近些年来,铁电场效应晶体管得到了人们广泛的关注与研究,它被用作铁电存储器的存储单元,而铁电存储器由于其优良的特性(存储速度快、不易挥发、与集成电路工艺兼容、功耗低等)被认为是下一代比较理想的存储器之一。随着芯片集成度的不断提高,功耗成为人们面临的一个严峻问题,当铁电场效应晶体管用作铁电存储器芯片自然也需要克服功耗问题,而研究表明,铁电场效应晶体管的负电容效应可以有效的降低晶体管的功耗。基于此,本文通过物理建模、数值分析,重点研究铁电场效应晶体管的负电容效应。研究的主要内容及结论如下:1.基于Landau-Ginzburg-Devonshire唯象理论、泊松方程以及电流连续性方程,建立负电容PZT(PbZr1-xTixO3)双栅场效应晶体管的物理模型,并分析锆钛比对其电学性能的影响,结果表明:钛的比率对负电容PZT铁电栅场效应晶体管的电学性能有一定的影响;当钛的比率减小(0.065~0.035)时,由于铁电材料的负电容效应,栅电容得到放大,硅表面势放大能力增强,亚阈值摆幅降低,从而达到降低功耗的目的。该研究结果为解决铁电场效应晶体管的功耗问题提供了新途径;对其在快速开关方面的应用也有一定的意义。2.根据第2章的物理模型,研究、分析不同铁电层厚度时,负电容PZT双栅场效应晶体管的电学性能,我们得到了以下结论:在一定范围内(120~200nm),通过增大铁电层厚度可以增强负电容效应,增强硅表面势放大能力,降低亚阈值摆幅,实现晶体管的低功耗操作。该结果为优化负电容铁电场效应晶体管的电学性能有较好的指导意义。3.根据第2章的物理模型,研究绝缘层厚度对负电容PZT双栅场效应晶体管电学性能的影响。通过计算、分析,可以得到以下结论:随着绝缘层厚度的增大(2~4 nm),电压放大能力变差,栅电容尖峰减小,亚阈值特性变差。我们可以通过减小绝缘层厚度来提高电压放大能力,增强负电容效应,降低晶体管功耗。该结果提供了一种解决铁电场效应晶体管功耗问题的新途径。4.根据第2章的物理模型,研究半导体硅厚度对负电容PZT双栅场效应晶体管电学性能的影响。通过计算、分析,可以得到以下结论:半导体硅厚度对铁电负电容效应的影响非常小,可以忽略不计。因而,我们在考虑铁电负电容的影响因素时,可以忽略半导体硅厚度对负电容的影响,该结果可以为铁电场效应晶体管的设计提供一定的理论指导。