基于納米晶粒浮柵結(jié)構(gòu)的先進(jìn)FLASH存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與模擬.pdf

1、從傳統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器到納米存儲(chǔ)器的演化，是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器發(fā)展的歷史趨勢(shì)和歷史必然。預(yù)計(jì)到2010 年左右，納米晶粒浮柵MOSFET存儲(chǔ)器將會(huì)取代現(xiàn)在流行的多晶硅薄層浮柵MOSFET存儲(chǔ)器而成為非揮發(fā)性存儲(chǔ)器市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。納米存儲(chǔ)器早已在科技界以及各大國(guó)際半導(dǎo)體公司中引起了廣泛的研究興趣。納米存儲(chǔ)器在進(jìn)入大生產(chǎn)領(lǐng)域之前，有許多難題急待解決，其中之一就是這類器件還存在著工作電壓和長(zhǎng)久存儲(chǔ)之間的矛盾。目前的所發(fā)表的一些納米存儲(chǔ)器模型的保

2、留時(shí)間遠(yuǎn)不能達(dá)到應(yīng)用水平。為了解決上述矛盾，優(yōu)化器件的存儲(chǔ)特性，我們提出了一種新型的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單元--鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器。這種新型器件有著突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就是在以鍺/硅異質(zhì)納米晶粒代替硅納米晶粒作為MOSFET存儲(chǔ)器的浮置柵極之后，單一的隧穿勢(shì)壘變成了臺(tái)階狀的復(fù)合勢(shì)壘。通過(guò)對(duì)電荷隧穿特性的分析，顯示了臺(tái)階狀復(fù)合勢(shì)壘使得電荷的隧穿不僅與方向有關(guān)，而且與電荷的能量有關(guān)。正是由于這一臺(tái)階狀復(fù)合勢(shì)壘的作用，使得器件的存儲(chǔ)特性有了很大改

3、進(jìn)。與硅納米存儲(chǔ)器相比，在擦寫時(shí)間基本不變的情況下，器件的保留時(shí)間有了幾個(gè)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)，可達(dá)十年以上。 本文采用順序隧穿理論和巴丁傳輸哈密頓方法，在分析硅基納米存儲(chǔ)器的勢(shì)結(jié)構(gòu)和價(jià)帶混合效應(yīng)對(duì)隧穿過(guò)程影響的基礎(chǔ)上，建立了電子和空穴直接隧穿特征時(shí)間的計(jì)算模型。并且結(jié)合實(shí)際的器件結(jié)構(gòu)，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)硅基納米存儲(chǔ)器的編程速度和保留時(shí)間的影響，指出需要新的器件結(jié)構(gòu)模型來(lái)優(yōu)化硅基納米存儲(chǔ)器的保留特性。 本文數(shù)值研究了n溝道和p溝道

4、鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米MOSFET存儲(chǔ)器的時(shí)間特性。n溝道鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器在低壓和薄的隧穿氧化層厚度下擦寫速度達(dá)到ns級(jí)，可實(shí)現(xiàn)快速編程。硅納米結(jié)構(gòu)高度的變化對(duì)保留時(shí)間的影響非常顯著，而對(duì)寫入時(shí)間的影響相對(duì)較小。由于臺(tái)階狀勢(shì)壘的作用，與硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器相比，n溝道鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器的保留時(shí)間有三個(gè)量級(jí)以上的提高。由于有著較高的價(jià)帶帶邊和臺(tái)階狀的勢(shì)壘，鍺硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器對(duì)空穴的存儲(chǔ)會(huì)更加有效。模擬結(jié)果

5、顯示了p溝道鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器在隧穿氧化層厚度為2 nm，柵壓為3 V時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)μs量級(jí)的編程，而保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十年(約108 see)。與p溝道硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器和n溝道鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器相比，保留時(shí)間分別有107和105倍的增長(zhǎng)，而擦寫時(shí)間變化不大。由此可知，p溝道鍺/硅納米結(jié)構(gòu)浮柵納米存儲(chǔ)器可以作為性能優(yōu)良的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器單元。這種新型的存儲(chǔ)器模型有效地解決了快速擦寫編程和長(zhǎng)久存儲(chǔ)的矛盾，存儲(chǔ)性能得到了很