SONOS可程式可抹除唯讀記憶元件之電氣特性

Abstract

本論文對矽－氧－氦－氧－半（複晶矽－氧化層－氦化矽－氧化層－半導體）元件的 電氣特性作了實驗與理論上的研究。實驗中，我們成功地研制了性能優越的矽－氧－ 氦－氧－半元件。矽－氧－氦－氧－半元件由六組不同制程條件製造而得，其電氣特 性是由一組自動量測系統所測得，並在量測後我們仔細地分析了所量到的電氣特性。 其優良的電氣特性包括高程式/ 抹除速度、低程式/ 抹除電壓、大記憶區間、超過十 年的民荷保持度及超過十萬次的耐用度。由這些電氣特性知本實驗所並造的矽－氧－ 氦－氧－半元件成功地實現了低壓操作的電性可抹除可程式唯讀記憶體。 根據前人所提金－氦－氧－半（金屬－氦化矽－氧化層－半導體）元件的載子轉移模 型，透納電流密度是由四種代表不同傳導機構的成分所組成。這個模型是以矩形位能 障近似法做基礎，然而在高電場之下，亦即在矽－氧－氦－半元件的程式/ 抹除操作 範圍內，矩形位能障近似法將不再適用，故本論文提出了一個新的修正矩形位能障近 似法，並以它為基礎建立了一個矽－氧－氦－氧－半元件的簡單載子轉移模型，用以 模擬矽－氧－氦－氧－半元件的程式操作，在比對多組實驗數據及數值模擬的結果後 ，我們發現此模型成功地解釋了矽－氧－氦－氧－半元件的狀態轉換行為。而且有一 點值得強調的是：模型中與氧化矽有關的參數對同一制程所沈積的氦化矽層而言完全 相同，而與氧化層有關的參數對同一制程所長的氧化層而言幾乎完全相同。這是非常 切合實際的。在本論文的最後，我們提供了一個應用此模型所做的設計與最佳化的例 子。