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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超快電荷存儲(chǔ)機(jī)理為統(tǒng)一存儲(chǔ)器的發(fā)展提供技術(shù)途徑

2021-06-10 09:28:02 來源：中國科學(xué)報(bào)

近日，復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授周鵬團(tuán)隊(duì)針對(duì)主流電荷存儲(chǔ)器技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了硅基閃存技術(shù)的原理瓶頸，提供了可以應(yīng)用于硅材料的器件模型，實(shí)現(xiàn)了超快速度，為統(tǒng)一存儲(chǔ)器的發(fā)展提供了技術(shù)途徑。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。

閃存自從實(shí)現(xiàn)商業(yè)化技術(shù)后，在量子隧穿機(jī)制下工作的硅基閃存編程時(shí)間一直在百微秒量級(jí)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)速度有較高要求的內(nèi)存級(jí)應(yīng)用。量子隧穿機(jī)制能否實(shí)現(xiàn)更快的速度，成為一個(gè)挑戰(zhàn)。

周鵬團(tuán)隊(duì)從源頭出發(fā)，首次發(fā)現(xiàn)了雙三角隧穿勢(shì)壘超快電荷存儲(chǔ)機(jī)理，突破傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)束縛，獲得了內(nèi)存DRAM技術(shù)級(jí)編程速度。研究人員發(fā)現(xiàn)，在存儲(chǔ)與擦除的工作過程中，勢(shì)壘高度決定了電荷隧穿通過的難易程度，柵耦合比決定了柵極控制電壓產(chǎn)生的電荷密度，良好界面保證了不會(huì)引入額外沾污或缺陷。

研究人員根據(jù)此超快電荷存儲(chǔ)原理建立了通用器件模型，設(shè)計(jì)并制備出同時(shí)具備三大要素的范德華異質(zhì)結(jié)閃存，采用工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)閾值漂移測(cè)試和高溫加速老化測(cè)試方案，驗(yàn)證了20納秒編程時(shí)間和10年數(shù)據(jù)保持能力；并對(duì)器件進(jìn)行了理論模擬計(jì)算，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模擬結(jié)果吻合一致。同時(shí)，研究人員探討了三大要素的不同程度缺失導(dǎo)致器件速度衰退的物理機(jī)制，為在硅體系中開展應(yīng)用指出了原則性的研發(fā)路徑。

標(biāo)簽：電荷存儲(chǔ)機(jī)理量子隧穿雙三角硅材料