1、納米存儲器,1 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展, 2 硅基納米存儲器, 3 未來存儲器的發(fā)展方向,納米存儲器,1 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展, 2 硅基納米存儲器, 3 未來存儲器的發(fā)展方向,1.1 信息存儲技術(shù), 信息的表現(xiàn)形式主要是數(shù)據(jù)、文字、聲音和圖像。人類可以依靠大腦來存儲 信息，一個人的大腦約可存儲1013 位信息。, 20 世紀(jì)50 年代中期，為了能使計算機實現(xiàn)程序存儲，先后出現(xiàn)了水銀柱 延遲存儲器、陰極射線管存儲器、磁帶存儲器和磁鼓等存儲技術(shù)。, 1963 年前后，開始采用磁芯存儲器，它用一個具有方形磁滯特性的鐵氧體磁芯存儲信息，根據(jù)剩余磁通的方向表示“1”和“0”兩種狀態(tài)。1970 年前后，開始使

2、用圓盤基片上涂敷氧化鐵的磁盤存儲器。, 七十年代末，隨著集成電路的發(fā)展，在主存儲器中正式采用比磁芯存儲器存取時間更短的半導(dǎo)體存儲器。半導(dǎo)體存儲器的使用是計算機技術(shù)發(fā)展史上的一個革命性的標(biāo)志，從此計算機在超大存儲容量、超高處理速度和微型化等諸方面獲得了迅猛的發(fā)展。, 與此同時，也出現(xiàn)了光盤存儲技術(shù)，它具有存儲容量大、存儲時間長和可靠性高等優(yōu)點。,1.1 信息存儲技術(shù), 1988 年，鐵電薄膜半導(dǎo)體隨機存儲器的研制成功，使具有非揮發(fā)性和抗輻射性的鐵電存儲器重又引起了人們的注意。, 存儲器是具有記憶功能的器件，隨著信息技術(shù)特別是計算機結(jié)構(gòu)和器件的發(fā)展，存儲器的種類日益繁多，分類方法也有多種多樣。,

3、衡量存儲器性能的主要技術(shù)指標(biāo)有存儲容量、存儲密度、存取時間（存取速度）、存取周期（數(shù)據(jù)傳送率）、誤碼率、可靠性、功耗和性價比等等。, 按存取方式分，有隨機存取存儲器（Random Access Memory，RAM）、只讀存儲器（Read OnlyMemory，ROM）等。按存儲介質(zhì)分，有磁存儲器、半導(dǎo)體存儲器、鐵電存儲器和光存儲器等。按功能分，有寄存器型存儲器、高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器等。,1.2 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展過程,1967 年，D. Kahng 和 S. M. Sze 首先提出利用浮置柵極來構(gòu)造非揮發(fā)性存儲 器的思想。,由此發(fā)展出了兩類實用的存儲器類型：一類是基于直接隧穿思

4、想而提出的電荷陷阱存儲器件，另一類是基于浮置柵極思想而提出的浮柵存儲器件。,1.2 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展過程,第一類器件是用MNOS（Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor）結(jié)構(gòu)代替MIMIS結(jié)構(gòu)構(gòu)造存儲器單元2。在MNOS 型存儲器件中，上頁圖中的M1 和I2 層被氮化硅 層所代替。,在MNOS 存儲器的操作過程中，無論寫入電荷還是擦去電荷都是通過外加電場而實現(xiàn)的，這一方法后來成為半導(dǎo)體存儲器的主要編程機制。,1.2 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展過程,第二類器件是把介質(zhì)層I1 加厚，應(yīng)用其它的機制來注入或移去浮柵上的電荷。這方面首先提出的器件模型是FAMOS（Floating

5、 gate Avalanche injection MOS）存儲器單元。,這類存儲器后來演化成了EPROM（Electrically Programmable ROM）。,1.3 目前流行的非揮發(fā)性Flash存儲器,浮柵結(jié)構(gòu)存儲器件,SIMOS 單元結(jié)構(gòu)示意圖,1.3 目前流行的非揮發(fā)性Flash存儲器,浮柵結(jié)構(gòu)存儲器件,一種FLOTOX 單元結(jié)構(gòu)示意圖,1.3 目前流行的非揮發(fā)性Flash存儲器,電荷陷阱模式存儲器件,SONOS 存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖,1.3 目前流行的非揮發(fā)性Flash存儲器,鐵電模式存儲器件, 鐵電存儲器的工作原理主要是基于鐵電體的電滯回線。當(dāng)不同方向的電壓掃描時，就會出

6、現(xiàn)方向相反的兩種穩(wěn)定的極化狀態(tài)，可以表示“0”和“1”兩種狀態(tài)。, 鐵電存儲器有兩個其它類型的存儲器無可比擬的優(yōu)點：良好的非揮發(fā)性和抗輻射能力。, 鐵電存儲器通常有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是用作“備份”存儲器，一種是用作“主要存儲單元”。,1.4 非揮發(fā)性Flash存儲器的編程機制,熱電子注入,1.4 非揮發(fā)性Flash存儲器的編程機制,Fowler-Nordheim 隧穿,1.4 非揮發(fā)性Flash存儲器的編程機制,直接 隧穿,F-N 隧穿和直接隧穿所通過的勢壘形狀的比較,納米存儲器,1 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)展, 2 硅基納米存儲器, 3 未來存儲器的發(fā)展方向,2.1 納米存儲器的工作機理,納米結(jié)構(gòu)存

7、儲器的典型結(jié)構(gòu)(a)和等效電路(b),2.1 納米存儲器的工作機理,納米存儲器的工作原理示意圖,2.1 納米存儲器的工作機理,納米存儲器的I-V特性曲線,納米存儲器的閾值漂移,2.2 納米存儲器的主要模型,K. Yano 的單納米島存儲器模型示意圖,單納米島存儲器模型,2.2 納米存儲器的主要模型,S. Tiwari 的多納米晶粒存儲器結(jié)構(gòu)示意圖,多納米晶粒存儲器模型,2.2 納米存儲器的主要模型,Y. Shi 對納米存儲器電荷長期存儲模式的解釋,深陷阱電荷存儲模式,2.2 納米存儲器的主要模型,自準(zhǔn)直雙層堆疊納米晶粒納米存儲器模型 ( Self-Aligned Doubly-Stacked

8、Nano-Memory Device Model ),P 溝道納米存儲器模型 ( P-Channel Nano-Memory Device Model ),2.2 納米存儲器的主要模型,鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米存儲器模型,2.2 納米存儲器的主要模型,鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米存儲器模型,2.3 納米存儲器的一些實驗和理論結(jié)果,硅量子點納米存儲器,硅多量子點納米存儲器,硅多量子點陣列的電鏡照片,2.3 納米存儲器的一些實驗和理論結(jié)果,硅量子點納米存儲器,硅多量子點納米存儲器的電流電壓關(guān)系,硅多量子點存儲器的保留時間曲線,2.3 納米存儲器的一些實驗和理論結(jié)果,鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米存儲器,鍺/硅異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)存儲器的保留時間曲線,2.3 納米存儲器的一些實驗和理論結(jié)果,鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米存儲器,鍺/硅異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)存儲器的時間特性曲線,2.4 納米存儲器的簡單邏輯陣列,用p 溝道鍺/硅異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)存儲器單元構(gòu)成的22 邏輯陣列,2.4 納米存儲器的簡單邏輯陣列,鍺/硅異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)存儲器單元的偏壓條件,納米存儲器,1 半導(dǎo)體存儲器的發(fā)