纳米硅浮栅存储器件的电学特性研究

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1、纳米硅浮棚存储器件的电学特性研究(申请硕士学位)作者姓名：刘广元专业：物理电子学导师：马忠元教授、陈坤基教授南京大学物理系二零一一年五月InvestigationofelectricalcharacteristicsofnanocrystalSifloatinggatememoryAuthor：Major：Supervisor：(DissertationforMasterDegree)LiuGuangyuan一-PhysicalElectronicsProf．ZhongyuanMa＆Prof．KunjiChenDepartmentofPhysics，NanjingUniver

2、sityMay,20112008级硕士生姓名：指导教师(姓名、职称)：墨垒垂塾丝：睦盐塞童送摘要探索和开发新型高效率和高密度电荷存储器件是目前国际上纳电子学领域的研究热点。与传统的多晶硅浮栅存储器相比，纳米硅浮栅存储器以其体积小、功耗低、擦写速度快及与传统硅工艺技术兼容等优点吸引着更多的研究小组对其在未来信息存储领域的应用进行着坚持不懈的探索。随着快闪存储器(flashmemory)的应用范围扩展，从U盘、MP3到多媒体存储卡(MMC)、数码相机，闪存在存储器市场上所占的份额正在逐年递增。如果纳米硅量子点存储器能够在不久的将来成功实现商品化在闪存市场占据一席之地，其带来的经济

3、效益将是不言而喻的。对于未来纳米硅量子点存储器的市场化进程而言，从分立的存储单元Nd,规模的存储阵列再到商品化闪存的研发是必经的历程。基于上述背景本论文研究了由本小组设计并由无锡华晶半导体公司流水制各的纳米硅量子点浮栅MOS结构以及MOSFET存储单元的基本电学特性，在此基础上初步设计和检测了具有NOR功能的小型纳米硅量子点浮栅存储矩阵原型器件的存储特性。论文首先研究了纳米硅量子点浮栅MOS器件的基本电学特性。通过室温下样品电容一电压(C．V)特性表征证明了纳米硅晶粒优良的电荷存储能力；通过变频交流电导一电压(G／∞．V)特性表征揭示了纳米硅晶粒在电荷存储过程中电导峰位与测试

4、频率的关系，为判定Si／Si02界面陷阱态和纳米硅晶粒在电荷存储过程中不同的作用提供了有力的证据，并进一步研究了Si02介质层中的纳米硅量子点浮栅MOS结构中电子和空穴的注入特性。在获得具有较好电学特性的纳米硅量子点浮栅MOS器件的基础上，本论文研究了纳米硅量子点浮栅MOSFET存储单元的电荷存储、擦写以及保持特性。以上基本电学性能参数的表征与分析证明了我们在工艺流水线上已经成功制备了纳米硅量子点浮栅MOSFET器件，其性能满足闪存的各项基本性能指标，可以作为闪存的基本存储单元。论文最后初步尝试和探索了基于纳米硅逻辑器件的NOR功能的存储矩阵的基本性能。我们把华晶公司制备的M

5、OSFET自行封装为4×4存储阵列并成功实现了数据的擦除、写入和读出等作为存储阵列所应具备的基本功能，为纳米硅量子点走出实验室实现纳米硅非挥发性存储器商品化迈出了重要的一步。关键词：纳米硅；浮栅存储器；电学特性；电荷存储；电容；交流微分电导；NORⅡTHESIS：InvestigationofelectricalcharacteristicsofnanocrystalSPECIALIZATION：SifloatinggatememoryPhvsicalElectronicsPOSTGRADUATE：LiuGuangyuan^嗄ENTOR：Prof．ZhongyuanMa&Pr

6、of．KunjiChenAbstractDiscoveranddesignofnewtypecharge-trappingflashmemorieswithlaJ【ghefficiencyanddensityhaverecentlybeenthefocusofnanoelectronicsresearchintheworld．Differentfromthetraditionalpoly-Sifloatinggatememory,nc-Sinonvolatilefloatinggatememoryhastheadvantagessuchassmallsize、Lowpower

7、consumption、highwrite／erasespeedandcompatibilitywimSitechnology．Sonc-Sinonvolatilefloatinggatememoryhasbeeninvestigatedbymoregroupspersistentlyforitsapplicationpotentialinthefuture’Sinformationstoragearea．Astheapplicationofflashmemoryisgettingmoreandmore