KR100265692B1 - 에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 - Google Patents
에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100265692B1 KR100265692B1 KR1019970030776A KR19970030776A KR100265692B1 KR 100265692 B1 KR100265692 B1 KR 100265692B1 KR 1019970030776 A KR1019970030776 A KR 1019970030776A KR 19970030776 A KR19970030776 A KR 19970030776A KR 100265692 B1 KR100265692 B1 KR 100265692B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- tip
- semiconductor device
- afm
- predetermined
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 abstract description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 18
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000005264 electron capture Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/08—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using electrostatic charge injection; Record carriers therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
- G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
- G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/943—Information storage or retrieval using nanostructure
- Y10S977/947—Information storage or retrieval using nanostructure with scanning probe instrument
Abstract
본 발명은 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 제공하고 그에 따라 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줄 수 있는 AFM 팁을 상기 반도체 소자의 소정 높이에 위치시키는 제 1 단계와, 제 1 과정을 통하여 소정의 높이를 유지하는 상태에서 AFM 팁에 특정 임계전압 이상의 전압을 걸어주어 AFM 팁 아래 의 특정부분에 전기적 필드를 형성되는 제 2 단계와, 제 2 단계를 통하여 형성된 전기적 필드에 의하여 실리콘 산화막 내부에 형성되어 있는 나노 크리스탈에 실리콘 기판으로부터 발생된 자유전자가 포획되는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용한 데이터 저장 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 원자 현미경(Atomic Force Microscope: 이하, AFM이라 칭함)과 이온 주입법(ion implantation)을 이용하여 SiO2/Si인 적층구조중 SiO2층에 나노 크리스탈(nano cystal)을 만들어 기존의 EEPROM과 같은 원리로 동작 할 수 있으면서도 그 크기가 더욱 작은 메모리를 만들수 있는 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 강유전체(Ferroelectric)물질(예: PZT-PbZrxTi-xO2, SBT-SrBi2Ta2O9등)의 박막에 금속이 씌워진 AFM 팁을 이용하여 기존의 FRAM과 유사한 원리로 동작할 수 있으면서도 그 크기가 더욱 작은 메모리를 만들수 있는 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 현대는 급속한 전자기술의 발전에 힘입어 전자문명의 홍수라 할 수 있을 정도로 현대인의 생활에 전자기기는 깊숙이 관여하고 있다. 이러한 현상은 트랜지스터의 발명에 따른 반도체 기술의 성장에 의한 것이라 하여도 과언이 아닐 것이다.
그에따라, 현대인들에게는 개인적으로 항시 휴대하고자 하는 전자기기들이 늘어나고 있으므로, 그 크기는 더 더욱 소형이면서도 보다 더 다양한 기능을 수행 할 수 있도록 하기 위해 상당히 다양한 기술이 제안되고 있는데, 그중 반도체 메모리 소자의 집적도는 이미 상당 부분 한계 수준에 도달하고 있는 실정이다.
왜냐하면, 반도체 메모리는 기본적으로 읽기(Read), 쓰기(Write), 및 지우기(Erase)의 동작을 수행하여야 하는 데, 현재까지의 반도 메모리의 제조 기술에서는 Si 공정으로 만들어진 조절게이트(Control Gate)를 통하여 수행 즉, 반도체 메모리 소자를 구성하고 있는 각각의 메모리 셀들은 기본적으로 일정전압을 축적하고 있을 목적의 캐패시터와 제어신호에 따라 해당 캐패시터에 축적된 전압의 충방전 경로를 형성시키기 위한 프랜지스터로 구성되기 때문에 그 기본적인 크기를 줄이는데 현재의 기술로는 한계성을 나타내고 있다.
따라서, 반도체 기술은 변혁이 이루어지지 않는 동안은 더이상의 소형화, 대용량화가 이루어지지 않는다는 문제점이 발생되었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 AFM과 이온 주입법(ion implantation)을 이용하여 SiO2/Si인 적층구조중 SiO2층에 나노 크리스탈을 만들어 기존의 EEPROM과 같은 원리로 동작 할 수 있으면서도 그 크기가 더욱 작은 메모리를 만들수 있는 비휘발성 메모리 소자을 제공하는 데 있다.
또한, 강유전체 물질(예: PZT-PbZrxTi-xO2, SBT-SrBi2Ta2O9등)의 박막에 금속이 씌워진 AFM 팁을 이용하여 기존의 FRAM과 유사한 원리로 동작할 수 있으면서도 그 크기가 더욱 작은 메모리를 만들수 있는 비휘발성 메모리 소자을 제공하는 데 있다.
도1은 AFM과 감지 원리에 대한 개략도
도2a 내지 도2c는 SiO2/Si 웨이퍼에 이온 주입법을 이용하여 나노 크리스탈 구조를 만드는 과정을 나타낸 개략도
도3은 AFM 팁을 이용해 전자를 SiO2층의 양자점으로 포획하는 방법
도4a는 전기적 인력으로 AFM 팁을 휘게 만들어 정보를 읽는 방법에 대한 개략도
도4b는 전기적 척력으로 AFM 팁을 휘게 만들어 정보를 읽는 방법에 대한 개략도
도5는 전자가 있는 경우 달라지는 축전값(CAPACITANCE)으로 정보를 읽는 방법에 대한 개략도
도6은 SiO2층 안의 양자점에 포획되어 있는 전자들을 한꺼번에 없애는 방법
도7은 SiO2층 안의 양자점에 포획되어 있는 전자들을 구소적으로 없애는 방법
도8은 SiO2/Si 구도 대신 강유전체의 박막을 이용하여 국소 음전계를 발생시켜 정보를 저장하는 방법을 설명하기 위한 예시도
도 9는 SiO2/Si 구조 대신 강유전체의 박막을 이용하여 국소 양전계를 발생시켜 정보를 저장하는 방법을 설명하기 위한 예시도
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 비휘발성 메모리 소자의 제작 방법에 있어서, 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막을 형성시키는 제 1 과정과, 상기 제 1 과정을 통하여 형성된 실리콘 산화막에 제 1 전도성 물질을 이온 주입하여 상기 실리콘 산화막 내부에 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들을 생성시키는 제 2 과정을 포함하여 상기 나노 크리스탈등이 전자를 포획함으로써 정보를 저장하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 상기 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용한 데이터 저장 방법에 있어서, 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줄 수 있는 AFM 팁을 상기 반도체 소자의 소정 높이에 위치시키는 제 1 단계와, 상기 제 1 과정을 통하여 위치한 상기 AFM 팁에 전압을 걸어주어 AFM 팁 아래 의 특정부분에 전기적 필드를 형성되는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계를 통하여 형성된 전기적 필드에 의하여 상기 실리콘 산화막 내부에 형성되어 있는 나노 크리스탈에 실리콘 기판으로부터 발생된 자유전자가 포획되는 제 3 단계를 포함하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 상기 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용하여, 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줌으로써 해당 영역의 나노 크리스탈에 자유전자가 포획되어 정보를 저장하고 있는 반도체 소자의 데이터 억세스 방법에 있어서:
미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줄 수 있는 AFM 팁을 상기 반도체 소자의 소정 높이에 위치시키는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계를 통해 소정의 높이를 유지하는 상태에서 상기 AFM 팁에 특정 임계전압 이하의 제1논리 전압을 걸어주는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계를 통해 소정크기의 전압을 유지하고 있는 AFM 팁을 사용하여 상기 반도체 소자의 표면을 스캔하는 제 3 단계, 및 상기 제 3 단계를 통해 상기 AFM 팁이 상기 반도체 소자의 표면을 스캔하는 동안에 상기 AFM 팁이 상기 반도체 소자의 표면으로부터 떨어져 있는 높이를 검출하는 제 4 단계를 포함하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 상기 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획 가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용하여, 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줌으로써 해당 영역의 나노 크리스탈에 자유전자가 포획되어 정보를 저장하고 있는 반도체 소자의 데이터 소거 방법에 있어서:
소정 크기 이상의 면적을 갖는 팁이 상기 반도체 소자의 표면중 임의로 설정되는 특정 영역을 스캔하는 경우 상기 팁에 특정 임계전압 이상의 역전계를 걸어주어 상기 나노 크리스탈에 포획되어 있는 자유전자를 상기 실리콘 기판의 채널로 복귀시키는 데 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 첨부한 도1을 참조하여 AFM에 대하여 간략히 살펴보면, 기존의 전자현미경이 전자빔을 이용하여 소자나 패턴의 모양을 인식한 반면, AFM은 전자, 원자 등을 매개로 하지 않고 순수한 원자와 원자사이의 힘을 이용하여 패턴을 인식한다. 즉, 아주 가는 팁(12)으로 어떠한 표면위를 거의 붙어서 지나가면 이 팁 끝의 원자(혹은 분자)와 표면의 원자사이에 반데발스힘(VAN DE WALS FORCE)이 작용하게 된다. 울퉁불퉁한 표면을 지나간다면 팁끝의 원자와 표면의 원자 사이의 거리가 변하게 되므로 두 원자사이의 힘의 크기가 변하게 된다. 가는 팁은 캔틸레바(11)라고 움직일 수 있는 막대 끝에 위치해 있는데, 여기에 가해지는 물리적인 힘의 변화에 따라 캔틸레바가 위아래로 휠 수 있게 되어 있다.
그러므로, AFM에는 이 흔들리는 차이를 센서가 이어서 힘이 가해지지 않은 상태를 기준으로 위와 아래로 흔들리는 캔틸레바 끝의 변위 변화를 감지해 내게 된다. 보통 AFM에서는 레이져(14)를 이용하여 변위변화를 감지해 내고 있다. 레이져는 항상 팁이 위치한 캔틸레바 맨 끝단에 맺힌 뒤 반사되는데, 캔틸레바에서 반사된 빛(15)는 변위 감지기(Position Detector)(13)로 가게 된다. 이 변위 감지기에서 캔틸레바의 움직임을 감지하는데, 캔틸레바가 흔들림에 따라 초기 빛이 맺혀 있던 위치의 차이가 나게 된다. 그러면 이 변위 감지기는 그 차이를 전압값으로 바꾸게 된다.
따라서, AFM은 순수하게 팁과 표면 원자사이의 반데발스힘만으롤 표면을 이미지화하지만, 팁에 전압을 가하거나 또는 전류를 흐르게 해서 거리가 달라짐에 따른 전압, 전류의 변화값으로 표면의 이미지를 잡을 수도 있다.
또한, 본 발명에서 사용하고자 하는 이온 주입법은 잘 알려진대로 어떤 특정한 이온들을 전기적으로 가속한 뒤 표적으로 하는 웨이퍼에 쏘아서 원하는 깊이, 농도로 도핑(DOPING)하는 것을 말한다. 따라서, 이온 주입법을 이용하여 SiO2/Si 적층구조에서 SiO2층(21)에 Si(23) 또는 Ge(24) 이온을 주입하여 아주 작은 크기의 나노 크리스탈(25)을 만드는 과정이 첨부한 도2에 도시되어 있다.
첨부한 도2의 내용을 살펴보면, 먼저 적정한 에너지로 Si이나 Ge 이온을 쏘아서 주입한다. 이때 에너지는 이온들이 SiO2층에서 멈출정도로만 설정해야 한다. 이렇게 이온들이 SiO2층에 주입되면 그 뒤 열처리를 통해 주입된 이온부근을 결정화시킬 수 있다. 이런 결정에 의한 양자점들은 크기도 매우 작아 포획할 수 있는 전자의 개수도 매우 적을뿐 아니라 쿨롱 블럭케이브(Coulomb Blockcade) 현상 때문에 쉽게 전자를 잃지도 않는다. 또 이렇게 만들어진 양자점들은 매우 얇은 터널링 SiO2를 가능하게 하므로 기존의 EEPROM 보다 작은 크기, 낮은 동작 전압으로 쓰일 수 있다.
그러므로, AFM 팁(12)을 나노 크리스탈 구조에 사용하는 방식을 첨부한 도3을 참조하여 살펴보면, AFM 팁(12)과 나노 크리스탈 구조(32, 33)를 동시에 보여주고 있다. 여기서 AFM 팁은 전압을 가할 수 있게 메탈 코팅이 되어 있거나 메탈 자체로 만들어져 있다. 팁과 샘플사이에 전압을 가하면 팁아래 부분의 전기적 필드(31)에 의해 양자점(32)에 벌크(bulk) Si(22)에서부터 전자(34)가 이동하여 포획되게 된다. 비어있는 부분이 전자가 없는 양자점을 나타내는 부분(32)이고 까맣게 색칠된 부분이 전자가 포획된 부분(33)이다.
도4a는 정전기적 인력(41)으로 캔틸레바(11) 끝의 AFM 팁(12)을 휘게 만들어 정보를 읽는 방법을 나타낸다. 캔틸레바 끝에 달려 있는 AFM 팁을 전자가 포획되어 있는 양자점(26) 위에 위치하면 전자가 포획되어 있지 않은 양자점(32)과 포획되어 양자점(33)의 정전기에 의한 힘이 다르므로 AFM 팁을 휘게 하는 정도가 달라진다. 팁이 양전하를 띄게 하면 팁이 표면쪽으로 휘게 된다. 도4b는 전기적 척력(42)으로 캔틸레바(11) 끝의 AFM 팁(12)을 위로 휘게 만들어 정보를 읽는 방법을 나타낸다. 도 4a와는 다르게 팁이 표면의 위쪽으로 휘게 된다.
도5는 전자가 양자점에 포획되어 있는 경우 달라지는 축전값으로 정보를 읽는 방법을 나타낸다. 팁(12)이 SiO2(21) 표면위를 지나가면 전자가 포획되어 있는 지역(26)과 포획되어 있지 않는 지역(21)을 지나가게 된다. 이때 전자가 포획되어 있는 지역의 팁과 기판사이의 축전값을 각각 C1, C3라고 하고 전자가 포획되지 않은 지역의 축정값을 C2라고 할 수 있는데, AFM 팁이 이 지역을 지나가면 C1-＞C2-＞C3순으로 축전값이 달라지게 된다. 축전기의 변화는 축전기 센서라는 것으로 읽을 수 있기 때문에 전자가 포획되어 있는 양자점과 아닌 양자점의 정보를 읽을 수 있다.
도6은 SiO2층(21)에 포획되어 있는 전자들을 다시 Si층(22)으롤 보내는 소거 방법을 나태내고 있다. 크고 끝이 넓은 팁(61)으로 마이너스 전압을 가해서 표면을 지나가게 하면 가해진 척력에 의해 양자점에 포획되어 있던 전자(34)들이 Si층의 채널로 빠져나가게 된다. 팁끝이 넓을수록 넓은 부분에 존재하는 양자점안의 전자를 채널로 뒤돌려 보낼 수 있다.
도7은 도6과 같은 원리이지만 이번에는 팁(71) 끝을 좁게 만들어서 아주 좁은 영역의 양자점에만 영향을 주게 하는 점이 다르다. 이때도 역시 팁이 샘플표면보다는 낮은 포텐셜을 가지게 전압을 가해야 한다. 즉, 팁에다 마이너스 전압을 가하면 된다. 양자점에 있던 전자의 소거되는 방식은 도 6과 같다. 하지만 좁은 폭을 가진 팁으로 전압을 가하기 때문에 적은 수의 양자점에 있는 전자를 소거할 수 있다.
도8은 SiO2/Si 구조가 대신 Si 웨이퍼위에 강자성체 박막(81)(Ferroelectric Thin Film)을 정보를 저장하는 매개체로 쓴 구조를 보여주고 있다. 강자성체는 보통 유전체와는 달리 임의로 편향화(Polzrization)된 쌍극자(Dipole) 구조(82)를 가지고 있다. 이런 구조에다가 전기적인 필드를 걸어주면 임의의 편향된 쌍극자가 필드의 방향에 따라 편향 방향을 바꾸게 되고, 이 상태는 전기적 필드나 전압을 제거한 후에도 그대롤 유지되어 특정한 정보를 저장하고 있는 상태가 된다. 도 8에서는 그중 음전계(84)를 AFM 팁(11,12)으로 가했을 때, 강자성체 박막(81) 안에서 쌍극자들이 편향되는 모습을 보여준다(83). 이렇게 저장된 정보를 소거하는 방법은 도 6은 도 7과 동일하다. 읽는 경우도 마찬가지이다.
도9는 AFM 팁(11, 12)에 걸어주는 전계가 양전계(92)일때를 보여준다. 이때 도 8과 다른 점은 편향되는 방향이 반대라는 점이다. 이것은 도 8과는 다른 정보를 동일한 방법으로 저장할 수 있음을 보여주고 있기도 한다.
상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 AFM을 이용한 비휘발성 메모리 소자 제작 방법과 소자의 동작 방법을 제공하면, 보다 작은 크기의 면적에 보다 큰 용량의 데이터 저장이 가능하다는 효과가 있다.
Claims (14)
- 비휘발성 메모리 소자에 있어서,실리콘 기판의 상부에 소정 두께로 형성되는 실리콘 산화막과;상기 실리콘 산화막에 Ge이온 또는 Si 이온등으로 이루어진 제 1 전도성 물질이 이온 주입된 뒤 열처리 공정을 통하여 결정화되어 상기 실리콘 산화막의 내부에 형성되는 다수개의 나노 크리스탈들을 포함하여 소정 영역에 임계치 이상의 전계가 걸리는 경우 실리콘 기판으로부터 해당 영역의 나노 크리스탈들이 자유전자를 포획함으로써 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 소자.
- (삭제)
- (삭제)
- (삭제)
- (삭제)
- (삭제)
- 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 상기 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용하여, 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줌으로써 해당 영역의 나노 크리스탈에 자유전자가 포획되어 정보를 저장하고 있는 반도체 소자의 데이터 억세스 방법에 있어서:미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줄 수 있는 AFM 팁을 상기 반도체 소자의 소정 높이에 위치시키는 제 1 단계와;상기 제 1 단계를 통해 소정의 높이를 유지하는 상태에서 상기 AFM 팁에 특정 임계전압 이하의 제1논리 전압을 걸어주는 제 2 단계와;상기 제 2 단계를 통해 소정크기의 전압을 유지하고 있는 AFM 팁을 사용하여 상기 반도체 소자의 표면을 스캔하는 제 3 단계; 및상기 제 3 단계를 통해 상기 AFM 팁이 상기 반도체 소자의 표면을 스캔하는 동안에 상기 제2단계에서 상기 AFM 팁에 걸리는 전압의 성격에 따라 위치의 변동에 의해 저장된 데이터의 논리값을 인식하기 위해 상기 AFM 팁이 상기 반도체 소자의 표면으로부터 떨어져 있는 높이를 검출하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용한 데이터 억세스 방법.
- (삭제)
- 제7항에 있어서, 상기 제 4 단계에서는 상기 제 2 단계에서 상기 AFM 팁에 걸리는 전압이 음전압인 경우 전하를 포획한 영역의 나노 크리스탈들에 의해 척력이 발생되면 이를 논리 1로 인식하는 것을 특징으로 하는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용한 데이터 억세스 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제 4 단계에서는 상기 제 2 단계에서 상기 AFM 팁에 걸리는 전압이 양전압인 경우 전하를 포획한 영역의 나노 크리스탈들에 의해 인력이 발생되면 이를 논리 1로 인식하는 것을 특징으로 하는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용한 데이터 억세스 방법.
- (삭제)
- (삭제)
- 실리콘 기판의 상부에 소정 두께의 실리콘 산화막이 형성되어 있으며 상기 실리콘 산화막의 내부에 제1 전도성 물질의 이온 주입으로 인해 전자의 포획 가능한 소정크기를 갖는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자를 이용하여, 미소부분에 국부적으로 전계를 걸어 줌으로써 해당 영역의 나노 크리스탈에 자유전자가 포획되어 정보를 저장하고 있는 반도체 소자의 데이터 소거 방법에 있어서:소정 크기 이상의 면적을 갖는 팁이 상기 반도체 소자의 표면중 임의로 설정되는 특정 영역을 스캔하는 경우 상기 팁에 특정 임계전압 이상의 역전계를 걸어주어 상기 나노 크리스탈에 포획되어 있는 자유전자를 상기 실리콘 기판의 채널로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 다수개의 나노 크리스탈들이 형성되어 있는 반도체 소자에서의 데이터 소거 방법.
- (삭제)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970030776A KR100265692B1 (ko) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 |
| US09/015,136 US5978256A (en) | 1997-07-03 | 1998-01-29 | Non-volatile memory device using AFM and method for operating the device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970030776A KR100265692B1 (ko) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990008697A KR19990008697A (ko) | 1999-02-05 |
| KR100265692B1 true KR100265692B1 (ko) | 2000-09-15 |
Family
ID=19513259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970030776A KR100265692B1 (ko) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5978256A (ko) |
| KR (1) | KR100265692B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656776B2 (en) | 2003-12-26 | 2010-02-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Data storing and reading apparatus for storing data in a nano-device |
| US10060851B2 (en) | 2013-03-05 | 2018-08-28 | Plexense, Inc. | Surface plasmon detection apparatuses and methods |
| US10359362B2 (en) | 2013-04-15 | 2019-07-23 | Plexense, Inc. | Method for manufacturing nanoparticle array, surface plasmon resonance-based sensor and method for analyzing using same |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6562633B2 (en) | 2001-02-26 | 2003-05-13 | International Business Machines Corporation | Assembling arrays of small particles using an atomic force microscope to define ferroelectric domains |
| JP4859292B2 (ja) * | 2001-07-02 | 2012-01-25 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体集積回路装置およびｎａｎｄ型不揮発性半導体装置 |
| KR100493155B1 (ko) * | 2002-05-23 | 2005-06-03 | 삼성전자주식회사 | 열적으로 안정한 강유전성 메모리 장치 |
| KR20050048667A (ko) * | 2002-10-03 | 2005-05-24 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 판독전용 자기 메모리장치 엠알오엠 |
| US7277314B2 (en) * | 2004-05-27 | 2007-10-02 | Cabot Microelectronics Corporation | Mobile ion memory |
| KR100790861B1 (ko) * | 2005-10-21 | 2008-01-03 | 삼성전자주식회사 | 나노 도트를 포함하는 저항성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
| KR100690925B1 (ko) * | 2005-12-01 | 2007-03-09 | 삼성전자주식회사 | 나노 크리스탈 비휘발성 반도체 집적 회로 장치 및 그 제조방법 |
| TWI312190B (en) * | 2006-05-23 | 2009-07-11 | Art Talent Ind Limite | Novel nano-crystal device for image sensing |
| CZ301824B6 (cs) * | 2007-08-23 | 2010-06-30 | Fyzikální ústav AV CR, v.v.i. | Zpusob výroby izolovaných skupin mikroskopických kremíkových krystalu |
| WO2009097643A1 (en) * | 2008-02-05 | 2009-08-13 | Qucor Pty Ltd | Fabrication of atomic scale devices |
| US7847588B2 (en) * | 2008-08-14 | 2010-12-07 | Nantero, Inc. | Nonvolatile nanotube programmable logic devices and a nonvolatile nanotube field programmable gate array using same |
| SG178057A1 (en) | 2009-10-16 | 2012-03-29 | Semiconductor Energy Lab | Logic circuit and semiconductor device |
| CN102211754B (zh) * | 2010-04-02 | 2013-09-18 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 基于afm的纳米沟道加工方法 |
| US10898618B2 (en) * | 2014-09-08 | 2021-01-26 | The Texas A&M University System | Amorphous silicon oxide, amorphous silicon oxynitride, and amorphous silicon nitride thin films and uses thereof |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US31083A (en) * | 1861-01-08 | James ingbam | ||
| US4217601A (en) * | 1979-02-15 | 1980-08-12 | International Business Machines Corporation | Non-volatile memory devices fabricated from graded or stepped energy band gap insulator MIM or MIS structure |
| US4939559A (en) * | 1981-12-14 | 1990-07-03 | International Business Machines Corporation | Dual electron injector structures using a conductive oxide between injectors |
| EP0307210A3 (en) * | 1987-09-10 | 1991-05-15 | Seiko Instruments Inc. | Memory writing apparatus |
| EP0307211A3 (en) * | 1987-09-10 | 1991-05-15 | Seiko Instruments Inc. | Memory reading device |
| DE69029478T2 (de) * | 1989-06-23 | 1997-05-15 | Univ Leland Stanford Junior | Verfahren und vorrichtung zum speichern numerischer informationen in form gespeicherter ladungen |
| JP2830977B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1998-12-02 | キヤノン株式会社 | 記録媒体とそれを用いる記録方法及び記録・再生装置 |
| JPH05282717A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Canon Inc | 記録媒体の製造方法、及び記録媒体、及び情報処理装置 |
| DE69316628T2 (de) * | 1993-11-29 | 1998-05-07 | Sgs Thomson Microelectronics | Flüchtige Speicherzelle |
-
1997
- 1997-07-03 KR KR1019970030776A patent/KR100265692B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-01-29 US US09/015,136 patent/US5978256A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656776B2 (en) | 2003-12-26 | 2010-02-02 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Data storing and reading apparatus for storing data in a nano-device |
| US10060851B2 (en) | 2013-03-05 | 2018-08-28 | Plexense, Inc. | Surface plasmon detection apparatuses and methods |
| US10359362B2 (en) | 2013-04-15 | 2019-07-23 | Plexense, Inc. | Method for manufacturing nanoparticle array, surface plasmon resonance-based sensor and method for analyzing using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990008697A (ko) | 1999-02-05 |
| US5978256A (en) | 1999-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100265692B1 (ko) | 에이에프엠을이용한비휘발성메모리소자와해당메모리소자의운영방법 | |
| US5132934A (en) | Method and apparatus for storing digital information in the form of stored charges | |
| CN1326244C (zh) | 永久性硅/氧化物/氮化物/硅/氮化物/氧化物/硅存储器 | |
| US7141999B2 (en) | Semiconductor probe with resistive tip and method of fabricating the same, and information recording apparatus, information reproducing apparatus, and information measuring apparatus having the semiconductor probe | |
| US6677629B1 (en) | Electric or electronic component and application as non volatile memory and device with surface acoustic waves | |
| US5365094A (en) | Semiconductor device including ferroelectric nonvolatile memory | |
| US6473361B1 (en) | Electromechanical memory cell | |
| US7795607B2 (en) | Current focusing memory architecture for use in electrical probe-based memory storage | |
| Aaron et al. | Flash memory: towards single-electronics | |
| US20080277718A1 (en) | 1T MEMS scalable memory cell | |
| US7994499B2 (en) | Semiconductor probe having wedge shape resistive tip and method of fabricating the same | |
| KR100734832B1 (ko) | 금속 산화막의 전류 스위칭을 이용한 정보 저장 장치 | |
| JPH10200001A (ja) | メモリデバイス | |
| Lehninger et al. | Charge trapping of Ge-nanocrystals embedded in TaZrOx dielectric films | |
| US5373462A (en) | Non-volatile storage cell of the metal - ferroelectric - semiconductor type | |
| EP0674798A1 (en) | Memory device | |
| Alotaibi et al. | A study of selenium nanoparticles as charge storage element for flexible semi-transparent memory devices | |
| US7671616B2 (en) | Semiconductor probe having embossed resistive tip and method of fabricating the same | |
| US8068405B2 (en) | Ferroelectric memory and method in which polarity of domain of ferroelectric memory is determined using ratio of currents | |
| US7084454B2 (en) | Nonvolatile integrated semiconductor memory | |
| KR100855559B1 (ko) | 전도성 고분자내 나노크리스탈이 장착된 유기 비휘발성메모리 | |
| KR20100123250A (ko) | 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법 | |
| EP1548726A1 (en) | Data Storing and Reading Apparatus | |
| JP2725622B2 (ja) | 単一トラップメモリ装置 | |
| JP2008211251A (ja) | メモリデバイス |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20080530 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |