本文關(guān)鍵詞：新型納米硅量子點浮柵存儲器和硅基阻變存儲器的研究

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【摘要】：隨著集成電路工藝的飛速發(fā)展,器件的特征尺寸在不斷地減小,到2020年器件的特征尺寸將會下降到10nm,傳統(tǒng)的集成電路工藝正面臨著尺寸效應(yīng)帶來的挑戰(zhàn)。浮柵存儲器的隧穿層尺寸的減小使其電荷保持特性和耐受性受到了沖擊,為此人們一方面對閃存技術(shù)進行改進,推出了基于分立電荷存儲技術(shù)的新型納米硅浮柵存儲器,另一方面采用新的存儲技術(shù)替代閃存技術(shù),推出了新型的非易失性存儲器,其中阻變存儲器則由于具有單元面積小和讀寫速度快等優(yōu)勢成為了其中最具潛力的候選者。本文首先對我們小組在上海中芯國際0.13μm標準CMOS工藝線上制備的納米硅量子點浮柵存儲單管的存儲特性和關(guān)鍵工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系進行了深入的研究,在獲得具有優(yōu)良存儲特性單管的基礎(chǔ)上進行了8Kb NOR功能存儲芯片的設(shè)計工作。同時開展了亞氧化硅SiOx薄膜的優(yōu)化阻變特性的研究工作,通過后續(xù)工藝熱處理技術(shù)改進了ITO/SiOx/p-Si/Al結(jié)構(gòu)器件的阻變特性,并對其物理機制進行了細致的分析。具體內(nèi)容如下：我們小組在中芯國際0.13μm標準CMOS工藝線上成功制備了柵長和柵寬分別為0.176μm和0.16μm的納米硅量子點浮柵存儲器單元和8Kb矩陣。通過對納米硅浮柵存儲器單管的優(yōu)化存儲特性與關(guān)鍵工藝結(jié)構(gòu)的研究,獲得了制備具有優(yōu)良存儲特性的納米硅浮柵存儲器單管的重要工藝參數(shù),制備出的納米硅量子點浮柵存儲器單管具有較低的工作電壓(7V)和較快的讀寫速度(us),擦寫壽命高達107,并擁有較小的亞閾值擺幅(0.14V/decade)和截止電流(200fA),綜合存儲器特性達到了國際領(lǐng)先水平�；诖诵阅軆�(yōu)秀的存儲單元,我們小組與上海微系統(tǒng)所合作共同設(shè)計了容量為8Kb的NOR功能存儲芯片,采用128根字線和64根位線組成的8Kb NOR型架構(gòu),對存儲芯片進行單比特(bit)操作。為了消除8Kb存儲單元陣列中的串擾影響,我們優(yōu)化得到了各單元在擦寫時的最佳工作電壓�？紤]到靈敏放大器對電流的要求,我們提出了各單元在讀操作時的最佳工作電壓參數(shù),為8Kb的NOR功能存儲芯片的外圍電路設(shè)計提供了重要的參考。同時我們開展了SiOx薄膜優(yōu)化阻變特性的探究,采用不同溫度熱退火處理的SiOx(x=1.3)薄膜作為ITO/SiOx/Si/Al結(jié)構(gòu)的阻變層,發(fā)現(xiàn)：在電極尺寸相同的條件下,隨著退火溫度的增加,該結(jié)構(gòu)的高低阻態(tài)比顯著提高,最高可達109；在相同的退火條件下,隨著電極尺寸的減小,器件的高低阻態(tài)比也變大。X射線光電子能譜(XPS)和電子順磁共振能譜(EPR)的分析表明：不同退火溫度下形成的不同價態(tài)硅懸掛鍵是形成低阻態(tài)下細絲通道的主要來源；高阻態(tài)下薄膜電阻等效為體電阻隨電極面積的減小而增大。橢偏的測試結(jié)果表明：經(jīng)過熱退火處理的SiOx薄膜折射率的增大是導致高阻態(tài)下器件電阻增大的原因。
【關(guān)鍵詞】：浮柵存儲器 納米硅量子點 SiO_x阻變材料 硅懸掛鍵
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言——微納電子技術(shù)的發(fā)展9-10
• 1.2 Flash存儲器所面臨的挑戰(zhàn)及改進方案10-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)浮柵存儲器所面臨的挑戰(zhàn)11-13
• 1.2.2 新型浮柵存儲器——納米硅量子點浮柵存儲器13-14
• 1.2.3 基于新型存儲技術(shù)的非易失性存儲器——阻變存儲器14-18
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容18-19
• 參考文獻19-22
• 第二章 0.13μm工藝線上納米硅浮柵存儲器的制備與器件物理研究22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 0.13μm CMOS工藝線上制備的納米硅量子點浮柵存儲單管的結(jié)構(gòu)與器件特性23-32
• 2.2.1 柵長為0.17μm的納米硅量子點存儲器單管的制備與結(jié)構(gòu)表征24-27
• 2.2.2 柵長為0.17μm的納米硅量子點存儲器單管的器件特性27-32
• 2.3 本章小結(jié)32
• 參考文獻32-34
• 第三章 8Kb NOR功能納米硅量子點浮柵存儲器芯片的設(shè)計34-44
• 3.1 引言34-35
• 3.2 8Kb納米硅量子點浮柵存儲器芯片的外圍電路及NOR型架構(gòu)設(shè)計35-37
• 3.3 8Kb納米硅量子點浮柵存儲器芯片的工作參數(shù)選取37-42
• 3.3.1 8Kb NOR功能納米硅量子點浮柵存儲陣列中操作電壓的選取37-39
• 3.3.2 8Kb NOR功能納米硅量子點浮柵存儲芯片外圍讀電路的設(shè)計39-42
• 3.4 本章小結(jié)42
• 參考文獻42-44
• 第四章 亞氧化硅(SiO_x)薄膜材料優(yōu)化阻變存儲特性的研究44-59
• 4.1 引言44-45
• 4.2 亞氧化硅SiO_x薄膜的制備和表征45-51
• 4.2.1 亞氧化硅(SiO_x)薄膜的制備45-47
• 4.2.2 SiO_x薄膜的XPS分析47-49
• 4.2.3 SiO_x薄膜的EPR分析49-51
• 4.3 ITO/SiO_x/Si/AL結(jié)構(gòu)的制備和電學特性分析51-56
• 4.3.1 ITO/SiO_x/Si/AL結(jié)構(gòu)的制備51
• 4.3.2 ITO/SiO_x/Si/AL結(jié)構(gòu)的I-V特性分析51-52
• 4.3.3 優(yōu)化阻變特性與退火溫度的關(guān)系52-54
• 4.3.4 電極尺寸對SiO_x薄膜阻變特性的影響54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 參考文獻57-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 碩士期間發(fā)表的學術(shù)論文61-62
• 致謝62-63

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