Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
стирания, естественно, увеличивается с ростом напряжения затвора VG.
Важной характеристикой энергонезависимых элементов памяти является время
хранения информации. Оно определяется
М ОП-транзисторы
87
Рис. 68. Кривые стенания хранящегося заряда для двух температур [72].
-------теоретические данные}
д, О экспериментальные данные.
. бремя хранения, У
как время, за которое записанный заряд уменьшается в результате стенания
на 50 %:
= In 2/ [v exp (-qq>B/kT)\. (113)
Здесь v - частота диэлектрической релаксации, a q<pB- высота
энергетического барьера (рис. 65, б). Кривые стекания заряда,
рассчитанные при qyB = 1,7 эВ для температуры 125 и 170 °С, приведены на
рис. 68 вместе с соответствующими экспериментальными данными. Как следует
из рис. 68, время хранения информации при Т = 125 и 170 РС составляет
примерно 100 лет и 8000 ч соответственно.
8.6.2. МДОП-структуры
Среди различных запоминающих устройств со структурой металл-диэлектрик-
Si02-Si (МДОП) наиболее популярны МНОП-структуры (металл-Si3N4-Si02-Si).
Кроме того, известны МДОП-структуры, в которых вместо нитрида кремния
используются другие диэлектрические пленки, такие, как окись алюминия,
окись тантала и окись титана. К этому типу приборов относится также
структура, содержащая только один слой двуокиси кремния, во внешнюю часть
которого имплантированы ионы золота (или других металлов) [76]. Такая
имплантация изменяет проводимость в соответствующей части окисла, а также
приводит к возникновению пограничных центров, способных захватывать и
хранить заряд.
На рис. 69 приведены зонные диаграммы МНОП-структуры, соответствующие
операциям записи и стирания информационного заряда [77]. Ток в окисле У0
обусловлен туннелированием Фаулера-Нордгейма, в то время как ток через
нитрид JN соответствует эмиссии Пула-Френкеля. Уравнения, описывающие
процесс накопления заряда в МНОП-структурах, близки к системе уравнений
(105)-(108). Различие состоит в том, что электронные ловушки,
захватывающие заряд в нитриде у границы с окислом, вероятно, непрерывно
распределены по энергии связи, а также
88
Глава 8
Рис. 69. Операции записи (а) и стирания (б) в МНОП* структуре [77].
по толщине приграничной области нитрида кремния. Этот факт тем или иным
способом учитывается в различных теоретических моделях, предложенных в
настоящее время для объяснения экспериментальных характеристик записи в
МНОП-структурах. Данные, приведенные на рис. 70, представляют собой
пример такого сопоставления, демонстрирующий неплохое соответствие
теоретических зависимостей и результатов эксперимента [78].
Рис. 70. Рассчитанные (------)
и измеренные (•"-) сдвиги порога в МНОП-структурах [78],
МОП-транаисторы
89
Легированная
Дизлектрик 2 Диэлектрик /
Уе граница
77/yy///Zv2^Z^23 Ул
ооооооос/о о 4 ,
Л-Si
а
Рис. 71. Элемент памяти с легированной границей раздела диэлектриков
[79].
а - поперечное сечение прибора; б - зонная диаграмма при наличии
напряжения иа ватворе.
10~' ю~6 ю~
Длительность импульса, с
Рис, 72. Зависимости сдвига порогового напряжения от длительности
импульсов записи и стирания в структуре с двойным диэлектриком [79].
^ запись и д стирание в нелегированной структуре; • запись и О стирание в
структуре в легированной границей раздела (1,5-10" см-2).
90
Глава 8
Как видно из рис. 70, время записи, необходимое для обеспечения заданного
сдвига порога, быстро уменьшается с ростом VG. В свою очередь при
фиксированном Ve сдвиг порога А Кг при больших временах записи стремится
к насыщению (так же, как на рис. 62).
В качестве одного из способов улучшения рабочих характеристик МДОП-
элементов памяти было предложено легировать границу раздела между
диэлектриками (например, вольфрамом) для создания дополнительных центров
захвата заряда (рис. 71,я) [791. Оказывается, что соответствующее
значительное увеличение плотности поверхностных ловушек позволяет
существенно снизить времена записи и стирания (рис. 71, б). Из сравнения
экспериментальных результатов, приведенных на рис. 72, следует, что
времена записи (VG ~ 30 В) и времена стирания (VG = = -30 В) в структурах
с легированной границей раздела диэлектриков примерно на три порядка
меньше соответствующих времен в обычных МНОП-структурах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lilienfeld J. Б, U. S. Patent 1745175 (1930),
2. Heil О. British Patent 439457 (1935).
3. Shockley W., Pearson G. L. Modulation of Conductance of Thin Films
of Semiconductors by Surface Charges, Phys. Rev., 74, 232 (1948).
4. Kahng D., Atalla M, M. Silicon - Silicon Dioxide Field Induced
Surface Devices, IRE Solid-State Device Res. Conf., Carnegie Institute of
Technology, Pittsburgh, Pa., I960; Kahng D. A Historical Perspective on
the Development of MOS Transistors and Related Devices, IEEE Trans.
Electron Devices, ED-23, 655 (1976).
5. Ihantola H. K. Design Theory of a Surface Field-Effect Transistor,
Stanford Electron. Lab. Tech. Rep. No. 1661-1 (1961).
6. Ihantola H. K. J., Moll J. L. Design Theory of a Surface Field-
