發(fā)布時(shí)間：2020-06-27 09:12

【摘要】：隨著半導(dǎo)體集成度的不斷提高和半導(dǎo)體器件特征尺寸的進(jìn)一步減小,基于傳統(tǒng)連續(xù)浮柵的非易失性存儲(chǔ)器正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),主要為越來越薄的隧穿層厚度導(dǎo)致的電荷泄露問題。非易失性納米晶浮柵存儲(chǔ)器由于能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的分立式存儲(chǔ),可進(jìn)一步降低器件的尺寸,提高編程速度和耐擦寫能力等,有望取代傳統(tǒng)浮柵存儲(chǔ)器,所以得到廣泛關(guān)注。本文首先對存儲(chǔ)器的類型、市場和發(fā)展歷程進(jìn)行了詳細(xì)介紹,然后對浮柵存儲(chǔ)器的工作原理進(jìn)行了細(xì)致的分析。為了進(jìn)一步改善存儲(chǔ)器性能,本文主要從溝道材料選擇和存儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)構(gòu)建兩個(gè)方面對納米晶浮柵存儲(chǔ)器進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。具體工作如下:1.采用全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr_3量子點(diǎn)作為溝道材料,金納米晶和PMMA分別作為存儲(chǔ)層和隧穿層,制備了基于雙極性鈣鈦礦量子點(diǎn)的納米晶浮柵存儲(chǔ)器。通過對存儲(chǔ)器的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性測試發(fā)現(xiàn),在±5V的編程/擦除電壓下獲得2.4V的存儲(chǔ)窗口,由此得出雙極性量子點(diǎn)有利于擴(kuò)大存儲(chǔ)窗口。而且由于CsPbBr_3量子點(diǎn)的穩(wěn)定性,存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間和耐擦寫能力也得到改善。經(jīng)過10~7s后,存儲(chǔ)器的兩個(gè)狀態(tài)仍然能夠清晰分辨。經(jīng)過200次的擦寫循環(huán),存儲(chǔ)器的性能保持良好。2.利用金納米晶和氧化石墨烯構(gòu)建了基于PbS量子點(diǎn)的雙浮柵存儲(chǔ)器,將氧化石墨烯作為上浮柵旋涂在金納米晶上,能夠降低隧穿層表面的粗糙度。同時(shí),氧化石墨烯本身帶有大量的基團(tuán)和缺陷,能夠和金納米晶一起俘獲更多的電荷,擴(kuò)大存儲(chǔ)窗口。由電學(xué)性能測試可知,制備的雙浮柵存儲(chǔ)器在±10V的編程/擦除電壓下,獲得2.02V的存儲(chǔ)窗口。而且,上下浮柵之間的能級差形成較大的勢壘,有利于提高存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí),經(jīng)過10~5s后,存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)窗口基本保持不變。基于PbS量子點(diǎn)的雙浮柵存儲(chǔ)器由于優(yōu)越的性能,使得其具有非常大的潛力取代傳統(tǒng)浮柵存儲(chǔ)器。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP333
【圖文】：

圖 1-1 存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器有多種分類方式，按照用途可分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器；按照讀寫方式可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM：ReadOnlyMemory）和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM：Random Access Memory）; 按照易失性可分為易失性存儲(chǔ)器（Volatile）和非易失性存儲(chǔ)器（Nonvolatile）。在易失性存儲(chǔ)器中，一旦電源斷掉，存儲(chǔ)的信息將很快丟失，除非不斷地對存儲(chǔ)器進(jìn)行刷新。易失性存儲(chǔ)器中最重要的代表是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其中又分為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM：Static RAM)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM: Dynamic RAM）。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器指的是能夠按照需要隨意取出或存入信息，而且存取的速度與存儲(chǔ)單元的位置無關(guān)，讀寫時(shí)間相等，但需要不斷提供電壓來保持信息[1,2]。非易失性存儲(chǔ)器則能夠在斷電的情況下依然保持存儲(chǔ)的信息。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，對于非易失性存儲(chǔ)器的市場需求越來越大，無論是民用、企業(yè)還是軍事應(yīng)用，都對非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器提出越來越高的要求，所以對于非易失性存儲(chǔ)器的研究越來越重要。非易失性存儲(chǔ)器主要包括只讀存儲(chǔ)器、紫外線可擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM: Erasable Programmable Read

圖 1-2 2010 年電子行業(yè)中非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器各種應(yīng)用占的市場比例如今，柔性和透明性對于未來電子產(chǎn)品尤其重要，如可穿戴的電子產(chǎn)品先進(jìn)的研究被應(yīng)用到電子領(lǐng)域中的真正實(shí)用的柔性技術(shù)[4]。盡管現(xiàn)在硅基存儲(chǔ)器在消費(fèi)電子產(chǎn)品和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)應(yīng)用中扮演著重要角色，但是為了實(shí)本、大面積和低功耗的柔性電子產(chǎn)品，近些年的研究重點(diǎn)正從剛性的硅基存儲(chǔ)技術(shù)轉(zhuǎn)移到柔性的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。而且，未來的很長時(shí)間內(nèi)，存場將繼續(xù)增長，盡管也許會(huì)有一些起伏，但未來的幾年預(yù)計(jì)將持續(xù)增加。由于創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，一個(gè)新的趨勢，包括透明性、柔性和 3-D 技非常具有吸引力，在不久的將來將不斷增長。正如圖 1-3，新的移動(dòng)設(shè)備創(chuàng)新導(dǎo)致了 NAND 產(chǎn)品的不斷增長。為了滿足這一市場需求，今年早些時(shí) 納米節(jié)點(diǎn)技術(shù)正處于上升時(shí)期，20 納米節(jié)點(diǎn)技術(shù)正處于向大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)期，10 納米節(jié)點(diǎn)技術(shù)正處于開發(fā)中。此外，未來的市場需要高速操作，甚約 1500MB/s 以滿足大量的數(shù)據(jù)通信[5]。然而，高速操作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的功和芯片溫度升高，這將危害 NAND 閃存的穩(wěn)定性。因此，操作電壓降低

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本文編號：2731632