Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
определить, измеряя проводимость канала gn. При малых напряжениях на
стоке (для р-канального транзистора)
После изменений заряда на плавающем затворе Q (Q - электронный заряд и
поэтому отрицателен) график зависимости gD (У0) сдвигается вправо на
величину AVt (рис. 63) [73].
Мы подробно проанализировали работу предельно упрощенной запоминающей
ячейки (рис. 60, а), чтобы проиллюстрировать основные принципы
функционирования реальных энергонезависимых элементов памяти, о которых
речь пойдет ниже: среди них
gD- -i~\lpCt(Vo - Vt), Vq^>Vt'
(112)
М ОП-транзисторы
83
Рис. 63. Проводимость канала до (состояние "О") и после (состояние "1")
выполнения операции записи L73J.
принцип туннельной инжекции, используемый в энергонезависимых
запоминающих ячейках типа МДОП, и принцип хранения заряда в плавающем
затворе, на котором основана работа реальных ЗУ с плавающим
поликремниевым затвором.
В первых программируемых ПЗУ со стиранием в качестве материала плавающего
затвора исгользовался сильнолегированный поликремний (рис. 64, а). В этих
приборах, получивших название МОП-ЗУ с плавающим затвором и лавинной
инжекцией [74], поликремниевый затвор со всех сторон окружен слоем
окисла. Довольно большая толщина слоя окисла (йг 1000 А) выбрана для
того, чтобы исключить в окисле слабые места и за-коротки, через которые
поликремниевый плавающий затвор мог бы быть электрически связан с
подложкой. Инжекция заряда осуществляется горячими электронами,
генерированными в области лавинного пробоя у стока (рис. 64, а), для чего
сток смещается до напряжений, требуемых для пробоя. Горячие электроны при
этом втягиваются в плавающий затвор электрическим полем, возникающим
вследствие его емкостной связи с электродами стока и истока. Для стирания
информационного заряда в такой структуре используется ультрафиолетовое
или рентгеновское облучение. Электрическое стирание здесь невозможно,
поскольку в структуре отсутствует внешний затвор.
При необходимости электрического стирания используется аналогичная ячейка
памяти с двумя поликремниевыми затворами (рис. 64, б) [75]. Внешний
затвор, кроме того, улучшает эффективность записи. Иногда в приборах
этого типа изоляция между поликремниевыми затворами осуществляется слоем
Si02, обога-
§4
Глава 8
Плавающий затвор (поликремний)
Внешний затвор (второй слой поликремния )
Рис. 64. Ячейка М0Г1-ЗУ с плавающим затвором и лавинной инжекцией (а)
[74] и аналогичная ячейка с двумя затворами, обеспечивающая возможность
электрического стирания (б) [75].
щенным кремнием 181 J. На рис. 65 приведены зонные диаграммы, поясняющие
работу такой ячейки с двумя затворами. Равновесное состояние структуры с
Q *= 0 (рис, 65, а) соответствует хранению информационного нуля "О".
Состояние с накопленным в процессе лавинной инжекции зарядом на плавающем
затворе (рис. 65, б) соответствует хранению информационной единицы "1".
При больших положительных напряжениях на внешнем затворе накопленный
заряд удаляется путем его вытягивания во внешний затвор (рис. 65, в), и
элемент памяти возвращается в исходное состояние "О".
МОП-транзисторы
85
Рис. 65. Зонные диаграммы двухзатворного элемента памяти в состоянии "О"
(а), состоянии "1" (б) и в режиме разрядки (стирания) (б).
Плавающий
затвор
Полу про- jr(j j
водник
1(2) Металл
Ес
Е/г~~
ЕуШМ
а
т
+-+\ d-,
На рис. 66 приведены теоретические кривые и соответствующие
экспериментальные результаты, показывающие влияние напряжения на внешнем
затворе на эффективность записи в такой структуре [75]. При фиксированном
напряжении на стоке VD напряжение на внешнем затворе VG сначала
способствует записи
86
Глава 8
Рис. 66. Зависимость сдвига порогового напряжения при записи в
двухзатворном элементе памяти от напряжения на внешнем затворе 175].
-------теоретические данные?
О. А. ? -* эксперименталь-ные данные.
Напряжение не бнешнем заплд'сге И-., В
8
7
6
5
^ 4
чК v
^ 2
1
О
I I \=30В I ¦¦ < 208
I I I ! I 10В 1 1-о
10'
' 10 Время
-6
10
записи, с а
10
ю~7ю~6 юю * ю~3 ю'2 :о~1
Бремя стирания, с 6
Рис. 67. Зависимость сдвига порогового напряжения от длительности
импульсов записи и стирания в двухзатворном элементе памяти [75].
---- теоретические данные; О. Д, ? экспериментальные данные.
(VY увеличивается), усиливая дрейф горячих электронов через первый слой
Si02 на плавающий затвор. Однако при ,достаточно больших VG начинает
преобладать конкурирующий процесс полевого вытягивания заряда из
плавающего затвора во внешний. Поэтому с определенного значения VG
эффективность записи падает (VT уменьшается). На рис. 67 приведены
зависимости изменения порогового напряжения от времени записи и стирания
для той же, что и на рис. 66, структуры. Отметим, что при VG -
- 20 В для сдвига порога на 5 В требуется время ~Ю"6 с, в то время
как в аналогичных структурах без внешнего затвора (рис. 64, а) для этого
необходимы времена, на два порядка большие. Кроме того, скорость операции
