学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于纳米晶粒浮栅结构的先进FLASH存储器的设计与模拟

作　者: 周少华
导　师: 杨红官；龚岳平
学　校: 湖南大学
专　业: 电子通信工程
关键词: 锗/硅纳米结构 Flash存储器 MOSFET
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 142次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

从传统的Flash存储器到纳米存储器的演化,是半导体存储器发展的历史趋势和历史必然。预计到2010年左右,纳米晶粒浮栅MOSFET存储器将会取代现在流行的多晶硅薄层浮栅MOSFET存储器而成为非挥发性存储器市场上的主流产品。纳米存储器早已在科技界以及各大国际半导体公司中引起了广泛的研究兴趣。纳米存储器在进入大生产领域之前,有许多难题急待解决,其中之一就是这类器件还存在着工作电压和长久存储之间的矛盾。目前的所发表的一些纳米存储器模型的保留时间远不能达到应用水平。为了解决上述矛盾,优化器件的存储特性,我们提出了一种新型的存储器结构单元——锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器。这种新型器件有着突出的结构特点,就是在以锗/硅异质纳米晶粒代替硅纳米晶粒作为MOSFET存储器的浮置栅极之后,单一的隧穿势垒变成了台阶状的复合势垒。通过对电荷隧穿特性的分析,显示了台阶状复合势垒使得电荷的隧穿不仅与方向有关,而且与电荷的能量有关。正是由于这一台阶状复合势垒的作用,使得器件的存储特性有了很大改进。与硅纳米存储器相比,在擦写时间基本不变的情况下,器件的保留时间有了几个数量级的增长,可达十年以上。本文采用顺序隧穿理论和巴丁传输哈密顿方法,在分析硅基纳米存储器的势结构和价带混合效应对隧穿过程影响的基础上,建立了电子和空穴直接隧穿特征时间的计算模型。并且结合实际的器件结构,分析了结构参数对硅基纳米存储器的编程速度和保留时间的影响,指出需要新的器件结构模型来优化硅基纳米存储器的保留特性。本文数值研究了n沟道和p沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米MOSFET存储器的时间特性。n沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器在低压和薄的隧穿氧化层厚度下擦写速度达到ns级,可实现快速编程。硅纳米结构高度的变化对保留时间的影响非常显著,而对写入时间的影响相对较小。由于台阶状势垒的作用,与硅纳米结构浮栅纳米存储器相比,n沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的保留时间有三个量级以上的提高。由于有着较高的价带带边和台阶状的势垒,锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器对空穴的存储会更加有效。模拟结果显示了p沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器在隧穿氧化层厚度为2 nm,栅压为3 V时,可以实现μs量级的编程,而保留时间长达十年(约108 sec)。与p沟道硅纳米结构浮栅纳米存储器和n沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器相比,保留时间分别有107和105倍的增长,而擦写时间变化不大。由此可知,p沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器可以作为性能优良的非挥发性存储器单元。这种新型的存储器模型有效地解决了快速擦写编程和长久存储的矛盾,存储性能得到了很大改善。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
插图索引  10-12
第1章绪论  12-21
  1.1 集成电路的发展与未来  12-13
  1.2 非挥发性Flash 存储器  13-16
  1.3 Flash 存储器的未来  16-18
  1.4 研究内容及论文结构  18-21
    1.4.1 本文研究内容  18-19
    1.4.2 论文结构  19-21
第2章 Flash 存储器的基本技术和工作原理  21-32
  2.1 Flash 的基本技术  21-26
    2.1.1 Flash 存储器简介  21-22
    2.1.2 NOR、NAND 和AND 技术  22-25
    2.1.3 替代技术  25-26
  2.2 Flash 存储器的工作原理  26-27
  2.3 Flash 存储器的数据存储管理  27-31
    2.3.1 基于页面的Flash 存储器操作  28-29
    2.3.2 Flash 文件系统的基本结构  29
    2.3.3 提高Flash 文件系统的可靠性  29-30
    2.3.4 降低Flash 文件系统的资源消耗  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章硅与锗/硅纳米结构浮栅Flash 存储器的设计  32-45
  3.1 纳米存储器的工作机理  33-36
    3.1.1 纳米结构简介  33-34
    3.1.2 纳米存储器的阈值偏移  34-36
  3.2 纳米存储器的主要设计模型  36-39
    3.2.1 单纳米岛纳米存储器模型  36-37
    3.2.2 纳米结构浮栅纳米存储器模型  37
    3.2.3 深陷阱电荷存储纳米存储器模型  37-38
    3.2.4 自准直双层堆叠纳米晶粒纳米存储器模型  38
    3.2.5 p 沟道纳米存储器模型  38-39
  3.3 硅纳米结构浮栅结构纳米存储器设计所面临的难题  39-41
    3.3.1 硅纳米结构浮栅结构纳米存储器的结构参数  39
    3.3.2 硅纳米结构浮栅结构纳米存储器的工作过程  39-40
    3.3.3 优化存储特性所遇到的问题  40-41
  3.4 锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的设计  41-44
    3.4.1 锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器单元的设计  41-42
    3.4.2 锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器单元的结构特点  42-44
  3.5 小结  44-45
第4章硅纳米结构浮栅纳米存储器的工作特性  45-53
  4.1 基于直接隧穿过程的电荷编程与保留问题研究  45-49
    4.1.1 硅纳米结构浮栅纳米存储器的电荷隧穿结构  45-46
    4.1.2 n 沟道硅纳米晶粒存储器的编程速度与保留时间研究  46-48
    4.1.3 p 沟道硅纳米晶粒存储器的编程速度与保留时间研究  48-49
  4.2 硅基纳米存储器工作过程的特征时间  49-51
  4.3 小结  51-53
第5章锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的存储特性  53-64
  5.1 n 沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的工作过程  53-56
  5.2 n 沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器时间特性  56-57
  5.3 p 沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的工作过程  57-59
  5.4 p 沟道锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器时间特性  59-61
  5.5 锗/硅纳米结构浮栅纳米存储器的逻辑阵列结构  61-62
  5.6 小结  62-64
第6章结论  64-66
参考文献  66-71
致谢  71

相似论文

溶胶—凝胶AAO模板法制备ITO准一维纳米结构,TB383.1
纳米结构聚苯胺的制备、表征及生物医学方面的应用,TB383.1
微/纳米结构聚苯胺及其复合材料的制备和表征,TB383.1
形貌调控的Bi₂S₃基纳米晶光催化剂合成及性能研究,TB383.1
纳米级Bi₂Te₃粉体的制备及其烧结性能研究,TB383.1
有序纳米孔炭膜的制备及表征,TB383.2
压力对MOSFET跨导调制的研究,TN386.1
用于超大规模集成电路的多栅MOSFET研究,TN386
热压印纳米结构在化学纤维结构显色上的应用和研究,TS190.1
新型磁电雷管起爆器的开发及研制,TD235.22
形貌可控ZnS材料的水热/溶剂热法制备,TB383.1
脉冲激光液相烧蚀法制备多种PbS纳米结构,TB383.1
有机酸控制合成聚苯胺纳/微米结构,TB383.1
射频交流强磁场激励源的研究与实现,TM464
基于VxWorks的大容量NAND Flash文件系统研究与实现,TP316.2
功率UMOSFET器件新结构及其特性研究,TN386
表贴式功率MOSFET封装技术研究,TN386
简化小尺寸MOS晶体管SPICE模型关键参数的研究,TN386
多媒体解码芯片的SoC设计,TN47
ZnO纳米棒和荷叶状纳米结构的溶液法可控制备及其性能,TB383.1
纳米结构Fe_3O_4的制备与物性研究,TB383.1