Ge／Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究
GeSi复合纳米结构电荷存储特性的 模拟研究 电子005二组 组长：田 昕 组员：程松华 方 焯 赖丽香 梁 浩 邵 轲 唐进涛 吴挺华 张再树 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 l 这一研究工作模拟计算了GeSi复合纳米 结构MOSFET存储器的擦写和存储时性。 l 结果表明:Ge/Si复合纳米结构存储器在低 压下即可实现us和ns置级编程与Si纳米结构 存储器相比，由于Gesi复合势卧的作用， 器件的电荷保留时间提高了35个置级，有 效地解决了快速撩写编程与长久存储之间 的矛 盾，使器件的性能得到明显改善。 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 u 相关理论 Ø 量子力学 Ø Monte Carlo 模拟 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 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 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MOSFET存储器 的截面图 Ge/Si复合纳米结构MOSFET存储器 的结构简图 Ø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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 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。 Ø 演示 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 电子005班二组 Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 1.通过X，Y图象，观察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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 电子005班二组 图a 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 图b Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 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。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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 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/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究 回主界面 电子005班二组 l 此次设计中遇到的困难 Monte Carlo 的模拟过程 l 解决方法：各位组员的通力合作，多种学 科的综合运用，多种情况模拟和假设，以 求达到最精确的结果 l 设计中用到的工具 Matlab Labview C/C+ 各种多媒 体演示工具等 l 最后感谢江老师的指导
