物理所電荷捕獲存儲器中的電荷分布研究取得新進展

　　電荷捕獲存儲器作為下一代高密度存儲器的候選者，一直是微電子領域相關基礎研究和產業開發的重點。電荷存儲器的主要結構為隧穿層、捕獲層和阻擋層構成的三明治結構，其中捕獲層為存儲電子的場所。電荷可能分布在捕獲層的上下界面或者內部，其具體位置影響到器件的編程/擦除速度和電荷保持能力，是決定器件實際性能的重要因素。然而，傳統的電學測試技術只能通過測量器件的I-V或者C-V曲線，并借助假定的模型來推測電荷在捕獲層中的存儲位置，無法直接觀察到電荷的分布情況。由于電荷捕獲存儲器的結構復雜性，很多研究組通過電學性能推測出的電荷分布情況差異很大，上述三種可能的存儲位置均有報道。因此，亟需一種直觀的方法以描述電荷捕獲存儲器中的電荷空間分布情況，為深入研究器件的存儲機制，提高器件的存儲性能提供可靠的依據。

　　最近，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)先進材料與結構分析實驗室姚湲副研究員，博士生李超和禹日成研究員，與微加工實驗室的顧長志研究員和中科院微電子研究所劉明研究員的研究組等合作，將電子全息技術和原位技術相結合，在透射電子顯微鏡中實時觀察了電荷捕獲過程。研究結果表明，在柵極正偏壓的作用下，電子可以通過多晶HfO2捕獲層中的晶界聚集到捕獲層和阻擋層之間的界面處，并且沿著此界面在捕獲層中擴撒或移動。這是首次直接看到電荷在捕獲層中的縱向和橫向的空間分布情況，并且明確了在此類存儲結構中，電荷主要分布在捕獲層和阻擋層的界面處，排除了存儲在捕獲層內部或捕獲層和隧穿層的界面的可能性。

　　該項研究成果發表在Nature Communications，(2013) 4：2764。此研究項目得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院等項目的支持。