피로현상의 진행에 따라 발생하는 하부전극 주위의 산소공공 축적현상을 적용하여 강유전체 박막의 switching 특성과 MFSFET 소자특성을 시뮬레이션하였다. Switching 모델에서 relative switched charge는 피로현상 전에 0.74 nC 이였으나, 피로가 진행되어 50${AA}$의 산소공공층이 생성된 후에는 불과 0.15nC 로서 산소공공층이 분극반전을 강력하게 억제함을 알았다. MFSFET 소자의 모델에서 C-V_G와 I_D-V_G 곡선은 2 V 의 memory window를 나타내었고, 캐패시턴스 특성에서 축적과 공핍 및 반전 영역은 확실하게 표현되었다. 그리고, $I_D-V_D$ 곡선에서 두 부분의 문턱전압에 의해 나타난 포화드레인 전류차이는 6mA/$cm^2$이었다. 그러나, 50${AA}$의 산소공공층이 축적된 후, $I_D-V_D$ 곡선에서 포화 드레인 전류차이는 피로현상이 없는 경우에 비해 약 50% 감소하여 산소공공층이 소자 적용에 난제임을 확인하였다. 본 모델은 강유전체 박막의 다양한 특성과 임의의 강유전체 박막을 사용한 MFSFET 소자의 동작을 예측하는데 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.
Switching behaviour of the ferroelectric thin film and device characteristics of the MFSFET(Metal-Ferroelectric-Semiconductor FET) are simulated with taking into account the accumulation of oxygen vacancies near interface between the ferroelectric thin film and the bottom electrode caused by the progress of fatigue. In our switching model, relative switched charge is 0.74 nC before fatigue, but after the progress of fatigue it reduces to 0.15 nC with the generation of oxygen vacancies. It indicates that the generation of oxygen vacancies strongly suppresses polarization reversal. $C-V_G;and;I_D-V_G$ curves in our MFSFET device model exhibit the memory window of 2 V and show the accumulation, the depletion and the inversion regions in capacitance characteristic clearly. The difference of saturation drain current of the device before fatigue in shown by the dual threshold voltages in $I_D-V_G$ curve as 6nA/$cm^2$ and decreases as much as 50% after fatigue. Decrease of the difference of saturation drain currents by fatigue implies that the accumulation of oxygen vacancies with the fatigue should be avoided in the device application. Our simulation model is expected to play an important role in estimation of the behavior of MFSFET device with various ferroelectric thin films.
