埋嵌在高k介质中Ge纳米晶的制备及其电荷存储特性的研究

论文摘要

自从S.Wiwari在应用物理快报上,公布出第一个基于Si纳米晶存储电荷的纳米浮栅存储器,全世界越来越多的研究人员开始关注这种新型的非挥发性存储器,并希望其取代目前常用的多晶硅浮栅存储器（Flash）。当半导体结点技术发展到小于90纳米时,栅氧化层厚度将减薄至12到15埃。随着栅介质层的逐渐变薄,由直接隧穿效应产生的泄漏电流已经成为影响器件性能的重要因素。高介电常数（high-k）栅介质,在其电学等效厚度小于1.5纳米同时,能保持足够的物理厚度,从而有效的阻止泄漏电流。 本论文围绕高k介质材料和纳米浮栅存储器这一微电子领域发展的前沿课题,根据国家自然基金和上海市纳米技术发展中心基金的要求,主要进行了以下几个方面的研究:利用超高真空电子束蒸发系统,分别以高K材料Al2O3、HfO2和ZrO2为栅介质,制备了埋嵌Ge纳米晶的浮栅结构,并对其微结构、泄漏电流密度以及电荷存储特性进行了研究,取得的主要结果如下: 1.利用超高真空电子束蒸发系统,成功制备出以高K材料Al2O3为栅介质,埋嵌Ge纳米晶的浮栅结构。样品平带电压漂移量达到4.1V;在20V电压下,其泄漏电流密度约5.3×10-7A/cm-2,表明样品具有较好的电荷存储特性与较小的泄漏电流。 2.利用超高真空电子束蒸发系统,以高K材料HfO2为栅介质,系统研究了退火条件对结构和电学性能的影响,制备出埋嵌有均匀自排列的Ge纳米晶浮栅结构。该结构具有很好的电荷存储特性和很小的泄漏电流。800℃,30分钟为优化的退火条件,此时泄漏电流密度在电压达到20V时为1.7×10-7A/cm-2,电荷存储密度近似为2.34×1012cm-2。通过在黑暗中与光照条件下,对其电流—电压与电容—电压曲线的分析,观察到该结构具有很强的负光电导特性。 3.首次采用衬底加热的方法在较低的温度下制备Ge纳米晶,得到很大的平带电压漂

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 主流半导体存储器
• 1.2.1 静态随机存取存储器技术（SRAM）
• 1.2.2 动态随机存取存储器技术（DRAM）
• 1.2.3 浮栅存储器技术的发展
• 1.2.4 主流半导体存储器的应用
• 1.3 新型存储器技术的发展
• 1.4 纳米浮栅存储器
• 1.4.1 纳米浮栅存储器简介
• 1.4.2 纳米浮栅存储器的应用前景
• 1.4.3 高介电常数介质在纳米浮栅存储器中的应用
• 1.5 本论文的工作
• 参考文献
• 2O₃为栅介质的纳米浮栅结构的研究'>第二章 以Al₂O₃为栅介质的纳米浮栅结构的研究
• 2.1 引言
• 2O₃中埋嵌Ge纳米晶浮栅结构的制备与表征'>2.2 Al₂O₃中埋嵌Ge纳米晶浮栅结构的制备与表征
• 2O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的制备'>2.2.1 Al₂O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的制备
• 2O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的表面分析'>2.2.2 Al₂O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的表面分析
• 2O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的电学特性分析'>2.2.3 Al₂O₃／Al₂O₃+Ge／Al₂O₃结构的电学特性分析
• 2.3 小结
• 参考文献
• 2中埋嵌Ge纳米晶结构的制备与表征'>第三章 HfO₂中埋嵌Ge纳米晶结构的制备与表征
• 3.1 引言
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂结构的制备与表征'>3.2 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂结构的制备与表征
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂结构的制备'>3.2.1 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂结构的制备
• 3.2.2 表征结果与讨论
• 3.2.3 衬底加温条件下生长Ge纳米晶
• 2／SiO₂堆栈为隧穿层的MIS浮栅结构的研究'>3.3 以HfO₂／SiO₂堆栈为隧穿层的MIS浮栅结构的研究
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构的制备'>3.3.1 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构的制备
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂体系的结构表征'>3.3.2 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂体系的结构表征
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构的电学表征'>3.3.3 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构的电学表征
• 2／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构光学特性的研究'>3.3.4 HfO₂／HfO₂+Ge／HfO₂／SiO₂结构光学特性的研究
• 3.4 含双层Ge纳米晶浮栅结构的研究
• 2栅介质中埋嵌双层Ge纳米晶的浮栅结构的制备'>3.4.1 HfO₂栅介质中埋嵌双层Ge纳米晶的浮栅结构的制备
• 3.4.2 退火条件对Ge纳米晶生成的影响
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 2为栅介质的纳米浮栅结构的研究'>第四章 以ZrO₂为栅介质的纳米浮栅结构的研究
• 4.1 引言
• 2／ZrO₂-I-Ge／ZrO₂结构的制备'>4.2 ZrO₂／ZrO₂-I-Ge／ZrO₂结构的制备
• 2／ZrO₂+Ge／ZrO₂体系的结构表征'>4.3 ZrO₂／ZrO₂+Ge／ZrO₂体系的结构表征
• 2／ZrO₂+Ge／ZrO₂体系的电学表征'>4.4 ZrO₂／ZrO₂+Ge／ZrO₂体系的电学表征
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文目录
• 致谢
• 简历
• 附件