DE112017008132T5 - Mehrschichtiger isolatorstapel für ferroelektrischen transistor undkondensator - Google Patents

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Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine erste Schicht, die einen Halbleiter aufweist; eine zweite Schicht, die ein Isoliermaterial aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt; eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht angrenzt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ferroelektrische (FE-) Materialien (wie z.B. Barium-Strontium-Titanat (BST), Bleizirkonat-Titanat (PST), Bleititanat (PbTiO3), Blei-Lanthanaum-Zirkonat-Titanat (PLZT) und dergleichen) wurden für nichtflüchtige Logikanwendungen wie z.B. eingebettete Ultra-Low-Power-Anwendungen, Energie-Scavenging-Systeme, Internet der Dinge (Internet Of Things, IOT) und dergleichen untersucht. Diese FE-Materialien weisen eine spontane elektrische Polarisation auf, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes umgekehrt werden kann.
  • Figurenliste
  • Die Ausführungsformen der Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen unterschiedlicher Ausführungsformen der Offenbarung verständlicher, die jedoch nicht zur Beschränkung der Offenbarung auf die speziellen Ausführungsformen, sondern lediglich zur Erläuterung und dem Verständnis dienen sollen.
    • 1-5 veranschaulichen Querschnitte eines Materialstapels, die die Bildung eines ferroelektrischen (FE) Stapels auf einem Halbleiter zeigen, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 6 veranschaulicht eine dreidimensionale (3D-) Ansicht eines ferroelektrischen Feldeffekttransistors (Fin-FE-FET) mit dem ferroelektrischen Stapel nach 5, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 7 zeigt einen Querschnitt eines FE-Kondensators (FE Capacitor, FE-Cap), der eine oder mehreren Schichten nach 5 aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 8 zeigt eine Vorrichtung mit verteilten Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatoren mit FE-Caps gemäß einigen Ausführungsformen der Darstellung.
    • 9A zeigt ein Schema eines FE-Caps, der eine oder mehrere Schichten nach 5 aufweist, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 9B veranschaulicht in einem Diagramm die Funktion der Ladung abgetragen gegenüber der Spannung des FE-Cap, der eine oder mehrere Schichten nach 5 aufweist, und ihre Speicherzustände, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 10 zeigt eine intelligente Vorrichtung oder ein Computersystem oder ein SoC (System-on-Chip) mit einem FE-Cap und/oder einem FE-FET gemäß einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Multi-Isolator- und ferroelektrischer (FE-) Stapel mit speziellen Schichten versehen, die bezwecken, spezielle Eigenschaften des Stapels zu steuern. Zum Beispiel werden Schichten, die eine Grenzflächenqualität bestimmen, Leckagen kontrollieren, Polarisationsspeicher erzielen und dergleichen, gestapelt, um einen FE-Feldeffekttransistor (FET-) oder FE-Kondensator (FE-Cap) wie z.B. einen Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensator vorzusehen.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine Vorrichtung geschaffen, die eine erste Schicht umfasst, die einen Halbleiter (z.B. eines oder mehreres von Folgendem aufweist: Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut). In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine zweite Schicht, die ein Isoliermaterial (z.B. eines oder mehreres von Folgendem: Si, O, N oder Ge; oder eines oder mehreres von SiO, Siliziumoxynitrid oder GeO) aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung: eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert (z.B. eines oder mehreres von Folgendem: Hf, Al, Zr, La oder O; oder HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3) aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt.
  • In einigen Ausführungsformen enthält das FE-Material eines oder mehreres von Folgendem: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-X)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT). In einigen Ausführungsformen weist das FE-Material eines oder mehreres von Folgendem auf: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht (z.B. Hf, Al, Zr, La oder O; oder eines oder mehreres von Folgendem: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3) an die vierte Schicht angrenzt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine sechste Schicht, die ein Metall enthält (z.B. Cu, Al, Au, Ag, W, Co oder Graphen). In einigen Ausführungsformen hat die zweite Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström, die dritte und fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström und die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström.
  • Die Vorrichtungen verschiedener Ausführungsformen führen zu einem verbesserten FE-Verhalten, das höhere Restpolarisation, höhere Belastungszyklen, höhere Verweilzeit, überlegene Leckage, höhere Zuverlässigkeit und höhere Grenzflächenqualität ermöglicht. Weitere technische Effekte werden anhand der verschiedenen Ausführungsformen und Figuren ersichtlich.
  • Einige Ausführungsformen offenbaren einen Backend-MIM-Kondensator, der ein FE-Material (z.B. FE-Caps) aufweist. In einigen Fällen sind diese FE-Caps Superkondensatoren, gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen sind die FE-Caps geschaltete Kondensatoren. In einigen Ausführungsformen ermöglichen die Backend-Strukturen, die FE-Caps aufweisen, Schaltkondensator-Stromversorgungen zur Erzeugung sehr niedriger Spannungen. Einige Ausführungsformen beschreiben ein strukturiertes FE-Cap-Array, das in einem IC-Chip (integrierten Schaltkreis) gebildet wird.
  • In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Einzelheiten erörtert, um die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung genauer zu erläutern. Dem Fachmann wird jedoch einleuchten, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese speziellen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Ausprägungen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen nicht im Einzelnen, sondern in Blockdiagrammform dargestellt, um eine Verschleierung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
  • Zu beachten ist, dass in den entsprechenden Zeichnungen der Ausführungsformen Signale durch Linien dargestellt werden. Einige Linien können fetter sein, um beständigere Signalpfade anzugeben, und/oder Pfeile an einem oder mehreren Enden haben, um eine primäre Informationsflussrichtung anzuzeigen. Solche Angaben sind nicht als beschränkend zu bewerten. Vielmehr dienen die Linien in Verbindung mit einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen zur Erleichterung des Verständnisses einer Schaltung oder einer logischen Einheit. Jedes dargestellte Signal kann, je nach den Anforderungen oder Präferenzen der Konstruktion, tatsächlich auf einem oder mehreren Signalen basieren, die sich in beide Richtungen bewegen können und mit einer beliebigen geeigneten Art von Signalschema umgesetzt werden können.
  • In der gesamten Spezifikation und in den Ansprüchen bezeichnet der Begriff „verbunden“ eine direkte Verbindung, wie z.B. eine elektrische, mechanische oder magnetische Verbindung zwischen den verbundenen Dingen, ohne irgendwelche Zwischenvorrichtungen. Der Begriff „gekoppelt“ bedeutet eine direkte oder indirekte Verbindung, wie z.B. eine direkte elektrische, mechanische oder magnetische Verbindung zwischen den Objekten, die verbunden sind, oder eine indirekte Verbindung über eine oder mehrere passive oder aktive Zwischenvorrichtungen. Der Begriff „Schaltung“ oder „Modul“ kann sich auf eine oder mehrere passive und/oder aktive Komponenten beziehen, die dafür eingerichtet sind zusammenzuwirken, um eine gewünschte Funktion vorzusehen. Der Begriff „Signal“ kann sich auf mindestens ein Stromsignal, Spannungssignal, magnetisches Signal oder Daten-/Taktsignal beziehen. Die Bedeutung des unbestimmten Artikels „ein“ und des bestimmten Artikels „der/die/das“ schließt Bezüge auf den Plural ein. Die Bedeutung von „in“ schließt „in“ und „auf“ ein.
  • Die Begriffe „im Wesentlichen“, „eng“, „etwa“, „nahe“ und „ungefähr“ beziehen sich im Allgemeinen darauf, dass sie (sofern nicht ausdrücklich angegeben) innerhalb von +/-10% eines Zielwertes liegen. Sofern nicht anders angegeben, bedeutet die Verwendung der ordinalen Adjektive „erster“, „zweiter“ und „dritter“ und dergleichen zur Beschreibung eines gemeinsamen Objekts lediglich, dass auf verschiedene Ausprägungen gleichartiger Objekte Bezug genommen wird, und soll nicht bedeuten, dass die so beschriebenen Objekte, sei es zeitlich, räumlich, nach Rang oder in irgendeiner anderen Weise, in einer bestimmten Reihenfolge vorliegen müssen.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeuten die Ausdrücke „A und/oder B“ und „A oder B“ (A), (B) oder (A und B). Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Ausdruck „A, B und/oder C“ (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C). Die Begriffe „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“ und dergleichen dienen in der Beschreibung und gegebenenfalls in den Ansprüchen zur Veranschaulichung und nicht unbedingt zur Beschreibung dauerhafter relativer Positionen.
  • Zu beachten ist, dass die Elemente einer Figur, die die gleichen Bezugsnummern (oder Namen) wie die Elemente einer beliebigen anderen Figur haben, in ähnlicher Weise wie die beschriebene arbeiten oder funktionieren können, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein.
  • 1-5 veranschaulichen Querschnitte 100, 200, 300, 400 und 500 eines Materialstapels, der die Bildung eines FE-Stapels und eines Halbleiters zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Der Querschnitt 100 zeigt eine Halbleiterschicht oder -region 101, die an eine Oberflächen- oder Zwischenschicht 102 angrenzt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Halbleiterschicht oder -region 101 einen beliebigen geeigneten Halbleiter, wie z.B. Elemente aus der Gruppe 111-V des Periodensystems, Si oder Ge. Beispielsweise enthält die Halbleiterschicht oder -region 101 eines oder mehreres von Folgendem: Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut. In einigen Ausführungsformen ist die Oberflächen- oder Grenzflächenschicht 102 eine hochwertige Schicht, die ein Isoliermaterial wie SiO, Silizium-Oxynitrid oder GeO enthält. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke (t1) der Oberflächen- oder Grenzflächenschicht 102 im Bereich von 1 Angström (Å) und 20 Å.
  • Der Querschnitt 200 zeigt eine Abscheidung einer Schicht 203 über der Oberflächen- oder Grenzflächenschicht 102 gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen ist die Schicht 203 zur Kontrolle von Leckage verantwortlich. In einigen Ausführungsformen ist die Schicht 203 ein Isolator mit einem hohen k-Wert, der eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O. In einigen Ausführungsformen enthält die Schicht 203 eines oder mehreres von Folgendem: HfO2, Al2O3, ZrO2, La2O3 oder TiO2. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke (t2) der Schicht 203 im Bereich von 1 Å und 40 Ä.
  • Ein Querschnitt 300 zeigt eine Abscheidung einer Schicht 304 über einer Schicht 203. In einigen Ausführungsformen ist die Schicht 304 eine FE-Schicht, die für eine große Polarisation bei hohen elektrischen Feldern verantwortlich ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Schicht 304 ferroelektrisches Material, das eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT). In einigen Ausführungsformen enthält die Schicht 304 eines oder mehreres von Folgendem: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke (t3) der Schicht 304 im Bereich von 20 Å und 100 Å. Eine typische Dicke für die Schicht 304 ist 60 Å, gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Der Querschnitt 400 zeigt eine Abscheidung einer Schicht 405 über einer Schicht 304. In einigen Ausführungsformen ähnelt die Schicht 405 hinsichtlich des Materials der Schicht 203. Beispielsweise enthält die Schicht 304 ein leckarmes, dielektrisches Material mit einem hohen k-Wert. In einigen Ausführungsformen wird die Schicht 405 abgeschieden, um die Zuverlässigkeit der Schicht 304 zu verbessern. Zum Beispiel isoliert die Schicht 405 die FE-Schicht 304 von einer Metallschicht, die einen Kontakt zu der FE-Schicht 304 vorsieht. In einigen Ausführungsformen enthält die Schicht 405 eines oder mehreres von Folgendem: Hf, Al, Zr, La oder O. In einigen Ausführungsformen enthält die Schicht 405 eines oder mehreres von Folgendem HfO2, Al2O3, ZrO2, La2O3 oder TiO2. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke (t4) der Schicht 203 im Bereich von 1 Å und 20 Å.
  • Der Querschnitt 500 zeigt einen Stapel nach der Abscheidung der Metallschicht 506 über der Schicht 405. In einigen Ausführungsformen sieht die Metallschicht 506 einen Kontakt zu der FE-Kapazität vor. Die Dicke (t5) der Schicht 506 kann die Dicke des ersten Metalls (z.B. Metall Null MO, Metall Eins M1) oder eine Gate-Metall-Höhe eines prozesstechnischen Knotens sein. In einigen Ausführungsformen enthält das Metall der Schicht 506 eines oder mehreres von Folgendem: N, Ti, Cu, Al, Au, Ag, W, Co oder Graphen, TiN, TaN oder Ta.
  • 6 veranschaulicht eine dreidimensionale (3D-) Ansicht eines ferroelektrischen Fin-Feldeffekttransistors (Fin-FE-FET) 600, der den ferroelektrischen Stapel von 5 enthält, gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen ist der Gate-Anschluss des FET 600 aus Schichten gebildet, die mit Bezug auf 5 beschrieben sind. Beispielsweise werden die Schichten 102, 203, 304, 405 und 506 verwendet, um den Gate-Anschluss zu bilden. In diesem Beispiel wird eine Fin (Rippe) 601 gezeigt, die durch das Gate hindurch verläuft. Der FE-Stapel von 5 kann auch zur Herstellung anderer Arten von Transistoren, wie z.B. Tri-Gate-Transistoren, Gate-All-Around-Cylindrical-Transistoren, Tunneling-FET- (TFET-), Quadratdraht- oder Rechteckband-Transistoren, oder sonstiger Vorrichtungen verwendet werden, die Transistorfunktionalität umsetzen, wie z.B. Kohlenstoff-Nanoröhren oder Spintronic-Vorrichtungen.
  • 7 veranschaulicht einen Querschnitt 700 eines FE-Kondensators (FE-Cap), der eine oder mehreren Schichten aufweist, wie in 5 gezeigt, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Der Querschnitt 700 ähnelt dem Querschnitt 500 mit Ausnahme der Entfernung der Halbleiterschicht 101 und ihrer Oberfläche bzw. ihres Isolators 102. In einigen Ausführungsformen ist eine Metallschicht 701 vorgesehen, die das gleiche oder ein ähnliches Material wie die Metallschicht 506 enthält, um die andere Metallplatte des FE-Cap zu bilden. Hier bilden Schichten 702 das kapazitive Material, während die Metalle 506 und 701 die Platten des FE-Cap sind.
  • In einigen Ausführungsformen wird der FE-Cap 700 in einem Backend-Schichtenstapel gebildet. Der Begriff „Backend“ bezieht sich hier im Allgemeinen auf einen Abschnitt eines Chips, der einem „Frontend“ gegenüberliegt und wobei ein IC-(Integrated Circuit)-Gehäuse an IC-Chip-Bumps gekoppelt ist. Beispielsweise werden Metallschichten höheren Niveaus (z.B. in einem zehnfach gestapelten Metall-Chip die Metallschicht 6 und darüber) und entsprechende Durchkontaktierungen, die näher an einem Chipgehäuse liegen, als Teil des Backend des Chips betrachtet. Umgekehrt bezieht sich der Begriff „Frontend“ im Allgemeinen auf einen Abschnitt des Chips, der die aktive Region (z.B. wo Transistoren hergestellt sind) und Metallschichten niedrigeren Niveaus und entsprechende Durchkontaktierungen umfasst, die näher an der aktiven Region liegen (z.B. in einem zehnfach gestapelten Metall-Chip die Metallschicht 5 und darunter).
  • In einigen Ausführungsformen ist der FE-Cap 700 ein Superkondensator zur Ladungsspeicherung. Die Begriffe „Super-Kondensator“, „Superkondensator“ und „Ultrakondensator“ sind austauschbare Begriffe. Ein Superkondensator kann zur Speicherung großer Ladungsmengen zur Bereitstellung von Reserveleistung, Speicherung von Bremsrückgewinnung, Unterstützung der Spitzenleistung und für anderer Arten von Lade-/Entladefunktionen verwendet werden.
  • In 8 veranschaulicht eine Vorrichtung 800 dargestellt, die verteilte Metall-Isolator-Metall (MIM)-Kondensatoren zeigt, die FE-Caps aufweisen, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Die Vorrichtung 800 veranschaulicht ein Netz aus zwei Schichten mit einem FE-Cap, der zwischen den beiden Schichten gebildet ist. Hier ist die erste Schicht eine Schicht B mit parallelen Leitungen B0 bis B7 und die zweite Schicht ist eine Schicht A mit parallelen Leitungen A0 bis A7, wobei die Leitungen A0 bis A7 zu den Leitungen B0 bis B7 senkrecht sind. In diesem Beispiel sind 8 Leitungen der Schichten A und B gezeigt. Der gestörte Kondensator verschiedener Ausführungsformen kann jedoch mit einer beliebigen Anzahl von Leitungen der Schichten A und B gebildet werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist die erste Schicht B mit den Leitungen B0 bis B7 an eine Stromversorgung gekoppelt, so dass Stromversorgungsleitungen gebildet sind. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Schicht A mit den Leitungen A0 bis A7 an eine Masseversorgung gekoppelt, so dass Masseversorgungsleitungen entstehen. Die Anordnung der FE-Caps bildet hier ein verteiltes Netzwerk von parallelen Kondensatoren, gemäß einigen Ausführungsformen. In einigen Ausführungsformen werden zwischen den Regionen der Leitungen A0 bis A7 und B0 bis B7 die FE-Caps C00 bis C77 (von denen zur Vereinfachung nicht sämtliche beschriftet sind) gebildet. In einigen Ausführungsformen ist das Material zwischen den Metallleitungen von der ersten und der zweiten Schicht identisch mit den Schichten 702, wobei die erste Schicht B mit der Metallschicht 701 und die zweite Schicht A mit der Metallschicht 506 identisch ist. In einigen Ausführungsformen sind die FE-Caps MIM-Kondensatoren.
  • In einigen Ausführungsformen wird das Array der FE-Caps C00 bis C77 zur Ladungsspeicherung und zum Schalten in einem Backend eines Computerchips verwendet. In einigen Ausführungsformen ist das Array der FE-Caps C00 bis C77 mit Niederspannungslogik (z.B. Spin-Logik, eDRAM und dergleichen) integriert und wird verwendet, um sie mit Strom zu versorgen. In einigen Ausführungsformen liefert das Array von Superkondensatoren C00 bis C77 Strom für Frontend-Transistoren (z.B. CMOS-Transistoren).
  • 9A veranschaulicht ein Schema 900 eines in 5 gezeigten FE-Cap mit einer oder mehreren Schichten gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. 9B veranschaulicht in einem Diagramm 920 die Funktion der Ladung gegenüber der Spannung des FE-Cap, der eine oder mehrere der Schichten nach 5 aufweist, und dessen Speicherzustände, gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
  • Im Gegensatz zu einem normalen Kondensator auf Dielektrikumbasis, verwendet ein FE-Cap Polarisationsladung, um die Speicherzustände zu speichern, wobei eine positive oder negative Polarisationsladung den Zustand „1“ oder „0“ anzeigt. Um einen FE-Cap zu schalten, muss die angelegte FE-Cap-Spannung VA höher sein als die ferroelektrischen Koerzitivspannungen (die sich als Schwellenspannungen verhalten), wenn sie von einer Spannungsquelle getrieben werden. Zum Beispiel VA > V+ für Schalten von 0 auf 1 und VA < V- für Schalten von 1 auf 0. Ein Schreibtreiber für ein Ferroelektrikum basiert typischerweise auf Spannungsquellen und diese Spannungsquellen können aufgrund zusätzlicher Ladungsablagerung, selbst bei VA=V+ für SET, VA=V- für RESET, eine Imprint-Spannung auf dem ferroelektrischen Kondensator induzieren.
  • 10 veranschaulicht eine intelligente (Smart-) Vorrichtung oder ein Computersystem oder ein SoC (System-on-Chip) mit einem FE-Cap und/oder einem FE-FET gemäß einigen Ausführungsformen. Der FE-Cap und/oder der FE-FET einiger Ausführungsformen kann gemäß einigen Ausführungsformen zum Laden einzelner oder sämtlicher Blöcke des SoC 2100 verwendet werden.
  • Für Zwecke der Ausführungsformen sind die Transistoren in verschiedenen hier beschriebenen Schaltungs- und Logikblöcken Metalloxidhalbleiter(MOS-)Transistoren oder deren Derivate, wobei die MOS-Transistoren Drain-, Source-, Gate- und Bulk-Anschlüsse aufweisen. Zu den Transistoren und/oder den MOS-Transistor-Derivaten gehören auch Tri-Gate- und FinFET-Transistoren, Gate-Allround-Transistoren, Tunnel-FETs (TFETs), Quadratdraht- oder Rechteckband-Transistoren, ferroelektrische FETs (FeFETs) oder andere Vorrichtungen, die Transistorfunktionen umsetzen, wie Kohlenstoff-Nanoröhren oder Spintronik-Vorrichtungen. Symmetrische Source- und Drain-Anschlüsse von MOSFETs sind identische Anschlüsse und werden hier austauschbar verwendet. Eine TFET-Vorrichtung weist hingegen asymmetrische Source- und Drain-Anschlüsse auf. Dem Fachmann wird klar sein, dass auch andere Transistoren, z.B. Bipolartransistoren (BJT PNP/NPN), BiCMOS, CMOS und dergleichen, verwendet werden können, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen.
  • 10 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer mobilen Vorrichtung, in der Steckverbinder mit flacher Oberfläche verwendet werden könnten. In einigen Ausführungsformen stellt die Computervorrichtung 1600 eine mobile Computervorrichtung dar, z.B. ein Computertablet, ein Mobiltelefon oder Smartphone, ein drahtloses E-Lesegerät oder eine andere drahtlose mobile Vorrichtung. Es ist klar, dass bestimmte Komponenten allgemein dargestellt sind, und dass in der Computervorrichtung 1600 nicht sämtliche Komponenten einer solchen Vorrichtung dargestellt sind. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Blöcke (oder sogar sämtliche Blöcke) mittels des Superkondensators mit Strom versorgt werden.
  • In einigen Ausführungsformen enthält die Computervorrichtung 1600 innerhalb von 1670 den ersten Prozessor 1610 und eine Netzwerkschnittstelle, wie z.B. eine drahtlose Schnittstelle, so dass eine Systemausführung in eine drahtlose Vorrichtung, z.B. ein Mobiltelefon oder einen persönlichen digitalen Assistenten, eingebaut werden kann. Jeder der verschiedenen Blöcke der Computervorrichtung 1600 kann den Superkondensator verschiedener Ausführungsformen enthalten oder verwenden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 1610 (und/oder der Prozessor 1690) eine oder mehrere physische Vorrichtungen enthalten, wie z.B. Mikroprozessoren, Anwendungsprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikbausteine oder andere Verarbeitungsmittel. Die Verarbeitungsvorgänge, die von dem Prozessor 1610 ausgeführt werden, umfassen die Ausführung einer Betriebsplattform oder eines Betriebssystems, auf der bzw. dem Anwendungen und/oder Vorrichtungsfunktionen ausgeführt werden. Zu den Verarbeitungsvorgängen gehören Vorgänge im Zusammenhang mit einer E/A (Ein-/Ausgabe) durch einen menschlichen Benutzer oder durch andere Vorrichtungen, Vorgänge im Zusammenhang mit der Energieverwaltung und/oder Vorgänge im Zusammenhang mit dem Anschluss der Computervorrichtung 1600 an eine andere Vorrichtung. Die Verarbeitungsvorgänge können auch Vorgänge im Zusammenhang mit einer Audio-E/A und/oder einer Anzeige-E/A umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Computervorrichtung 1600 das Audio-Subsystem 1620, das Komponenten von Hardware (z.B. Audio-Hardware- und Audio-Schaltungen) und Software (z.B. Treiber, Codecs) im Zusammenhang mit der Bereitstellung von Audiofunktionen für die Computervorrichtung darstellt. Audiofunktionen können einen Lautsprecher- und/oder Kopfhörerausgang sowie einen Mikrofoneingang umfassen. Vorrichtungen für solche Funktionen können in die Computervorrichtung 1600 integriert sein oder an die Computervorrichtung 1600 angeschlossen werden. In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit der Computervorrichtung 1600, indem er Audiobefehle erteilt, die von dem Prozessor 1610 empfangen und verarbeitet werden.
  • In einigen Ausführungsformen weist die Computervorrichtung 1600 das Anzeige-Subsystem 1630 auf. Das Anzeige-Subsystem 1630 stellt Komponenten von Hardware (z.B. Anzeigevorrichtungen) und Software (z.B. Treiber) dar, die eine visuelle und/oder taktile Anzeige für einen Benutzer zur Interaktion mit der Computervorrichtung 1600 vorsehen. Das Anzeige-Subsystem 1630 umfasst eine Anzeigeschnittstelle 1632, die den speziellen Bildschirm oder die Hardwarevorrichtung aufweist, um eine Anzeige für einen Benutzer vorzusehen. In einer Ausführungsform enthält die Anzeigeschnittstelle 1632 eine von dem Prozessor 1610 getrennte Logik, um mindestens einen Teil der mit der Anzeige zusammenhängenden Verarbeitung durchzuführen. In einer Ausführungsform enthält das Anzeige-Subsystem 1630 eine Touchscreen- (oder Touchpad)-Vorrichtung, die einem Benutzer sowohl Ausgaben als auch Eingaben ermöglicht.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Computervorrichtung 1600 eine E/A-Steuereinrichtung 1640. Die E/A-Steuereinrichtung 1640 stellt Hardwarevorrichtungen und Softwarekomponenten im Zusammenhang mit einer Interaktion mit einem Benutzer dar. Die E/A-Steuereinrichtung 1640 kann zur Verwaltung einer Hardware eingesetzt werden, die Teil des Audio-Subsystems 1620 und/oder des Anzeige-Subsystems 1630 ist. Zusätzlich veranschaulicht die E/A-Steuereinrichtung 1640 einen Anschlusspunkt für zusätzliche Vorrichtungen, die mit der Computervorrichtung 1600 verbunden werden und über die ein Benutzer mit dem System interagieren kann. Zu den Vorrichtungen, die an der Computervorrichtung 1600 angeschlossen werden können, gehören beispielsweise Mikrofonvorrichtungen, Lautsprecher- oder Stereosysteme, Videosysteme oder sonstige Anzeigevorrichtungen, Tastatur- oder Tastenfeldvorrichtungen oder sonstige E/A-Vorrichtungen zur Verwendung im Zusammenhang mit speziellen Anwendungen, wie z.B. Kartenleser oder sonstige Vorrichtungen.
  • Wie oben erwähnt, kann die E/A-Steuereinrichtung 1640 mit dem Audio-Subsystem 1620 und/oder dem Anzeige-Subsystem 1630 interagieren. Beispielsweise kann eine Eingabe über ein Mikrofon oder ein anderes Audiogerät Eingaben oder Befehle für eine oder mehrere Anwendungen oder Funktionen der Computervorrichtung 1600 vorsehen. Weiter kann anstelle von oder zusätzlich zu einer Anzeigeausgabe eine Audioausgabe vorgesehen werden. Wenn das Anzeige-Subsystem 1630 in einem anderen Beispiel einen Touchscreen enthält, dient die Anzeigevorrichtung auch als ein Eingabegerät, das mindestens teilweise von der E/A-Steuereinrichtung 1640 verwaltet werden kann. Es können auch zusätzliche Taster oder Schalter an der Computervorrichtung 1600 vorhanden sein, um E/A-Funktionen vorzusehen, die von der E/A-Steuereinrichtung 1640 verwaltet werden.
  • In einigen Ausführungsformen verwaltet die E/A-Steuereinrichtung 1640 Vorrichtungen wie Beschleunigungsmesser, Kameras, Lichtsensoren oder andere Umgebungssensoren oder eine sonstige Hardware, die in die Computervorrichtung 1600 integriert werden kann. Die Eingabe kann sowohl Teil einer direkten Benutzerinteraktion sein als auch Umgebungseingaben für das System vorsehen, um dessen Arbeitsvorgänge (z.B. Rauschfilterung, Einstellen von Anzeigen für die Helligkeitserkennung, Anwenden eines Blitzes für eine Kamera oder andere Funktionen) zu beeinflussen.
  • In einigen Ausführungsformen enthält die Computervorrichtung 1600 eine Energieverwaltung 1650, die den Stromverbrauch des Akkus, das Laden des Akkus und Funktionen im Zusammenhang mit dem Energiesparbetrieb verwaltet. Ein Speicher-Subsystem 1660 enthält Speichervorrichtungen zum Speichern von Informationen in der Computervorrichtung 1600. Der Speicher kann nichtflüchtige (der Zustand ändert sich nicht, wenn die Stromzufuhr zum Speichergerät unterbrochen wird) und/oder flüchtige (der Zustand ist unbestimmt, wenn die Stromzufuhr zu dem Speichergerät unterbrochen wird) Speichervorrichtungen enthalten. Das Speicher-Subsystem 1660 kann Anwendungsdaten, Benutzerdaten, Musik, Fotos, Dokumente oder andere Daten sowie (langfristige oder temporäre) Systemdaten im Zusammenhang mit der Ausführung der Anwendungen und Funktionen der Computervorrichtung 1600 speichern. In einigen Ausführungsformen enthält das Speicher-Subsystem 1660 das Schema einer analogen In-Memory-Musteranpassung unter Verwendung von ohmschen Speicherelementen. In einigen Ausführungsformen enthält das Speicher-Subsystem gemäß einigen Ausführungsformen den Floating-Gate-Transistor.
  • Elemente von Ausführungsformen sind auch als ein maschinenlesbares Medium (z.B. Speicher 1660) zur Speicherung der computerausführbaren Befehle (z.B. Befehle zur Implementierung anderer hier erläuterter Prozesse) vorgesehen. Zu den maschinenlesbaren Medien (z.B. Speicher 1660) können ohne darauf beschränkt zu sein Flash-Speicher, optische Platten, CD-ROMs, DVD-ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten, Phasenwechselspeicher (PCM) oder andere Arten von maschinenlesbaren Medien gehören, die zur Speicherung elektronischer oder computerausführbarer Befehle geeignet sind. Beispielsweise können Ausführungsformen der Offenbarung als ein Computerprogramm (z.B. BIOS) heruntergeladen werden, das von einem entfernten Computer (z.B. einem Server) mittels Datensignalen über eine Kommunikationsverbindung (z.B. ein Modem oder eine Netzverbindung) auf einen anfordernden Computer (z.B. einen Client) übertragen werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Computervorrichtung 1600 eine Konnektivität 1670. Die Konnektivität 1670 umfasst Hardwarevorrichtungen (z.B. drahtlose und/oder drahtgebundene Anschlüsse und Kommunikationshardware) sowie Softwarekomponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel), die es der Computervorrichtung 1600 ermöglichen, mit externen Vorrichtungen zu kommunizieren. Bei der Computervorrichtung 1600 kann es sich um separate Vorrichtungen handeln, wie z.B. andere Computervorrichtungen, drahtlose Zugangspunkte oder Basisstationen, sowie um Peripherievorrichtungen wie Headsets, Drucker oder sonstige Vorrichtungen.
  • Die Konnektivität 1670 kann mehrere verschiedene Arten von Konnektivität beinhalten. Zur Verallgemeinerung wird die Computervorrichtung 1600 mit der zellularen Konnektivität 1672 und der drahtlosen Konnektivität 1674 dargestellt. Die zellulare Konnektivität 1672 bezieht sich im Allgemeinen auf eine zellulare Netzkonnektivität, die von den Mobilfunkbetreibern, z.B. über GSM (Global System for Mobile Communications) oder Varianten oder Ableitungen, CDMA (Code Division Multiple Access) oder Varianten oder Ableitungen, TDM (Time Division Multiplexing) oder Varianten oder Ableitungen oder andere zellulare Servicestandards vorgesehen ist. Die drahtlose Konnektivität (oder drahtlose Schnittstelle) 1674 bezieht sich auf eine drahtlose Konnektivität, die nicht zellular ist, und kann persönliche Netzwerke (wie Bluetooth-, Nahfeld- und dergleichen), lokale Netzwerke (wie Wi-Fi) und/oder Weitverkehrsnetzwerke (wie WiMax) oder eine andere drahtlose Kommunikation beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Computervorrichtung 1600 Peripherieverbindungen 1680. Zu den Peripherieanschlüssen 1680 gehören Hardwareschnittstellen und -anschlüsse sowie Softwarekomponenten (z.B. Treiber, Protokollstapel) zur Herstellung von Peripherieverbindungen. Es wird davon ausgegangen, dass die Computervorrichtung 1600 sowohl eine Peripherievorrichtung („zu“ 1682) zu anderen Computervorrichtungen sein kann, als auch Peripherievorrichtungen („von“ 1684) aufweisen kann, die an ihr angeschlossen sind. Die Computervorrichtung 1600 hat in der Regel einen „Docking“-Anschluss, um eine Verbindung zu anderen Computervorrichtungen herzustellen, z.B. zum Verwalten (z.B. Herunter- und/oder Hochladen, Ändern, Synchronisieren) von Inhalten auf der Computervorrichtung 1600. Zusätzlich kann ein Dockinganschluss eine Verbindung der Computervorrichtung 1600 mit bestimmten Peripherievorrichtungen erlauben, die es der Computervorrichtung 1600 erlauben, die Ausgabe von Inhalten, z.B. an audiovisuelle oder sonstige Systeme, zu steuern.
  • Zusätzlich zu einem proprietären Dockinganschluss oder einer sonstigen proprietären Verbindungshardware kann die Computervorrichtung 1600 über gängige oder standardbasierte Anschlüsse periphere Verbindungen 1680 herstellen. Gängige Typen können einen Universal Serial Bus (USB)-Anschluss (der eine beliebige Anzahl verschiedener Hardwareschnittstellen enthalten kann), DisplayPort einschließlich MiniDisplayPort (MDP), High Definition Multimedia Interface (HDMI), Firewire oder andere Arten umfassen.
  • Eine Bezugnahme in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ oder „andere Ausführungsformen“ bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben ist, mindestens in einigen Ausführungsformen, jedoch nicht unbedingt in allen Ausführungsformen enthalten ist. Die verschiedenen Erscheinungsformen von „einer Ausführungsform“ oder „einigen Ausführungsformen“ beziehen sich nicht unbedingt sämtliche auf die gleichen Ausführungsformen. Wenn in der Spezifikation angegeben ist, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder ein Merkmal enthalten sein „kann“ oder „könnte“, braucht die spezielle Komponente, bzw. das Merkmal, die Struktur oder die Eigenschaft nicht unbedingt enthalten zu sein. Wenn sich die Spezifikation oder der Anspruch auf „ein“ Element bezieht, bedeutet dies nicht, dass nur eines von den Elementen vorhanden ist. Wenn sich die Spezifikation oder der Anspruch auf „ein zusätzliches“ Element bezieht, schließt das nicht aus, dass mehr als eines von den zusätzlichen Elementen vorhanden ist.
  • Darüber hinaus können die speziellen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden. Beispielsweise kann eine erste Ausführungsform überall dort mit einer zweiten Ausführungsform kombiniert werden, wo sich die mit den beiden Ausführungsformen verbundenen speziellen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften nicht gegenseitig ausschließen.
  • Während die Offenbarung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, werden dem Fachmann angesichts der vorhergehenden Beschreibung viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen solcher Ausführungsformen offenkundig. Die Ausführungsformen der Offenbarung sollen sämtliche derartige Alternativen, Modifikationen und Abweichungen als in den breiten Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallend einbeziehen.
  • Darüber hinaus können bekannte Strom-/Masseverbindungen zu integrierten Schaltkreis-(IC)-Chips und anderen Komponenten in den vorgelegten Figuren gezeigt sein oder auch nicht gezeigt sein, um die Offenbarung nicht zu verdecken und um die Veranschaulichung und Diskussion zu vereinfachen. Weiter können Anordnungen in Form eines Blockschaltbildes gezeigt sein, um die Offenbarung nicht zu verdecken, und auch angesichts der Tatsache, dass die Einzelheiten hinsichtlich der Umsetzung solcher Blockdiagrammanordnungen in hohem Maße von der Plattform abhängen, innerhalb derer die vorliegende Offenbarung umgesetzt werden soll (d.h. solche Einzelheiten sollten im Aufgabenbereich eines Fachmanns liegen). Wenn spezielle Einzelheiten (z.B. Schaltkreise) dargelegt werden, um Beispiele von Ausführungsformen der Offenbarung zu beschreiben, sollte es einem Fachmann klar sein, dass die Offenbarung ohne diese speziellen Einzelheiten oder von diesen abweichend in die Praxis umgesetzt werden kann. Die Beschreibung ist daher als der Veranschaulichung dienend und nicht als beschränkend zu betrachten.
  • Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsformen. Spezielle Angaben in den Beispielen können überall in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden. Sämtliche optionalen Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtung können auch in Bezug auf ein Verfahren oder einen Prozess implementiert werden.
  • Beispiel 1. Eine Vorrichtung, umfassend: eine erste Schicht, die einen Halbleiter aufweist; eine zweite Schicht, die ein Isoliermaterial aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt; eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht angrenzt.
  • Beispiel 2. Die Vorrichtung von Beispiel 1, wobei der Halbleiter der ersten Schicht eines oder mehreres von Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut enthält.
  • Beispiel 3. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Si, O, N oder Ge.
  • Beispiel 4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: SiO, Siliciumoxynitrid oder GeO.
  • Beispiel 5. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  • Beispiel 6. Die Vorrichtung von Beispiel 1, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  • Beispiel 7. Die Vorrichtung von Beispiel 1, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  • Beispiel 8. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  • Beispiel 9. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele umfasst eine sechste Schicht, die ein Metall enthält, wobei die sechste Schicht an die fünfte Schicht angrenzt.
  • Beispiel 10. Die Vorrichtung von Beispiel 10, wobei das Metall der ersten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Ta, Ti, Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN oder Graphen.
  • Beispiel 11. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die zweite Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweist.
  • Beispiel 12. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  • Beispiel 13. Die Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  • Beispiel 14. Eine Vorrichtung umfassend: eine erste Schicht, die Metall umfasst; eine zweite Schicht, die Metall umfasst; und mehrere Schichten, die zwischen die erste und die zweite Metallschicht gekoppelt sind, wobei die mehreren Schichten umfassen: eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht und die erste Schicht angrenzt.
  • Beispiel 15. Die Vorrichtung von Beispiel 14, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  • Beispiel 16. Die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 oder 15, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  • Beispiel 17. Die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 16, wobei das Metall der ersten und der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Ti, Ta, N, Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN oder Graphen.
  • Beispiel 18. Die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 17, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  • Beispiel 19. Die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 18, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  • Beispiel 20. Die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 19, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  • Beispiel 21. Die Vorrichtung von Beispiel 14, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  • Beispiel 22. Ein System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen ferroelektrischen Transistor enthält, der eine Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 13 enthält; und eine drahtlose Schnittstelle, um dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
  • Beispiel 23. Ein System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen ferroelektrischen Kondensator enthält, der eine Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 14 bis 21 enthält; und eine drahtlose Schnittstelle, um dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
  • Beispiel 24. Ein Verfahren, umfassend: Bilden einer ersten Schicht, die einen Halbleiter aufweist; Bilden einer zweiten Schicht, die ein Isoliermaterial aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt; Bilden einer dritten Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; Bilden einer vierten Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und Bilden einer fünften Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht angrenzt.
  • Beispiel 25. Das Verfahren von Beispiel 24, wobei der Halbleiter der ersten Schicht eines oder mehreres von Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut enthält.
  • Beispiel 26. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensbeispiele, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Si, O, N oder Ge.
  • Beispiel 27. Das Verfahren von Beispiel 24, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: SiO, Siliciumoxynitrid oder GeO.
  • Beispiel 28. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensbeispiele, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  • Beispiel 29. Das Verfahren von Beispiel 24, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  • Beispiel 30. Das Verfahren von Beispiel 24, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  • Beispiel 31. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensbeispiele, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  • Beispiel 32. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensbeispiele umfasst eine sechste Schicht, die ein Metall enthält, wobei die sechste Schicht an die fünfte Schicht angrenzt.
  • Beispiel 33. Das Verfahren von Beispiel 10, wobei das Metall der ersten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN, Ta oder Graphen.
  • Beispiel 34. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die zweite Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweist.
  • Beispiel 35. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  • Beispiel 36. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  • Beispiel 37. Ein Verfahren, umfassend: Bilden einer ersten Schicht, die Metall umfasst; Bilden einer zweiten Schicht, die Metall umfasst; und Bilden mehrerer Schichten, die zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht gekoppelt sind, wobei das Bilden der mehreren Schichten umfasst: Bilden einer dritten Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; Bilden einer vierten Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und Bilden einer fünften Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht und die erste Schicht angrenzt.
  • Beispiel 38. Das Verfahren von Beispiel 37, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  • Beispiel 39. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 37 oder 38, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  • Beispiel 40. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 37 bis 39, wobei das Metall der ersten und der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Ta, Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN oder Graphen.
  • Beispiel 41. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 37 bis 40, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  • Beispiel 42. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 37 bis 41, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  • Beispiel 43. Das Verfahren gemäß einem der Beispiele 37 bis 42, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  • Beispiel 44. Das Verfahren von Beispiel 43, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  • Es ist eine Kurzdarstellung unterbreitet, die es dem Leser ermöglicht, Art und Inhalt der technischen Offenbarung zu erkunden. Die Kurzdarstellung wird mit der Maßgabe eingereicht, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Schutzumfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu begrenzen. Die nachfolgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich genommen eine eigene Ausführungsform darstellt.

Claims (25)

  1. Vorrichtung, umfassend: eine erste Schicht, die einen Halbleiter aufweist; eine zweite Schicht, die ein Isoliermaterial aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt; eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht angrenzt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleiter der ersten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut.
  3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Si, O, N oder Ge.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isoliermaterial der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: SiO, Siliciumoxynitrid oder GeO.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche weist eine sechste Schicht auf, die ein Metall enthält, wobei die sechste Schicht an die fünfte Schicht angrenzt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Metall der ersten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Ta, Ti, Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN oder Graphen.
  11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweist.
  12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  13. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  14. Vorrichtung, umfassend: eine erste Schicht, die Metall aufweist; eine zweite Schicht, die Metall aufweist; und mehrere Schichten, die zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht gekoppelt sind, wobei die mehreren Schichten umfassen: eine dritte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; eine vierte Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und eine fünfte Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht und die erste Schicht angrenzt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die dritte und die fünfte Schicht eine Dicke im Bereich von 1 bis 20 Angström aufweisen.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die vierte Schicht eine Dicke im Bereich von 20 bis 100 Angström aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Metall der ersten und der zweiten Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Ti, Ta, N, Cu, Al, Au, Ag, W, Co, TiN, TaN oder Graphen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Al, Zr, La oder O.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert der dritten und fünften Schicht eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfO2, Al2O3, ZrO2 oder La2O3.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: Hf, Zr, Ba, Bi, Ti, Pb, Sr, Zr oder La.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das ferroelektrische Material eines oder mehreres von Folgendem enthält: HfZrO2 (HZO), HfAlO, BiTiO3 (BTO), Barium-Strontium-Titanat (BST), BiFeO3 (BFO), Si-dotiertes HfO2, PbTiO3 (PTO), SrTiO3 (STO), Pb[ZrxTi(1-x)]O3 (PZT), wobei x kleiner oder gleich 1 und größer oder gleich 0 ist, oder Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT).
  22. System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen ferroelektrischen Transistor enthält, der eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 enthält; und eine drahtlose Schnittstelle, um dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
  23. System, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei der Prozessor einen ferroelektrischen Kondensator enthält, der eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21 enthält; und eine drahtlose Schnittstelle, um dem Prozessor zu ermöglichen, mit einer anderen Vorrichtung zu kommunizieren.
  24. Verfahren, umfassend: Bilden einer ersten Schicht, die einen Halbleiter aufweist; Bilden einer zweiten Schicht, die ein Isoliermaterial aufweist, wobei die zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt; Bilden einer dritten Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die dritte Schicht an die zweite Schicht angrenzt; Bilden einer vierten Schicht, die ein ferroelektrisches Material aufweist, wobei die vierte Schicht an die dritte Schicht angrenzt; und Bilden einer fünften Schicht, die ein Isoliermaterial mit einem hohen k-Wert aufweist, wobei die fünfte Schicht an die vierte Schicht angrenzt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Halbleiter der ersten Schicht eines oder mehreres von Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut enthält.
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