铁电门器件制造技术

铁电元件，具有：铁电电容器、与所述铁电电容器串联连接的开关元件、输入端子和接地端子，开关元件由Ｎ型场效应型晶体管、和Ｐ型场效应晶体管构成，Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的源极均与输入端子连接，Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的漏极均与铁电电容器的一端连接，Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的栅极、以及铁电电容器的另一端与接地端子连接，在输入端子上施加电压时，如果在铁电电容器上施加铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压以上的电压时，则开关元件作为电阻工作，在输入端子上施加电压时，如果在铁电电容器上施加比矫顽电压小的电压时，开关元件作为电容器工作。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用铁电体(ferroelectric)的元件及门器件，尤其是涉及提高保持介质极化特性以及矩形比的铁电元件以及使用它的铁电门器件。
技术介绍
伴随着近年的电子设备的发展，数据大容量化不断进步。为了在电源断开后也保存数据，非易失性存储器令人注目。作为非易失性存储器，可列举出闪存存储器或铁电存储器(Fe RAM)等。可是，为了处理高速、大容量的数据，更加高速非易失存储器成为必要。近年MFMIS(Metal Ferroelectric Metal Insulator Semiconductor，金属铁电体金属绝缘体半导体)型铁电门器件令人注目。可是，在MFMIS型铁电门器件中，在铁电电容器(铁电薄膜)和门氧化膜上施加的电压分配比成为问题。使用图10对该问题加以说明。 图10(a)是示出对顺电介质(paraelectric)电容器101及铁电电容器102串联的电路的电路图。图10(a)示出的顺电介质电容器101及铁电电容器102分别表示铁电门器件中的门氧化膜以及铁电薄膜。铁电电容器102一方的端子接地。现在，在顺电介质电容器101的端子IN上施加电压Vpp。这时，令铁电电容器102两端的电压为Vf，顺电介质电容器101两端电压为Vc，顺电介质电容器101及铁电电容器102各自感应的电荷为Q。铁电电容器102的电荷Q和电压Vf示出如图10(b)所示那样的磁滞特性。此外，顺电介质电容器101的电荷Q和电压Vc之间的关系如式1所示地表达。 Q＝CcVc ＝Cc(Vpp-Vf)(式1) 作为式1表示的直线和上述磁滞曲线之间交点的点A(参照图10(b))是这时的工作点。 如果施加顺电介质电容器101的电压Vpp的端子IN返回0V，则顺电介质电容器101的电荷Q和电压Vc之间的关系如式(2)所示地表达。 Q＝CcVc ＝-CcVf(式2) 作为式2表示的直线和上述磁滞曲线之间交点的点B(参照图10(b))是这时的工作点。由于保持铁电电容器102的铁电体极化，所以在连接顺电介质电容器101和铁电电容器102的节点上保持-Vh电位。 为了增大该保持电压(-Vh)，希望增大铁电电容器102上施加的电压，然而一旦在端子IN上施加电压，则因为顺电介质电容器101上也施加电压，所以不能充分感应铁电体的极化。此外，一旦在端子IN上施加的电压过大，则顺电介质电容器101的电场强度达到耐压以上。此外，如果增大铁电体的矩形比M(＝Pr(残余极化/Ps(自发极化))(参照图10(b))，则增大保持电压是可能的，然而，为此必须提高铁电薄膜的结晶性。可是形成具有与容积(bulk)同程度的矩形比M的铁电薄膜结晶是困难的。 如以上所示，在顺电介质电容器101及铁电电容器102的串联电路，想提高保持在两电容器101、102连接节点上的电压，只在铁电电容器102上施加足够高的电压是困难的，而且存在所谓铁电薄膜的矩形比不太大的问题。
技术实现思路
为了解决上述的课题，本专利技术的目的是提供根据施加的电压作为电阻或电容器工作的开关元件与铁电电容器串联的铁电元件以及使用它的铁电门器件。 达到上述目的的第1的本专利技术的铁电元件具有铁电电容器和与该铁电电容器串联的开关元件，该开关元件由齐纳二极管构成，在前述铁电元件两端子上施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加前述铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压以上的电压，则前述开关元件作为电阻工作，在前述铁电元件两端子上施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加比前述铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压还小的电压，则前述开关元件作为电容器工作。 达到上述目的的第2的本专利技术的铁电元件具有铁电电容器和由N型场效应型晶体管及P型场效应型晶体管构成的、与前述铁电电容器串联的开关元件，该开关元件中，前述N型及P型场效应型晶体管的源极一起与输入端子连接，前述N型及P型的场效应型晶体管的漏极一起与铁电电容器一端连接，前述N型及P型场效应型晶体管的栅极与前述铁电电容器的另一端连接，在前述铁电元件两端施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加前述铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压以上的电压时，则前述开关元件作为电阻工作，在前述铁电元件两端上施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加比前述矫顽电压小的电压时，则前述开关元件作为电容器工作。 达到上述目的的第3的本专利技术的铁电元件具有铁电电容器、与铁电电容器串联的开关元件、和与前述铁电电容器或前述开关元件串联的顺电介质电容器；前述开关元件由齐纳二极管构成，在前述铁电元件的两端子上施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加前述铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压以上的电压，则前述开关元件作为电阻工作，在前述铁电元件的两端子上施加电压时，一旦在前述铁电电容器上施加比前述矫顽电压还小的电压时，前述开关元件作为电容器工作。 达到上述目的的本专利技术的铁电门器件具有铁电电容器、开关元件、和具有源极、漏极以及栅极的场效应晶体管；在前述铁电电容器一端上设置输入端子，前述铁电电容器的另一端和前述开关元件的一端连接，前述开关元件的另一端和前述场效应晶体管的栅极连接，前述开关元件由齐纳二极管构成。 附图说明 图1是示出本专利技术的铁电元件的第1实施方式的电路图。 图2是用于说明图1所示的铁电元件的动作的图。 图3是示出图1所示的铁电元件的电介质极化和施加电压之间关系的模拟结果的图。 图4是示出本专利技术的铁电元件的第2实施方式的电路图。 图5是示出图4所示的铁电元件的电介质极化和施加电压之间关系的模拟结果的图。 图6是示出本专利技术的铁电元件的第3实施方式的电路图。 图7是示出在图6所示的铁电元件施加电压和输出电压之间关系的模拟结果的图。 图8是示出本专利技术的铁电门器件的一实施方式的电路图。 图9是示出图8所示的铁电门器件的漏极电流和施加电压之间关系的模拟结果的图。 图10是说明传统技术的图，(a)是串联连接铁电电容器以及顺电介质电容器的电路图，(b)是说明(a)所示的电路图的动作的图。 具体实施例方式 以下，根据附图对本专利技术的铁电元件以及使用它的铁电门器件的实施方式加以说明。在本说明书中，所谓“门器件”意味着以场效应晶体管为代表的开关元件，具体讲，意味着若在栅极上施加ON电压，则在源漏极之间流过电流，在栅极上施加OFF电压，则在源漏极之间实质上没有电流流过的元件。 (本专利技术的铁电元件的第1实施方式) 图1是示出本专利技术的铁电元件的第1实施方式的电路图。如图1所示，本实施方式的铁电元件由串联铁电电容器1以及开关元件2构成。在这里，开关元件2对顺方向压示出通常二极管的电压一电流特性，对逆方向电流，是端子间电压成为一定(齐纳电压)的齐纳二极管，阴极2c与铁电电容器1连接，阳极2a与端子SS连接。齐纳二极管(开关元件2)在施加电压在预定电压以上时，作为电阻工作，在施加电压比预定电压小时，作为电容器工作，可以作为持有与开关类似特性的元件处理。使开关元件2的端子SS接地，在铁电电容器1的端子IN上施加电压Vin。在以下的说明中，令铁电电容器1两端电压为Vf，开关元件2的两端的电压为Vr。铁电电容器1的铁电体可以使用例如钽酸锶铋(Y1SrBi2 Ta2O9)。 使用图2的(a)、(b)，具体说明开关元件2的动作。根据输入端子I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电元件，具有：铁电电容器、与所述铁电电容器串联连接的开关元件、输入端子和接地端子，其特征在于，所述开关元件由Ｎ型场效应型晶体管、和Ｐ型场效应晶体管构成，所述Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的源极均与所述输入端子连接，所述Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的漏极均与铁电电容器的一端连接，所述Ｎ型和Ｐ型场效应晶体管的栅极、以及所述铁电电容器的另一端与所述接地端子连接，在所述输入端子上施加电压时，如果在所述铁电电容器上施加所述铁电电容器具有的铁电体的矫顽电压以上的电压时，则所述开关元件作为电阻工作，在所述输入端子上施加电压时，如果在所述铁电电容器上施加比所述矫顽电压小的电压时，所述开关元件作为电容器工作。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-23 2002-2133991、一种铁电元件，具有铁电电容器、与所述铁电电容器串联连接的开关元件、输入端子和接地端子，其特征在于，所述开关元件由N型场效应型晶体管、和P型场效应晶体管构成，所述N型和P型场效应晶体管的源极均与所述输入端子连接，所述N型和P型场效应晶体管的漏极均与铁电电容器的一端连接，所述N型和P型场效应晶体管的栅极、以及所述铁电电容器的另一端与所述接地端子连接，在所述输入端子上施加电压时，如果在所述铁电电容器上施加所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰田健治，大塚隆，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]