本文關(guān)鍵詞：基于第一性原理的電荷俘獲存儲(chǔ)器的特性研究

  更多相關(guān)文章： 電荷俘獲存儲(chǔ)器 過擦 氮化硅 第一性原理

【摘要】：隨著科技的不斷發(fā)展,對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來越高,這推動(dòng)了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展。隨著集成度的不斷提高,傳統(tǒng)的Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS)器件已不能滿足現(xiàn)在存儲(chǔ)器的集成發(fā)展。上世紀(jì),浮柵非揮發(fā)性存儲(chǔ)器得到廣泛的應(yīng)用,這是因?yàn)?Flash存儲(chǔ)器具有成本較低、存儲(chǔ)容量較大和功耗較小等優(yōu)點(diǎn)。最主要的是因?yàn)镕lash存儲(chǔ)器與傳統(tǒng)的CMOS工藝相兼容。但是隨著集成度的提高,Flash存儲(chǔ)器也遇到了嚴(yán)重的問題,即器件尺寸與器件信息存儲(chǔ)可靠性之間的矛盾。這一問題嚴(yán)重限制了Flash存儲(chǔ)器的應(yīng)用。為了緩解這一矛盾,研究下一代存儲(chǔ)器具有十分重要的意義。電荷俘獲存儲(chǔ)器(Charge Trapping Memories, CTM)由于運(yùn)用高k材料作為器件的俘獲層和阻擋層,這將大大的減小器件的物理厚度,可以緩解器件尺寸與存儲(chǔ)容量之間的矛盾；同時(shí),CTM的存儲(chǔ)是采用分立存儲(chǔ),這大大的提高了器件對(duì)信息存儲(chǔ)的可靠性。因此,CTM被作為下一代非揮發(fā)器件而被廣泛的關(guān)注。近年,為了更好的提高CTM的相關(guān)性能,研究人員做了大量的研究。Si3N4和Hf02作為高k材料被廣泛的應(yīng)用于CTM,因此,對(duì)Si3N4和Hf02的研究有助于提高CTM的相關(guān)性能。本文的研究主要是采用基于密度泛函理論的第一性原理的VASP軟件對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算,通過相關(guān)計(jì)算方法處理計(jì)算數(shù)據(jù),最后得出相關(guān)的結(jié)論。這為提高CTM的相關(guān)性能提供理論指導(dǎo)。本文的內(nèi)容主要包含四個(gè)部分,如下所示：第一章主要介紹了存儲(chǔ)器的發(fā)展、相關(guān)特性參數(shù)以及CTM的器件結(jié)構(gòu),CTM的擦、寫、存儲(chǔ)機(jī)制；然后,介紹本文所研究的結(jié)構(gòu)模型及相關(guān)參數(shù)；最后,介紹本文的研究方法。第二章主要研究以Hf02作為俘獲層的CTM的寫速度。對(duì)俘獲層材料進(jìn)行微觀分析,了解其微觀特性并與宏觀特性(如電流、電壓等)相聯(lián)系。通過分析哪些微觀因素會(huì)影響宏觀特性,以此說明改變俘獲層的微觀特性,可以提高CTM的相關(guān)性能。本章主要分析了3價(jià)氧空位(V03)、4價(jià)氧空位(V04)、鉿空位(VHf)以及間隙摻雜氧原子(Io)下的能帶偏移值、電荷俘獲能以及俘獲密度,主要說明了載流子隧穿進(jìn)入俘獲層的難度,電荷被俘獲的速度以及電荷被俘獲的概率。對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的分析表明,不同缺陷對(duì)其寫速度的影響,并找出寫速度最快的缺陷。通過本章的研究,了解影響CTM寫速度的因素,為提高CTM的寫速度提供理論指導(dǎo)。第三章主要研究了CTM的過擦現(xiàn)象。主要通過對(duì)比研究Si3N4和HfO2擦寫操作后的微觀表現(xiàn),從而分析出CTM在Si3N4作為俘獲層時(shí),CTM發(fā)生過擦現(xiàn)象的原因。本章首先通過計(jì)算Si3N4和HfO2中不同缺陷的形成能確定了氧(O)空位和氮(N)空位作為本章的研究模型；然后分別計(jì)算了這兩種模型擦寫后體系的能量變化、Bader電荷和差分電荷、吸附能、態(tài)密度(DOS),從而說明Si3N4在擦寫操作后,體系的電子數(shù)發(fā)生變化,相對(duì)于未進(jìn)行擦寫操作前結(jié)構(gòu)中的電子數(shù)變少,而HfO2則沒有這種表現(xiàn)。最后,通過對(duì)比計(jì)算數(shù)據(jù),表明CTM發(fā)生過擦的原因是Si3N4中的原子對(duì)電荷的局域作用變?nèi)�。同時(shí),本章還通過對(duì)Si3N4中發(fā)生過擦的原子做替換處理,通過增加原子對(duì)電子的局域作用,使Si3N4的過擦現(xiàn)象消失。本章主要計(jì)算了相互作用能、擦寫B(tài)ader電荷和差分電荷密度、DOS,從而說明通過提高電荷局域,可以使Si3N4作為俘獲層時(shí)的CTM可以避免過擦,以提高CTM的可靠性。第四章主要是對(duì)本文的研究作結(jié)論總結(jié),指出本文的研究意義。同時(shí)對(duì)未來的研究方向作簡(jiǎn)單展望。
【關(guān)鍵詞】：電荷俘獲存儲(chǔ)器 過擦 氮化硅 第一性原理
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 引言9-11
• 1.2 CTM研究11-17
• 1.2.1 CTM的工作原理12-16
• 1.2.2 CTM俘獲層材料16-17
• 1.2.3 研究方法及軟件介紹17
• 1.3 本章小結(jié)17-18
• 第二章 電荷俘獲存儲(chǔ)器的編程速度研究18-28
• 2.1 CTM結(jié)構(gòu)與模擬方法19-21
• 2.1.1 CTM結(jié)構(gòu)模型19-20
• 2.1.2 俘獲層模擬20-21
• 2.2 編程速度研究與分析21-27
• 2.2.1 俘獲能21-22
• 2.2.2 能帶偏移22-24
• 2.2.3 俘獲密度24-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 電荷俘獲存儲(chǔ)器的過擦特性研究28-45
• 3.1 結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算模擬方法29-30
• 3.2 過擦本質(zhì)研究30-38
• 3.2.1 體系能量32-34
• 3.2.2 電荷結(jié)構(gòu)變化34-36
• 3.2.3 吸附能36-37
• 3.2.4 態(tài)密度37-38
• 3.3 Si_3N_4的過擦改善38-43
• 3.3.1 計(jì)算結(jié)構(gòu)模型與方法38-40
• 3.3.2 巴德電荷40-41
• 3.3.3 相互作用能41-42
• 3.3.4 分波態(tài)密度42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 總結(jié)與展望45-47
• 4.1 總結(jié)45
• 4.2 展望45-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 附圖51-53
• 附表53-54
• 致謝54-55
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文55

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號(hào)：844525