RO133227B1 - Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals - Google Patents

Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals Download PDF

Info

Publication number
RO133227B1
RO133227B1 ROA201800413A RO201800413A RO133227B1 RO 133227 B1 RO133227 B1 RO 133227B1 RO A201800413 A ROA201800413 A RO A201800413A RO 201800413 A RO201800413 A RO 201800413A RO 133227 B1 RO133227 B1 RO 133227B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
hfo
deposition
thick
memory
msd
Prior art date
Application number
ROA201800413A
Other languages
Romanian (ro)
Other versions
RO133227A0 (en
RO133227A3 (en
Inventor
Toma Stoica
Cătălin Palade
Adrian Slav
Ana-Maria Lepadatu
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Fizica Materialelor
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Fizica Materialelor filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Fizica Materialelor
Priority to ROA201800413A priority Critical patent/RO133227B1/en
Publication of RO133227A0 publication Critical patent/RO133227A0/en
Publication of RO133227A3 publication Critical patent/RO133227A3/en
Publication of RO133227B1 publication Critical patent/RO133227B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

RO 133227 Β1RO 133227 Β1

Prezenta invenție se referă la o structură de memorie nevolatilă de tip capacitor, pentru detectarea și stocarea de informație privind atât pulsuri electrice cât și optice și la procedeul de obținere a aceteia. Structura propusă este de tip metal-oxid-semiconductor (MOS) cu poartă flotantă formată din nanocristale (NC) de Ge în oxid (HfO2), la care electrodul metalic de poartă este înlocuit cu un electrod transparent (oxid transparent conductor -TCO).The present invention relates to a capacitor-type non-volatile memory structure for the detection and storage of information regarding both electrical and optical pulses and the method of obtaining them. The proposed structure is of the metal-oxide-semiconductor (MOS) type with a floating gate formed by nanocrystals (NC) of Ge in oxide (HfO 2 ), where the metal gate electrode is replaced by a transparent electrode (conductive transparent oxide -TCO) .

Memoriile nevolatile (sau semivolatile) cu poartă flotantă (NVM) au avut o evoluție îndelungată începând cu articolul din anul 1967 (Kahng, D., and Sze, S. M., Bell SystTech J (1967) 46,1288). Structura ei constă în modificarea structurii tranzistorului MOS cu efect de câmp, având un strat cu rol de poartă flotantă, separat de semiconductor printr-un izolator subțire tunelabil și izolat față de electrodul metalic de poartă de deasupra printr-un alt strat oxidic. Poarta flotantă poate fi metalică sau realizată din semiconductor policristalin. Poarta flotantă poate fi încărcată cu sarcini electrice prin schimb de electroni cu substratul semiconductor. Două mecansime de injecție de electroni în poarta flotantă au fost utilizate la memorarea inflormației în tranzistorii MOS cu poartă flotantă: injecție prin tunelare Fowler-Nordheim (FNT) în câmp electric prin aplicarea unei tensiuni pe electrodul de poartă și prin injecție de electroni fierbinți (CHE) la pulsuri de curenți mari prin canalul tranzistorului (William D. Brown, Joe E. Brewer: Nonvolatile Semiconductor Memory Technology: A Comprehensive Guide to Understanding and Using NVSM Devices. IEEE Press, 1997). Al doilea procedeu, CHE, deși are eficiență scăzută și consum mare de energie, are avantajul unui proces mai rapid decât în cazul FNT. (Skorobogatov S. (2005) Data Remanence in Flash Memory Devices. In: Rao J.R., Sunar B. (eds) Cryptographic Hardware and Embedded Systems - CHES 2005. CHES 2005. Lecture Notes in Computer Science, voi. 3659. Springer, Berlin, Heidelberg). Evident, pentru memoria de tip capacitor cu poartă flotantă, doar procedeul FNT poate fi utilizat pentru scriere și ștergere. Un mod de ștergere a informației înmagazinate în NVM este cel de expunere la lumina ultra-violetă (UV). Acest procedeu este o ștergere globală a unei matrici de memorii. Un alt procedeu este bazat pe FNT, prin care se poate șterge informația dintr-un singur nod. în procesul de ștergere cu UV a unei memorii cu poartă flotantă, un rol important îl are efectul fotoelectric la marginea electrodului metalic de poartă, acest proces de ștergere funcționând în cazul unei porți flotante continue (nu cu nanoparticule izolate). Prin ambele metode de ștergere a informației se produc însă defecte în stratul tunel responsabil pentru memorarea informației, reducând astfel anduranța dispozitivului prin limitarea numărului de operații de scriere-ștergere (C. Zhao, C. Z. Zhao, S. Taylor and P. R. Chalker, Materials 7, 5117 (2014)). De aceea este necesară găsirea de metode de ștergere-scriere a informației mai puțin invazive, precum cea care face obiectul acestei aplicații de brevet, prin combinarea de stres electric de tensiuni aplicate moderate, cu iluminare cu lumină în domeniul vizibil-infraroșu apropiat (VIS-NIR).Non-volatile (or semi-volatile) floating gate memories (NVMs) have had a long evolution since the 1967 article (Kahng, D., and Sze, S. M., Bell SystTech J (1967) 46,1288). Its structure consists in modifying the structure of the field-effect MOS transistor, having a layer with the role of a floating gate, separated from the semiconductor by a thin tunnelable insulator and isolated from the metal gate electrode above by another oxide layer. The floating gate can be metallic or made of polycrystalline semiconductor. The floating gate can be loaded with electrical charges by exchanging electrons with the semiconductor substrate. Two mechanisms of floating-gate electron injection have been used in bloom memory in floating-gate MOS transistors: electric-field Fowler-Nordheim tunneling (FNT) injection by applying a gate voltage and hot electron injection (CHE ) to high current pulses through the transistor channel (William D. Brown, Joe E. Brewer: Nonvolatile Semiconductor Memory Technology: A Comprehensive Guide to Understanding and Using NVSM Devices. IEEE Press, 1997). The second process, CHE, although it has low efficiency and high energy consumption, has the advantage of a faster process than in the case of FNT. (Skorobogatov S. (2005) Data Remanence in Flash Memory Devices. In: Rao J.R., Sunar B. (eds) Cryptographic Hardware and Embedded Systems - CHES 2005. CHES 2005. Lecture Notes in Computer Science, vol. 3659. Springer, Berlin , Heidelberg). Obviously, for floating-gate capacitor type memory, only the FNT method can be used for writing and erasing. One way of erasing the information stored in the NVM is by exposure to ultra-violet (UV) light. This procedure is a global wipe of a memory array. Another method is based on FNT, which can delete information from a single node. in the UV erasing process of a floating gate memory, an important role is played by the photoelectric effect at the edge of the metal gate electrode, this erasing process works in the case of a continuous floating gate (not with isolated nanoparticles). By both methods of erasing information, however, defects are produced in the tunnel layer responsible for memorizing information, thus reducing the endurance of the device by limiting the number of write-erase operations (C. Zhao, C. Z. Zhao, S. Taylor and P. R. Chalker, Materials 7, 5117 (2014)). Therefore, it is necessary to find less invasive information erasure-write methods, such as the one that is the subject of this patent application, by combining electrical stress of moderate applied voltages, with illumination with light in the visible-near-infrared range (VIS- NIR).

O deficiență a memoriei cu poartă flotantă formată dintr-un strat continuu (metalic sau semiconductor policristalin) este aceea ca un singur defect local poate scurcircuita întregul element de memorie. Acest lucru a fost eliminat prin înlocuirea stratului de poartă flotantă cu un strat conținând nanocristale, fie metalice fie semiconductoare, izolate între ele. Astfel, chiar dacă nu toate nanocristalele (denumite în continuare - NC) rămân încărcate, memoria încă mai păstrează informație înmagazinată (S. Tiwari, F. Rana, K. Chan, H. Hanafi, C. Wei, and D. Buchanan, IEEE Int. Electron Devices Meeting Tech. Dig., p. 521 (1995); T.R. Oldham, M. Suhail, P. Kuhn, E. Prinz, H. S. Kim, and K. A. LaBel, IEEE Trans Nuci. Sci., 52, 2366 (2005)). Pentru memorii pe bază de NC de Si și Ge, proprietăți precumA shortcoming of floating-gate memory formed by a continuous layer (metallic or polycrystalline semiconductor) is that a single local defect can short-circuit the entire memory element. This was eliminated by replacing the floating gate layer with a layer containing nanocrystals, either metallic or semiconducting, isolated from each other. Thus, even if not all nanocrystals (hereafter referred to as - NC) remain charged, the memory still retains stored information (S. Tiwari, F. Rana, K. Chan, H. Hanafi, C. Wei, and D. Buchanan, IEEE Int. Electron Devices Meeting Tech. Dig., p. 521 (1995); T. R. Oldham, M. Suhail, P. Kuhn, E. Prinz, H. S. Kim, and K. A. LaBel, IEEE Trans Nuci. Sci., 52, 2366 ( 2005)). For Si and Ge NC-based memories, properties such as

RO 133227 Β1 scrierea rapidă și timp de retenție îndelungat au putut fi demonstrate (A. Bennett, A. Chelly, 1 A. Karsenty, I. Gadasi, Z. Priel, Y. Mandelbaum, T. Lu, I. Shlimak, and Z. Zalevskya, J.RO 133227 Β1 fast writing and long retention time could be demonstrated (A. Bennett, A. Chelly, 1 A. Karsenty, I. Gadasi, Z. Priel, Y. Mandelbaum, T. Lu, I. Shlimak, and Z Zalevskya, J.

of Nanophotonics 10, 036001 (2016)). Procesul de încărcare cu sarcină a NC semicon- 3 ductoare este influențat și de efectul cuantic de confinare a purtătorilor, care modifică limitele benzilor de valență și de conducție în funcție de dimensiunea NC, și în consecință probabili- 5 tatea de tunelare a purtătorilor (E. G. Barbagiovanni, D. J. Lockwood, P. J. Simpson,L.of Nanophotonics 10, 036001 (2016)). The charge loading process of semiconductor NCs is also influenced by the quantum effect of carrier confinement, which changes the limits of the valence and conduction bands depending on the NC size, and consequently the probability of carrier tunneling (E. G. Barbagiovanni, D.J. Lockwood, P.J. Simpson, L.

V. Goncharova, Appl. Phys. Rev., 1,11302 (2014)). în plus, la nanocristale apare feno- 7 menul de blocadă Coulomb, după încărcarea cu un electron a unui NC, încărcarea cu un al doilea electron necesită o energie mai mare. Astfel, depinzând de dimensiunea și 9 uniformitatea NC, precum și de temperatura de lucru, dispozitivul de memorie poate avea mai multe niveluri de încărcare a NC suficient de separate pentru funcționare într-o logică 11 multiplă, crescând astfel densitatea informației (S. Tiwari, F. Rana, H. Hanafi, A. Hartstein, E. F. Crabbe,and K. Chan, Appl. Phys. Lett. 68,1377 (1996)). O formulă simplificată ce 13 poate fi folosită pentru evaluarea sarcinii înmagazinate în NC este propusă în lucrarea S.V. Goncharova, Appl. Phys. Rev., 1,11302 (2014)). In addition, the Coulomb blockade phenomenon occurs in nanocrystals, after charging an NC with an electron, charging with a second electron requires a higher energy. Thus, depending on the size and 9 uniformity of the NC, as well as the operating temperature, the memory device can have several levels of NC charge separated enough to operate in a multiple 11 logic, thus increasing the information density (S. Tiwari, F. Rana, H. Hanafi, A. Hartstein, E. F. Crabbe, and K. Chan, Appl. Phys. Lett. 68, 1377 (1996)). A simplified formula that 13 can be used to evaluate the charge stored in the NC is proposed in the work of S.

Tiwari et al. citată mai sus. Ea corespunde unei dependențe lineare a sarcinii frapate q 15 într-un singur NC, de tensiunea de bandă plată Vfb, factorul de proporționalitate depinzând de denistatea pe suprafață a NC, de grosimea straturilor și de permitivitățile dielectrice ale 17 acestor straturi. Valoarea lui V^ corespunde tensiunii electrice aplicate pe electrodul de poartă la care câmpul electric în stratul tunel este zero, sarcina indusă în regiunea supra- 19 ferței suportului de Si fiind nulă. Variația AVfb definește variația de sarcină pe NC în urma proceselor de scriere sau ștergere ce induc efect de histerezis în curba capacității în funcție 21 de tensiunea de poartă (C-V). Această variație poate caracteriza și influența iluminării asupra stării memoriei, așa cum se prezintă în această cerere de brevet. 23Tiwari et al. cited above. It corresponds to a linear dependence of the struck charge q 15 in a single NC, on the flat band voltage V fb , the proportionality factor depending on the surface density of the NC, the thickness of the layers and the dielectric permittivity of these layers. The value of V^ corresponds to the electric voltage applied to the gate electrode at which the electric field in the tunnel layer is zero, the induced charge in the region of the Si support being zero. The variation AV fb defines the load variation on the NC following writing or erasing processes that induce a hysteresis effect in the capacity curve as a function 21 of the gate voltage (CV). This variation can also characterize the influence of illumination on memory status, as presented in this patent application. 2. 3

Pentru producerea de NC de Si și Ge au fost folosite diverse tehnici precum:Various techniques have been used for the production of Si and Ge NCs such as:

depuneri prin pulverizare magnetron (MSD), implantare de ioni, depunere fizică din vapori, 25 pulverizare laser, depunere chimică din vapori (CVD), sau prin plasmă - CVD (D. Lehninger,depositions by magnetron sputtering (MSD), ion implantation, physical vapor deposition, 25 laser sputtering, chemical vapor deposition (CVD), or by plasma - CVD (D. Lehninger,

J. Beyer, and J. Heitmann, Phys. Status Solidi A 215,1701028 (2018); M. L. Ciurea and 27 A. M. Lepadatu, Dig. J. Nanomater. Bios., 10,59 (2015)). în comparație cu NC de Si, cele de Ge oferă diverse avantaje, printre care cel al unui buget termic scăzut la formarea lor 29 (T.-C. Changa, F.-Y. Jiana, S.-C. Chenc, and Y.-T. Tsai, MaterialsToday 14,608 (2011)).J. Beyer, and J. Heitmann, Phys. Status Solidi A 215,1701028 (2018); M. L. Ciurea and 27 A. M. Lepadatu, Dig. J. Nanomater. Bios., 10,59 (2015)). compared to Si NCs, Ge ones offer various advantages, including a low thermal budget for their formation 29 (T.-C. Changa, F.-Y. Jiana, S.-C. Chenc, and Y .-T. Tsai, MaterialsToday 14,608 (2011)).

Pentru memoriile cu performanțe ridicate, în special bună retenție, NC trebuie să fie bine 31 izolate electric între ele (A. M. Lepadatu, C. Palade, A. Slav, A. V. Maraloiu, S. Lazanu,For memories with high performance, especially good retention, NCs must be well 31 electrically isolated from each other (A. M. Lepadatu, C. Palade, A. Slav, A. V. Maraloiu, S. Lazanu,

T. Stoica, C. Logofatu, V. S. Teodorescu and M. L. Ciurea, Nanotechnology, 28,175707 33 (2017)). Controlul numărului de NC per element de memorie este de asemenea important în cazul reducerii dimensiunii dispozitivului. Acest lucru s-a putut realiza prin creșteri 35 selective de SiGe pe arii foarte mici urmate de oxidare selectivă de Si (L. Vescan, T. Stoica,T. Stoica, C. Logofatu, V. S. Teodorescu and M. L. Ciurea, Nanotechnology, 28, 175707 33 (2017)). Controlling the number of NCs per memory element is also important in reducing device size. This could be achieved by selective growth of SiGe on very small areas followed by selective oxidation of Si (L. Vescan, T. Stoica,

B. Hollaender, A. Nassiopoulou, A. Olzierski, I. Raptis and E. Sutter, Appl. Phys. Lett., 37 82, 3517 (2003); T. Stoica and E. Sutter, Nanotechnology, 17,4912 (2006); FORUM FIB, EU FP5-IST project, http://cordis.europa.eu/project/rcn/57788 en.html). 39B. Hollaender, A. Nassiopoulou, A. Olzierski, I. Raptis and E. Sutter, Appl. Phys. Lett., 37 82, 3517 (2003); T. Stoica and E. Sutter, Nanotechnology, 17, 4912 (2006); FIB FORUM, EU FP5-IST project, http://cordis.europa.eu/project/rcn/57788 en.html). 39

Memoriile cu poartă flotantă cu NC raportate în literatură sunt de obicei bazate pe NC din Si sau Ge în SiO2. Cele cu NC de Ge în SiO2 au avantajul bugetului termic mai mic la for- 41 mare, așa cum s-a arătat mai sus, dar și un timp de retenție de goluri mai lung decât pentru electroni (M. Kanoun, C. Busseret, A. Poncet, A. Souifi, T. Baron, E. Gautier, Solid-State 43 Electronics 50,1310 (2006)). Utilizarea în locul SiO2 a unui izolator cu constantă dielectrică mare precum HfO2 permite o grosime echivalentă de oxid mai mică, lucru important pentru 45 FET de dimensiuni reduse (P. Punchaipetch, Y. Uraoka, T. Fuyuki, A. Tomyo, E. Takahashi, T. Hayashi, A. Sano, and S. Horii, Appl. Phys. Lett. 89, 093502 (2006). 47NC floating gate memories reported in the literature are usually based on Si or Ge NCs in SiO 2 . Those with Ge NCs in SiO 2 have the advantage of a lower thermal budget at high for-41, as shown above, but also a longer hole retention time than for electrons (M. Kanoun, C. Busseret, A .Poncet, A. Souifi, T. Baron, E. Gautier, Solid-State 43 Electronics 50,1310 (2006)). Using a high dielectric constant insulator such as HfO 2 instead of SiO 2 allows for a smaller equivalent oxide thickness, which is important for small size 45 FETs (P. Punchaipetch, Y. Uraoka, T. Fuyuki, A. Tomyo, E . Takahashi, T. Hayashi, A. Sano, and S. Horii, Appl. Phys. Lett. 89, 093502 (2006). 47

RO 133227 Β1 încă de la începuturile memoriilor nevolatile, expunerea la lumină UV a fost o metoda de ștergere a informației scrise prin pulsuri electrice, în cazul unei porți flotante continue. Au existat și studii privind interacția UV cu memorii pe bază de nanocristale. Astfel, la un capacitor cu NC distribuite în tot stratul oxidului de poartă, iluminarea UV poate induce comutări rapinde ale capacității (M. Yang, T. P. Chen, L. Ding, Y. Liu, F. R. Zhu, and S. Fung, App. Phys. Lett. 95,091111 (2009)). Așa cum s-a mai arătat, iluminarea în UV poate induce defecte reducând anduranța memoriei, astfel încât este de dorit o iluminare cu fotoni de energie mai mică. Efectele de generare de fotopurtatori care pot contribui la funționarea unei memorii optoelectrice pot avea loc în NC, sau/și în suportul semiconductor. Transferul de sarcină între NC și suportul de Si poate fi activat și prin fotoconducție în cazul unor oxizi de constantă dielectrica mare și bandă interzisă mai redusă, precum TiO2. Fotoconducția straturilor de Ge NC în TiO2 poate fi substanțial crescută prin efect de câmp indus de suportul semiconductor (A.-M. Lepadatu, A. Slav, C. Palade, I. Dascalescu, M. Enculescu, S. Iftimie, S. Lazanu, V. S. Teodorescu, M. L. Ciurea, and T. Stoica, Scientific Reports 8, 4898 (2018)). Structuri de capacitori cu Ge NC distribuite în stratul izolator de SiO2 funcționând ca fotodetectori de frecvență de iluminare mare au fost de asemenea concepute (A. Bennett, A. Chelly, A. Karsenty, I. Gadasi, Z. Priel, Y. Mandelbaum, T. Luc, I. Shlimak, and Z. Zalevskya, J. of Nanophotonics 10,036001 (2016)). Sunt puține publicații ce se ocupă de influența luminii asupra curbei de histerezis a memoriei cu poartă flotantă din NC, în special la dispozitive de memorie pe bază de straturi organice (H. Wang, Z. Ji, L. Shang, Y. Chen, M. Han, X. Liu, Y. Peng, M. Liu, Organic Electronics 12,1236 (2011); X. Gao, C.-H. Liu, X.-J. She, Q.-L. Li, J. Liu, S.-D. Wang, Organic Electronics 15, 2486 (2014); J. Ying, J. Han, L. Xiang, W. Wang, W. Xie, Current Applied Physics 15, 770 (2015)). Măsurători de fotocapacitate sunt folosite în general la caracterizarea stărilor de interfață (spre exemplu M.H.Weng, S.Barker, R. Mahapatra, B.J.D. Furnival, N.G. Wright, A.B. Horsfall, Materials Science Forum 679-680,350 (2011)). La memorii cu nanocristale de Ni, ștergerea la tensiuni scăzute este crescută prin prezența luminii vizibile (J.T. Li, L.C. Liu, P.H. Ke, J.S. Chen and J.S. Jeng, J. Phys. D: Appl. Phys. 49,115104 (2016)). Efectul illuminării asupra curbei de histerezis a fost demonstrat în cazul memoriei pe bază de Si NC în SiO2 (S. Chatbouri a, M. Troudi, A. Fargi, A. Kalboussi, A. Souifi, Superlattices Microstruct. 94, 93 (2016)), precum și la Ge NC în HfO2 (C. Palade, A. Slav, A.M. Lepadatu, S. Lazanu, M.L. Ciurea and T. Stoica, IEEE Conference Publications: 2017 International Semiconductor Conference (CAS), 87 (2017)).RO 133227 Β1 since the beginning of non-volatile memory, exposure to UV light has been a method of erasing written information by electrical pulses, in the case of a continuous floating gate. There have also been studies on the interaction of UV with nanocrystal memories. Thus, in a capacitor with NCs distributed throughout the gate oxide layer, UV illumination can induce rapid capacitance switching (M. Yang, TP Chen, L. Ding, Y. Liu, FR Zhu, and S. Fung, App. Phys. . Lett. 95,091111 (2009)). As previously shown, UV illumination can induce defects by reducing memory endurance, so lower energy photon illumination is desirable. Photocarrier generation effects that can contribute to the operation of an optoelectric memory can take place in the NC, and/or in the semiconductor support. Charge transfer between the NC and the Si support can also be activated by photoconduction in the case of oxides with a high dielectric constant and lower bandgap, such as TiO 2 . The photoconductivity of Ge NC layers in TiO 2 can be substantially increased by the field effect induced by the semiconductor support (A.-M. Lepadatu, A. Slav, C. Palade, I. Dascalescu, M. Enculescu, S. Iftimie, S. Lazanu, VS Teodorescu, ML Ciurea, and T. Stoica, Scientific Reports 8, 4898 (2018)). Capacitor structures with Ge NCs distributed in the insulating SiO 2 layer acting as high illumination frequency photodetectors have also been designed (A. Bennett, A. Chelly, A. Karsenty, I. Gadasi, Z. Priel, Y. Mandelbaum , T. Luc, I. Shlimak, and Z. Zalevskya, J. of Nanophotonics 10,036001 (2016)). There are few publications dealing with the influence of light on the hysteresis curve of NC floating gate memory, especially in memory devices based on organic layers (H. Wang, Z. Ji, L. Shang, Y. Chen, M . Han, X. Liu, Y. Peng, M. Liu, Organic Electronics 12,1236 (2011); X. Gao, C.-H. Liu, X.-J. She, Q.-L. Li, J. . Liu, S.-D. Wang, Organic Electronics 15, 2486 (2014); J. Ying, J. Han, L. Xiang, W. Wang, W. Xie, Current Applied Physics 15, 770 (2015)). Photocapacitance measurements are commonly used to characterize interface states (eg MHWeng, S.Barker, R. Mahapatra, BJD Furnival, NG Wright, AB Horsfall, Materials Science Forum 679-680,350 (2011)). In Ni nanocrystal memories, low-voltage erasure is enhanced by the presence of visible light (JT Li, LC Liu, PH Ke, JS Chen and JS Jeng, J. Phys. D: Appl. Phys. 49,115104 (2016)) . The effect of illumination on the hysteresis curve was demonstrated in the case of memory based on Si NC in SiO 2 (S. Chatbouri a, M. Troudi, A. Fargi, A. Kalboussi, A. Souifi, Superlattices Microstruct. 94, 93 (2016 )), as well as to Ge NC in HfO 2 (C. Palade, A. Slav, AM Lepadatu, S. Lazanu, ML Ciurea and T. Stoica, IEEE Conference Publications: 2017 International Semiconductor Conference (CAS), 87 (2017) ).

Așa cum s-a arătat mai sus, istoria memoriilor cu poartă flotantă începe în 1967 cu publicația lui Kahng și Sze, și de atunci au fost publicate o serie întreagă de brevete de invenție pe această temă. Ideea de a înlocui poarta flotantă cu un strat de NC propusă în 1995 de S. Tiwari etal. a fost patentată mai târziu în 1999 (US 005937295A/1999/W. Chen, Th.P. Smith, S. Tiwari Nano-Structure Memory Device). A urmat o serie de patente descriind metode de realizare a NC semiconductoare ca poartă flotantă în memorii nevolatile (US 006090666A/2000/ T. Ueda; K. Nakamura, Y. Fukushima, Method for Fabricating Semconductor Nanocrystal and Semconductor Memory Device using the Semconductor Nanocrystal; US006060743A/2000/N. Sugiyama; T. Tezuka, R. Katoh, A. Kurobe, T. Tanamoto, Semiconductor Memory Device Having Multilayer Group IV Nanocrystal, Quantum Dot Floating Gate and Method of Manufacturing the Same; US6656792B2/2003/ W. K. Choi, W. K. Chim, V. Ng, L. Chan, Nanocrystal Flash Memory Device and Manufacturing Method Therefor; US007045851B2/2006/ C.T. Black, K.W. Guarini, Nonvolatile Memory Device using Semconductor Nanocrystals and MethodAs shown above, the history of floating-gate memories begins in 1967 with the publication of Kahng and Sze, and since then a whole series of patents have been published on the subject. The idea of replacing the floating gate with a NC layer proposed in 1995 by S. Tiwari etal. was later patented in 1999 (US 005937295A/1999/W. Chen, Th.P. Smith, S. Tiwari Nano-Structure Memory Device). A series of patents followed, describing methods for fabricating NC semiconductors as floating gates in non-volatile memories (US 006090666A/2000/ T. Ueda; K. Nakamura, Y. Fukushima, Method for Fabricating Semiconductor Nanocrystal and Semiconductor Memory Device using the Semiconductor Nanocrystal ; US006060743A/2000/N. Sugiyama; T. Tezuka, R. Katoh, A. Kurobe, T. Tanamoto, Semiconductor Memory Device Having Multilayer Group IV Nanocrystal, Quantum Dot Floating Gate and Method of Manufacturing the Same; US6656792B2/2003/ W. K. Choi, W. K. Chim, V. Ng, L. Chan, Nanocrystal Flash Memory Device and Manufacturing Method Therefor; US007045851B2/2006/ C.T. Black, K.W. Guarini, Nonvolatile Memory Device using Semiconductor Nanocrystals and Method

RO 133227 Β1 of Forming Same; US 20060166435A1/2006/L.W. Teo, S.S. Nagarao, E.K.B. Quek, D.K. 1 Sohn, Synthesis of Ge Nanocrystal Memory Cell and Using a Block Layer to Control Oxdation Kinetics). Au fost brevetate și metode de fabricare de memorii cu poartă flotantă 3 pe bază de NC realizată cu tehnica de creștere de nanofire precum și folosirea de matrici izolatoare cu constantă dielectrică mare (US 20070029600A1/2007/G.M. Cohen, Nanowire 5 Based Non-Volatile Floating-Gate Memory; US20130 062684A1/2013/S. Ding, H. Gou, S. W. Zhang, Gate Stack Structure and Fabricating Method used for Semconductor 7 Flash Memory Device). Brevet de invenție privind fabricarea de memorii cu Ge NC cu poartă flotantă din Ge NC în SiO2, (nr. 131074 Bl, publicat RO-BOPI sect, invenții nr. 9 4/2018 din data 30.04.2018, “Structură de capacitor pentru memorie nevolatilă pe bază de nanocristale de germaniu imersate în dioxid de siliciu”), precum și cerere de brevet 11 privind memorii cu Ge NC în izolatori de constantă dielectrică mare - HfO2 (RO131968-A0/2017, cu titlul “Matrice capacitiva pentru memorie ne volatila, bazata pe 13 nanocristale de germaniu imersate in dioxid de hafniu, și procedeu de realizare a acesteia”) au fost elaborate de către membrii grupului din care face parte și echipa de 15 redactare a prezentei cereri de brevet de invenție.RO 133227 Β1 of Forming Same; US 20060166435A1/2006/LW Teo, SS Nagarao, EKB Quek, DK 1 Sohn, Synthesis of Ge Nanocrystal Memory Cell and Using a Block Layer to Control Oxidation Kinetics). Methods of manufacturing memories with floating gate 3 based on NC made with the nanowire growth technique as well as the use of insulating matrices with a high dielectric constant have also been patented (US 20070029600A1/2007/GM Cohen, Nanowire 5 Based Non-Volatile Floating -Gate Memory; US20130 062684A1/2013/S. Ding, H. Gou, SW Zhang, Gate Stack Structure and Fabricating Method used for Semiconductor 7 Flash Memory Device). Invention patent regarding the manufacture of memories with Ge NC with floating gate from Ge NC in SiO 2 , (no. 131074 Bl, published RO-BOPI sect, inventions no. 9 4/2018 dated 30.04.2018, "Capacitor structure for non-volatile memory based on germanium nanocrystals immersed in silicon dioxide"), as well as patent application 11 regarding memories with Ge NC in high dielectric constant insulators - HfO 2 (RO131968-A0/2017, entitled "Capacitive matrix for memory non-volatile, based on 13 germanium nanocrystals immersed in hafnium dioxide, and its manufacturing process") were developed by the members of the group that also includes the drafting team of the present patent application.

Efectul iluminării asupra memoriilor cu poartă flotantă continuă din Si a constituit 17 subiectul unor brevete de invenție privind iluminarea în VIS-NIR sau în UV (US3950738/1976/Y. Hayashi, K. Nagai, Y. Tarui, Semi-Conductor Non-Volatile Optical 19 Memory Device; USOO5401991A/1995Z Y. Imura, Optically Eraseable Nonvolatile Semconductor Memory). Au fost brevetate și diverse structuri de memorie sensibile la 21 lumină, bazate pe semiconductori lll-V (US 4905063/19907 F. Beltram, F. Capasso, R. J. Malik, N.J. Shah, Floating Gate Memories; US6147901/2000/ H. Sakata, Y. Nagao, Y. 23 Matsushima, Semiconductor Memory Operating Electrically and Optically, Retaining Information Without Power Supply). 25The effect of illumination on Si continuous floating gate memories has been the subject of 17 VIS-NIR or UV illumination patents (US3950738/1976/Y. Hayashi, K. Nagai, Y. Tarui, Semi-Conductor Non-Volatile Optical 19 Memory Device; USOO5401991A/1995Z Y. Imura, Optically Erasable Nonvolatile Semiconductor Memory). Various light-sensitive memory structures based on lll-V semiconductors have also been patented (US 4905063/19907 F. Beltram, F. Capasso, R. J. Malik, N.J. Shah, Floating Gate Memories; US6147901/2000/ H. Sakata, Y. Nagao, Y. 23 Matsushima, Semiconductor Memory Operating Electrically and Optically, Retaining Information Without Power Supply). 25

Sunt puține brevete privind influența luminii asupra memoriilor pe bază de NC. O structură complexă brevetată, de straturi în care generarea fotovoltaică este înmagazinată 27 în NC ca apoi să poate fi descărcată (US20060268493A1/2006/T. Miyasaka, T. Murakami, Photochargeable Layered Capactor Comprising Photovoltaic Electrode Unit and 29 Layered Capactor Unit) se referă mai mult la generarea și stocarea de energie decât la efecte de memorie. Există un patent de memorie cu poartă flotantă pe bază de NC cu o 31 structură asemănătoare celei ce face obiectul acestei cereri de brevet, la care starea de încărcare controlată electric este însă detectată optic prin reflexia luminii 33 (US 20060268493A1/2006/ T. Miyasaka, T. Murakami, Photochargeable Layered Capactor Comprising Photovoltac Electrode Unit and Layered Capactor Unit). 35There are few patents on the influence of light on NC memories. A patented complex layered structure in which photovoltaic generation is stored 27 in the NC so that it can then be discharged (US20060268493A1/2006/T. Miyasaka, T. Murakami, Photochargeable Layered Capactor Comprising Photovoltaic Electrode Unit and 29 Layered Capactor Unit) refers more to energy generation and storage than memory effects. There is an NC-based floating gate memory patent with a 31 structure similar to the one that is the subject of this patent application, but in which the electrically controlled state of charge is optically detected by light reflection 33 (US 20060268493A1/2006/ T. Miyasaka , T. Murakami, Photochargeable Layered Capactor Comprising Photovoltaic Electrode Unit and Layered Capactor Unit). 35

Prezenta propunere de brevet de invenție se referă la o structură de memorie capacitor cu poartă flotantă din Ge NC care sa fie sensibilă atât la pulsuri electrice cât și de 37 lumină. Structura constă în următoarea secvență de straturi depuse prin metoda MSD pe plachetă de Si: electrod transparent de poartă TCO/ oxid de control HfO2/ poartă flotantă din 39 Ge NC în HfO2/ strat tunel din HfO2/Si substrat. Al doilea electrod al capacitorului este metalic și este depus pe spatele plachetei de Si. Structura poate fi ulterior integrată, spre 41 exemplu, cu ghiduri de undă pentru monitorizarea diverselor evenimente de iluminare, sau poate fi integrată într-o matrice de memorat imagini. 43The present patent proposal relates to a Ge NC floating gate capacitor memory structure to be sensitive to both electrical and light pulses. The structure consists of the following sequence of layers deposited by the MSD method on a Si wafer: transparent gate electrode TCO/ control oxide HfO 2 / floating gate of 39 Ge NC in HfO 2 / tunnel layer of HfO 2 /Si substrate. The second electrode of the capacitor is metallic and is deposited on the back of the Si wafer. The structure can later be integrated, for example, with waveguides for monitoring various lighting events, or it can be integrated into an image storage matrix. 43

Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție este detectarea și memorarea pulsurilor de lumină și pulsurilor de tensiune electrică prin modificarea în mod inter-depen- 45 dent și cumulativ a valorii tensiunii de bandă plată V/b. Răspunsul la pulsul de lumină este dependent de pulsul anterior de scriere electrică sau de suprapunerea pulsului electric cu 47The technical problem that the present invention solves is the detection and storage of light pulses and electric voltage pulses by inter-dependently and cumulatively changing the value of the flat band voltage V/b. The response to the light pulse is dependent on the previous electrical write pulse or the overlap of the electrical pulse with 47

RO 133227 Β1 cel de lumină, efect pe care se bazează funcționarea structurii de memorie optoelectrică. în plus, memoria optoelectrică sub iluminare prezintă caracteristici de memorie semnificativ îmbunătățite fată de memoria cu câmp electric și anume timpul de răspuns și tensiunea de scriere-semnificativ reduse.RO 133227 Β1 that of light, effect on which the operation of the optoelectric memory structure is based. In addition, photoelectric memory under illumination exhibits significantly improved memory characteristics over electric field memory, namely significantly reduced response time and write voltage.

Structura de memorie optoelectrică cu poartă flotantă formată din NC de Ge în HfO2, are următoarele părți componente:The optoelectric memory structure with floating gate formed by NC of Ge in HfO 2 , has the following component parts:

- strat oxid de control de HfO2, de grosime 20...70 nm, obținut prin depunere MSD;- HfO 2 control oxide layer, 20...70 nm thick, obtained by MSD deposition;

- strat de poartă flotantă de grosime 5...10 nm, obținut prin depunere MSD de aliaj de Ge și HfO2 în proporție volumică de 57...70% și tratat RTA după depunerile MSD, pentru formare de NC de diametre comparabile cu grosimea stratului de poartă;- floating gate layer 5...10 nm thick, obtained by MSD deposition of Ge and HfO 2 alloy in a volume proportion of 57...70% and treated by RTA after MSD deposition, for the formation of NCs with diameters comparable to gate layer thickness;

- strat tunelabil de HfO2 de 5...8 nm grosime, obținut prin depunere MSD de HfO2;- tunnelable layer of HfO 2 5...8 nm thick, obtained by MSD deposition of HfO 2 ;

- suport de Si cu rezistivitate în domeniul 5...15 Qcm;- Si support with resistivity in the range of 5...15 Qcm;

- electrozi: electrod superior conductor TCO de grosime 100 nm și electrod de Al pe spatele plachetei de Si, grosime 50...150 nm, și- electrodes: 100 nm thick conductive TCO upper electrode and Al electrode on the back of the Si wafer, 50...150 nm thick, and

- un electrod transparent conductor TCO este din ITO cu rezistivitate mai mică de 50 Ω/pătrat și transmisie optică de peste 50% în domeniul VIS-NIR, detectează și memorează aplicarea de pulsuri de lumină și de tensiune electrică prin modificarea in mod interdependent și cumulativ a tensiunii de bandă plată Vfb și anume răspunsul la pulsul de lumină este dependent de pulsul anterior de scriere electrică sau de suprapunerea pulsului electric cu cel de lumină, și de asemenea prezintă o sensibilitate ce atinge valori de ordinul 110 mV/mJ la iluminări slabe de sub 1 mJ în domeniul din VIS-NIR.- a conductive transparent TCO electrode is made of ITO with a resistivity of less than 50 Ω/square and an optical transmission of more than 50% in the VIS-NIR range, it detects and stores the application of light pulses and electric voltage by changing in an interdependent and cumulative way of the flat band voltage V fb , namely the response to the light pulse is dependent on the previous electrical writing pulse or the overlapping of the electrical pulse with the light pulse, and also presents a sensitivity reaching values of the order of 110 mV/mJ at low illuminations below 1 mJ in the VIS-NIR range.

Structura de memorie optoelectrică propusă prezintă mai multe avantaje în comparație cu alte posibile structuri de memorii cu poartă flotantă:The proposed optoelectric memory structure has several advantages compared to other possible floating gate memory structures:

- poarta flotantă este realizată din Ge NC bine izolate între ele, ceea ce conferă o stabilitate mare a sarcinii stocate în NC și posibilitatea de a forma structuri de capacitori individuali; poarta flotantă este formată dintr-un singur strat de Ge NC bine izolate între ele, dar cu densitate mare (A.M. Lepădații, C. Palade, A. Slav, A.V. Maraloiu, S. Lazanu, T. Stoica, C. Logofatu, V.S. Teodorescu and M.L. Ciurea, Nanotechnology, 28, 175707 (2017)), care să absoarbă lumina ca într-un mediu efectiv GeNC/HfO2 generând fotopurtători în Ge NC ce pot contribui la modificarea stării de memorie;- the floating gate is made of Ge NCs well insulated from each other, which gives a high stability of the charge stored in the NC and the possibility of forming individual capacitor structures; the floating gate consists of a single layer of Ge NCs well insulated from each other, but with high density (AM Lepădații, C. Palade, A. Slav, AV Maraloiu, S. Lazanu, T. Stoica, C. Logofatu, VS Teodorescu and ML Ciurea, Nanotechnology, 28, 175707 (2017)), which absorb light as in an effective GeNC/HfO 2 environment generating photocarriers in Ge NC that can contribute to the modification of the memory state;

- grosimea mică a stratului unic de Ge NC oferă o absorbție moderată a luminii în acest strat, lumina transmisă prin el generând fotopurtători și în suportul de Si care participă substanțial la procesele de transfer de sarcină;- the small thickness of the single layer of Ge NC provides a moderate absorption of light in this layer, the light transmitted through it generating photocarriers in the Si support that participate substantially in charge transfer processes;

- Ge NC într-un singur strat oferă o precisă distanțare față de suport, și astfel procesul de încărcare-descărcare cu sarcină electrică este bine controlat;- Ge NC in a single layer provides a precise spacing from the support, and thus the charge-discharge process with electric charge is well controlled;

- folosirea în structura capacitorului a unui oxid de constantă dielectrica mare, HfO2, corespunde unei amplificări a câmpului electric de injecție de sarcină, permițând astfel funcționarea dispozitivului la tensiuni reduse și reducerea dimensiunii dispozitivului;- the use in the structure of the capacitor of an oxide with a high dielectric constant, HfO 2 , corresponds to an amplification of the charge injection electric field, thus allowing the operation of the device at low voltages and the reduction of the size of the device;

- utilizarea unui electrod transparent de poartă din TCO oferă o transparență ridicată în VIS-NIR, având totuși o conductanță metalică.- the use of a transparent TCO gate electrode provides high transparency in the VIS-NIR while still having a metallic conductance.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu fig. 1...2, care reprezintă:Next, an example of the invention is given in connection with fig. 1...2, which represents:

- fig. 1, schema unei secțiuni prin structura capacitorului de memorie optoelectrică având un electrod transparent la luimină VIS-NIR, peste o structură de trei straturi de HfO2 incluzând poarta flotantă cu NC de Ge, structura fiind depusă pe suport de Si prevăzut pe spate cu electrod de Al;- fig. 1, schematic of a section through the structure of the optoelectric memory capacitor having an electrode transparent to VIS-NIR light, over a structure of three layers of HfO 2 including the floating gate with Ge NC, the structure being deposited on a Si support provided on the back with an electrode of Al;

- fig. 2, variația tensiunii de bandă plată V^ în funcție de puterea integrată a pulsurilor de lumină aplicate memoriei capacitor, în urma scrierii cu două valori ale tensiunii de poartă.- fig. 2, the variation of the flat band voltage V^ as a function of the integrated power of the light pulses applied to the capacitor memory, following writing with two values of the gate voltage.

RO 133227 Β1RO 133227 Β1

Procesele de memorare se bazează pe transfer de sarcini electrice (electroni) între 1 suportul de Si și Ge NC prin stratul tunel, la el participând purtătorii de sarcină de întuneric, precum și fotopurtătorii generați prin iluminare. Procesul de încărcare-descărcare datorat 3 efectului foto în suportul de Si este mult sensibilizat de foto-generarea de purtători minoritari în suport (electoni în cazul p-Si) și de fotopurtătorii de sens opus în Ge NC. Caracteristica 5 C-V a capacitorului relevă o tranziție de la capacitate mare în regim de acumulare de purtători majoritari la suprafața suportului, la capacități mai mici când se induce în suport o 7 zonă de sărăcire la suprafață. Tensiunea la care se face tranziția reprezintă tensiunea de bandă plată Vfb, care depinde linear de starea de încărcare a NC. 9The memory processes are based on the transfer of electrical charges (electrons) between the 1 Si support and the Ge NC through the tunnel layer, with the participation of dark charge carriers as well as photocarriers generated by illumination. The charge-discharge process due to the 3 photo effect in the Si support is highly sensitized by the photo-generation of minority carriers in the support (electrons in the case of p-Si) and by photocarriers of the opposite direction in Ge NC. The 5 CV characteristic of the capacitor reveals a transition from high capacity in the regime of accumulation of majority carriers at the surface of the support, to lower capacities when a 7 surface depletion zone is induced in the support. The voltage to which the transition is made is the flat band voltage V fb , which depends linearly on the state of charge of the NC. 9

Conform invenției, dispozitivul se realizează în mai mulți pași tehnologici:According to the invention, the device is made in several technological steps:

- depunerea MSD pe suporți de Si a celor trei straturi izolatoare de HfO2 conținând 11 stratul intermediar de poartă flotantă sub formă de aliaj de Ge și HfO2, suporții de Si fiind în prealabil curățat cu procedeul standard RCA, în urma căruia s-a îndepărtat oxidul nativ; 13 tratamente termice RTA pentru formarea de Ge NC în HfO2 ca poartă flotantă; depunerea de electrod transparent TCO prin MSD de oxid de indiu dopat cu staniu (ITO); depunere de 15 electrod de Al pe spatele plachetei de Si, cu îndepărtarea în prealabil a oxidului nativ.- MSD deposition on Si supports of the three insulating layers of HfO 2 containing 11 the floating gate intermediate layer in the form of an alloy of Ge and HfO 2 , the Si supports being previously cleaned with the standard RCA process, after which the oxide was removed native; 13 RTA thermal treatments for the formation of Ge NCs in HfO 2 as a floating gate; deposition of transparent TCO electrode by tin-doped indium oxide (ITO) MSD; deposition of 15 Al electrode on the back of the Si wafer, with prior removal of the native oxide.

Pentru realizarea structurii de capacitor cu memorie optoelectrică se utilizează 17 depuneri MSD (fig. 1). S-au folosit plachete de Si 1 dopate p cu rezistivitate de 5...15 Qcm. Plachetele au fost curățate în prealabil folosind o tehnică standard de curățare a Si (RCA), 19 constând în cufundarea lor într-o soluție de acid sulfuric H2SO4 și apă oxigenată H2O2 în proporție de 2:1, la temperatura de 60°C, timp de 10 min, urmând spălarea în apă deionizată 21 (Dl). în final, placheta este introdusă în soluție de acid florhidric HF 2% în apă Dl, timp de 20 s pentru îndepărtarea oxidului nativ de Si. Este din nou spălată în apă Dl și uscată prin 23 suflare cu N2. Plachetele astfel curățate sunt pasivate cu hidrogen împotriva oxidării în aer, pentru un timp relativ scurt, interval în care ele sunt introduse în incinta de depunere MSD. 25 Urmează depunerea straturilor de oxizi ale capacitorului prin MSD folosind ținte separate.To create the capacitor structure with optoelectric memory, 17 MSD depositions are used (fig. 1). P-doped Si 1 wafers with a resistivity of 5...15 Qcm were used. The wafers were pre-cleaned using a standard Si cleaning (RCA) technique, 19 consisting of immersing them in a 2:1 solution of sulfuric acid H 2 SO 4 and hydrogen peroxide H 2 O 2 at room temperature of 60°C, for 10 min, followed by washing in deionized water 21 (Dl). finally, the wafer is placed in 2% HF hydrofluoric acid solution in Dl water for 20 s to remove the native Si oxide. It is again washed in D1 water and dried by blowing with N 2 . The wafers thus cleaned are passivated with hydrogen against oxidation in air, for a relatively short time, during which they are introduced into the MSD deposition chamber. 25 Next is the deposition of capacitor oxide layers by MSD using separate targets.

Vidul de bază în instalație este de ~10'7 mbar, depunerea de straturi realizându-se prin MSD 27 în atmosferă de Ar la presiune de 4...6 mbar. Depunerea de HfO2 s-a realizat în plasmă de radiofrecvență (RF 13.56 MHz) din țintă de HfO2, iar cea de Ge s-a realizatîn plasmă DC din 29 țintă de Ge. S-a depus inițial stratul tunel din HfO2 21 de grosime nominală de 5...8 nm, cu o rată de depunere de 1.0...1.5 nm/min. A urmat depunerea stratului de poartă flotantă 22 31 de grosime de 5... 10 nm, prin co-depunere de Ge și HfO2, cu rate de depunere ajustate astfel încât să se obțină o concentrație volumică de 57...70% Ge în HfO2. S-a depus apoi stratul 33 de oxid de control 23 de HfO2 de grosime 20...70 nm. Tratamentul termic RTA post-depunere a fost realizat în atmosferă de Ar la 62O...65O°C timp de 6...10 min. S-a realizat astfel 35 formarea unui singur strat de NC de Ge 221 de diametre înjur de 6...7 nm, bine izolate între ele. Urmează depunerea de electrod transparent 3 prin MSD de strat de ITO, de grosime 37 înjur de 100 nm și rezistivitate mai mica de 50 Ω/pătrat și transmisie optică de peste 50%.The basic vacuum in the installation is ~10' 7 mbar, the deposition of layers is carried out by MSD 27 in an Ar atmosphere at a pressure of 4...6 mbar. HfO 2 deposition was performed in radio frequency plasma (RF 13.56 MHz) from HfO 2 target, and Ge deposition was performed in DC plasma from 29 Ge target. Initially, the tunnel layer of HfO 2 21 was deposited with a nominal thickness of 5...8 nm, with a deposition rate of 1.0...1.5 nm/min. This was followed by the deposition of the floating gate layer 22 31 5...10 nm thick, by co-deposition of Ge and HfO 2 , with deposition rates adjusted so as to obtain a volume concentration of 57...70% Ge in HfO 2 . The layer 33 of control oxide 23 of HfO 2 with a thickness of 20...70 nm was then deposited. The post-deposition RTA thermal treatment was carried out in an Ar atmosphere at 62O...65O°C for 6...10 min. The formation of a single NC layer of Ge 221 with diameters of around 6...7 nm, well isolated from each other, was thus achieved. Next is the deposition of the transparent electrode 3 through the MSD of the ITO layer, with a thickness of 37 around 100 nm and a resistivity of less than 50 Ω/square and an optical transmission of more than 50%.

Cel de al doilea electrod 4 s-a realizat din Al evaporat termic pe spatele plachetei de Si, de 39 grosime 50...150 nm, după ce în prealabil a fost îndepărtat stratul de oxid nativ în soluție de HF, urmat de cufundare în apă Dl și uscare cu flux de N2. 41The second electrode 4 was made of thermally evaporated Al on the back of the Si wafer, 39 thick 50...150 nm, after the native oxide layer was previously removed in HF solution, followed by immersion in water Dl and drying with N 2 flow. 41

Experimentele privind efectul iluminării 5 asupra scrierii și ștergerii memoriei optoelectrice astfel realizate au fost efectuate folosind lumina unei lămpi cu filament de 43 volfram, cu intensități de iluminare de 1...20 mW/cm2. Au fost aplicate pulsuri de lumină urmarindu-se modificările produse de lumină asupra tensiunii de bandă plată Vfb. Pentru 45 aceast caz particular de memorie, dependența tensiunii Vfb de puterea luminoasă integrată aplicată unui capacitor de arie 1 mm2 este arătată în fig.2, pentru două stări ale memoriei: 47 de după relaxare la tensiune zero 61; și în urma programării la -2 V 62. Variația cu expunerea la lumină a tensiunii V^ este mai puternică la memoria în starea de după 49 programare la tensiune negativă, unde o pantă de 110 mV/mJ a fost obținută sub 1 mJ, având tendința de saturare la peste 2 mJ. 51Experiments on the effect of illumination 5 on the writing and erasing of the optoelectric memory thus achieved were carried out using the light of a 43 tungsten filament lamp, with illumination intensities of 1...20 mW/cm 2 . Light pulses were applied, following the changes produced by the light on the flat band voltage V fb . For 45 this particular case of memory, the dependence of the voltage V fb on the integrated light power applied to a capacitor of area 1 mm 2 is shown in fig.2, for two states of the memory: 47 after relaxation to zero voltage 61; and following programming at -2 V 62. The variation with light exposure of voltage V^ is stronger in memory in the state after 49 negative voltage programming, where a slope of 110 mV/mJ was obtained below 1 mJ, having the tendency to saturate above 2 mJ. 51

Claims (1)

RO 133227 Β1RO 133227 Β1 RevendicareClaim Structură de memorie optoelectrică cu poartă flotantă formată din nanocristale de Ge în HfO2, având următoarele părți componente:Floating-gate optoelectric memory structure made of Ge nanocrystals in HfO 2 , having the following component parts: - strat (23) oxid de control de HfO2, de grosime 20...70 nm, obținut prin depunere MSD;- layer (23) HfO 2 control oxide, 20...70 nm thick, obtained by MSD deposition; - strat de poartă flotantă de grosime 5...10 nm, obținut prin depunere MSD de aliaj de Ge și HfO2 în proporție volumică de 57...70% și tratat RTA după depunerile MSD, pentru formare de nanocristale (221) de diametre comparabile cu grosimea stratului de poartă (22);- floating gate layer 5...10 nm thick, obtained by MSD deposition of Ge and HfO 2 alloy in a volume proportion of 57...70% and RTA treated after MSD deposition, for the formation of nanocrystals (221) of diameters comparable to the thickness of the gate layer (22); - strat (21) tunelabil de HfO2 de 5...8 nm grosime, obținut prin depunere MSD de HfO2;- tunnelable layer (21) of HfO 2 5...8 nm thick, obtained by MSD deposition of HfO 2 ; - suport (1) de Si cu rezistivitate în domeniul 5...15 Qcm;- Si support (1) with resistivity in the range of 5...15 Qcm; - electrozi: electrod (3) superior conductor TCO de grosime 100 nm și electrod (4) de Al pe spatele plachetei de Si, grosime 50...150 nm, și, caracterizată prin aceea că, electrodul (3) conductor TCO este din ITO cu rezistivitate mai mică de 50 Ω/pătrat și transmisie optică de peste 50% în domeniul VIS-NIR, detectează și memorează aplicarea de pulsuri de lumină și de tensiune electrică prin modificarea in mod interdependent și cumulativ a tensiunii de bandă plată Vfb și anume răspunsul la pulsul de lumină este dependent de pulsul anterior de scriere electrică sau de suprapunerea pulsului electric cu cel de lumină, și de asemenea prezintă o sensibilitate ce atinge valori de ordinul 110 mV/mJ la iluminări slabe de sub 1 mJ în domeniul din VIS-NIR.- electrodes: upper TCO conductive electrode (3) 100 nm thick and Al electrode (4) on the back of the Si wafer, 50...150 nm thick, and characterized by the fact that the TCO conductive electrode (3) is made of ITO with resistivity less than 50 Ω/square and optical transmission more than 50% in the VIS-NIR range, detects and stores the application of light pulses and electrical voltage by interdependently and cumulatively changing the flat band voltage V fb and namely, the response to the light pulse is dependent on the previous electrical writing pulse or on the overlap of the electrical pulse with the light one, and also presents a sensitivity reaching values of the order of 110 mV/mJ at low illuminations below 1 mJ in the VIS range -NIR.
ROA201800413A 2018-06-12 2018-06-12 Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals RO133227B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201800413A RO133227B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201800413A RO133227B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RO133227A0 RO133227A0 (en) 2019-03-29
RO133227A3 RO133227A3 (en) 2021-06-30
RO133227B1 true RO133227B1 (en) 2024-02-28

Family

ID=65859564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA201800413A RO133227B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO133227B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RO133227A0 (en) 2019-03-29
RO133227A3 (en) 2021-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vu et al. A high‐on/off‐ratio floating‐gate memristor array on a flexible substrate via CVD‐grown large‐area 2D layer stacking
US11011534B2 (en) Multi-level cell thin-film transistor memory and method of fabricating the same
JP7150940B2 (en) semiconductor equipment
CN111009582B (en) Photoelectric programming multi-state memory based on thin film transistor structure and preparation method thereof
CN113451428B (en) Double-half floating gate photoelectric memory and preparation process thereof
JP2008270705A (en) Semiconductor memory, semiconductor memory system using it, and method of manufacturing quantum dot used for semiconductor memory
Sun et al. Effect of carrier screening on ZnO-based resistive switching memory devices
CN104425712B (en) The all-transparent resistance-variable storing device of a kind of rare earth oxide as accumulation layer and preparation method thereof
Molina‐Mendoza et al. Nonvolatile programmable WSe2 photodetector
CN102231365B (en) Preparation method of non-volatile charge storage device, non-volatile charge storage device and application of device
Zhou et al. A full transparent high-performance flexible phototransistor with an ultra-short channel length
US11367739B2 (en) Semiconductor device and electronic component
CN108305877A (en) Grid are without knot NAND gate flash memories and preparation method thereof after a kind of
RO133227B1 (en) Optoelectronic memory structure with floating gate of germanium nanocrystals
CN112436010B (en) Flexible memory based on two-dimensional material
JP2010062221A (en) Ferroelectric gate field effect transistor, memory element using the same, and method of manufacturing the ferroelectric gate field effect transistor
KR101268696B1 (en) Method of manufacturing non-volatile memory device using transparent substrate or flexible substrates
CN112289864B (en) Double-end photoelectric memory and preparation method and application thereof
KR20110010019A (en) Method of manufacturing non-volatile memory device using transparent substrate or flexible substrates
Paul et al. Storing electronic information on semi-metal nanoparticles
KR20100123250A (en) Non-volatile memory device and method for manufacturing the same
CN111276561B (en) Non-volatile optical storage unit based on van der Waals heterojunction and preparation method thereof
KR102106732B1 (en) Organic transistor, organic capacitor, method of fabricating organic electronic device and method of fabricating organic transistor
CN215220755U (en) Steady photoelectric memristor with three-terminal electrode structure
VAN et al. Perovskite memristors for energy efficient computing