degradation. The resultant Id-Vg characteristics are in good agreement with experimental data. Our analysis highlights that the HVT state is sensitive to TID relative to LVT.

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