张欣:如果要做FeFET测试和表征的话,需要有哪些量测方法?
唐老师:FeFET器件很多不同的角度的测试,包括像转移曲线Id-Vg、读写速度、耐久性和保持性的测试,以及还需要在阵列的读写功能和串扰问题等方面的一些测试。
转移曲线(Id-Vg)测试是测量器件在不同栅极电压下的电流-电压特性,以评估其开关特性、阈值电压和存储能力。读写速度测试,用来评估FeFET在实际工作条件下的响应速度。耐久性测试通过反复进行编程和擦写操作,评估器件的长期稳定性和可靠性。保持性测试测量器件在无偏压条件下保持存储状态的能力。阵列读写和串扰测试,用于评估在集成的阵列中,器件之间的相互影响和串扰问题。
张欣:在FeFET的电学表征和测量方面,您有哪些经验和建议?
唐老师:我们需要精确测量FeFET在快速操作下的电流和电荷,这要求测试设备具备高速度和高精度。我们通常使用AWG、半导体参数分析仪和高带宽示波器来进行这些测试。
主要涉及四类产品。第一类是任意波形发生器(AWG),用于产生各种测试信号,特别是高速脉冲,用于测量极化翻转速度等动力学特性;第二类是半导体参数分析仪,如4200A-SCS,用于测量FeFET的基本电学特性,例如Ig-Vd,并搭载源测量单元(SMU)或脉冲测量单元(PMU)进行读和写操作,多用于可靠性和保持性的测试;另外,测量非常高速的信号还要用到高带宽示波器,尤其是当需要表征铁电材料的动态行为,如亚纳秒级别的快速响应时;除了这三项关键设备,在进行阵列测试中还需要使用到矩阵开关,以便能够快速选择并测试阵列中的单个器件,而不需要手动逐一连接。
总结来说,FeFET的测试和表征需要一系列精密的设备和细致的测试方法,以确保能够全面评估其电学性能和可靠性。随着技术的发展和阵列规模的增大,测试过程的自动化将变得越来越重要。
未来商业化仍充满挑战
张欣:那像铁电FeFET目前还是在实验室处于科研的阶段。未来商业化量产可能会在什么样的时间节点?
唐老师:预测FeFET的商业化时间表存在难度,因为前沿技术和产业发展的不确定性较高。比较近期最有可能实现商业化应用的应该是嵌入式非易失性存储器(eNVM),尽管现阶段市场相对较小,竞争也比较激烈,但长久来看仍可为高性能存储和新型计算架构提供有力的发展平台。这类应用比较有希望在5年内实现。除此之外,在相对更加主流的存储器市场,FeFET还比较有希望应用于NAND型高密度存储器。铁电材料的引入可以在三维NAND Flash基础上,实现存储密度和读写速度的进一步提升。当然现阶段NAND型的FeFET仍面临诸多技术挑战,包括缩小尺寸后的存储窗口、耐久性、保持性、一致性等,以及阵列中的串扰问题。对于这一领域,可能需要5到10年的时间实现大规模商业化生产。