随着集成电路器件尺寸的进一步微缩，受限于常温玻尔兹曼限制，器件面临的功耗问题日益严峻。负电容场效应晶体管（NC FET, Negative capacitance field effect transistor）技术利用铁电材料的NC特性可实现沟道表面势的放大，突破玻尔兹曼限制，从而有效降低工作电压，成为未来低功耗高性能器件有力备选。尽管当前针对NC器件技术的研究非常广泛，但绝大部分研究均基于NC器件的直流特性，包括ID-VG、ID-VD等。然而，直流测试中栅极材料的自热效应、体电荷效应以及电荷陷阱等会削弱器件固有电流，因此，瞬态的测试更能反应器件的本征特性。另一方面，当前针对NC器件时域特性的研究未有定论，NC器件的瞬态特性还需要更深入的探索。

中国科学院微电子研究所殷华湘研究员课题组通过脉冲串的测试方案来表征常规FinFET和NC FinFET的瞬态特性，研究了MHz频域内NC器件的瞬态特性。作者发现，两种器件在脉冲宽度低至5 ns条件下，其开态电流一直表现出递增的趋势，而且，相较于常规FinFET器件，NC器件始终表现出更大的开态电流优势（NMOS大约80%，PMOS电流相当）。整体的实验结果表明，NC器件在MHz频域内具有不弱于常规器件的高频特性，这对未来NC器件的高频特性研究具有推动作用。

图1. 基于单管脉冲电流测试示意图。

图2. 实验测得的NC FinFET和常规FinFET的开态电流随脉冲宽度的变化情况。（a）NMOS，（b）PMOS。

Investigation of time domain characteristics of negative capacitance FinFET by pulse-train approaches

Yuwei Cai, Zhaohao Zhang, Qingzhu Zhang, Jinjuan Xiang, Gaobo Xu, Zhenhua Wu, Jie Gu, Huaxiang Yin

J. Semicond. 2021, 42(11): 114101

doi: 10.1088/1674-4926/42/11/114101

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/11/114101?pageType=en

来源：半导体学报2021年第11期中文导读