Θεωρητικός υπολογισμός ρευμάτων νανοηλεκτρονικής: εφαρμογή σε νανοσωματίδια εντός ηλεκτρονικών μνημών

Abstract

The present thesis deals with the formulation of a theory of conductivity due to discrete tunneling currents that does not contain arbitrary parameters in the form of ‘’effective areas’’. This theory is based on the Poisson equation and the 3-dimensional WKB approximation of Quantum Mechanics. When it is applied to non-volatile memories with metallic nanoparticles it gives the times to charge these nanoparticles with 1,2,3 etc electrons, i.e. it gives the writing times of the device. Various experiments verify our theory.In particularIn chapter 1 a review of non-volatile flash memories is given.In chapter 2 the charging mechanism of these devices is described.In chapter 3 we present the general theory of tunneling and the previous models for the analysis of these devices.In chapter 4 presents the suggesting theory and the application of it to non-volatile memories Si/SiO2/Pt/ SiO2/gate and also present the calculations of charging time. Good agreement with the experiment has obtained.In chapter 5 presents the suggesting theory and the application of it to non-volatile memories Si/SiO2/Pt/ HfO2/gate and also present the calculations of charging time. Good agreement with the experiment has obtained also. At the end of this chapter we present the conclusions of this thesis.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη θεμελίωση μιας θεωρίας αγωγιμότητας ρευμάτων φαινομένου σήραγγας η οποία δε θα περιέχει αυθαίρετες παραμέτρους υπό τη μορφή «ενεργών επιφανειών». Η θεωρία αυτή χρησιμοποιεί την εξίσωση Poisson και την Κβαντομηχανική προσέγγιση WKB σε τρείς διαστάσεις. Η θεωρία αυτή όταν εφαρμοστεί σε μη πτητικές διατάξεις μνήμης με μεταλλικά νανοσωματίδια δίνει τους χρόνους φόρτισης με 1,2,3 κλπ. Ηλεκτρόνια, δηλαδή τους χρόνους εγγραφής δεδομένων. Η σύγκριση με τα πειράματα επιβεβαιώνει την προτεινόμενη θεωρία.Αναλυτικότερα: Στο κεφάλαιο 1 δίνεται μια περιγραφή των μη πτητικών μνημών τύπου flash.Στο κεφάλαιο 2 δίνονται οι μηχανισμοί φόρτισης και η στοιχειώδης θεωρία μιας γεωμετρικής διάστασης.Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η αναλυτική θεωρία και τα προηγούμενα μοντέλα για τη μελέτη του φαινομένου σήραγγας.Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η προτεινόμενη θεωρία και η εφαρμογή της σε μη πτητικές μνήμες τύπου Si/SiO2/Pt/ SiO2/πύλη και υπολογίζονται οι χρόνοι φόρτισης. Η συμφωνία με το πείραμα είναι ικανοποιητική.Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προτεινόμενης θεωρίας σε μη πτητικές μνήμες Si/SiO2/Pt/ HfO2/πύλη. H συμφωνία με το πείραμα είναι παραπάνω από ικανοποιητική. Επίσης, στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της παρούσας διατριβής.Στο παράρτημα δίνονται τα υπολογιστικά προγράμματα και παρουσιάζεται αναλυτικά το περιβάλλον της προσομοίωσης.