基于纳米晶粒浮栅结构的先进FLASH存储器的设计与模拟
发布时间：2020-12-21 04:28
从传统的Flash存储器到纳米存储器的演化,是半导体存储器发展的历史趋势和历史必然。预计到2010年左右,纳米晶粒浮栅MOSFET存储器将会取代现在流行的多晶硅薄层浮栅MOSFET存储器而成为非挥发性存储器市场上的主流产品。纳米存储器早已在科技界以及各大国际半导体公司中引起了广泛的研究兴趣。纳米存储器在进入大生产领域之前,有许多难题急待解决,其中之一就是这类器件还存在着工作电压和长久存储之间的矛盾。目前的所发表的一些纳米存储器模型的保留时间远不能达到应用水平。为了解决上述矛盾,优化器件的存储特性,我们提出了一种新型的存储器结构单元——锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器。这种新型器件有着突出的结构特点,就是在以锗/硅异质纳米晶粒代替硅纳米晶粒作为MOSFET存储器的浮置栅极之后,单一的隧穿势垒变成了台阶状的复合势垒。通过对电荷隧穿特性的分析,显示了台阶状复合势垒使得电荷的隧穿不仅与方向有关,而且与电荷的能量有关。正是由于这一台阶状复合势垒的作用,使得器件的存储特性有了很大改进。与硅纳米存储器相比,在擦写时间基本不变的情况下,器件的保留时间有了几个数量级的增长,可达十年以上。本文采用顺序隧穿理论...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SIMOS单元结构示意图
下面对目前使用的非挥发性存储器结构模型分别作简要的介绍。（1）浮栅结构存储器件。浮栅器件通常有两个栅极，其中一个被介质层完全包围，称为浮置栅极；另外一个则称为控制栅极，是存储晶体管的外部栅极。浮栅和衬底之间的介质层通常由氧化物，或氮化物，或氧氮化物，或氧化物氮化物叠层（ONO）构成。按照器件结构的不同，浮栅器件可以分为三个形式。第一种形式是SIMOS（Stacked gate Injection MOS）器件，可归入EPROM 和Flash EEPROM 之中。如图1.1 是其典型结构。该种器件采用热电子注入方法编程，需要外加12 V 的编程电压，注入效率低，功率损耗大。但不需要选择晶体管，是单管器件，编程快，密度高。SIMOS 后来有很多变种，诸如裂栅结构（Split-Gate structure）、双栅结构（Dual-Gate structure）、源边注入结构（Source-Side Injection structure）、边墙浮栅结构（Side-Wall Floating-Gate structure）、沟槽栅氧化层结构（TrenchGate-Oxidestructure）等等。第二种形式是FLOTOX（FLOating gate Thin OXide）图 1.1 SIMOS 单元结构示意图
NOVRAM 单元（编程时间1~10 μ ，保留时间几天或几小时）[5]。如图1.3(a)所示，在SNOS 结构中氮化硅的上面加上一层氧化层，以阻挡栅极电荷向氮化硅层注入，就形成了SONOS 结构。为了获得更高的存储密度和降低编程电压，需要减薄ONO 层。然而由于氮化硅层中的空穴陷阱的尺寸在15~20 nm 和电子陷阱的图 1.3 两种 SONOS 存储器单元结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]镶嵌在超薄SiO2层中的纳米硅的库仑阻塞现象[J]. 石建军,吴良才,鲍云,刘嘉瑜,马忠元,戴敏,黄信凡,李伟,徐骏,陈坤基. 半导体学报. 2003(01)
[2]一维位势透射系数的计算与谐振隧穿现象的研究[J]. 井孝功,赵永芳,吕天全,郑以松,李铁津. 计算物理. 2000(06)
[3]功率MOS器件单粒子栅穿效应的等效电路模拟方法[J]. 唐本奇,王燕萍,耿斌,陈晓华. 计算物理. 2000(Z1)
[4]超晶格中空穴子带的理论[J]. 汤蕙,黄昆. 半导体学报. 1987(01)
本文编号：2929185
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SIMOS单元结构示意图
下面对目前使用的非挥发性存储器结构模型分别作简要的介绍。（1）浮栅结构存储器件。浮栅器件通常有两个栅极，其中一个被介质层完全包围，称为浮置栅极；另外一个则称为控制栅极，是存储晶体管的外部栅极。浮栅和衬底之间的介质层通常由氧化物，或氮化物，或氧氮化物，或氧化物氮化物叠层（ONO）构成。按照器件结构的不同，浮栅器件可以分为三个形式。第一种形式是SIMOS（Stacked gate Injection MOS）器件，可归入EPROM 和Flash EEPROM 之中。如图1.1 是其典型结构。该种器件采用热电子注入方法编程，需要外加12 V 的编程电压，注入效率低，功率损耗大。但不需要选择晶体管，是单管器件，编程快，密度高。SIMOS 后来有很多变种，诸如裂栅结构（Split-Gate structure）、双栅结构（Dual-Gate structure）、源边注入结构（Source-Side Injection structure）、边墙浮栅结构（Side-Wall Floating-Gate structure）、沟槽栅氧化层结构（TrenchGate-Oxidestructure）等等。第二种形式是FLOTOX（FLOating gate Thin OXide）图 1.1 SIMOS 单元结构示意图
NOVRAM 单元（编程时间1~10 μ ，保留时间几天或几小时）[5]。如图1.3(a)所示，在SNOS 结构中氮化硅的上面加上一层氧化层，以阻挡栅极电荷向氮化硅层注入，就形成了SONOS 结构。为了获得更高的存储密度和降低编程电压，需要减薄ONO 层。然而由于氮化硅层中的空穴陷阱的尺寸在15~20 nm 和电子陷阱的图 1.3 两种 SONOS 存储器单元结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]镶嵌在超薄SiO2层中的纳米硅的库仑阻塞现象[J]. 石建军,吴良才,鲍云,刘嘉瑜,马忠元,戴敏,黄信凡,李伟,徐骏,陈坤基. 半导体学报. 2003(01)
[2]一维位势透射系数的计算与谐振隧穿现象的研究[J]. 井孝功,赵永芳,吕天全,郑以松,李铁津. 计算物理. 2000(06)
[3]功率MOS器件单粒子栅穿效应的等效电路模拟方法[J]. 唐本奇,王燕萍,耿斌,陈晓华. 计算物理. 2000(Z1)
[4]超晶格中空穴子带的理论[J]. 汤蕙,黄昆. 半导体学报. 1987(01)
本文编号：2929185
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