In this work, the characteristics of p-channel Si nano-crystal memory is studied. We have shown that the nano-crystal memory has the feasibility for practical memory application with characteristics of low programming voltage. By comparing the characteristics between the devices with dots and the devices without dots, we have shown that the programming holes are tunneled into dots. The hole tunneling component and the electron tunneling component were separated successfully by independent measurement of the current at the body terminal and at the source/drain terminal of the memory. For small gate voltage, the holes from the inversion layer tunneled into dots during programming. However, for large programming voltage, the electron tunneling from the dot into the substrate becomes dominant. We have also shown that the programmed holes were recombined with the electrons tunneled from the substrate during erasing. And the retention characteristics of programmed holes and electrons is compared. And finally we have shown that the feasible possibility of thin tunneling ON(oxide/nitride) and tunneling nitride as tunneling barrier in nano-crystal memory.
이 연구에서는 p 채널 나노 크리스탈 메모리 특성이 연구되었다. 기존의 FN 터널링이나 Hot 캐리어를 사용하는 비휘발성 메모리에서는 Hole의 에너지 barrier가 전자에 비해 높아서 hole을 터널링 시키기 어려웠다. 하지만 얇은 터널링 막을 사용하는 나노 크리스탈 메모리에서는 낮은 프로그래밍 전압에서도 hole을 터널링 시키는 것이 가능해진다.
Hole을 터널링 시켜서 얻을 수 있는 장점은 memory의 retention특성이 향상된다는 점이다.
이 논문에서는 dot이 있은 소자와 없는 소자의 특성을 비교함으로써 앳이 charge를 저장하는데 주된 역할을 한다는 것을 규명하였고, 터널링 전류를 측정함으로써 hole과 electron이 프로그래밍과 이레징시에 어떤 역할을 하는지 규명하였다. 즉 전압이 낮을 때는 반전된hole 이 dot으로 터널링 되는 성분이 주된 프로그래밍 기구이고 전압이 높아지면 dot의 valence band electron 터널링이 주된 기구가 된다.
Endurance 측정에서는 터널링 기구가 band-to-band 터널링이기 때문에 얇은 막임에도 불구하고 우수한 특성을 지님을 보였다.
또한 프로그램된 hole과 electron의 retention 특성을 비교함으로써 본 논문의 기본 idea의 타당성을 검증하였다. 실험 결과 hole의 저장 특성이 electron보다 4~5배 정도 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
터널링 막으로 일반적으로 사용되는 산화막과 함께 ON(oxide/nitride), 질화막에 대한 연구도 병행되었다. 이러한 막들은 프로그래밍 속도를 향상시키는데 사용될 수 있음을 보였다.
