Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов» ГОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Полное название вуза Научно-информационный материал Разработка энергонезависимой памяти на основе наноразмерных слоев в МОНОП структурах. Перспективы развития энергонезависимой памяти на основе наноразмерных слоев в МОНОП структурах. Полное название НИМ или НОМ Москва 2009 г. Перспективы развития энергонезависимой памяти на основе наноразмерных слоев в МОНОП структурах. В настоящее запоминающие время устройства электрически (ЭППЗУ или перепрограммируемые ФЛЭШ память) имеют постоянные рынок сбыта, превышающий рынки ОЗУ и микропроцессоров вместе взятых. На гражданском рынке доминируют ЭППЗУ с плавающим затвором. Существует два основных вида ЭППЗУ. В приборах с поликремний, плавающим затвором изолированный от в качестве канала и запоминающей затвора среды транзистора выступает диэлектриком. Программирование такого элемента памяти осуществляется путем инжекции электронов из кремния в плавающий затвор туннельным механизмом Фаулера-Нордгейма, либо за счет разогрева электронов в канале. Накопление электронов в плавающем затворе (поликремнии) приводит к переводу запоминающего транзистора в непроводящее состояние (отсутствие канала - логический “0”). Перепрограммирование осуществляется путем подачи на управляющий затвор отрицательного потенциала - электроны из плавающего затвора туннелируют обратно в кремниевую подложку. При этом в подложке образуется проводящий инверсионный канал (логическая “1”). Недостатком ЭППЗУ с плавающим затвором является невозможность их дальнейшего масштабирования от гига до терабитного масштаба. Масштабирование такого элемента памяти связано с серьезными трудностями из-за стекания заряда через окисел в кремниевую подложку. В то же время именно масштабирование (уменьшение размеров) и приводит к увеличению информационной емкости флэш-памяти. В настоящее время максимальная емкость флэш-памяти, доступной на рынке, составляет 4Гб (109бит/кристалл). Естественный способ расширить масштабируемость приборов с плавающим затвором состоит в том, чтобы заменить хранение заряда на плавающем затворе диэлектрическим материалом, в котором заряд накапливается на глубоких ловушках. Другой тип ЭППЗУ основан на эффекте локализации электронов в тонких (~5нм) аморфных пленках нитрида кремния Si3N4. Нитрид кремния обладает эффектом памяти 2 свойством локализовать инжектированные в него электроны и дырки. Время жизни электронов в локализованном состоянии составляет более 10 лет. В качестве запоминающих структур в таких элементах памяти МОНОП выступают silicon-oxidenitride-oxide structures-SONOS (Si-SiO2-Si3N4-SiO2-polySi,) (рис.1.). Радиационно-стойкие МОНОП приборы используются для специальных применений. Согласно прогнозам, при разработке терабитных (1012 бит/ кристалл) схем ЭППЗУ элементы памяти с плавающим затвором будут вытеснены МОНОП структурами. Через нижний туннельный окисел SiO2 толщиной ≈1.8нм электроны или дырки туннелируют в нитрид кремния и захватываются в нем на ловушки. Верхний “толстый” окисел толщиной ~5нм блокирует инжекцию электронов из поликремниевого затвора в нитрид кремния. Рис. 1.- Структурная схема элементарной ячейки памяти Срок хранения информации в обеих структурах находится на одном уровне, но элемент памяти на основе плавающего затвора имеет ряд недостатков. Данный элемент сложнее технически исполнить. В случае наличия дефектов весь заряд стекает с затвора. Кроме того, такие структуры чувствительны к ионизирующему излучению. Одним из недостатков МОНОП приборов, ограничивающий возможность масштабирования, состоит в том, что при уменьшении толщины блокирующего окисла электроны, стираемые через нижний оксид с помощью электронов или дырок, могут восполняться туннелирующими электронами через верхний оксид в нитрид. В результате 3 происходит насыщение режима стирания, которая ограничивает скорость стирания при данной толщине нижнего оксида. Очень тонкая толщина нижнего оксида порядка ~1 нм также не допустима, потому что заданные требования хранения могут быть не достигнуты. В перспективе применение новых материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) будет способствовать преодолению указанных ограничений и расширит область применения МОНОП приборов. Исследования оксинитрида, так же как и окиси гафния, окисла алюминия и других материалов в качестве возможной альтернативы нитриду кремния актуальны и перспективны для создания новых приборов. 4