新型非易失性半導體存儲器件及電路研究.pdf

1、隨著微電子技術的不斷發(fā)展,半導體工藝也不斷向更小尺寸推進。由于受到器件性能要求的限制,目前主流的基于MOS結構的Flash非易失性存儲器的可縮小性受到限制。為了克服當前非易失性半導體存儲技術發(fā)展所面臨的困難,目前國際上學術界和工業(yè)界的研究主要聚焦在兩種有潛力和希望的下一代非易失性存儲技術上——阻變型非易失性存儲技術和納米晶浮柵結構的非易失性存儲技術。這里以尋找適合應用的新型非易失性半導體存儲技術為目標,基于上述兩種新型非易失性存儲技術作

2、為研究對象,分別針對兩個研究方向——對阻變型非易失性存儲器單元電路的結構設計和性能研究,和對納米晶浮柵結構的非易失性存儲器件的結構和材料改進,展開了研究工作。
　　阻變型非易失性存儲技術(RRAM)的數據存取速度能與靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)相匹敵,而可實現的存儲容量能趕上NAND型的Flash存儲器件。并且RRAM兩端的器件結構簡單,制備工藝兼容于傳統(tǒng)的半導體加工技術,器件的可縮小性良好,且相對于CMOS工藝的步驟更加簡化,生產

3、成本更低。阻變型非易失性存儲器相對于傳統(tǒng)的半導體存儲器表現出了很大的優(yōu)勢,非常適合工業(yè)大批量生產。為了進一步確定阻變型非易失性存儲器的擦寫速度、器件功耗和集成度等實用化的性能指標,本文以阻變型非易失性存儲單元的電路結構設計為著手點,并針對不同的存儲陣列電路結構,分析存儲單元的器件面積、延時和功耗特性。使用HSPICE電學仿真軟件,針對雙極型和單極型兩種不同的電阻轉變類型和不同的器件工藝尺寸,對阻變型非易失性存儲單元電路的延時和功耗性能進

4、行了模擬,對仿真結果進行比較分析。確定了1T1R結構電路單元更適用于雙極型的阻變型非易失性存儲器件,而1D1R結構電路單元只適用于單極型的阻變型非易失性存儲器件。同時,模擬結果為確定制備阻變型非易失性存儲器的性能指標提供了參考。
　　在對納米晶浮柵結構非易失性存儲器的研究中,從器件結構和能帶的角度出發(fā)分析了提高存儲器件性能的可能途徑。建立了納米晶浮柵結構的存儲模型,并在模型中考慮了量子限制效應對納米晶存儲性能的影響?；谀Ｐ陀嬎?

5、分析了納米晶材料、high-κ隧穿介質材料和厚度對納米晶浮柵結構存儲性能的影響。分析結果表明,金屬納米晶比半導體納米晶具有更好的數據保持特性,引入high-κ介質可以很大程度提高浮柵結構的存儲性能。higk-κ介質較低的能帶勢壘高度有利于加快數據擦寫速度,縮短存儲操作的編程工作時間,降低擦寫操作的工作電壓;higk-κ介質數倍于SiO2材料的介電常數,保證了相同等效氧化層EOT厚度的higk-κ介質可以提供數倍于SiO2材料的物理厚度,