S. Duguay, J.J. Grob, A. Slaoui Laboratoire InESS, Strasbourg

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1 S. Duguay, J.J. Grob, A. Slaoui Laboratoire InESS, Strasbourg
Nanocristaux de germanium créés par implantation ionique : Effet mémoire S. Duguay, J.J. Grob, A. Slaoui Laboratoire InESS, Strasbourg

2 PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication Caractérisation structurale Caractérisation électrique Travail à venir

3 Utilisation des nanocristaux comme grille flottante
Tension d’utilisation + faibles Meilleure fiabilité/ endurance Problème de SILC résolu

4 Méthodes de fabrication des nanocristaux
Besoins: Les nanocristaux doivent être situés en une monocouche, près de l’interface Si/SiO2 pour être chargés par effet tunnel Plusieurs méthodes de fabrication: CVD, pulvérisation, implantation ionique (+recuits) Pourquoi le Germanium? Gap Ge < Gap Si => rétention + importante

5 PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication par implantation de Ge Caractérisation structurale Caractérisation électrique Conclusion

6 Pourquoi l’implantation ionique?
Prodédé totalement compatible avec la technologie CMOS actuelle. L’implantation ionique est suivie d’un recuit à haute température (> 900°C) - formation de nanocristaux avec des interfaces bien passivées. - guérison des dommages de la matrice implantée Grand contrôle des paramètres des nanocristaux - densité - taille moyenne - distance de l’interface

7 Implantation ionique : fabrication des nanocristaux
74Ge+ HT Les nanocristaux se forment aux environs du maximum du pic d’implantation => Dispersion = f(E)

8 Couche de nanocristaux de Ge
Exemple : recuit à 750°C après implantation Implantation à 13 keV Recuit 30min, N2 Couche de nanocristaux de Ge 28 nm Suit le profil d’implantation Nanocristaux sphériques de 3-4 nm de diamètre

9 PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication par implantation de Ge Caractérisation structurale Caractérisation électrique Conclusion

10 Évolution avec la température de recuit: TEM
800°C, 30min, N2 900°C, 30min, N2 Redistribution progressive du germanium le long de l’interface Si/SiO2

11 Évolution avec la température de recuit: RBS
Le Ge se redistribue le long de l’interface Si/SiO2 La dose totale de germanium diminue (perte de germanium)

12 Pas de nanocristaux résiduels dans le SiO2 massif
Formation d’une monocouche de nanocristaux Pas de nanocristaux résiduels dans le SiO2 massif Une monocouche de nanocristaux à ~4nm de l’interface Une densité de 1,1x1012 ncs/cm2

13 PLAN: Mémoires à nanocristaux Fabrication par implantation de Ge Caractérisation structurale Caractérisation électrique Conclusion

14 Évolution des défauts avec la température
Le décalage de tension de bande plate tend vers 0 avec la température de recuit => Guérison progressive des défauts dans SiO2

15 Effet mémoire : Étude capacitive
Les charges stockées agissent comme des charges fixes dans l’oxyde => DVfb Substrat de type p Observation d’une hystérésis: effet mémoire Faibles tensions de programmation => chargement par effet tunnel direct

16 Effet mémoire et tension de programmation
h+ Chargement des électrons + important que les trous Effet inverse avec un substrat de type p.

17 Conclusion Formation d’une monocouche de nanocristaux de germanium (densité 1.1x1012ncs/cm2) Les nanocristaux se trouvent à une distance « tunnel » de l’interface ~ 4 nm Effet mémoire observé par mesures CV Travail en cours: Analyse I-V, EFM, rétention Propriétés du stockage de charges