FLOTOX EEPROM擦写过程中隧道氧化层陷阱俘获电荷的研究

本文首先从理论上分析FLOTOXEEPROM隧道氧化层中陷阱俘获电荷对注入电场和存储管阈值电压的影响 ,然后给出了在不同擦写条件下FLOTOXEEPROM存储管的阈值电压与擦写周期关系的实验结果 ,接着分析了在反复擦写过程中陷阱俘获电荷的产生现象 .对于低的擦写电压 ,擦除阈值减少 ,在隧道氧化层中产生了负的陷阱俘获电荷 ;对于高的擦写电压 ,擦除阈值增加 ,产生了正陷阱俘获电荷 .这一结果与SiO2 中电荷的俘获———解俘获动态模型相吻合 .

Al/SRO/Si结构中横向电压作用下的电荷俘获效应

利用 Al/ SRO/ Si MOS,对富硅二氧化硅 (SRO)材料在横向电压作用下的电荷俘获效应进行了研究 .用L PCVD法在 n型 Si衬底上沉积 SRO材料 ,通过 C- V测量研究其电荷俘获性质 .发现对于 n型 Si衬底 ,在横向电压作用下 ,SRO层能够俘获正电荷 ,电荷俘获效应与 SRO层的性质有关 .基于电位在器件内部的分布及诱导 pn结的形成 。

基于电荷俘获-释放机制的电路PBTI老化建模

针对传统反应扩散(reaction-diffusion,R-D)机制不适合纳米互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)集成电路正偏置温度不稳定性(positive bias temperature instability,PBTI)老化效应分析的问题,文章采用电荷俘获-释放(trapping-detrapping,T-D)机制,结合线性分析和数据拟合方法,建立了N型金属氧化物半导体(negative channel metal oxide semiconductor,NMOS)管PBTI效应引起的基本逻辑门单元的时延退化预测模型。仿真实验结果表明,采用该模型的电路PBTI老化预测结果与HSpice软件仿真得到的时延预测结果相比,平均误差为2%;关键路径时序余量评估实验表明,与基于R-D机制的老化时延模型相比,在相同的电路生命周期要求下,该模型需要的时序余量更小。

ZrO_2纳米晶基电荷俘获型存储单元非易失性能研究

本文制备并研究了ZrO2纳米晶基电荷俘获型存储器的电学性能。我们发现,通过高温退火处理,ZrO2纳米晶从非晶母相中析出,被母相所包围,从而起到存储媒介的作用。不同温度(25℃,85℃和150℃)下,经过105次写入擦除操作的器件的电荷损失量分别为6.6%,8.3%和12%(保持时间为4×104s)。

电荷俘获存储器中俘获层的研究进展

随着45nm和32nm技术节点的来临,传统Si3N4作为电荷俘获存储器的俘获层已经使器件的性能受到了限制。指出采用高k材料代替Si3N4作为俘获层已成为目前微电子材料研究的热点和趋势;着重对电荷俘获存储器的俘获层,包括对Si3N4掺O的无定形氧氮化硅(α-SiOxNy)俘获层、高k介质材料俘获层、植入纳米晶材料的俘获层及其叠层结构的研究现状和存在的问题进行了综述和分析,并对其进一步的研究趋势进行了展望。

电荷俘获存储器阻挡层研究进展

随着非挥发性存储器(NVM)存储单元的特征尺寸进入20 nm节点,使用单层SiO2作为阻挡层的传统电荷俘获存储器结构性能上逐渐受到限制。基于阻挡层在存储器栅堆栈中的作用与基本要求,首先,指出单层SiO2作为阻挡层存在的主要问题,然后对高介电常数材料作为阻挡层时,其禁带宽度、介电常数、内部的缺陷密度以及退火工艺等方面对存储特性的影响进行了分析,同时对近年来研究较多的阻挡层能带工程进行了详细介绍,如SiO2和Al2O3的复合阻挡层结构、多层高介电常数材料的阻挡层结构等。最后,对目前研究进展中存在的问题以及未来的研究方向和趋势进行了总结和展望。

电荷俘获存储器界面缺陷生长模型及其可靠性模拟

建立界面缺陷态密度随时间变化的模型。对电荷俘获存储器在不同应力条件下的可靠性进行模拟,为正常工作情形下,电荷俘获存储器内界面缺陷的生长机制以及不同应力条件下器件性能的退化提供预测工具。

高k栅介质中电荷俘获行为的脉冲特征分析

本文介绍了电荷俘获的原理以及直流特征分析技术对俘获电荷进行定量分析的局限性,同时介绍了脉冲I-V分析技术,其能够对具有快速瞬态充电效应(FTCE)的高k栅晶体管的本征(无俘获)性能进行特征分析。

光电导聚合物中空间电荷光栅形成过程的研究

本文研究了光电导聚合物中空间电荷场的建立过程和稳态特性。研究了电荷俘获中心对空间电荷场强度 。

HfO_2中间隙氧缺陷特性第一性原理研究

运用第一性原理计算研究了HfO2中间隙氧缺陷的特性。对HfO2中不同位置的间隙氧缺陷的形成能进行了计算,找出了最稳定的间隙氧缺陷位置,并对该位置缺陷计算了缺陷能级、态密度(DOS)和电荷俘获能;另外,还计算了间隙氧缺陷之间的距离对HfO2性质的影响。计算结果显示间隙氧缺陷能够同时俘获电子和空穴,具有两性特征;俘获的电荷主要聚集在间隙氧和最近邻氧原子附近;间隙氧之间距离增大会使得缺陷之间由吸引变为排斥,排斥力随距离继续增大而减小,并且缺陷引入的受主能级量子态数显著增加,这有利于空穴隧穿电流增大,可以用来实现存储层电荷的快速擦除。

HfO_2中影响电荷俘获型存储器的氧空位特性第一性原理研究

随着器件尺寸进一步等比例缩小,高k材料HfO2作为俘获层的电荷俘获型存储器展现了较好的耐受性和较强的存储能力,且工艺相对简单,与传统半导体工艺完全兼容,因此得到了广泛的研究.为研究HfO2中氧空位引入的缺陷能级对电荷俘获型存储器存储特性的影响,运用第一性原理计算分析了HfO2中的氧空位缺陷.通过改变缺陷超胞中的电子数模拟器件的写入和擦除操作,发现氧空位对电荷的俘获基本上不受氧空位之间距离的影响,而氧空位个数则影响对电子的俘获,氧空位数多,俘获电子的能力就强.此外,四价配位的氧空位俘获电子的能力比三价配位的氧空位大.态密度分析发现四价配位的氧空位引入深能级量子态数大,并且受氧空位之间的距离影响小,对电子的俘获概率大.结果表明,HfO2中四价配位的氧空位缺陷有利于改善电荷俘获型存储器的存储特性.

Eu-Ru共掺NiO-SnO_2复合纳米粒子薄膜的阻变特性

通过低温水浴法制备了Eu-Ru共掺杂NiO-SnO_2复合纳米粒子,透射电镜图像显示纳米粒子粒径均匀,选区电子衍射表明结晶性差,所测晶面间距与SnO_2和NiO相应卡片数据一致,水热机理分析表明纳米粒子由NiO-SnO_2微观p-n结组成.原子力显微镜测试薄膜表面平均粗糙度约0.25 nm,由于薄膜太薄及样品结晶性差,XRD分析未见明显衍射峰.电学测试表明纳米粒子薄膜具有可重复双极阻变特性,阈值电压约1 V,开关比约500.薄膜高阻态电学输运符合缺陷俘获载流子所致空间电荷限制导电机制,低阻态呈欧姆特性,故阻变机理应为电荷俘获及再释.

Si_3N_4/SiO_2叠层栅MOS电容抗辐照总剂量研究

本论文主要分析了Si3N4/SiO2叠层栅MOS电容总剂量效应,叠层栅MOS电容中SiO2为20nm,Si3N4厚度分别为40nm和110nm,通过辐照前后电容CV曲线的对比分析,发现CV曲线的正方向漂移主要是由于界面态电荷的作用,同时氧化物俘获电荷也起到一定的作用。同时也发现叠层栅中Si3N4越厚,将产生越多的界面态电荷和氧化物俘获电荷。

0.35μm部分耗尽SOI NMOSFET的总剂量辐射效应与偏置状态的关系

研究了深亚微米部分耗尽型SOI NMOSFET的抗总剂量辐射特性,主要讨论不同偏置状态对器件抗总剂量辐射性能的影响及其原因。通过器件模拟发现,辐射过程中的不同偏置状态使器件的电场分布差异很大,而器件埋层中俘获空穴的分布与电场密切相关,进而对器件产生不同的影响。模拟结果表明,器件在关态偏置下,背沟道附近陷获电荷密度最高,引起的阈值电压负向漂移和泄漏电流最大,即该偏置状态为浮体器件抗总剂量辐射的最劣偏置状态。

缺陷对电荷俘获存储器写速度影响

基于密度泛理论的第一性原理以及VASP软件,研究了电荷俘获存储器(CTM)中俘获层HfO2在不同缺陷下(3价氧空位(VO3)、4价氧空位(VO4)、铪空位(VHf)以及间隙掺杂氧原子(IO))对写速度的影响.对比计算了HfO2在不同缺陷下对电荷的俘获能、能带偏移值以及电荷俘获密度.计算结果表明:VO3,VO4与VHf为单性俘获,IO则是双性俘获,HfO2在VHf时俘获能最大,最有利于俘获电荷;VHf时能带偏移最小,电荷隧穿进入俘获层最容易,即隧穿时间最短;同时对电荷俘获密度进行对比,表明VHf对电荷的俘获密度最大,即电荷被俘获的概率最大.通过对CTM的写操作分析以及计算结果可知,CTM俘获层m-HfO2在VHf时的写速度比其他缺陷时的写速度快.本文的研究将为提高CTM操作速度提供理论指导.

MEH-PPV/PEG聚合物电双稳器件的研究

将PEG(聚乙二醇)引入到ITO/MEH-PPV(聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)/Al三明治器件中,实现了很好的电双稳性能。通过改变PEG的分子量、浓度以及退火温度等条件,对器件性能进行了优化。通过电流-电压(I-V)测试研究了不同器件的性能,结果表明,分子量为4 000的PEG,在30 mg/mL的浓度下,通过120℃退火制备的薄膜,其器件性能最优,电流开关比可以达到10~3以上。利用SEM测试研究了活性层的膜形貌,并结合电流-电压(I-V)曲线的线性拟合,分析了电荷在器件中的传输过程。研究发现,相分离产生的陷阱对电荷的俘获是该器件产生电双稳特性的主要原因。

P3HT/PMMA双层聚合物电双稳器件的研究

通过逐层旋涂的方法,制备了P3HT（poly（3-hexylthiophene））与PMMA（poly（methylmethacrylate））双层器件,并与二者的共混溶液制备的器件进行了性能对比。利用扫描电镜（SEM）表征了双层器件的横截面形貌;利用电流-电压（I-V）以及电流-读取次数（I-t）测试,测量了两种器件的开关比以及持续时间特性。其中,双层器件具有更好的开关比,可达1×10~3,同时反复读写测试表明器件性能非常稳定。为了解释电双稳现象产生的机理,对双层结构器件的电流-电压曲线进行了线性拟合,利用器件的能级图进行分析,得出了电荷在器件中的传输过程。研究结果表明,可以通过电荷俘获释放理论解释P3HT/PMMA双层器件电双稳特性产生的机理。

掺铒富硅氧化硅发光器件电致发光衰减机制

首先采用多靶射频磁控共溅射结合后退火工艺制备了掺Er富硅氧化硅MIS(金属-绝缘体-半导体结构)电致发光器件,然后通过电致发光(EL)以及电流-电压(I-U)特性测量对发光器件的光电性能进行表征.最后,通过对比不同富硅含量的发光器件的载流子输运机制,并通过分析器件中的电荷俘获过程,对富硅氧化硅器件中铒离子电致发光的激发和猝灭机制进行了解释.结果表明:富硅的存在改变了MIS发光器件中的载流子输运过程,造成外加电场下注入的电子能量降低,进而降低Er离子发光中心的激发效率;而富硅引入的缺陷态会引起电荷俘获及俄歇效应,也会使得发光中心发生非辐射复合过程.

55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元的γ射线和X射线电离总剂量效应研究

基于^(60)Co-γ射线和10 keV X射线辐射源,系统地研究了55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元的电离总剂量效应,并特别关注其电学特性退化的规律与物理机制.总剂量辐照引起闪存单元I-V特性曲线漂移、存储窗口变小和静态电流增大等电学特性的退化现象,并对其数据保持能力产生影响.编程态闪存单元的I_d-V_g曲线在辐照后显著负向漂移,而擦除态负向漂移幅度较小.对比两种射线辐照,擦除态的I_d-V_g曲线漂移方向不同.相比于擦除态,富含存储电子的编程态对总剂量辐照更为敏感;且相比于^(60)Co-γ射线,本文观测到了显著的X射线剂量增强效应.利用TCAD和Geant 4工具,从能带理论详细讨论了55 nm硅-氧化硅-氮化硅-氧化硅-硅闪存单元电离总剂量效应和损伤的物理机制,并模拟和深入分析了X射线的剂量增强效应.

NBTI的研究进展和改善途径

本文首先介绍了发生于PMOSFET器件上的NBTI(负偏压温度不稳定性)的基本理论,介绍了NBTI的两种衰退机理(反应-扩散模型和电荷俘获-脱离模型),指出它们各自的适用范围,并针对新的NBTI测试方法的采用,探讨了对可靠性性能估计的影响。最后总结了遏制NBTI效应的研究成果。