基于DFT方法的SONOS存儲器件氮化硅層摻雜理論研究.pdf

1、伴隨著可攜帶式電子產(chǎn)品的普及，如筆記本電腦、手機、記憶卡等，非揮發(fā)性存儲器件在半導(dǎo)體存儲器件中扮演著越來越重要的角色。隨著存儲器件尺寸的縮小，三十多年前就被提出的基于SONOS結(jié)構(gòu)非揮發(fā)性存儲器件又重新被關(guān)注。除了小的器件尺寸之外，SONOS器件還具有很多優(yōu)勢，如更好的抗擦寫能力（Endurance）、低操作電壓和低功率，且工藝過程簡單并與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容。對于SONOS器件，隨著器件尺寸的減小，特別是隧穿氧化硅層變薄，作為存儲器件

2、最重要的性能指標(biāo)之一的電荷保持性能（Data Retention），并不理想，這也成為SONOS器件被廣泛應(yīng)用的致命障礙。 本論文的研究方法是基于對無定形氮化硅及氧或氟摻雜無定形氮化硅的文獻報道的實驗研究，尤其是電子順磁共振（ESR）實驗，所提供的信息，建立和推測無定形氮化硅和氧、硫、氟、氯、磷摻雜氮化硅中各種缺陷的簇模型，再使用先進的密度泛函理論（DFT）方法，優(yōu)化并計算出各種缺陷簇模型的體系能量，得到各種缺陷俘獲電荷過程的能

3、量變化，并與SONOS器件的電荷保持性能聯(lián)系起來分析，從這些典型的非金屬元素中，找出合適的元素?fù)诫s無定形氮化硅，作為SONOS器件的電荷貯存層，來改善器件的電荷保持性能。 通過研究發(fā)現(xiàn)，未摻雜的無定形氮化硅的各種缺陷中N原子越多，俘獲空穴的能力越好，而俘獲電子的能力越差；缺陷俘獲電子的能力比俘獲空穴的能力好，電子釋放過程應(yīng)對溫度敏感，而空穴釋放過程主要由隧穿機制控制。此外，與氧氮化硅一樣，硫或磷摻雜氮化硅代替氮化硅作為SONOS