基于无机量子点的纳米晶非易失浮栅存储器研究

发布时间：2020-06-27 09:12

【摘要】：随着半导体集成度的不断提高和半导体器件特征尺寸的进一步减小,基于传统连续浮栅的非易失性存储器正面临着严峻的挑战,主要为越来越薄的隧穿层厚度导致的电荷泄露问题。非易失性纳米晶浮栅存储器由于能够实现电荷的分立式存储,可进一步降低器件的尺寸,提高编程速度和耐擦写能力等,有望取代传统浮栅存储器,所以得到广泛关注。本文首先对存储器的类型、市场和发展历程进行了详细介绍,然后对浮栅存储器的工作原理进行了细致的分析。为了进一步改善存储器性能,本文主要从沟道材料选择和存储层结构构建两个方面对纳米晶浮栅存储器进行了系统地研究。具体工作如下:1.采用全无机钙钛矿CsPbBr_3量子点作为沟道材料,金纳米晶和PMMA分别作为存储层和隧穿层,制备了基于双极性钙钛矿量子点的纳米晶浮栅存储器。通过对存储器的输出特性和转移特性测试发现,在±5V的编程/擦除电压下获得2.4V的存储窗口,由此得出双极性量子点有利于扩大存储窗口。而且由于CsPbBr_3量子点的稳定性,存储器的数据保持时间和耐擦写能力也得到改善。经过10~7s后,存储器的两个状态仍然能够清晰分辨。经过200次的擦写循环,存储器的性能保持良好。2.利用金纳米晶和氧化石墨烯构建了基于PbS量子点的双浮栅存储器,将氧化石墨烯作为上浮栅旋涂在金纳米晶上,能够降低隧穿层表面的粗糙度。同时,氧化石墨烯本身带有大量的基团和缺陷,能够和金纳米晶一起俘获更多的电荷,扩大存储窗口。由电学性能测试可知,制备的双浮栅存储器在±10V的编程/擦除电压下,获得2.02V的存储窗口。而且,上下浮栅之间的能级差形成较大的势垒,有利于提高存储器的数据保持时间。实验结果也证实,经过10~5s后,存储器的存储窗口基本保持不变。基于PbS量子点的双浮栅存储器由于优越的性能,使得其具有非常大的潜力取代传统浮栅存储器。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP333
【图文】：

图 1-1 存储器的分类存储器有多种分类方式，按照用途可分为主存储器和辅助存储器；按照读写方式可分为只读存储器（ROM：ReadOnlyMemory）和随机读写存储器（RAM：Random Access Memory）; 按照易失性可分为易失性存储器（Volatile）和非易失性存储器（Nonvolatile）。在易失性存储器中，一旦电源断掉，存储的信息将很快丢失，除非不断地对存储器进行刷新。易失性存储器中最重要的代表是随机存取存储器，其中又分为静态随机存储器(SRAM：Static RAM)和动态随机存储器（DRAM: Dynamic RAM）。随机存取存储器指的是能够按照需要随意取出或存入信息，而且存取的速度与存储单元的位置无关，读写时间相等，但需要不断提供电压来保持信息[1,2]。非易失性存储器则能够在断电的情况下依然保持存储的信息。随着大数据时代的到来，对于非易失性存储器的市场需求越来越大，无论是民用、企业还是军事应用，都对非易失性半导体存储器提出越来越高的要求，所以对于非易失性存储器的研究越来越重要。非易失性存储器主要包括只读存储器、紫外线可擦除电可编程只读存储器（EPROM: Erasable Programmable Read

图 1-2 2010 年电子行业中非易失性半导体存储器各种应用占的市场比例如今，柔性和透明性对于未来电子产品尤其重要，如可穿戴的电子产品先进的研究被应用到电子领域中的真正实用的柔性技术[4]。尽管现在硅基存储器在消费电子产品和存储器存储应用中扮演着重要角色，但是为了实本、大面积和低功耗的柔性电子产品，近些年的研究重点正从刚性的硅基存储技术转移到柔性的非易失性存储技术。而且，未来的很长时间内，存场将继续增长，尽管也许会有一些起伏，但未来的几年预计将持续增加。由于创新驱动半导体产业，一个新的趋势，包括透明性、柔性和 3-D 技非常具有吸引力，在不久的将来将不断增长。正如图 1-3，新的移动设备创新导致了 NAND 产品的不断增长。为了满足这一市场需求，今年早些时 纳米节点技术正处于上升时期，20 纳米节点技术正处于向大规模生产转期，10 纳米节点技术正处于开发中。此外，未来的市场需要高速操作，甚约 1500MB/s 以满足大量的数据通信[5]。然而，高速操作会导致严重的功和芯片温度升高，这将危害 NAND 闪存的稳定性。因此，操作电压降低

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本文编号：2731632