全透明金属量子点浮栅型存储器研究

Transparent electronics offers an opportunity to develop optoelectronic devices for "see-through" display technologies and other applications. Transparent nonvolatile memory (NVM) is indispensable to realize transparent circuits. So far, the technology of transparent NVM is still in its infancy. The reliability is a big chanllenge. In this project, we proposed a new type fully transparent NVM with metal nanodots (MNDs) floating gate based on oxide semiconductor thin-film transistor (TFT). Here,the transparent oxide semiconductor TFT is a key element of transparent circuts. In such memories, each nanoparticle is electrically isolated from the rest, so that the charge retention time can be improved. In addition, for MNDs NVM, MND with a high work-function can provide better data retention due to the formation of a deep quantum well. Another advantage is that metal nanodots have higher density of states around Fermi-level so that the requirement of high charge storage capacity can be realized. Because MND with nanosize embedded in transparent insulator, the high transparency in visible light range can be expected. To realize the transparent memory with high performance, the flowing researches will be demonstrated: (1) MNDs floating gate deposition by self-assembly method with low process temperature;(2)MNDs deposition mechanism and controling of MNDs size and density; (3) Energy band engineering of NVM through controlling MND work-function; (4) Improvement of interface quality between tunnel oxide dielectric and oxide semiconductor channel layer to realize high mobility of TFT; (5) Process integration of transparent electrode such as ITO and MND floating gate into oxide semiconductor TFT to fabricate fully transparent NVM. The project is expected to have the original innovation and independent intellectual property rights in transparent NVM.

全透明非挥发存储器是实现透明电路不可缺少的元器件。本项目在前期硅基金属量子点浮栅型非挥发存储器研究基础上，提出了基于氧化物半导体透明薄膜晶体管的金属量子点浮栅型全透明非挥发性存储器，以存储器栅叠层的能带设计为指导，金属量子点透明浮栅的形成为主线，拟开展以下研究工作：（1）通过自组装的方法，采用低温工艺，制备分布于透明绝缘介质膜中的高功函数金属量子点浮栅结构，控制量子点的大小和密度，获得高光透过率的同时，实现大存储窗口、高电荷存储可靠性；（2）控制氧化物半导体沟道薄膜质量及其与隧道栅氧化层的界面特性，实现高迁移率；（3）采用ITO等透明电极技术，优化晶体管制备工艺，实现全透明薄膜晶体管非挥发存储器原型器件的制作。本项目可望获得具有原始创新性和自主知识产权的新型透明薄膜晶体管非挥发性存储器。

基于透明氧化物薄膜晶体管的透明电路及透明电子学日益受到重视，逐渐成为下一代集成电路发展的重要方向。作为透明电路的重要组成部分，非挥发存储器不可或缺。本项目在前期硅基金属量子浮栅型非挥发存储器的基础上，提出了基于氧化物半导体透明薄膜晶体管的金属量子点浮栅型全透明非挥发存储器，以实现透明高可靠性存储单元。.项目执行期内具体的研究内容包括：1）高迁移率、高稳定性氧化物薄膜晶体管的制备与输运机理研究；2）高透过率金属量子点浮栅的制备；3）基于氧化物薄膜晶体管的电荷俘获型非挥发性存储的制备与特性评价；4）存储机理研究；5）基于氧化物半导体的透明新型非挥发存储器研究；.项目执行期取得的重要研究成果、关键数据及其科学意义：.1）采用MOCVD技术，利用过渡金属铟d轨道的高度扩展性，通过背沟道等离子体处理，实现了场效应迁移率超过200cm2/Vs的氧化铟薄膜晶体管（TFT），比目前主流的IGZO-TFT的迁移率高出一个数量级，其成果发表在IEEE EDL杂志上；项目组采用迁移率边导电机制，利用变温霍尔效应，解释了高迁移率的电输运机制；.2）研究了沟道层厚度对IGZO-TFT稳定性和源漏电阻的影响，提出了厚度对TFT稳定性影响机制；.3）制备了基于IGZO-TFT的金属量子点浮栅和多层介质层浮栅的电荷俘获型非挥发存储器，获得了大存储窗口，高存储可靠性的存储特性，其成果发表在IEEE TED上。.4）研究了基于IGZO的阻变非挥发存储器，分析了阻变机制和均匀性机制，为与氧化物透明电路兼容的新型透明非挥发存储器研究奠定了基础；.该项目执行期间共发表SCI论文9篇，申请发明专利4项，培养博士生4人，其中2人已经获得博士学位，硕士生4人，其中2人获得硕士学位。