基于DFT方法的SONOS存儲(chǔ)器件氮化硅層摻雜理論研究.pdf

1、伴隨著可攜帶式電子產(chǎn)品的普及，如筆記本電腦、手機(jī)、記憶卡等，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中扮演著越來(lái)越重要的角色。隨著存儲(chǔ)器件尺寸的縮小，三十多年前就被提出的基于SONOS結(jié)構(gòu)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件又重新被關(guān)注。除了小的器件尺寸之外，SONOS器件還具有很多優(yōu)勢(shì)，如更好的抗擦寫(xiě)能力（Endurance）、低操作電壓和低功率，且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單并與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。對(duì)于SONOS器件，隨著器件尺寸的減小，特別是隧穿氧化硅層變薄，作為存儲(chǔ)器件

2、最重要的性能指標(biāo)之一的電荷保持性能（Data Retention），并不理想，這也成為SONOS器件被廣泛應(yīng)用的致命障礙。 本論文的研究方法是基于對(duì)無(wú)定形氮化硅及氧或氟摻雜無(wú)定形氮化硅的文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)研究，尤其是電子順磁共振（ESR）實(shí)驗(yàn)，所提供的信息，建立和推測(cè)無(wú)定形氮化硅和氧、硫、氟、氯、磷摻雜氮化硅中各種缺陷的簇模型，再使用先進(jìn)的密度泛函理論（DFT）方法，優(yōu)化并計(jì)算出各種缺陷簇模型的體系能量，得到各種缺陷俘獲電荷過(guò)程的能

3、量變化，并與SONOS器件的電荷保持性能聯(lián)系起來(lái)分析，從這些典型的非金屬元素中，找出合適的元素?fù)诫s無(wú)定形氮化硅，作為SONOS器件的電荷貯存層，來(lái)改善器件的電荷保持性能。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，未摻雜的無(wú)定形氮化硅的各種缺陷中N原子越多，俘獲空穴的能力越好，而俘獲電子的能力越差；缺陷俘獲電子的能力比俘獲空穴的能力好，電子釋放過(guò)程應(yīng)對(duì)溫度敏感，而空穴釋放過(guò)程主要由隧穿機(jī)制控制。此外，與氧氮化硅一樣，硫或磷摻雜氮化硅代替氮化硅作為SONOS