基于无机量子点的纳米晶非易失浮栅存储器研究

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1、基于无机量子点的纳米晶非易失浮栅存储器研究Investigationofquantumdotandnanocrystal-basednonvolatilefloatinggatememory工程领域：光学工程作者姓名：张恒指导教师：姚建铨企业导师：孙冰天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要随着半导体集成度的不断提高和半导体器件特征尺寸的进一步减小，基于传统连续浮栅的非易失性存储器正面临着严峻的挑战，主要为越来越薄的隧穿层厚度导致的电荷泄露问题。非易失性纳米晶浮栅存储器由于能够实现电荷的分立式存储，可进一步降低器件的尺寸，提高编程速度和耐擦

2、写能力等，有望取代传统浮栅存储器，所以得到广泛关注。本文首先对存储器的类型、市场和发展历程进行了详细介绍，然后对浮栅存储器的工作原理进行了细致的分析。为了进一步改善存储器性能，本文主要从沟道材料选择和存储层结构构建两个方面对纳米晶浮栅存储器进行了系统地研究。具体工作如下：1.采用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点作为沟道材料，金纳米晶和PMMA分别作为存储层和隧穿层，制备了基于双极性钙钛矿量子点的纳米晶浮栅存储器。通过对存储器的输出特性和转移特性测试发现，在±5V的编程/擦除电压下获得2.4V的存储窗口，由此得出双极性量子点有利于扩大存储窗口。而且由于C

3、sPbBr3量子点的稳定性，存储器的数据保持时间和耐擦写能力也得到改善。经过107s后，存储器的两个状态仍然能够清晰分辨。经过200次的擦写循环，存储器的性能保持良好。2.利用金纳米晶和氧化石墨烯构建了基于PbS量子点的双浮栅存储器，将氧化石墨烯作为上浮栅旋涂在金纳米晶上，能够降低隧穿层表面的粗糙度。同时，氧化石墨烯本身带有大量的基团和缺陷，能够和金纳米晶一起俘获更多的电荷，扩大存储窗口。由电学性能测试可知，制备的双浮栅存储器在±10V的编程/擦除电压下，获得2.02V的存储窗口。而且，上下浮栅之间的能级差形成较大的势垒，有利于提高存储器的数据保持时间

4、。实验结果也证实，经过105s后，存储器的存储窗口基本保持不变。基于PbS量子点的双浮栅存储器由于优越的性能，使得其具有非常大的潜力取代传统浮栅存储器。关键词：非易失性，存储器，纳米晶，量子点，双浮栅IABSTRACTAsthecontinuedincreasingofsemiconductorintegrateddegreeandthefurtherscalingdownoffeaturesizesofsemiconductordevices,thenonvolatilememoriesbasedontraditionalcontinuousfloa

5、tinggatearefacingseverechallengeswhichmainlyisthechargeleakagecausedbythethinnertunnelinglayer.Thenanocrystalfloatinggatememoriesenablethesizetobefurtherreduced,improvetheprogramingspeedandendurancecapabilityduetotherealizationofdiscretechargestorage.Thenanocrystalfloatinggateme

6、moriesareexpectedtoreplacetheconventionalfloatinggatememories,sotheygetalotofattention.Inthisdissertation,thestructure,marketanddevelopmentofmemorieswerethoroughlyintroducedatfirst,thentheworkingmechanismoffloatinggatememorywascarefullyanalyzed.Tofurtherimprovetheperformanceofme

7、mories,thedissertationstudiedsystematicallyaboutthenanocrystalfloatinggatememoriesintwoaspectsthataretheselectionofchannelmaterialandthestructureconstructionoffloatinggate.Thespecificresearchesareasfollowed:1.ByemployingallinorganicCsPbBr3perovskitequantumdotsaschannelmaterial,g

8、oldnanocrystalsandPMMAasfloatinggateandtunnelin