奈米點在非揮發性記憶體及矽半導體發光元件之研究

Abstract

最近幾年，在奈米點(nano-dot)的應用發展與基礎上獲得相當大的突破。在非揮發性記憶體元件的 應用上，使用奈米點做為載子儲存單元可以有效解決傳統上利用複晶矽浮停閘(floating gate)做為載子 儲存單元之元件微縮問題。因為電荷僅儲存於分立的(distributed)奈米點中，若穿隧氧化層存在局部的 漏電路徑，並不會導致電荷的全部流失，仍能維持記憶元件之功能。此外，也由於分立的儲存電荷亦 能夠使的非揮發性記憶元件能夠利用特殊的操作方式在單一個元件之中儲存兩個以上的資訊，使得元 件的儲存能容量加倍，因此在各地引起廣泛的研究與討論。另一方面，利用」電」來當作訊號的傳輸 的方式在不久的將來將面臨到整體元件性能的限制而無法符合整體應用的要求，因此利用 」光」的 傳輸方式來傳遞訊號的概念越來愈受到重視。最近有人利用矽奈米點內與鄰近的稀土元素離子耦合的 效的效應，由激發電子電洞對的能量傳遞給稀土元素離子產生複合效應而使離子的能量由基態遷移至 第一激發態，而達到小型的光學放大的效應。此方式使得利用較便宜的矽基板來製作發光元件成為可 能。 本計劃主要的目標有兩項：(Ⅰ)非揮發性奈米點記憶體以及(Ⅱ)奈米點發光元件的相關研究。， 第一年將針對於半導體、半導體氧化物奈米點之製作研究，藉由元素間不同的熱氧化析出特性製作出 半導體奈米點(Si、Ge 等)，氧化物奈米點(GeOx,.等)作為奈米點電荷儲存單元，並利用各種不同之 介電薄膜包覆奈米點以電性分析、材料分析等探討並比較各種不同製程間的差異，來獲得最佳的製程 條件。另外，建立深能階暫態頻譜(DLTS)量測平台，以分析奈米點與介電薄膜的缺陷效應；本計畫的 第二年將著重於金屬奈米點應用於非揮發性奈米點記憶體元件上與奈米點發光元件的開發。關於奈米 點記憶體元件方面，我們將製作不同的金屬奈米點(Ni、Co 等)以及各種的介電層薄膜，分析並調整奈 米點記憶元件使其最佳化。而在奈米點發光元件方面，利用奈米點與稀土元素的作用而產生發光的效 應，將稀土元素摻雜於不同奈米點與絕緣層組成的發光層內，利用光學分析、DLTS 量測等，研究發 光層之發光效率及光譜特性圖。最後由DLTS 分析其缺陷對奈米點在光學上以及記憶方面的效應，並 結合上一年的研究結果，建立一完整的奈米元件資料庫。