半导体物理第八章课件

《半导体物理第八章课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第八章非挥发存储器MOS存储器双极型存储器挥发性存储器非挥发性存储器不挥发（非易失）：存入的信号电荷泄漏小，能长久保存。不挥发存储器结构分类：浮栅结构浮栅结构（雪崩注入式）(FAMOSFET）叠栅结构雪崩注入式(SAMOSFET)沟道注入式（SIMOSFET）正向注入式双介质结构（MIOSFET）结构的本质及基本原理结构本质：增强型绝缘栅FET基本原理：将电荷存入栅介质，使阈值电压变化，实现写0和1状态。基本特性及要求电荷的存贮特性（写入能量低、电荷积累多、速度快、效率高）。电荷保持特性（长时间不泄漏）。耐久性（反复写擦，特性不退

2、化）。电荷擦除特性（能量低，最好用电方法擦除）。14.1浮栅结构一、（基本型）浮栅雪崩注入MOSFET（FAMOS）1.写入（存入电荷）原理加大的VDS，使漏结区耗尽层表面处雪崩击穿，产生电子－空穴对。浮栅相对漏区为正电位，故电子越过SiO2-Si界面势垒，通过SiO2进入浮栅存贮。存入电荷泄漏的原因：F-N隧穿效应。2.读出原理1状态：浮栅存入电子后，相当于加上负栅压，可以形成沟道。因此，ID随VDS的增加而增加。0状态：浮栅无电子存入时，不形成沟道，ID＝0，只有当VDS较大时，横向p+np+晶体管起作用，才有小电流。可见，加上适当的

3、读出电压，则可区分1和0的状态。3.电荷的擦除方法紫外线辐照，电子获及能量，经SiO2进入衬底（紫外线光子能量4.9eV,多晶硅－SiO2势垒高4.3eV）。X射线辐照，SiO2中产生电子－空穴对，其中空穴进入浮栅与电子中和（x射线能量>SiO2的Eg（8eV)。(注：存入电子后，相当于加上负栅压，浮栅电位比半导体内低）二、叠栅结构叠栅雪崩注入结构a）（基本的）叠栅雪崩注入MOSFET（SAMOS）写入原理利用漏结雪崩击穿向浮栅注入电子，表面栅加+VG以牵引电子。存贮电荷量随时间的变化当J1>J2（E1>E2)，则Q(t)增加。E1>

4、E2，即要求2>1。（高斯定理D1=D2，1E1＝2E2)电流传输机构SiO2、Al2O3属F-N隧穿机构。Si3N4属F-P发射机构。存入电荷后阈值电压变化的变化量VT充电电荷、阈值电压变化VT和充电电流与充电时间关系。对电子电荷为负。外加电压一定，开始Q很小，E1基本不变，使J1基本不变，故Q随t而；当Q增大到E1时，J1，使Q(t)变缓慢。VT随VG、VD的变化+VGE1J1QVT;但当Q致使E1时，E2明显J2QVT．读出原理加-VG才能形成沟道（反型层），即阈

5、值电压为负。当存入电子后（负电荷），即需VT。若加一定VDS和选择适当VR，则可区分“1”和“0”状态。电荷的清除加+VG，使电子从控制极流出（而此时从衬底隧穿进入浮栅的电子极少）。或：加-VG，使电子隧穿进入衬底（效果较差）。b）双结型叠栅雪崩注入结构写入原理利用漏结（p+n)雪崩击穿向浮栅注入电子（加＋VG牵引）。读出原理（与(a)相同）清除原理利用源区域n＋p结雪崩击穿向浮栅注入空穴（以中和电子）。（此时加-VG，源区加-Vs）2、叠栅正向注入结构利用衬底n＋p结正向注入G、S、D均加正电位，衬底加VB<0。写入原理G

6、、S、D均加正电位，衬底加VB<0，衬底n＋p结正偏压，电子从n＋型衬底注入p型外延层SiO2浮栅存储。注：S、D加正电位，一方面有利于衬底n＋p型正偏压，另一方面可在沟道位置形成耗尽层，存在强电场，有利于电子进入浮栅。读出VT为正（+VG才能使p-Si形成反型层）。存入Q后（电子），所需VT；无Q时，VT低。加适当VR，可判断“1”和“0”状态。清除利用漏（或源）结雪崩击穿向浮栅注入空穴（与电子中和）；也可将浮栅的电子发射到漏（或源区）。（效果较差）3.叠栅沟道注入结构（SIMOS）写入加+VG形成沟道。加大+VD，使沟道电场

7、强度增强，形成热电子，热电子越过势垒进入SiO2，再进入浮栅存贮。注：电子进入浮栅后，浮栅电位，当与沟道等电位时，注入停止；+VG，注入速率。读出加+VG形成沟道。当浮栅存入电子后，所需阈值电压，加适当VR，可判断“1”和“0”状态。清除方法a)漏（或源）结反偏，雪崩击穿，使空穴进入浮栅与电子中和。b)将浮栅的电子发射到漏（或源）区（隧穿效应）。实际用于构成EAROM（电可改写编程的只读存储器）a)浮栅仅部分覆盖沟道区目的：防止过擦除时，因浮栅荷正电荷而出现反型层，破坏增强型工作；部分覆盖时，即使过擦除而出现反型层，但对G极而

8、言仍属增强型）。b)沟道区呈漏斗状目的：使在漏端附近区域的电子流密度，有利于的浮栅注入。c)在沟道区外的源区有一个用于擦除的小覆盖区（浮栅和控制栅均覆盖），且其相应SiO2层