22、基于IGZO的铁电薄膜晶体管：性能、应用与前景

基于IGZO的铁电薄膜晶体管：性能、应用与前景

1. 机械应力与铁电材料相稳定性

铁电材料的性能受到多种因素的影响，其中机械应力对相稳定性的作用至关重要。机械应力会导致材料内部的晶格结构发生变化，从而影响其电学性能。例如，残余机械应力会使材料的最优掺杂浓度发生偏移。因此，通过控制机械应力，可以实现对材料性能的精确调控。

材料的相图可以用机械应力来描述，这为我们理解和控制材料的性能提供了重要的理论依据。通过调整机械应力，可以使材料处于不同的相态，从而满足不同的应用需求。

2. 微观结构对铁电响应的影响

薄膜的微观结构是导致器件性能变化的另一个重要因素。微观结构包括晶粒结构、局部晶体相和局部晶体取向等。通过透射菊池衍射技术，我们可以对这些参数进行详细研究。

不同的掺杂浓度和退火温度会影响材料的微观结构。例如，低掺杂浓度会增加单斜晶相的晶粒数量，而退火温度在1000°C及以上时，单斜晶相的比例会增加。此外，不同的掺杂剂会导致不同的晶粒尺寸，如Si掺杂的HfO₂与HZO相比，晶粒尺寸明显更大。

不同的衬底也会对材料的微观结构产生显著影响。在预织构的TiN衬底上生长的层具有<100>取向的强晶体织构，而在SiO₂上生长的层则只有<111>或<110>取向的弱织构，且晶粒尺寸更大。这些微观结构的差异会影响器件的性能和可变性。

微观结构的差异会影响器件的可变性。研究表明，器件的尺寸（如沟道宽度和长度）会影响其开关行为和可变性，这与电流渗流路径的存在密切相关。此外，晶体织构和晶粒尺寸的变化也会强烈改变开关行为，晶粒统计对器件可变性也有影响。

3. IGZO