Modified Sawyer-Tower Circuit for characterization of negative-capacitance effects of ferroelectric thin films

摘要

近年來在智慧型手機、物聯網 (Internet of things)相關應用的快速發展，低耗能型電子元件最俱備潛力。其中最具優勢的是負電容場效電晶體(Negative Capacitance FET NC-FET)，是現今已被証實能突破傳統以係基底的場效電晶體次臨界?幅 (sub-threshold swing)的物理極限，使電晶體可在更小的偏壓之下運行。然而負電容效應只發生在鐵電薄膜極化翻轉的瞬態，而為了探討負電容效應，我們必須找出鐵電薄膜的鐵電行為。在本研究中，我們藉由優化Sawyer-Tower線路測量鋯鈦酸鉛 (Pb[ZrxTi1-x]O3 PZT)薄膜極化翻轉瞬間之電流變化與負電容效應，搭配Landau–Ginzburg–Devonshire (LGD)理論模型探討充電曲線、電滯曲線與位能圖，其中S形狀電滯曲線之斜率為負電容效應最重要的證明。考慮到外部線路可能貢獻的寄生電容以優化本實驗線路，以便我們更進一步在巨觀世界下研究薄膜的鐵電性與負電容效應。 本研究透過首先以改變線路上外加串聯電阻探討電阻對於PZT薄膜的鐵電行為與負電容效應影響。接著將PZT薄膜結構做改變，在鐵電層與底電極間加入介電層 (SrTiO3 STO)，比較介電層加入前後PZT薄膜的鐵電特性。最後以不同的介電層厚度來探討介電層厚度對於負電容效應之影響。

獎項日期	2019
原文	English
監督員	Yi-Chun Chen (Supervisor)