Μελέτη και ανάπτυξη συστοιχιών νανοκρυσταλλιτών ημιαγωγών σε μήτρα μονωτικού για εφαρμογές σε μνήμες

Abstract

This PhD thesis is devoted to the formation of Ge nanocrystals embedded in an insulating matrix (SiO2) for non-volatile memory applications. Ge nanocrystals present advantages in comparison with Si nanocrystals, related with their better charge retention. Their growth in a 2-D layer within a thin SiO2 layer in order to fabricate the basic structure of a nanocrystal memory cell was investigated in detail. The second innovation of this thesis is the introduction of lateral ordering in the 2-D layer of Ge nanocrystals, which shows important advantages for the control of their size and position. The ordered Ge nanocrystals were fabricated with electron beam lithography and selective growth in small windows in the SiO2 layer. The sample structure was studied with transmission electron microscopy, while electrical characterization was used for the investigation of charging phenomena. A functional Ge nanocrystal nonvolatile memory cell was fabricated and tested.

Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής, μελετήθηκε η ενσωμάτωση νανοκρυσταλλιτών Ge σε μήτρα μονωτικού (SiO2) για την εφαρμογή τους στην τεχνολογία των μη-πτητικών μνημών. Οι νανοκρυσταλλίτες Ge παρουσιάζουν πλεονεκτήματα ως προς τους αντίστοιχους νανοκρυσταλλίτες Si, που συνδέονται με τον χρόνο συγκράτησης του φορτίου στη μνήμη. Μελετήθηκαν τρόποι με τους οποίους μπορεί κανείς να αναπτύξει νανοκρυσταλλίτες Ge σε μήτρα SiO2, ώστε να κατασκευαστεί λειτουργικό κύτταρο μνήμης προκειμένου να εκτιμηθούν τα πλεονεκτήματα των νανοκρυσταλλιτών Ge σε σχέση με αντίστοιχες τεχνολογίες με νανοκρυσταλλίτες Si. Η δεύτερη πρωτοτυπία της διατριβής αυτής ήταν ότι εισήχθηκε η χρήση διατεταγμένων νανοκρυσταλλιτών Ge η οποία διάταξη παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα ως προς τον έλεγχο των διαστάσεων και της θέσης των νανοκρυσταλλιτών στη δομή. Η διάταξη των νανοκρυσταλλιτών επιτεύχθηκε με λιθογραφία ηλεκτρονικής δέσμης και επιλεκτική ανάπτυξη σε μικρά παράθυρα στο στρώμα SiO2. Τα δείγματα μελετήθηκαν με μικροσκοπία διέλευσης ως προς τη δομή τους προκειμένου να φανεί η επίδραση των διεργασιών ανάπτυξης του υλικού στον σχηματισμό νανοκρυσταλλιτών Ge. Κατασκευάστηκαν πυκνωτές MOS και μη-πτητικές μνήμες τύπου n-MOSFET και μελετήθηκαν τα εμφανιζόμενα φαινόμενα μνήμης.