EA045150B1 - ISLAND THIN FILM CAPACITOR - Google Patents
ISLAND THIN FILM CAPACITOR Download PDFInfo
- Publication number
- EA045150B1 EA045150B1 EA202293561 EA045150B1 EA 045150 B1 EA045150 B1 EA 045150B1 EA 202293561 EA202293561 EA 202293561 EA 045150 B1 EA045150 B1 EA 045150B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- film capacitor
- islands
- layer
- thin
- island
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 17
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 4
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 150000002290 germanium Chemical class 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к области микро- и наноэлектронике, в частности к тонкоплёночному конденсатору.The invention relates to the field of micro- and nanoelectronics, in particular to a thin-film capacitor.
Уровень техникиState of the art
Основной причиной развития направления создания наноэлектронных устройств является потребность рынка в устройствах с низким энергопотреблением, высокой скоростью работы и быстротой коммутации между собой.The main reason for the development of the direction of creating nanoelectronic devices is the market need for devices with low power consumption, high operating speed and rapid switching between each other.
В документе [1] описан эффект размерного квантования энергетических уровней электрона, находящегося внутри островков. Электроны внутри наноразмерных островков так называемых квантовых точек ведут себя так же, как внутри трехмерной потенциальной ямы. В зависимости от расстояния между квантовыми точками (островками) преобладают различные механизмы электропроводимости. При сравнительно больших расстояниях (около 10 нм) возникает термоэлектронный механизм электропроводимости, а при малых расстояниях (около 2,5 нм) - туннельный эффект переноса носителей.The document [1] describes the effect of size quantization of the energy levels of an electron located inside islands. Electrons inside nanosized islands of so-called quantum dots behave in the same way as inside a three-dimensional potential well. Depending on the distance between quantum dots (islands), different mechanisms of electrical conductivity predominate. At relatively large distances (about 10 nm), a thermionic mechanism of electrical conductivity occurs, and at short distances (about 2.5 nm), a tunneling effect of carrier transfer occurs.
В документе [2] описано влияние описанных квантово-размерных эффектов размерного квантования на увеличение времени хранения заряда с одновременным увеличением скорости записи/чтения информации. Этот эффект достигается за счет блокировки латерального переноса заряда внутри плавающего затвора, что уменьшает утечки через локальные дефекты в диэлектрике, так как носители заряда (электроны/дырки) локализованы на состояниях в квантовых точках.The document [2] describes the influence of the described quantum-size effects of size quantization on increasing the charge storage time with a simultaneous increase in the speed of writing/reading information. This effect is achieved by blocking lateral charge transfer within the floating gate, which reduces leakage through local defects in the dielectric as charge carriers (electrons/holes) are localized to states in the quantum dots.
Аналогом изобретения является тонкоплёночный конденсатор, содержащий, слой в виде островков из окиси титана, путем напыления на поверхности слоя оксида кремния (патент US 5635420, H01L 21/70, опубликован 03.06.1997).An analogue of the invention is a thin-film capacitor containing a layer in the form of islands of titanium oxide, by sputtering a layer of silicon oxide on the surface (patent US 5635420, H01L 21/70, published 06/03/1997).
Недостатком этого устройства является поверхность слоя в виде островков, которая имеет достаточно хаотичную зернообразную структуру и поэтому слой в виде островков в этом устройстве оказывается замурованным в остальные функциональные слои. Указанный недостаток не позволяет достичь в тонкоплёночном конденсаторе эффекта размерного квантования и туннельного эффекта переноса носителей, и, следовательно, достичь улучшения таких характеристик как ёмкость и одновременно с этим повышая быстродействие и снижая энергопотребление тонкоплёночного конденсатора.The disadvantage of this device is the surface of the layer in the form of islands, which has a rather chaotic grain-like structure and therefore the layer in the form of islands in this device is immured in the remaining functional layers. This disadvantage does not allow one to achieve the effect of size quantization and the tunneling effect of carrier transfer in a thin-film capacitor, and, therefore, to achieve an improvement in characteristics such as capacitance, while at the same time increasing the performance and reducing the power consumption of a thin-film capacitor.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Техническим результатом заявленного изобретения является получение такой трёхмерной структуры слоя тонкоплёночного конденсатора, при котором будут обеспечены условия размерного квантования и туннельного эффекта в электронной структуре конденсатора и, следовательно, будет увеличено быстродействие (за счёт высокой скорости туннельной проводимости) и уменьшены потери заряда (за счёт нахождения электронов внутри островка аналогично их нахождению в потенциальной яме), а также снижено энергопотребление.The technical result of the claimed invention is to obtain such a three-dimensional structure of a layer of a thin-film capacitor, under which the conditions for size quantization and tunneling effect in the electronic structure of the capacitor will be ensured and, therefore, the performance will be increased (due to the high speed of tunnel conduction) and charge losses will be reduced (due to the presence of electrons inside the island is similar to their presence in a potential well), and energy consumption is also reduced.
Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому изобретению островковый тонкоплёночный конденсатор, состоящий из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя, содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков, причем высота островков составляет около 25 нм и расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм. Предпочтительно, чтобы дополнительный проводящий слой был выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. Также предпочтительно, чтобы диэлектрический слой был выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 нм. Также предпочтительно, чтобы диаметр островков составлял от 180 до 220 нм.The technical result is achieved by the fact that according to the proposed invention, an island thin-film capacitor, consisting of upper and lower plates and a dielectric layer, contains an additional conductive layer having a three-dimensional structure in the form of a plurality of islands, the height of the islands being about 25 nm and the distance between any two adjacent islands ranges from 2.25 to 2.75 nm. It is preferable that the additional conductive layer be made of one of the following materials: zinc, aluminum, silver, gold, platinum, palladium. It is also preferable that the dielectric layer is made of silicon dioxide, with a layer thickness of about 100 nm. It is also preferable that the diameter of the islands be between 180 and 220 nm.
Перечень чертежейList of drawings
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где схематично изображены:The invention is illustrated by the following drawings, which schematically depict:
фиг. 1 - структура дополнительного проводящего слоя, имеющего трёхмерную структуру в виде множества островков;fig. 1 - structure of an additional conductive layer having a three-dimensional structure in the form of many islands;
фиг. 2 - конструкция тонкоплёночного конденсатора в виде готового изделия;fig. 2 - design of a thin-film capacitor in the form of a finished product;
фиг. 3 - послойная структура конструкции тонкоплёночного конденсатора с дополнительным проводящим слоем.fig. 3-layer structure of a thin-film capacitor with an additional conductive layer.
Позиции на фигурах:Positions on the figures:
- диэлектрический слой; 2 - верхняя и нижняя обкладки; 3 - дополнительный островковый слой; 4 - корпус; 5 - контакты конденсатора.- dielectric layer; 2 - upper and lower trims; 3 - additional island layer; 4 - body; 5 - capacitor contacts.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Устройство может быть осуществлено следующим образом. Как показано на фиг. 1, тонкоплёночный конденсатор имеет трёхслойную основу: нижняя обкладка, слой диэлектрика и верхняя обкладка. Обкладки представляют из себя фольгу, на которую наносятся островки, например, методом вакуумного напыления. В качестве материала обкладок используют легкоплавкие материалы с малой миграционной подвижностью атомов, имеющие хорошую электропроводность: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. К обкладкам припаиваются электрические выводы. В качестве диэлектрика используют диоксид кремния, так как он обладает сравнительно большой удельной ёмкостью, низким температурным коэффициентом ёмкости и высокой электрической прочностью.The device can be implemented as follows. As shown in FIG. 1, a thin film capacitor has a three-layer base: a bottom plate, a dielectric layer and a top plate. The covers are foil onto which islands are applied, for example, by vacuum deposition. Low-melting materials with low migration mobility of atoms and good electrical conductivity are used as plating materials: zinc, aluminum, silver, gold, platinum, palladium. Electrical leads are soldered to the plates. Silicon dioxide is used as a dielectric, since it has a relatively large specific capacity, low temperature coefficient of capacitance and high electrical strength.
Вся конструкция тонкоплёночного конденсатора покрывается изолирующей твердеющей субстан- 1 045150 цией, например, термоклеем, образуя тем самым корпус готового изделия.The entire structure of the thin-film capacitor is covered with an insulating hardening substance, for example, hot melt adhesive, thereby forming the body of the finished product.
Эксперименты показали, что указанные в формуле изобретения высота островков и расстояние между островками является оптимальной с точки зрения достижения эффекта ’’размерного квантования” и туннельного эффекта переноса носителей. Таким образом, эти параметры являются существенными для достижения заявленного технического результата.Experiments have shown that the height of the islands and the distance between the islands specified in the claims are optimal from the point of view of achieving the “size quantization” effect and the tunneling effect of carrier transfer. Thus, these parameters are essential to achieve the stated technical result.
[1] Сидорова С. В., Юрченко П. И. Формирование островковых наноструктур в вакууме // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. Per. No ФС77-48211. 2011. No 10.[1] Sidorova S.V., Yurchenko P.I. Formation of island nanostructures in a vacuum // Science and education: electronic scientific and technical publication. Per. No. FS77-48211. 2011. No. 10.
[2] Алямкин С. А. Исследование процессов перезарядки МДП-элемента памяти с квантовыми точками германия в качестве плавающего затвора // 3-Физика полупроводников и диэлектриков. - с. 175.[2] Alyamkin S.A. Study of recharging processes of a MIS memory element with germanium quantum dots as a floating gate // 3-Physics of semiconductors and dielectrics. - With. 175.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123399 | 2020-07-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045150B1 true EA045150B1 (en) | 2023-10-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6833567B2 (en) | Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof | |
| JP6974130B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN101771022B (en) | Circuit structure using graphene and manufacture method thereof | |
| US20040238890A1 (en) | Semiconductor device | |
| US4284997A (en) | Static induction transistor and its applied devices | |
| CN108493255B (en) | Two-dimensional material schottky diode with controllable electric field | |
| CN111490045A (en) | Semi-floating gate memory based on two-dimensional material and preparation method thereof | |
| RU200183U1 (en) | Island thin film capacitor | |
| EA045150B1 (en) | ISLAND THIN FILM CAPACITOR | |
| JPS63310162A (en) | Mis type semiconductor memory device | |
| US20230171945A1 (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method of semiconductor memory device | |
| WO2022015201A1 (en) | Thin-film island capacitor | |
| CN108376711B (en) | Method for preparing two-dimensional semiconductor transistor with top gate structure and polymer electrolyte dielectric layer | |
| US4063267A (en) | MNOS Memory device | |
| JPS6195563A (en) | Semiconductor memory device | |
| JPS61216482A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
| JPS58140151A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
| US3584268A (en) | Inverted space charge limited triode | |
| JPS60194573A (en) | Semiconductor memory device | |
| WO2023029648A1 (en) | Semiconductor structure, manufacturing method therefor, and memory | |
| US20220302134A1 (en) | Sram memory cell for stacked transistors with different channel width | |
| JP6691067B2 (en) | Semiconductor memory and driving method thereof | |
| JPH0691216B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| KR100318451B1 (en) | Soi device without floating body effect | |
| JPS63182859A (en) | Semiconductor integrated circuit device |