鐵電場效應晶體管

因為MOSFET的飽和電流與柵極絕緣體材料的介電常數eox有正比例關係：Id sat =（1/2）（W/L）（εeox / dox ）（VGS－VT）2。因此，增大柵極絕緣體材料的介電常數，即可增強晶體管的驅動能力，提高開關速度，並且還可以帶來工藝上的其它好處。

在MOSFET中常用的柵極絕緣材料的介電常數值為：SiO2（3.8），Si3N4（6.4），Al2O3（＞7.5）。柵絕緣層是50~60nm SiO2 + Si3N4的MOS器件，稱為MNOFET；柵絕緣層是50~60nm SiO2 + Al2O3的MOS器件，稱為MAOFET。

提高柵絕緣層的介電常數，可以增大器件的電流，增強器件的驅動能力，使工作速度提高，得以實現超高速集成電路。同時，若採用高介電常數的柵絕緣膜，則也可以適當增加絕緣膜的厚度，以利於改善柵介質薄膜的均勻性。因此，採用高K材料來製作柵絕緣層，可以大大提高絕緣柵場效

應晶體管（MISFET）的性能。

用高K材料作為柵絕緣層的場效應晶體管即稱為MFSFET。至於對高介電常數柵極絕緣材料的要求，主要是：介電常數高，並與Si和SiO2的黏附

性能好。能夠很好滿足這些要求的高介電常數材料（也稱為高k材料），現在仍在探討之中。一般，比較受到關注的高k材料，主要是10＜K＜100（如Ta2O5, TiO2, HfO2等）的和K＞100（如PbZr1-xTixO3 [PZT],（Ba, Sr）TiO3 [BST]等）的兩類介質材料。其中ZrO2、HfO2、ZrSiO4、HfSiO4等與硅之間有較好的兼容性和熱穩定性（特別是硅酸化合物, HfO2在摻入Al後[成為了HfAlO]可防止400C下結晶）, 但它們與Si接觸的界面態密度較大

（需要增加過渡層）, 而且需要採用金屬柵電極（因這些高K材料易與多晶硅反應生成SiO2膜），從效果來看仍然不如SiO2，因此仍未實用化。目前作為暫時應用的較高介電常數的材料是SiOxNy和Si3N4, 這些材料也可用作為高K材料與Si、或高K材料與柵電極之間的中間過渡層材料。最近有工作指出，LAO（鋁酸鑭）和LAON（鑭鋁氧氮）這兩種高K材料的性能比較優越（熱力學穩定, 不易產生B和P雜質的擴散等問題，微細加工容易），可以用來製作特徵尺寸＜65nm的大規模集成電路。MFSFET的柵極結構，基本上是MFS（金屬——高K材料——半導體）型式，但性能不夠穩定；MFIS型式

比較好，其中的薄I層（SiO2等絕緣膜）能防止原子的擴散；MFMIS型式似乎更好，其中在I層與高K材料之間又增加了一層金屬膜。現在MFSFET研製中需要解決的主要問題是減小柵極絕緣膜漏電，以延長信號的保存時間。

2019年11月，深圳先進院納米調控研究中心等研發出新型柔性鐵電場效應晶體管。氧化物功能材料研究團隊基於白雲母襯底和外延Pb（Zr0.1Ti0.9）O3/ZnO 異質結，研發出了全無機的柔性FeFET。這種FeFET不僅保持操作電壓小（±6 V）、功耗低、開關比高、保持性好等無機鐵電場效應晶體管的優點，也兼具柔性耐彎折的特點，在反覆彎折和高温條件下仍能保持良好的FeFET電學性能。 ^[1]