記憶體元件電致發光的量測

Abstract

本研究主要藉由探討NBit記憶體元件發光的情況，推測並驗證其可能的發光機制，也藉由光譜分析，觀察電子電洞與儲存陷獲（trapped）之間的關係與物理機制，以期盼能了解氮化矽層對載子陷獲的特性，最終能幫助此元件在對於電荷儲存特性的了解並協助技術上順利的開發。 NBit記憶體元件為一n型通道金氧半場效電晶體（MOSFET），其原本於閘級之下之氧化矽介電層由氧化矽-氮化矽-氧化矽（SiO2-Si3N4-SiO2）三層堆疊所取代，此結構通常稱之為SONOS（Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon）結構。電荷則儲存在氮化矽層中的陷獲內。當此NBit記憶體元件在一施加偏壓之下，吾人發現該元件有釋放光子的特性。吾人推測該發光機制是在此偏壓下，電子與電洞會同時注入氮化矽層中且被陷獲，並且發生再結合反應，並釋放熱能或光子。本論文即是探討藉由調變不同的偏壓條件以及不同電子和電洞注入的狀況下，分析光子的光譜，以了解其中電荷（電子或電洞）被陷獲之物理機制。 在實驗進行上，藉由在此元件之汲極端N+擴散區域給予正電壓和在閘極端施加很高的負電壓，在這條件下，閘極端會注入經由FN穿遂（tunneling）產生的電子，汲極端會注入經由帶對帶穿遂（band to band tunneling）所產生的電洞，兩者經由氮化矽層中的陷獲再結合而放射出光子。藉由微光顯微鏡（photoemission microscopy）可以偵測到發射光子強度，並得知主要發光的波長範圍。從光譜分析中知道此元件發射光子的波長範圍介於400到1100 nm之間，屬於可見光與近紅外光的波長範圍，其光子能量為1 eV到3 eV的範圍。利用此發光物理機制，可應用在NBit記憶體元件的故障檢測和可靠性的量測。