項目名稱： 納米磁性自旋存儲器和半導體硅量子點存儲器的研制及其器件物理研究 首席科學家： 季明華 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部門： 上海市科委 一、研究內(nèi)容 1、擬重點解決的科學問題或關(guān)鍵技術(shù) 通過進一步研究基于納米環(huán)和納米橢圓環(huán)磁性隧道結(jié)分別作為存儲單元的 電特性、及其熱穩(wěn)定性和均勻一致性，探索新型納米環(huán)磁隨機存儲器(理型器件的最優(yōu)設計。 納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 的加工制備難度要高于納米 圓環(huán)磁性隧道結(jié)，包括電子束曝光圖形化和橢圓內(nèi)徑開孔難度都很高，因此，納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 陣列的納米加工研制難度也相應變大。因此，高性能納米環(huán)和納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 及其陣列的微加工制備是首要的關(guān)鍵技術(shù)問題和存儲單元的材料問題。其次，如何設計納米環(huán)和納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié)的 新結(jié)構(gòu)、研究和發(fā)現(xiàn)新物理效應并用于器件原理設計、實現(xiàn)小 自旋極化電流 的有效 驅(qū)動 和 磁矩 反 轉(zhuǎn) 、提高 納米環(huán)和 納米 橢圓環(huán)磁性隧道結(jié) 存儲單元 的 熱 穩(wěn)定性和可靠性 等，是擬重點解決的科學問題。最后， 設計出新的納米環(huán) 件單元結(jié)構(gòu)，采用在中芯國際公司 8 英寸工 藝線的集成和部分對外委托加工等方式， 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動的 納米環(huán) 磁隨機存儲器 的 1K 或 4K 示芯片 。 同時，為后續(xù)階段探討和發(fā)展 納米 橢圓 環(huán) 磁隨機存儲器的可行性奠定研究基礎(chǔ)。 擬解決的物理問題和關(guān)鍵技術(shù)問題如下 ： (1) 尺寸在 100 納米環(huán)和納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 的 加工和制備技術(shù)。 (2) 如何 實現(xiàn)小 自旋極化電流驅(qū)動納米 環(huán)和 橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié)的磁矩 反 轉(zhuǎn)問題。 (3) 自旋轉(zhuǎn) 移 力矩 與 納米環(huán)或 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 的磁結(jié)構(gòu)相互作用 的物理問題。 (4) 納米環(huán)和 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 在脈沖 流驅(qū)動下 的弱信號檢測問題。 (5) 納米環(huán)和 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 在高頻 流驅(qū)動下的弱信號檢測問題。 (6) 納米環(huán)和米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié) 中自旋進動和磁矩反轉(zhuǎn)的磁動力學計算問題。 (7) 納米環(huán)和 橢圓環(huán) 磁隨機存儲器 原理型器件的最優(yōu)單元結(jié)構(gòu) 設計和 工作方式 。 在研制 硅基量子點納米存儲器 方面 ，需要在硅量子點的可控形成技術(shù)、硅量子點的性能、納米器件的構(gòu)建與性能測試等各方面進行系統(tǒng)而深入的研究。 通過研究硅基納米結(jié)構(gòu)的可控制備技術(shù)，基于限制性晶化原理，結(jié)合 “自下而上 ”與 “自上而下 ”技術(shù)的各自特點，發(fā)展一條獲得高密度、尺寸分布均勻的 硅基納米結(jié)構(gòu)的新途徑，對材料的尺寸與其物理性質(zhì)等因素的內(nèi)在聯(lián)系進行系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，設計和構(gòu)建硅基納米存儲器件，探索和掌握材料的微結(jié)構(gòu)、器件的結(jié)構(gòu)與性能之間的本質(zhì)關(guān)系，在高密度硅基材料制備與高性能硅基納電子器件兩個相輔相成的方面取得突破，在未來的高密度、低功耗硅基納電子集成芯片上獲得應用。 擬解決的相關(guān)物理問題和關(guān)鍵技術(shù)問題如下 ： (1) 在研究中采用 個量子點尺寸 5 大縮小了結(jié)電容，同時，為了有效地調(diào)節(jié)溝道電子，必須獲得高密度的量子點陣列，因此制備尺寸均一的納米硅量子 點晶粒陣列是本研究的關(guān)鍵之一。 (2) 高介電常數(shù)薄膜材料制備技術(shù)及界面特性的研究；為提高存儲器的寫入和讀出速度以及電荷保存時間，實驗上需要發(fā)展高質(zhì)量超薄高介電常數(shù)柵介質(zhì)膜的制備技術(shù) ， 并研究納米硅量子點與各種介質(zhì)膜的界面特性。 (3) 單層和多層硅量子點的納米存儲器件的構(gòu)建；尋求最佳器件結(jié)構(gòu)與參數(shù)，利用納米硅量子點 /介質(zhì)膜單層與多層結(jié)構(gòu)，設計并制備新型高性能 置柵量子點多值存儲器。 (4) 弱耦合量子點存儲器的研制與性能表征；為了獲得高性能存儲器件，需要研究器件結(jié)構(gòu)和尺寸以及密度對性能的影響，利用 量子點密度控制以提高器件存儲密度，利用橫向和縱向耦合效應提高器件的存儲時間與穩(wěn)定性。 (5) 由于流水線和實驗室工藝環(huán)境有 一定的 差距，工藝參數(shù)的準確性可能會受到干擾，公司流水線上的樣品出來后， 所以 縮小實驗 室 與 工藝線上制造 之間的差距，提高樣品的成功率 是關(guān)鍵技術(shù)之一 。 2、 主要研究內(nèi)容 在本項目中， 本項目組將 努力在圖形化磁性隧道結(jié)新材料、 單層和多層硅量子點 材料、 器件 物理 、新 器件 結(jié)構(gòu)設計以及 硅量子點存儲器 芯片的研制 方面 ， 獲得重大突破性進展 ， 力爭多方面獲得有重要價值的知識產(chǎn)權(quán)和專利 ，為發(fā)展 新型 納米環(huán) 磁隨機 存儲器 和 硅量子點存儲器 ，解決器件物理問題，為今后進一步產(chǎn)業(yè)化奠定前期基礎(chǔ)。 該項目中課題一研究內(nèi)容將主要集中在 ： (1) 對比 研究 納米 橢圓環(huán) 及 納米環(huán) 磁性隧道結(jié) 的微加工制備工藝條件，獲得熱 穩(wěn)定性 好 和可靠性 高的納米 橢圓環(huán) 及 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 及其陣列材料； (2) 對比 研究納米環(huán)和橢圓環(huán)磁性隧道結(jié) 分別 作為存儲單元以顯著降低熱噪聲和磁噪聲的可行性 ； (3) 對比 研究納米環(huán)和橢圓環(huán)磁性隧道結(jié)作為存儲單元分別在脈沖 流和高頻 流下的磁電性質(zhì) ； (4) 對比 研究納米環(huán)和橢圓環(huán)磁性隧道結(jié) 的 自旋極化輸運性質(zhì)及其量子效應 ； (5) 對比 研究納米環(huán)和橢圓環(huán)磁性隧道結(jié)陣列的尺寸效應和最佳排列分布方式 ； (6) 對比研究 納米環(huán)和橢圓環(huán)磁隨機存儲器的最佳設計結(jié)構(gòu)和工作 機理 。 (7) 通過進一步 探索新型 納米環(huán)和 納米橢圓環(huán) 磁隨機存儲器 芯片 的可行性設計結(jié)構(gòu) 。研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 作為存儲單元 的 1K 示芯片 。 該項目中課題 二的 研究內(nèi)容將主要集中在 ： (1) 硅量子點納米存儲器的材料研究 。 利用我們具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 限制性晶化原理， 研究準分子超短脈沖激光束及熱退火與 性晶化過程，通過從實驗上研究超薄 時，研究如何有效地鈍化納米硅表面，利用在等離子體汽相淀積系統(tǒng)中原位制備超薄 氮化硅 ( 二氧化硅 (探索以鈍化量子點表面缺陷態(tài)為目標的低溫超薄氧化技術(shù)及其的界面態(tài)性質(zhì)。 研究由本技術(shù)制備的 及與量子限制效應和小尺寸低維結(jié)構(gòu)有關(guān)的新穎物理現(xiàn)象（如：共振隧穿效應、庫侖阻塞效應等），探討硅基納米器件中量子效應的臨界尺寸及其影響，確定最佳存 儲結(jié)構(gòu)和工藝條件。 (2) 浮置柵單層硅量子點的納米存儲器件的構(gòu)建與研究 。 以 計 建可在室溫下運作的硅量子點浮置柵納米存儲器件，在實驗上制備出大于 1011/高存儲密度，以有效地調(diào)控溝道電子，提高柵極調(diào)節(jié)系數(shù)。研究 浮置柵單層 究介質(zhì)隧穿層厚度與控制層厚度的影響。研究在不同外加電場作用下電子寫入和擦除過程， 以提高閾值電壓 低工作電壓和提高編程速 度為目標，通過理論模擬和實驗兩方面對硅量子點浮置柵存儲器的器件特性和物理進行研究，在此基礎(chǔ)上，提出新的 (3) 多層（耦合）硅量子點存儲器的構(gòu)建與探索 。 在對浮置柵單層 量子點存儲器進行研究的基礎(chǔ)上，研究 具有弱耦合特性的量子點陣列對器件存儲特性的影響，特別是電荷在弱耦合量子點間的轉(zhuǎn)移性質(zhì)及其對器件性能的影響，研究在電子發(fā)射和轉(zhuǎn)移過程中的電荷保存時間的變化以及在不同偏壓下的工作狀態(tài)。探討耦合量子點的結(jié)構(gòu)與存儲特性，特別是器件保存時間的相互聯(lián)系。 利用雙層和多層結(jié)構(gòu)減低存儲電荷的泄漏幾率，提高存儲器的信息保存時間。同時，探索利用高介電常數(shù)薄膜材料代替二氧化硅柵介質(zhì)層材料，選擇與 有很好兼容性的高介電常數(shù)薄膜材料如： 雜的 膜 、 膜及 薄膜，設計鑲嵌在高介電常數(shù)薄膜介質(zhì)中的 子點結(jié)構(gòu)，并對該介質(zhì)與 子點之間的界面特性和組分進行深入分析。展開對該體系的漏電流，存儲特性，存儲時間的檢測和分析，特別是結(jié)合理論模型對弛豫電流的衰減特性進行模擬，探索該體系中的 子點對電荷的深能 級和淺能級存儲特性，通過理論和實驗結(jié)果的比較，設計和調(diào)整器件結(jié)構(gòu)，優(yōu)選出與 子點的最佳匹配介質(zhì)，獲得電荷存儲特性優(yōu)異的器件結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對其器件物理機制進行詳細的研究，以進一步提高器件的存儲性能與穩(wěn)定性，探索多值存儲的可能性。 (4) 浮置柵 子點存儲器原型器件與工藝流水相結(jié)合的探索 。 我們將和具有先進工藝流水線的中芯國際集成電路制造有限公司合作，開展浮置柵 子點存儲器的工藝流水方面的工作。我們主要負責原型器件結(jié)構(gòu)的開發(fā)及其單項性實驗的研究，其中單項性實驗的研究內(nèi)容是針對器件各部 分的制備工藝條件的摸索和性能的測試，在公司的流水設備的基礎(chǔ)上開展單項性實驗，使單項性實驗工藝條件盡量與公司流水設備相匹配，在多次實驗和性能測試分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)制定出流水方案。計劃在 8 英寸的硅片上，利用 米的工藝技術(shù)， 研制 浮置柵 子點存儲器 芯片， 實現(xiàn) 1K 的目標，并爭取實現(xiàn) 4K。 該項目中課題 三的 研究內(nèi)容將主要集中在 ： 在納米橢圓環(huán) 片 和 半導體硅量子點 存儲 器 的 集成技術(shù)研究方面，基于已有的 米邏輯電路工藝，通過嵌入式存儲芯片的工藝設計，將 存儲單元陣列 制備工藝融入邏輯 電路后段工藝中，通過解決納米加工工藝各環(huán)節(jié)中的技術(shù)難題，制備出用于高密度存儲的 1K 或 4K 的納米存儲 器 演示芯片， 探索 在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境中納米磁性自旋存儲器芯片 和 半導體硅量子點 存儲 器 的 的 一整套加工 制備 工藝過程，發(fā)展關(guān)鍵制備技術(shù)，積累科研成果轉(zhuǎn)化和后續(xù)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗 。 (1) 針對納米磁性自旋存儲單元的操作特性，對選通驅(qū)動器件（ 結(jié)構(gòu)與性能進行調(diào)整，兼顧讀 /擦 /寫的驅(qū)動能力、讀 /擦 /寫速度和器件單元的集成度等不同要求，實現(xiàn)選通驅(qū)動器件和磁性存儲單元的匹配和優(yōu)化。 (2) 基于八英寸硅片上的單晶 01)勢壘的 納米磁性 隧道結(jié) 多層膜材料的制備（ 膜的 沉積制備，擬 委托 相關(guān)磁控濺射 設備廠商代為 加工 制備 ） 。根據(jù)性能優(yōu)化的 單晶 01)勢壘的 納米磁性 隧道結(jié) 多層膜 的 結(jié)構(gòu)，對薄膜的均勻性、穩(wěn)定性和工藝的兼容性進行研究與優(yōu)化。 (3) 納米 環(huán) 結(jié)構(gòu)存儲單元的加工工藝的開發(fā)。納米 環(huán) 磁性 隧道結(jié) 存儲單元的結(jié)構(gòu)具有 退磁場封閉不外泄漏、存儲單元間耦合干擾小、熱穩(wěn)定性好、自旋極化電流易驅(qū)動、寫入功耗低、磁噪聲低 等 優(yōu)點， 非常適合作為磁隨機存儲器的單元。 但同時納米 環(huán)結(jié)構(gòu) 相對于傳統(tǒng)的柱形單元結(jié)構(gòu) ， 要求 有 更精細的納米圖形加工工藝 。實現(xiàn)圖形尺寸減小的通常手段是提高光刻系統(tǒng)的分辨率，同時伴隨的是設備和工藝成本的大幅提高。依靠光刻系統(tǒng)分辨率制備 納米 環(huán)形結(jié)構(gòu)圖形，將使其喪失本應超越柱形單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。 中芯國際 將著重研究和開發(fā)深亞分辨率(形的整套制備工藝，重點解決納米光刻工藝中分辨率提升技術(shù) (優(yōu)化，光刻膠熱回流 (藝中光刻膠外形和尺寸及其均勻性的控制，側(cè)壁 (蝕工藝中側(cè)壁高度與角度的優(yōu)化與控制，側(cè)墻(積工藝中填充率和側(cè)墻輪廓的優(yōu)化與控制 ，側(cè)墻 (蝕工藝中選擇比的優(yōu)化、側(cè)墻輪廓的保形和尺寸的控制，以及犧牲層去除工藝中選擇比的提高和襯底損傷的減小，最終實現(xiàn)全套 納米環(huán)存儲單元制備 工藝的集成、匹配與優(yōu)化。研究目標是在已有的 米工藝生產(chǎn)線上制備出內(nèi)徑 50 納米，環(huán)寬 30納米的納米環(huán)形結(jié)構(gòu)，從而展示該技術(shù)可利用更先進的光刻系統(tǒng)對于更小的尺寸所具有的延伸性 、可實現(xiàn)性和工業(yè)實用性 。 (4) 采用 上述工藝制備的納米 環(huán) 形結(jié)構(gòu)作為硬掩模層 (蝕納米磁性隧道結(jié) 多層膜，形成納米磁性自旋存儲單元。對刻蝕的外形、尺寸的控制和選擇比、負載效應等進行研究與優(yōu)化（納米磁性 隧道結(jié) 多層薄膜的刻蝕 沉 積可委托薄膜刻蝕設備廠商代為 加工和 制備） 。 (5) 后續(xù)還要解決電介質(zhì)隔離層的淀積與拋光，頂層鋁金屬布線和鈍化層等工藝。這些工藝 如果不能回歸中芯國際八英寸半導體工藝線的情況下，將通過對外委托加工方式來完成 。 二、預期目標 1、總體目標、五年預期目標及主要考核指標； 【 總 體 目標 】 本項目 (課題 )將基于前五年實驗室水平上開展的 納米圓環(huán) 磁性隧道結(jié) 和納米環(huán)磁隨機存儲器以及 單層和多層硅量子點 材料和 浮置柵 子點存儲器 的物理 研究工作基礎(chǔ)，將依托中芯國 際公司先進的 8 英寸半導體集成工藝線，進一步開展 新型 納米環(huán) 磁隨機存儲器 和 浮置柵 子點存儲器 的研制及其器件物理研究工作。對比研究和 制 備 出高性能的納米 環(huán)和納米 橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié)新材料，研究其自旋輸運相關(guān)物理性質(zhì)； 對比研究 基于納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié) 分別 作為存儲單元的新型 納米環(huán) 磁隨機存儲器 (理型器 件的最優(yōu)設計 。探索 新工藝和新的極化電流驅(qū)動工作模式，力爭多方面獲得有重要價值的知識產(chǎn)權(quán)和專利，努力在磁性隧道結(jié)新材料、 單層和 多層硅量子點 材料、器件 物理和原理型器件等基礎(chǔ)性研究方面獲 得重大創(chuàng)新性和突破性的進展及成果 。 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 作為存儲單元 的 1K 或 4K 示芯片； 利用多層量子 點 結(jié)構(gòu)和耦合量子點特性，提出一種利用量子點之間電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)存儲信息的新途徑， 研制出基于 單層和多層硅量子點 材料 作為存儲單元 的 1K 或 4K 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 。 為今后國內(nèi)企業(yè)掌握 多種 非易失性固態(tài) 存儲器的制備技術(shù)、開發(fā)新型高科技 固態(tài) 存儲器件產(chǎn)品，能提供有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料、關(guān)鍵技術(shù)、原理型器件和專業(yè)技術(shù)人才儲備。為促進新型納米存儲器件和 技術(shù)的發(fā)展，在國際上做出有 中國知識產(chǎn)權(quán) 和發(fā)明的實質(zhì)性貢獻。 【 五年 預期 目標 】 對比研究和優(yōu)化制備出 室溫下具有高磁電阻比值、穩(wěn)定性好、重復性好、低電阻的 納米環(huán) 和 納米 橢圓環(huán) 磁性 隧道結(jié)。 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)外環(huán)的短軸在 100至 200 右，環(huán)寬在 25 至 50 納米范圍，橢圓環(huán)外環(huán)的短軸和長軸之比 A:1 至 1:2 之間 ， 為 原理型磁隨機存儲器的研制奠定 存儲單元的 材料基礎(chǔ) ；研究 和掌握 納米 環(huán)和納米 橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié)在室溫和低溫下的磁電特性；觀測和研究 納米 環(huán)和 納米橢圓環(huán)狀 磁性隧道結(jié)的微結(jié)構(gòu)和磁疇結(jié)構(gòu) ； 研究 納米 環(huán)和 納米橢圓環(huán) 磁隧道結(jié) 的形貌、界面、 缺陷等微結(jié)構(gòu)性質(zhì)； 研究 納米環(huán) 和 橢圓環(huán)磁性隧道結(jié)作為存儲單元以顯著降低熱噪聲和磁噪聲的可行性 ； 利用第一性計算原理方法、 磁學計算方法等，計算和分析 磁性隧道結(jié)的磁電輸運性質(zhì)和 極化電流驅(qū)動、自旋轉(zhuǎn)力矩效應，并應用到 納米橢圓環(huán) 磁隧道結(jié)自由層磁矩的翻轉(zhuǎn) 、 磁隨機存儲器 存儲單元 的磁化狀態(tài)切換以及二進制信息存儲過程中。 研究 基于 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié) 分別 作為存儲單元的新型 納米環(huán) 磁隨機存儲器(理型器 件的最優(yōu)設計 。 通過與中芯國際公司合作以及委托國內(nèi)外公司代加工的方式， 開展納米環(huán)制備工藝 中各單項工藝的研究與開發(fā) ； 開 展 存儲單元電學性能的研究與器件單元結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)的篩選與優(yōu)化 ； 完成 米設計規(guī)則的 磁性自旋存儲器的存儲單元的電路結(jié)構(gòu)和測試結(jié)構(gòu)設計 ； 完成納米環(huán)制備工藝在 8 英寸生產(chǎn)線上的集成和優(yōu)化，制備出直徑 100 至 150 納米，環(huán)寬 25 至 50 納米的 環(huán)形結(jié)構(gòu) 存儲單元 。制備測試芯片，驗證存儲單元的 讀 /擦 /寫 功能，初步提取存儲單元操作過程中的各電學特性，為存儲單元的器件結(jié)構(gòu)和電路電學性能的 優(yōu)化提供良好的基礎(chǔ) ； 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 作為存儲單元 的 1K 或 4K 示芯片， 逐 步優(yōu)化芯片性能，檢測其芯片演示功能。 利用 單層或 多層量子結(jié)構(gòu)和耦合量子點特性，提出一種利用量子點之間電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)存儲信息的新途徑， 采用 單層和多層硅量子點 材料 作為存儲單元 ， 制備出的 納米硅量子點尺寸 達到 10 20 納米，尺寸偏差為 5% 10，納米硅的密度可達到 1011/上。 通過與中芯國際公司合作， 在 8 英寸的硅片上，米的工藝技術(shù)， 研制 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 ， 優(yōu)化和改進 1 設計和 性能 ， 實現(xiàn) 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 的 1K 或 4K 目標 。 【 主要考核指標 】 利 用項目組的大型磁控濺射儀、超短波紫外光光刻機、離子束刻蝕機和物理所微加工實驗室的細聚焦離子束刻蝕系統(tǒng)等先進的微加工技術(shù)，制備出室溫下具有高磁電阻比值、穩(wěn)定性好、重復性好、低電阻的納米環(huán) 磁性 隧道結(jié)。為 原理型件的研制奠定材料基礎(chǔ)。 (1) 基于非晶 壘的 納米環(huán) 磁性 隧道結(jié) (材料功能特性達到： 壘 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)狀 磁隧道結(jié)的尺寸在深亞微米和納米尺度，環(huán)寬在 25 至 50 納米范圍，納米橢圓環(huán)外環(huán)的短軸在 100 至 200 右，橢圓環(huán)外環(huán)的短軸和長軸之比 A:B 控制在 1:1 至 1:2 之間，室溫下 制 在 20% 50%之間 ；結(jié)電阻和面積的積矢 制 在 102 104 圍 之內(nèi) , 室溫臨界翻轉(zhuǎn)電流 1 級 、或者室溫臨界驅(qū)動電流密度小于 8106 A/ (2) 基于單晶或準單晶 01)勢壘的 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)磁性 隧道結(jié) (材料功能特性達到： 01)勢壘 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)狀 磁隧道結(jié)的尺寸在深亞微米和納米尺度，環(huán)寬在 25 至 50 納米范圍，納米橢圓環(huán)外環(huán)的短軸在 100 至 200 右，橢圓環(huán)外環(huán)的短軸和長軸之 比 A:B 控制在 1:1 至 1:2 之間，室溫下 制 在 20% 100%之間 ；結(jié)電阻和面積的積矢 制 在 102 104 圍 之內(nèi) , 室溫臨界翻轉(zhuǎn)電流 1 級 、或者室溫臨界驅(qū)動電流密度小于 8106 A/ (3) 在 8 英寸的硅片上，結(jié)合 米的工藝技術(shù)，研制出基于硅量子點的非易失性存儲器，實現(xiàn) 1K 的目標。納米硅量子點的尺寸為 10 15 納米，尺寸偏差為 5，納米硅的密度可達到 1011/上。可在約 5V 以下的電壓下工作，讀寫時間達到 200 微秒到 1 毫秒，循環(huán) 擦寫次數(shù)可達 107 量級，寫入峰值功耗為80 200 (4) 項目結(jié)題前，通過 改進硅量子點存儲器中遂穿層的質(zhì)量，采用 膜和高 K 介質(zhì)薄膜來減小漏電流和雜質(zhì)的擴散；實現(xiàn) 1K 或 4K 的目標。納米硅的尺寸為 5 10 納米，尺寸偏差為 5，納米硅的密度可達到 1012/上，可在約3V 的低壓下工作，讀寫時間小于 200 微秒，循環(huán)擦寫次數(shù)可達 109 量級，寫入峰值功耗小于 80 (5) 給出 100 至 200 納米特定尺度下的 納米環(huán) 和 橢圓環(huán)狀磁性隧道結(jié)作為存儲單元分別在脈沖 流和高頻 流下的磁電性 質(zhì) 。 (6) 獲得 100 至 200 納米特定尺度下 納米環(huán) 和 橢圓環(huán)磁性隧道結(jié)陣列的尺寸效應和最佳排列分布方式 ， 以提高 儲單元 的 功能特性和 集成度等。 (7) 基于自旋極化電流驅(qū)動方式下的新物理效應和 納米環(huán) 磁性隧道結(jié)存儲單元的功能特性，力圖設計出新的 納米環(huán) 磁隨機存儲器原理型 器件 結(jié)構(gòu) 和工作模式。 (8) 通過與中芯國際公司合作以及委托國內(nèi)外公司代加工的方式， 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 作為存儲單元 的 1K 或 4K 演示芯片 。 通過與中芯國際公司合作 ，研制出基于 單層和多層硅量子點 材料 作為存儲單元 的 1K 或 4K 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 。 2、預期成果與水平 (1) 利用非晶 非晶 壘材料，優(yōu)化和制備出幾種具有高室溫磁電阻比值、小矯頑力的 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)狀 磁性隧道結(jié) 。 (2) 利用非晶 單晶 01)勢壘材料，優(yōu)化和制備出幾種具有高室溫磁電阻比值、小矯頑力的 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié) 。 (3) 獲得這些 納米環(huán) 和 納米橢圓環(huán)狀 磁性隧道結(jié)在室溫和低溫下的、內(nèi)稟的磁電物理性質(zhì)，實現(xiàn)隧道結(jié)中設計存在的自旋極化電流驅(qū)動 、 自旋轉(zhuǎn)力矩效應 以及自由層磁矩反轉(zhuǎn) 和其它量子效應 。 (4) 本項目屬于應用物理基礎(chǔ)研究，預計可在國際 名雜志上發(fā)表高質(zhì)量學術(shù)論文 50 100 篇。 (5) 提交 中國和國際發(fā)明專利申請 10 15 項，保護自主知識產(chǎn)權(quán)。 (6) 設計新的“ 1 納米環(huán) 磁性隧道結(jié) +1 晶體管”作為存儲單元模式 的 理型器件的 優(yōu)化 結(jié)構(gòu) 。 (7) 深入研究新型非易失性存儲器設計的新思路，探討高密度、低功耗、高速度存儲單元的實現(xiàn)形式，探索利用誤碼糾錯及冗余技術(shù)實現(xiàn)全工作存儲芯片的設計方法學。 (8) 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié) 做為存儲單元 的 1K 或 4K 準演示芯片 。 研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 1K 或 4K 比特高密度量子點存儲器芯片。 (9) 儲單元的寫入電流在 1.2 應的寫入時間在 3 微秒到 30納秒。 入與讀取帶寬為 16 比特；寫入電壓在 片信息寫入所需要的直接功耗范圍約在 100 200圍內(nèi)。預計封裝帶來的功耗將會還有 50 300右，取決于具體封裝。芯片讀取速度大約為 30 納秒到 500 納秒，芯片寫入速度大約為 50 納秒到 3 微秒 。 (10) 硅量子點存儲器：寫入電壓在 5V； 16 比特帶寬 存儲器陣列寫入峰值功耗在80 200圍內(nèi)。預計封裝帶來的功耗將會還有 50右，取決于具體封裝。芯片隨機讀取速度大約為 10 微秒到 100 微秒，芯片寫入速度約為 200 微秒到 1 毫秒。 (11) 研制出具有低功耗 、 高速 、 8 及 16 比特帶寬的全功能演示芯片，在 米級集成電路工藝平臺上加以實現(xiàn) ， 集成和封裝出相應的演示芯片。設計和研制相關(guān)的測試及演示電路，完成讀、寫、糾錯等基本操作的演示。 3、 優(yōu)秀人才培養(yǎng)和基地建設 通過該項目的實施， 在非易失性存儲器領(lǐng)域里將培養(yǎng)出一支有良好科學素養(yǎng)和研究能力的 人才梯隊。五年內(nèi) 將計劃培養(yǎng)博士后 1 名 2 名；培養(yǎng)博士研究生10 20 名；培養(yǎng)國外博士留學生 2 名、培養(yǎng)碩士研究生 5 名。另外，課題二還可以培養(yǎng) 10 人次的本科畢業(yè)生，參與項目的實習研究工作?？梢?為國家的磁電子、微電子、納電子產(chǎn)業(yè)準備高質(zhì)量的優(yōu)秀專業(yè)人才。 過去五年，項目組與 日本東北大學宮崎照宣教授實驗室、日本東京工業(yè)大學 S. 授實驗室、愛爾蘭都柏林大學圣三一學院物理系的 授實驗室、英國牛津大學 C. C. 授實驗室 、英國達拉謨大學 國利茲大學 教授課題組、法國巴黎高科薄膜研究室主任 授和 授實驗室、芬蘭赫爾辛基工業(yè)大學 授課題組、美國 亞利桑那 大學物理系的張曙豐教授、美國霍普金森 (嘉陵教授課題組、 美國橡樹嶺國家實驗室張曉光博士和李安平博士課題組、韓國高麗大學金永根實驗室等單位，建立了長期合作關(guān)系， 開展了實質(zhì)性的科研合作研究工作 ， 取得了顯著的合作研究成果。項目組成員 2006 至 2008 年 出國參加國際會議或合作交流有 10 人次； 來訪外籍教授和科研及工程技術(shù)人員每年約有 12 人次。 與我們簽署長期合作協(xié)議的國外實驗室或研究組已有 12 個，今后將在 新型自旋量子納米磁和半導體材料和物理研究方面， 繼續(xù)開展雙邊合作研究，以提升我們在 納米環(huán)磁隨機存儲器和 納米 硅量子點 浮置柵存儲器 原理型器件設計以及演示器件研制方面的自主創(chuàng)新能力和國際學術(shù)影響力 。 中芯國際集成電路制造有限公司 (上海 )目前是國際上知名的半導體集成電路制造公司，吸納了眾多國際知名專家和國內(nèi)優(yōu)秀的青年工程師，他們大多數(shù)來自 世界著名集成電路企業(yè) ( )，具有豐富的半導體集成電路工作和研制經(jīng)驗。這些優(yōu)秀人才在 中芯國際 組成了一支 800 多人的技術(shù)研發(fā)團隊，該團隊已被認定為上海市市級研發(fā)中心，多次被評為優(yōu)秀集體，其研發(fā)項目也多次獲國內(nèi)外大獎，如： “90 納米低功耗集成電路生產(chǎn)工藝技術(shù) ”榮獲（ 2005- 2006 年度）中國半導體創(chuàng)新產(chǎn)品； “ 大規(guī)模集成電路及銅連線制造技術(shù) ”榮獲上海市科學技術(shù)進步獎一等獎； “12 英寸硅圓片 ”榮獲上海國際工業(yè)博覽會銀獎等。此外，公司很重視自主知識產(chǎn)權(quán)的開發(fā)和保護，已在全球各地申請專利 1000 多個，在短期內(nèi)切實使中國的集成電路產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)接近了世界先進水平。 中芯國際 (上海 )自 2000 年在上海張江高科技園區(qū)注冊成立以來，是國內(nèi)第一家投產(chǎn)的 8 英寸、 米以下技術(shù)的商業(yè)性、純代工集成電路制造企業(yè)。目前已有 5 條生產(chǎn)線，包括國內(nèi)技術(shù)最先進、產(chǎn)能最大的 8 英寸的集成電路芯片代工廠，月產(chǎn)能可達到 110000 片。此外，公司 12 英寸集成電路生產(chǎn)線也進入量產(chǎn)。公司總投資為 52 億美元，注冊資本為 美元。 中芯國際于 2003 年在紐約證券交易所和香港聯(lián)合交易所上市，國內(nèi)股東已占公司股權(quán)的最大比重（ 51%以上）。中芯國際 (上海 )目前有能力生產(chǎn)邏輯電路、混合信號電路、高壓電路、動態(tài)存儲器、靜態(tài)存儲器、電可擦除存儲器、閃存存儲器、光罩式存儲器、系統(tǒng)級芯片、硅基液晶（ 影像傳感器等。中芯國際已為國內(nèi)外上百家客戶提供了優(yōu)質(zhì)加工服務，是目前中國境內(nèi)規(guī)模最大的純代工集成電路制造企業(yè)和生產(chǎn)基地。 項目組中的中科院物理所和 南 京 大學物理系以及 中芯國際， 將著重培養(yǎng)青年研究人員、青年教師和青年工程師及技術(shù)人員在發(fā)展和專 研各種 固態(tài)非易失性存儲器方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識和實驗及制造技術(shù)技能，為今后發(fā)展國內(nèi)的固態(tài)存儲技術(shù)和產(chǎn)品研制，奠定充實的人才基礎(chǔ)。同時在三個單位，逐步形成研發(fā)磁隨機存儲器和半導體硅量子點存儲器的 產(chǎn)學研聯(lián)合研發(fā)基地 。并通過本項目的資金投入，進一步完善和補充實驗平臺和實驗硬件條件的建設，為后續(xù)發(fā)展固態(tài)存儲材料、科學和技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建堅實的人力資源和實驗平臺的牢固基礎(chǔ)。 三、研究方案 該項目 的研究重點 將放 在 納米 環(huán)和 納米 橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié)新材料、 硅量子點新材料、 新結(jié)構(gòu)、 新物理效應和機制、新 制備 工藝、 新型 納米 環(huán) 磁隨機 存儲 器 以及半導體硅量子點 存儲 器 的器件 結(jié)構(gòu)和新工作原理的研究方面，力爭多方面獲得有重要價值的知識產(chǎn)權(quán)和專利，創(chuàng)造和保護中國今后自主 研制和生產(chǎn)及半導體硅量子點 存儲 器的發(fā)展空間，努力在 納米 環(huán) 磁性隧道結(jié)材料、物理和 磁 隨機存儲器的 器件原理等 應用 基礎(chǔ)研究方面 ， 獲得重大創(chuàng)新和突破性的進展及成果 。 【 總體 研究方案 】 利用 項目 組從日本真空引進的超高真空、高穩(wěn)定和低濺射速率的多功能磁控濺射儀 (4000 )和 從 美國 司 引進的高真空、 高溫 和 化學反應“ 薄膜沉積系統(tǒng)” ， 重點優(yōu)化和 制備 幾種高性能 納米環(huán) 和納米 橢圓環(huán) 磁性 隧道結(jié) 材料 。利用 項目 組的超短波紫外光光刻機、離子束刻蝕機以及國家納米中心和物理 所微加工實驗室的 電子束曝光系統(tǒng)、 細聚焦離子束刻蝕系統(tǒng) 、化學反應刻蝕 系統(tǒng)等先進的微加工 設備 ，制備出室溫下具有高磁電阻比值、穩(wěn)定性好、重復性好、低電阻的 亞微米 和 納米尺度的圖型化 磁性 隧道結(jié)。 納米橢圓環(huán)外環(huán)的短軸在 100 至 200 右，環(huán)寬在 25 至 50 納米范圍，橢圓環(huán)外環(huán)的短軸和長軸之比 A:B 控制在 1:1 至 1:2 之間 。 室溫下 ，非晶 壘 磁性 隧道結(jié) 的 制 在 20% 50%之間 ； 單晶 01)勢壘 磁性 隧道結(jié) 的 20% 100%之間 ； 結(jié)電阻和面積的積矢 制 在 102 104 內(nèi) , 室溫臨界翻轉(zhuǎn)電流 1 級 、或者室溫臨界驅(qū)動電流密度小于8106 A/為 原理型磁隨機存儲器的研制奠定 存儲單元的 材料基礎(chǔ)。 現(xiàn)有 量子點存儲器的存儲芯片設計沿襲靜態(tài)存儲器的設計思路，具有功耗大 、 芯片面積利用率低 、 存取速度慢及可靠性差等限制。針對這些問題，我們在以下幾個方面 擬 提出自己的技術(shù)創(chuàng)新： (1) 本項目研究的自參考信號讀取法直接 通過存儲器本身的兩種不同組態(tài)提取參考信號進行比較，與傳統(tǒng)的需要外界產(chǎn)生參考信號的阻值讀取法相比，在根本上避免了由于大工藝擾動因素引起的由于高低阻態(tài)重疊導致的誤讀問題。 (2) 本項目研究的新型讀取信號放大及讀取方法采用特殊的參考信號產(chǎn)生方式，通過三極管的放大效應，將原有的弱讀取信號放大為 2以上，從而增大讀取信號幅度，減小運算放大器的復雜度，縮短讀取時間。 (3) 本項目研究的過驅(qū)動寫入機制的設計在對晶體管柵極電壓過驅(qū)動情況下，提高晶體管驅(qū)動能力的寫入電路。與高密度低功耗存儲單元設計方法學結(jié)合在一起，減 小需要的晶體管大小和單元面積。 同時， 本項目將依托中芯國際先進的 8 英寸硅片半導體集成電路制備工藝和多年積累的存儲器技術(shù)開發(fā)的經(jīng)驗，發(fā)展一套適用于磁性自旋存儲器和 半導體硅量子點 存儲 器 特性的具有產(chǎn)業(yè)化應用前景的工藝流程，結(jié)合電路的設計與優(yōu)化，研制出 基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米 環(huán)磁性隧道結(jié) 作為存儲單元 的 1K 或 4K 的納米環(huán) 磁隨機存儲器演示芯片以及 1K 或 4K 半導體硅量子點 存儲 器 演示芯片 。 本項目將 委托國內(nèi)外公司代加工的方式，借助國外 公司研制成功 16K 制備經(jīng)驗、已有軟硬 件條件和 2 億美元的 研制出基于自旋極化電流驅(qū)動和 納米環(huán)磁性隧道結(jié)作為存儲單元 的 1K 或 4K 納米環(huán) 磁隨機存儲器演示芯片 。 【 學術(shù)思路 】 我們 前期通過對 納米環(huán)狀 磁性隧道結(jié)材料、物理及其原理型存儲器 的初步 研究發(fā)現(xiàn)： 當磁性隧道結(jié)的尺寸小到一定尺度時 (約 100 200 一個較大的自旋極化電流流過時會改變其磁化狀態(tài)，從而改變其電阻 值 大小。并且電流從上往下流過和從下往上流過會產(chǎn)生兩個不同的電阻狀態(tài)?；谶@種自旋極化電流可以驅(qū)動和反轉(zhuǎn)磁矩的原理和實驗結(jié)果，我們設計了一種有新結(jié)構(gòu)的 納米環(huán)磁隨機存儲器 ( 設計思想就是用較大的極化電流通過不同的流向來改變磁性隧道結(jié)的電阻狀態(tài)，完成 0 和 1 的 寫操作；用較小的電流（不能夠改變磁性隧道結(jié)的電阻狀態(tài)）讀取磁性隧道結(jié)的實際電阻值，來完成讀操作。這種設計與傳統(tǒng)設計方案相比，減少了一根寫字線從而極大的節(jié)省了空間，有助于進一步提高 存儲密度和顯著簡化生產(chǎn)制備工藝并降低制造成本。同時我們放棄了傳統(tǒng)的采用 實心 長橢圓形磁性隧道結(jié)作為存儲單元的做法，采用 空心 納米尺度 下 的圓環(huán)形磁性隧道結(jié)作為存儲單元。 本項目中， 我們將對比研究 納 米環(huán)狀 磁性隧道結(jié) 和 空心 橢圓 環(huán)狀 磁性隧道結(jié)作為存儲單元 的優(yōu)缺點。相比納米環(huán)磁性隧道結(jié)，利用橢圓環(huán)的形狀各向異性來增強圓蔥狀磁疇（孿生狀磁疇）的熱穩(wěn)定性和進一步減小磁噪聲、加速反向磁疇成核的特點，有望來加快渦旋狀磁疇 (渦旋狀磁矩 )的磁矩翻轉(zhuǎn)以及減小臨界驅(qū)動電流強度（密度），達到進一步降低功耗的目的。 本項目將 利用 單層或 多層量子 點 結(jié)構(gòu) 及 耦合量子點特性，提出一種利用量子點之間電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)存儲信息的新途徑， 研制出基于 單層和多層硅量子點 材料 作為存儲單元 的 1K 和 4K 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 。 【 技術(shù)途徑 】 利 用項目 組 已建立 的 大型磁控濺射儀、紫外 曝光系統(tǒng) 、氬離子束 刻蝕 系統(tǒng)和該項目申請購置的 電子束曝光系統(tǒng) 等先進的微加工技術(shù)， 加工和 制備出室溫下具有高磁電阻比值、穩(wěn)定性好、重復性好、低電阻的 亞微米、納米尺度的圖型化 磁性 隧道結(jié) 。 利用項目組的 力原子力顯微鏡、以及 英國國際合作方的 磁光克爾效應測試系統(tǒng)，觀測和研究 納米 環(huán) 和 納米橢圓環(huán)狀 磁性隧道結(jié)的微結(jié)構(gòu)和磁疇結(jié)構(gòu) ；利用物理所的高分辨掃描和透射電鏡 ( 研究 納米 環(huán) 和 納米橢圓環(huán) 磁隧道結(jié) 的形貌、界面、 缺陷等微結(jié)構(gòu)性質(zhì) 。 利用項目組自行研制、開發(fā)和搭 建的磁電阻測量設備和磁學國家重點實驗室的 試、分析和研究 納米 環(huán) 和 納米 橢圓環(huán)磁隧道結(jié)在室溫和低溫下的磁電阻曲線和其它磁電性質(zhì)。利用第一性計算原理方法、 磁學計算方法等，計算和分析 磁性隧道結(jié)的磁電輸運性質(zhì)和 極化電流驅(qū)動、自旋轉(zhuǎn)力矩效應，并應用到 納米 環(huán) 和 納米橢圓環(huán) 磁隧道結(jié)自由層磁矩的翻轉(zhuǎn) 、 磁隨機存儲器存儲單元 的磁化狀態(tài)切換以及二進制信息存儲過程中。 一方面，本項目組基于實驗室納米加工條件，進行 納米 環(huán) 和 納米 橢圓 環(huán)狀 磁性隧道結(jié) 材料及其陣列的制備，研究 納米 環(huán) 和納米 橢圓 環(huán) 磁性隧道結(jié)作為存儲單元的功能特性， 為 納米 環(huán) 磁性隧道結(jié)陣列和 路相互間的集成和匹配，進行存儲單元材料和器件物理研究 。 另一方面， 中芯國際將依托先進的 8 英寸硅片半導體集成電路制備工藝技術(shù)和已有設備，嘗試優(yōu)化一種制備外直徑在 100 至 200 納米之間、環(huán)寬在 25 至 50納米之間的納米環(huán)磁性隧道結(jié)的深紫外曝光圖案化方法，以便為委托國內(nèi)外公司加工制備適用于 納米環(huán) 磁隨機存儲器演示芯片的后續(xù)磁性制備工藝提供技術(shù)標準。同時， 中芯國際 將努力開發(fā)大面積制備 半導體硅量子點陣列的 工藝技術(shù)，以便能結(jié)合 8 英寸硅片深亞微米半導體集成電路制備工藝條件， 研制 1K 或 4K 半導 體硅量子點 存儲 器 的 演示芯片 。 本項目立足于現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和設備條件，充分利用南京大學固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室的現(xiàn)有分析手段，超薄 的淀積、有序、可控 子點的形成，高介電常數(shù)介質(zhì)膜的制備，微結(jié)構(gòu)和界面性質(zhì)的檢測到單電子存儲效應的測量都可以在南京大學完成。中芯國際將采用八英寸晶圓生產(chǎn)線和 米工藝技術(shù)， 制備出 能滿足演示芯片研制的 路，與南京大學合作研制 1K 浮置柵 子點存儲器 演示芯片 。 【 可行性和創(chuàng)新性分析 】 過去五年時間里，課題組一基于 4 英寸硅片、 10 微米線寬 工藝技術(shù)及其半導體 路設計， 已初步進行了 納米環(huán) 磁性隧道結(jié) 及其納米環(huán) 磁隨機存儲器 的 應用基礎(chǔ)和器件原理研究工作 ， 已 從材料 和物理 上 可以 確認 自旋極化電流驅(qū)動此類新型 磁隨機 存儲器 存儲單元讀和寫 的可行性 及可靠 性。 20052008 年已提交了 7 項有關(guān) 納米環(huán) 和納米橢圓環(huán) 磁性隧道結(jié)及其納米環(huán)和納米橢圓環(huán) 磁隨機 存儲器 的中國發(fā)明專利申請，其中核心發(fā)明內(nèi)容已提交一個國際專利申請， 2007 年進入 態(tài)。在 磁隨機 存儲器 的器件設計和研究方面，2008已獲 4 項中國發(fā)明專利授權(quán)和 1 項國際專利授權(quán) 。 這些 前期 探索和工作進 展 為我們 進一步 開展 本項目 的研究，贏得了良好的開端，奠定了 扎實的前期工作基礎(chǔ)。 前五年研究工作中，我們對有關(guān) 納米 橢圓 環(huán)狀 磁性隧道結(jié) 的材料優(yōu)化和器件物理基礎(chǔ)，尚未展開深入系統(tǒng)的研究。因此，該項目中我們可以從材料、物理、工藝、研究團隊和制備工藝及經(jīng)驗上，并行開展有關(guān) 納米環(huán)和 納米 橢圓 環(huán)狀 磁性隧道結(jié)的材料、物理及其器件物理 的 研究探索，保證本項目研究內(nèi)容的創(chuàng)新性以及順利實施和按期完成。 課題二的創(chuàng)新性研究將體現(xiàn)在： (1) 置柵 電子存儲器工作原理是利用 子點中分立能級上電子的靜電耦合作用來 控制溝道電流的變化，這種單電子存儲效應受到 子點中三維限制效應和庫侖阻塞的共同作用，這完全不同于常規(guī) 電子的連續(xù)遷移的機制。 (2) 在 子點存儲器中， 粒的尺寸、形狀取向、結(jié)晶性和缺陷等，將強烈地影響存儲電子的勢能、隧穿效率和庫侖阻塞能的大小。采用我們提出的激光限制結(jié)晶原理制備的 粒，不但尺寸可控、排列有序、形狀一致，而且結(jié)晶性也好，這有利于提高存儲器的性能。 (3) 在本研究組能制備層狀 子點結(jié)構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種利用量子點之間電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)信息存儲 的新途徑。這不同于常規(guī)的利用量子點與溝道之間的電荷轉(zhuǎn)移機理，從而提高了存儲性能和工作速度。 (4)傳統(tǒng)的二氧化硅介電質(zhì)被高 K 材料代替。高 K 材料對電子泄漏的阻隔效果比二氧化硅強 10000 倍，電子泄漏基本被阻斷，新的柵介質(zhì)層的介電常數(shù)必須比二氧化硅要大，介質(zhì)層的介電常數(shù)越大，膜的厚度就可以越大，就可以更好地減小漏電流和雜質(zhì)擴散。 由于本項目可以 依托 第三課題組 中芯國際 的八英寸半導體工藝現(xiàn)和深亞微米制備工藝技術(shù) ， 加工制備 路，并協(xié)同第一課題組 進一步 研究 納米環(huán)磁性隧道結(jié)和單個晶體管的相互匹配性，研究 納米環(huán) 磁性隧 道結(jié)及其陣列與路布線的半導體集成方式與工藝等 問題，協(xié)同研制 1K 或 4K 納米 環(huán) 磁隨機存儲器 的演示芯片 。 同時，項目第二課題組將努力開發(fā)大面積制備 半導體硅量子點陣列的 工藝技術(shù)，以便能結(jié)合 中芯國際 的 8 英寸硅片深亞微米半導體集成電路制備工藝條件， 研制 1K 或 4K 半導體硅量子點 存儲 器 的 演示芯片 。 另外通過委托國外公司做部分后續(xù)磁性工藝代加工，來協(xié)作本項目制備納米 環(huán) 磁隨機存儲器 的 演示 芯片。因此，該項目只要經(jīng)費支持到位，將有極大的可實現(xiàn)性。 納米 環(huán) 磁隨機存儲器 和 半導體硅量子點 存儲 器 的演示芯片一旦研制成功，可以 為今后國內(nèi) 企業(yè)掌握先進 磁隨機存儲器 (和 半導體硅量子點 存儲 器 的制備技術(shù)、增加固態(tài)數(shù)據(jù)非易失性存儲器的多樣性和可選性，為開發(fā)新型高科技磁隨機存儲器件產(chǎn)品、 促進國內(nèi)外企業(yè)和 經(jīng)濟 的發(fā)展 ，能提供有自主知識產(chǎn)權(quán)的存儲材料、關(guān)鍵制備技術(shù)、原理型器件 設計結(jié)構(gòu) 和專業(yè)技術(shù)人才儲備。 能 為促進新型納米自旋存儲器件和 技術(shù)的發(fā)展，在國際上做出有中國知識產(chǎn)權(quán)的實質(zhì)性貢獻。 【課題設置和 相互關(guān)系 】 由上所述，本項目 納米磁性自旋存儲器和半導體量子點存儲器的研制及其器件物理研究 ， 擬重點研究和集中發(fā)展最具有代表性和重要應用價值的兩種 基于自旋和量子效應的納米磁性 隨機存取存儲器和納米半導體隨機存儲器及邏輯器件 。 該項目五年專項經(jīng)費概算核定數(shù)為 2400萬元，共有 49位研究人員和博士及碩士研究生參加該項目研究。 本項目研究 目前 設 三 個課題 。 中國科學院物理研究所 的詹文山 研究員負責課題一： 納米磁性自旋存儲器的研制和器件物理研 究 ，五年經(jīng)費預算投于 占總經(jīng)費的 ，課題一共有有 25位職員和碩博研究生參加課題研究；南京大學物理系的 馬忠元副教授 負責課題二： 半導體 硅 量子點存儲器的研制和器件物理研究 ，五年經(jīng)費預算投于 450萬元 (占總經(jīng)費的 ，共有 10位在職人員和碩博研究生參加課題研究； 中芯國際集成電路制造 (上海 )有限公司 的常務副總裁季明華博士負責 課題 三： 納米磁性自旋存儲器及半導體量子點存儲器的集成和制造 ，五年經(jīng)費預算投于 占總經(jīng)費的 ，共有 14位在職工程技術(shù)人員參加演示芯片的工藝制備。 該項目依托單位為 中芯國際集成電路制造 (上海 )有限公司，季明華博士同時擔當該 項目的總負責人，主管項目的協(xié)調(diào)和管理工作，同時側(cè)重器件的 1K 或 4 三個課題分別以研制存儲單元在 100 納米 尺度下的原理型數(shù)據(jù)非易失性存儲器和芯片為目標，都需要采用和結(jié)合納米結(jié)構(gòu)和納米新材料及納米加工制備技術(shù)，都需要以半導體晶體管控制開關(guān)技術(shù)和 路為依托，在研究和制備過程中有相互借鑒的工藝過程和流程，可以相互促進研究和同期發(fā)展。 另外，三個課題組將相互參照和對比研究兩類磁和半導體 (納米環(huán)