فی‌فت

ترانزیستور اثرمیدان فروالکتریکی (به انگلیسی: ferroelectric field-effect transistor) (کوته‌نوشت: فی‌فِت) (FeFET) نوعی ترانزیستور اثر میدان است که شامل یک ماده فروالکتریک است که بین الکترود گیت و ناحیه رسانش سورس-درین قطعه (کانال) قرار گرفته است. قطبش دائمی میدان الکتریکی در فروالکتریک باعث می‌شود که این نوع قطعه در غیاب هرگونه بایاس الکتریکی، حالت ترانزیستور (روشن یا خاموش) را حفظ کند.

افزاره‌های مبتنی بر فی‌فِت در حافظه فی‌فِت (به انگلیسی: FeFET memory) استفاده می‌شوند - نوعی حافظه غیرفرار تک ترانزیستوری.

توضیحات

در سال ۱۹۵۵، ایان مونرو راس حق ثبت اختراعی برای فی‌فِت یا ام‌اف‌اس‌فِت ثبت کرد. ساختار آن مانند ماسفِت با کانال وارونگی نوین بود، اما به جای اکسید، از ماده فروالکتریک به عنوان دی‌الکتریک/عایق استفاده می‌شد.^[۱] استفاده از یک فروالکتریک (تری‌گلیسین سولفات) در یک حافظه حالت جامد توسط مول و تارویی در سال ۱۹۶۳ با استفاده از یک ترانزیستور فیلم نازک پیشنهاد شد. ^[۲] تحقیقات بیشتری در دهه ۱۹۶۰ انجام شد، اما مشخصه‌های نگهداری افزاره‌های مبتنی‌بر فیلم نازک رضایت‌بخش نبود. ^[۳] افزاره‌های مبتنی‌بر ترانزیستور اثر میدان اولیه از بیسموت تیتانات (Bi₄Ti₃O₁₂) فروالکتریک یا Pb_1−xLn_xTiO₃ (پی‌ال‌تی)و زیرکونات/تیتانات‌های مخلوط مرتبط (پی‌ال‌زدتی) استفاده می‌کردند. ^[۳] در اواخر دهه ۱۹۸۰، رَم فروالکتریک با استفاده از یک فیلم نازک فروالکتریک به عنوان خازن، متصل به یک فِت آدرس‌دهی، توسعه داده شد. ^[۳]

افزاره‌های حافظه مبتنی‌بر فی‌فِت با استفاده از ولتاژهایی پایین‌تر از ولتاژ وادارنده برای فروالکتریک خوانده می‌شوند. ^[۴]

مسائلی که در تحقق یک افزاره حافظه فی‌فِت کاربردی دخیل هستند عبارتند از (از سال ۲۰۰۶) انتخاب یک لایه با گذردهی الکتریکی بالا و عایق‌بندی بالا بین فروالکتریک و گیت؛ مشکلات مربوط به قطبش هیسترزیس بالای فروالکتریک‌ها؛ زمان ماند محدود (حدود چند روز، در صورت نیاز ۱۰ سال).

مشروط بر اینکه لایه فروالکتریک بتواند بر اساس آن مقیاس‌بندی شود، انتظار می‌رود افزاره‌های حافظه مبتنی‌بر فی‌فِت و همچنین افزاره‌های ماسفِت مقیاس‌پذیر (شکنج شوند) شوند؛ با این حال، محدودیت حدود ۲۰ نانومتر ممکن است به صورت جانبی وجود داشته باشد^[۵] (حد اَبَرپارااِلکتریک، که با نام حد فروالکتریک نیز شناخته می‌شود). چالش‌های دیگر برای کوچک شدن ویژگی‌ها عبارتند از:: کاهش ضخامت لایه نازک که باعث اثرات قطبش اضافی (ناخواسته) می‌شود؛ تزریق بار؛ و جریان‌های نشتی.

تحقیق و توسعه

در سال ۲۰۱۷ گزارش شد که حافظه غیرفرار مبتنی بر فی‌فِت با گره ۲۲ نانومتری و با استفاده از اِف‌دی‌سول سیماس (سیلیکون کاملاً تهی‌شده روی عایق) و دی‌اکسید هافنیوم (HfO₂) به عنوان ماده فروالکتریک ساخته شده است - کوچک‌ترین اندازه سلول فی‌فِت گزارش شده ۰٫۰۲۵ میکرومتر مربع بود، این افزاره‌ها به صورت آرایه‌های ۳۲ مگابیتی و با استفاده از پالس‌های سِت/ری‌سِت با مدت زمان تقریبی ۱۰ نانوثانیه در ۴٫۲ ولت ساخته شدند - این افزاره‌ها تاب‌آوری ۱۰۵ سیکل و قابلیت نگهداری داده‌ها تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد را نشان دادند.

تا تاریخ ۲۰۱۷ شرکت نوپای فروالکتریک مِموری در تلاش است تا حافظه فی‌فِت را به یک افزاره تجاری مبتنی‌بر دی‌اکسید هافنیوم تبدیل کند. ادعا می‌شود که فناوری این شرکت قابلیت تطبیق با اندازه گره‌های فرایندی نوین را دارد و با فرآیندهای تولید معاصر، یعنی اچ‌کی‌ام‌جیی، ادغام می‌شود و به راحتی در فرآیندهای سیماس معمولی قابل ادغام است و تنها به دو ماسک اضافی نیاز دارد.^[۶]

جستارهای وابسته

رم فروالکتریک، رمی که از ماده فروالکتریک در خازن یک ساختار دی‌رَم معمولی استفاده می‌کند

منابع

↑ Stefan Ferdinand Müller (2016). Development of HfO2-Based Ferroelectric Memories for Future CMOS Technology Nodes. BoD – Books on Demand. ISBN 978-3-7392-4894-3.
↑ Park et al. 2016, §1.1.1, p.3.
1 2 3 Park et al. 2016, §1.1.1, p.4.
↑ Park et al. 2016, § 1.1.2, p.6.
↑ {{cite book}}: یادکرد خالی (کمک)
↑ {{cite book}}: یادکرد خالی (کمک)
Dünkel, S. (Dec 2017), "A FeFET based super-low-power ultra-fast embedded NVM technology for 22nm FDSOI and beyond", 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), pp. 19.7.1–19.7.4, doi:10.1109/IEDM.2017.8268425, ISBN 978-1-5386-3559-9, S2CID 19624615{{یادکرد}}: نگهداری یادکرد:پارامتر اثر با شابک (رده)
Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline; Mikolajick, Thomas, eds. (2005), Materials for Information Technology: Devices, Interconnects and Packaging, Springer, pp. 157 –

Park, Byung-Eun; Ishiwara, Hiroshi; Okuyama, Masanori; Sakai, Shigeki; Yoon, Sung-Min, eds. (2016), "Ferroelectric-Gate Field Effect Transistor Memories: Device Physics and Applications", Topics in Applied Physics, no. 131, Springer

برای مطالعهٔ بیشتر

Ishiwara, Hiroshi (2012), "FeFET and ferroelectric random access memories", Multifunctional Oxide Heterostructures, pp. 340–363, doi:10.1093/acprof:oso/9780199584123.003.0012, ISBN 978-0-19-958412-3

[1] Stefan Ferdinand Müller (2016). Development of HfO2-Based Ferroelectric Memories for Future CMOS Technology Nodes. BoD – Books on Demand. ISBN 978-3-7392-4894-3.

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§1.1.1,_p.3-2] Park et al. 2016, §1.1.1, p.3.

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§1.1.1,_p.4-3] 1 2 3 Park et al. 2016, §1.1.1, p.4.

[FOOTNOTEParkIshiwaraOkuyamaSakai2016§_1.1.2,_p.6-4] Park et al. 2016, § 1.1.2, p.6.

[5] {{cite book}}: یادکرد خالی (کمک)

[6] {{cite book}}: یادکرد خالی (کمک)

[dunkel-7] Dünkel, S. (Dec 2017), "A FeFET based super-low-power ultra-fast embedded NVM technology for 22nm FDSOI and beyond", 2017 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), pp. 19.7.1–19.7.4, doi:10.1109/IEDM.2017.8268425, ISBN 978-1-5386-3559-9, S2CID 19624615{{یادکرد}}: نگهداری یادکرد:پارامتر اثر با شابک (رده)

[zschech-8] Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline; Mikolajick, Thomas, eds. (2005), Materials for Information Technology: Devices, Interconnects and Packaging, Springer, pp. 157 –

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

انواع حافظه‌های رایانه
فرار
حافظه دسترسی تصادفی (رم)
دی‌رم (برای مثال دی‌دی‌آر اس‌دی‌رم) اس‌رم
در حال توسعه تی-رم زی-رم تی‌تی‌رم
قدیمی
لامپ ویلیامز-کیلبورن (۴۷-۱۹۴۶) حافظه خط تاخیر (۱۹۴۷) لامپ سلکترونی (۱۹۵۳) دکاترون
غیر فرار
حافظه فقط خواندنی (رام)
مسک‌رام پی‌رام ئی‌پی‌رام ئی‌ئی‌پی‌رام
ان‌وی‌رام
حافظه فلش
مراحل اولیه ان‌وی‌رام
ان‌وی‌اس‌رم اف‌رم ام‌رم پی‌رم
ماشینی
نوار مغناطیسی دیسک سخت دیسک‌گردان نوری
درحال توسعه
سی‌بی‌رم اسنوس آررم حافظه مسیر‌مسابقه‌ای ان‌رم حافظه هزارپایی اف‌جی‌جی
قدیمی
انبارش داده کاغذی (۱۷۲۵) حافظه طبلی (۱۹۳۲) حافظه با هسته مغناطیسی (۱۹۴۹) حافظه سیم‌اندود شده (۱۹۵۷) حافظه نازک‌فیلم (۱۹۶۲) حافظه توئیستور (~۱۹۶۸) حافظه حبابی (~۱۹۷۰)