Ge／Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究

1、GeSi复合纳米结构电荷存储特性的复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究模拟研究电子005二组 组长：田组长：田 昕昕 组员：程松华组员：程松华 方方 焯焯 赖丽香赖丽香 梁梁 浩浩 邵邵 轲轲 唐进涛唐进涛 吴挺华吴挺华 张再树张再树 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组l 这一研究工作模拟计算了这一研究工作模拟计算了GeSi复合纳米复合纳米结构结构MOSFET存储器的擦写和存储时性。存储器的擦写和存

2、储时性。l 结果表明结果表明:Ge/Si复合纳米结构存储器在低复合纳米结构存储器在低 压下即可实现压下即可实现us和和ns置级编程与置级编程与Si纳米结构纳米结构存储器相比，由于存储器相比，由于Gesi复合势卧的作用，复合势卧的作用，器件的电荷保留时间提高了器件的电荷保留时间提高了35个置级，有个置级，有效地解决了快速撩写编程与长久存储之间效地解决了快速撩写编程与长久存储之间 的的矛盾，使器件的性能得到明显改善。矛盾，使器件的性能得到明显改善。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组u 相关理论相关理论 量子力学量子

3、力学 Monte Carlo 模拟 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组l 首先在二氧化硅衬底上生长一层硅薄层，再在硅薄层上进行锗量子点的自组织生长、然后在真空环境下高温退火，用10的氨水溶液进行选择性化学腐蚀、获得GeSi复合纳米晶粒。l 在器件制作过程中、结构参数的选取对器件的性能在器件制作过程中、结构参数的选取对器件的性能有着决定性的影响。有着决定性的影响。Si纳米结构存储器的截面示意图和能带简图Ge/Si复合纳米结构复合纳米结构MOSFET存储器存储器的截面图的截面图Ge/Si复合纳米结构复合纳米结构MOS

4、FET存储器存储器的结构简图的结构简图与图1相比,这里用Ge/Si复合 纳米晶粒代替了Si纳米晶粒。相应地,隧穿势垒也由图1的单势垒变成了图3的复合势垒。正是由于这一复合不对称势垒的作用,使得Ge/Si复合纳米结构MOSFET存储器的保留时间显著增加。Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究电子005班二组回主界面 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组l 下面我们用多媒体演示了Ge/Si复合纳米 结构MOSFET存储器的写入、保留和擦去 过程中能带结构的变化特征。演示 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特

5、性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组模拟过程中的几点假设模拟过程中的几点假设 根据图1，首先，在不参锗的情下设电子穿越隧道的几率为q，由于左边的势垒无限高，左边电子不可能穿越，而处在右边的电子穿越的几率为q，再把时间离散化，那么单位时间穿出隧道的电子数为0。 5*q*N(N为原来势垒电子总数） Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组模拟过程中的几点假设模拟过程中的几点假设 根据图3，参入锗的情况下，同样左边的势垒无限高，X区的电子从左边无法跳出。设右边势垒高度为Ev2，根据统计规

6、律，电子能够跳出势垒的概率为 pexp（Ev2*Q/KT) 而到达Y区的电子有一半从左边滑下去，而另一办电子有q的几率穿越隧道。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组 算法算法1.把电子编号。2.对第一个时间点T0（I=0），3.取第一个电子 如果该电子在X区（SJ=1），取随机数Ri, 当Ri小于0.5，电子处在左边的势垒中无法跃迁，保留在X区； 当(Ri-0.5)*2p，电子也无法跳出，保留在X区。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班

7、二组 算法算法 如果该电子在Y区（SJ=2），取随机数Rj， 当Rj0.5,电子跳回X区，XI+，YI-，SJ=1； 当（Rj0.5）*2q,电子保留在Y区。4.J+（取第二个电子，第三个电子，.，第N个电子）重复步骤3。5.I+（取第二个时间点，第三个时间点，.） 重复步骤2。6.算出XI+YI=0.5*N的时刻T=I的值。 不掺锗的算法类似。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究电子电子005班二组 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组1.通过X，Y图象，观察

8、X区和Y区的电子数随时间的变化。2.与不掺锗的情况进行对比，T要大2到3个数级。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究电子电子005班二组图a Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究电子电子005班二组图b Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组l 我们对Ge/Si复合纳米结构的MOSFET存储器的时间特性进行了数值模拟。图(a)和图(b)分别显示了擦/写时间和保留时间l 随隧穿氧化层厚度Tox及栅压Vg变化的特征。

9、器件的结构参数选取如下：控制氧化层厚度Tcn=7nm,Ge和Si点的高度均为5nm。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究回主界面电子电子005班二组l 从图可见，当隧穿氧化层厚度Tox=3nm,偏压10V时可实现us量级的擦/写速度，偏压5V时擦/写速度为ms量级,而保留时间长达约10年。这种Ge/Si复合纳米结构MOSFET器件可作为性能优良的快速闪光存储器。由图5也可看到,在隧穿氧化层厚度Tox=1nm时,可以实现ns量级的编程速度,同时由于阶梯势垒的作用,电子的存储时间得以增加,刷新时间相应延长。这种Ge/Si复合纳米结构MOSFET器件可作为性能优良的动态随机存取存储器。 Ge/SiGe/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究复合纳米结构电荷存储特性的模拟研