铁电场效应晶体管、神经网络装置和电子装置的制作方法

本公开涉及具有各种曲率的电极结构的铁电场效应晶体管、具有各种曲率的电极结构的神经网络装置以及包括神经网络装置的电子装置。

背景技术：

1、对执行神经网络运算的神经形态处理器的兴趣日益增加。神经形态处理器可以用作神经网络装置(其用于驱动各种神经网络，诸如卷积神经网络(cnn)、递归神经网络(rnn)和前馈神经网络(fnn))，并可以用于包括数据分类、图像识别、自主控制、语音转文本等的领域中。

2、神经形态处理器可以包括(或连接到)用于存储权重的多个存储单元。存储单元可以由各种器件实现，并且最近，已经提出具有简单结构的非易失性存储器作为用于神经形态处理器的存储单元，以便减小存储单元的面积和功耗。

技术实现思路

1、提供一种对施加的电压具有线性响应特性的铁电场效应晶体管。

2、提供一种神经网络装置，其包括对施加的电压具有线性响应特性的突触元件。

3、此外，提供一种包括神经网络装置的电子装置。

4、附加的方面将部分地在以下描述中阐述，部分地将从该描述变得明显，或者可以通过实施本公开的所呈现的实施方式而获知。

5、根据一实施方式的一种铁电场效应晶体管包括：基板；源极，在第一方向上从基板的上表面突出；漏极，在第一方向上从基板的上表面突出；沟道，与基板的上表面间隔开并在不同于第一方向的第二方向上在源极和漏极之间延伸并且连接到源极和漏极；铁电膜，围绕沟道的外周表面；以及栅电极，围绕铁电膜，其中沟道可以具有拥有多个不同的曲率的弯曲的剖面。

6、沟道可以具有椭圆柱形状，该椭圆柱形状在不同于第一方向和第二方向的方位角方向上具有连续变化的半径。

7、沟道可以具有逐渐变窄的形状。

8、沟道可以包括具有第一半径的第一沟道和具有不同于第一半径的第二半径的第二沟道。

9、铁电膜可以包括围绕第一沟道的外周表面的第一铁电膜和围绕第二沟道的外周表面的第二铁电膜，栅电极可以布置为围绕第一铁电膜和第二铁电膜两者。

10、此外，沟道还包括第三沟道，该第三沟道具有不同于第一半径和第二半径的第三半径，铁电膜还包括围绕第三沟道的外周表面的第三铁电膜，栅电极可以围绕第一铁电膜、第二铁电膜和第三铁电膜中的全部。

11、例如，铁电膜的厚度与沟道的半径的比率可以大于0且等于或小于2。

12、例如，栅电极可以包括tin、tan、wn、nbn、w、mo和pt中的至少一种。

13、例如，铁电膜可以包括以下中的至少一种：mgzno、alscn、batio3、pb(zr,ti)o3、srbitao7、聚偏二氟乙烯(pvdf)、以及si、al、hf和zr中的至少一种的氧化物，其中si、al、hf和zr中的至少一种的氧化物可以包括掺杂剂，掺杂剂包括si、al、y、la、gd、mg、ca、sr、ba、ti、zr、hf、n中的至少一种。

14、根据一实施方式的一种神经网络装置包括：多条字线；与所述多条字线交叉的多条位线；以及在所述多条字线和所述多条位线之间的交叉点处的多个突触元件，所述多个突触元件中的每个电连接到所述多条字线中的相应字线和所述多条位线中的相应位线，其中所述多个突触元件中的每个包括内柱、围绕内柱的外周表面的铁电膜以及围绕铁电膜的外周表面的外电极，内柱具有多个不同的曲率。

15、内柱可以具有椭圆柱形状。

16、内柱可以具有逐渐变窄的形状。

17、内柱可以包括具有第一半径的第一元件和具有不同于第一半径的第二半径的第二元件，第一元件和第二元件可以彼此并联连接。

18、此外，内柱还可以包括第三元件，第三元件具有不同于第一半径和第二半径的第三半径，第一元件、第二元件和第三元件可以彼此并联连接。

19、例如，铁电膜的厚度与内电极的半径的比率可以大于0且等于或小于2。

20、例如，内柱和外电极可以每个包括tin、tan、wn、nbn、w、mo和pt中的至少一种。

21、所述多个突触元件中的每个还包括存取晶体管，内柱或外电极中的一个电连接到存取晶体管的漏极，存取晶体管的栅极电连接到相应的字线，存取晶体管的源极电连接到相应的位线。

22、神经网络装置还可以包括输出电路，该输出电路配置为输出从所述多条位线接收的信号。

23、所述多个突触元件中的每个还可以包括场效应晶体管，内柱或外电极中的一个可以电连接到场效应晶体管的栅极。

24、所述多个突触元件中的每个还可以包括存取晶体管和场效应晶体管，其中存取晶体管的栅极电连接到所述多条字线中的相应一条，存取晶体管的源极电连接到所述多条位线中的相应一条，场效应晶体管的栅极电连接到存取晶体管的漏极，电容器的内电极或外电极中的一个可以电连接到场效应晶体管的漏极。

25、根据另一实施方式的一种神经网络装置包括：多条字线；与所述多条字线交叉的多条位线；以及在所述多条字线和所述多条位线之间的交叉点处的多个突触元件，所述多个突触元件中的每个电连接到所述多条字线中的相应字线和所述多条位线中的相应位线，其中所述多个突触元件中的每个包括存取晶体管和铁电场效应晶体管，铁电场效应晶体管包括源极、漏极、在源极和漏极之间延伸并电连接源极和漏极的沟道、围绕沟道的外周表面的铁电膜以及围绕铁电膜的栅电极，其中沟道具有拥有多个不同的曲率的弯曲的剖面。

26、存取晶体管的栅极可以电连接到所述多条字线中的相应一条，存取晶体管的源极可以电连接到所述多条位线中的相应一条，存取晶体管的漏极可以电连接到铁电场效应晶体管的栅极。

27、神经网络装置还可以包括多条输入线和多条输出线，铁电场效应晶体管的源极可以电连接到所述多条输入线中的相应一条，铁电场效应晶体管的漏极可以电连接到所述多条输出线中的相应一条。

28、根据一实施方式的一种电子装置可以包括：神经网络装置，具有上述结构中的至少一种；存储器，包括计算机可执行指令；以及处理器，配置为通过执行存储在存储器中的计算机可执行指令来控制神经网络装置，使得神经网络装置基于从处理器接收的输入数据执行神经网络操作，并基于神经网络操作的结果生成对应于输入数据的信息信号。

技术特征：

1.一种铁电场效应晶体管，包括：

2.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中所述沟道具有椭圆柱形状，所述椭圆柱形状在不同于所述第一方向和所述第二方向的方位角方向上具有连续变化的半径。

3.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中所述沟道具有逐渐变窄的形状。

4.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中所述沟道包括

5.根据权利要求4所述的铁电场效应晶体管，其中

6.根据权利要求5所述的铁电场效应晶体管，其中

7.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中所述铁电膜的厚度与所述沟道的半径的比率大于0且小于或等于2。

8.根据权利要求1所述的铁电场效应晶体管，其中所述铁电膜包括以下中的至少一种：mgzno、alscn、batio3、pb(zr,ti)o3、srbitao7、聚偏二氟乙烯(pvdf)、以及si、al、hf和zr中的至少一种的氧化物，以及

9.一种神经网络装置，包括：

10.根据权利要求9所述的神经网络装置，其中所述内柱包括：

11.根据权利要求9所述的神经网络装置，其中

12.根据权利要求9所述的神经网络装置，其中所述多个突触元件中的每个还包括场效应晶体管，所述内柱或所述外电极中的一个电连接到所述场效应晶体管的栅极。

13.根据权利要求9所述的神经网络装置，其中所述多个突触元件中的每个还包括存取晶体管和场效应晶体管，使得

14.根据权利要求9所述的神经网络装置，其中

15.一种神经网络装置，包括：

16.根据权利要求15所述的神经网络装置，其中

17.根据权利要求15所述的神经网络装置，其中所述沟道包括：

18.根据权利要求15所述的神经网络装置，其中所述存取晶体管的栅极电连接到所述相应字线，所述存取晶体管的源极电连接到所述相应位线，所述存取晶体管的漏极电连接到所述铁电场效应晶体管的栅极。

19.根据权利要求18所述的神经网络装置，还包括：

20.一种电子装置，包括：

技术总结
提供了铁电场效应晶体管、神经网络装置和电子装置。铁电场效应晶体管包括：基板；源极，在第一方向上从基板的上表面突出；漏极，在第一方向上从基板的上表面突出；沟道，与基板的上表面间隔开并在源极和漏极之间在不同于第一方向的第二方向上延伸；铁电膜，围绕沟道的外周表面；以及栅电极，围绕铁电膜，其中沟道具有拥有不同的曲率的弯曲的剖面。

技术研发人员：文泰欢,崔悳铉,许镇盛,李泫宰
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14