5 . Мноп -структуры

Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом можно использовать в качестве элемента памяти. Для этого под затвором транзистора размещается слой нитрида кремния Si₃N₄, Как показано на рис.13. Такая структура металл-нитрид-окисел-полупроводник называется МНОП-структурой. В нитриде кремния много ловушек для электронов. При подаче на затвор большого положительного напряжения U_зап=+30В происходит туннелирование неосновных носителей –электронов из подложки Si-p-типа, через тонкий слой диэлектрика SiO₂ в нитрид кремния. В нитриде кремния накопившийся заряд может храниться долго порядка 10 лет, т.к. токи утечки через диэлектрик малы. На рис.14 приведены ВАХ МНОП-структуры без заряда под затвором (синяя линия) и с накопленным зарядом (красная линия). Из рисунка видно, что без заряда пороговое напряжение образования индуцированного канала невелико U_пор1~2В, накопленный заряд экранирует внешнее электрическое поле и увеличивает пороговое напряжение до U_пор2~15В. Таким образом, при наличии напряжения на стоке U_c=5В и подаче на затвор считывающего напряжения U_сч=5В индуцированный канал возникает, если под затвором нет заряда и не возникает если заряд есть.

Для перепрограммирования элемента памяти необходимо рассосать заряд под затвором, подав на затвор большое отрицательное напряжение стирания U_стир=–30В. При этом электроны из нитрида кремния туннелируют через тонкий слой диэлектрика в кристалл Si-p-типа, отрицательный заряд рассасывается и пороговое напряжение уменьшается до U_пор1.

5. МОП –структуры с “плавающим” затвором

Недостаток элемента памяти на МНОП-структуре состоит в том, что при перепрограммировании напряжение стирания необходимо подавать на затвор каждого элемент памяти. Для ускорения процесса стирания информации применяют элементы памяти на МОП –структурах с плавающим затвором (рис.15). В этих структурах отсутствует металлический электрод затвора, а диэлектрике имеется слой поликристаллического кремния. Поликристаллический кремний имеет много дефектов, которые являются ловушками для дырок. Такой скрытый слой – накопитель положительного заряда выполняет функции затвора и называется “плавающим” затвором.

Запись информации происходит путем поверхностного пробоя промежутка исток-сток через диэлектрик и слой поликристаллического кремния. Дырки накапливаются в поликристаллическом кремнии и на “плавающем” затворе образуется положительный заряд. Из глубины кристалла Si-n-типа к поверхности притягиваются электроны (неосновные носители) и между истоком и стоком образуется проводящий канал n-типа. Слой поликристаллического кремния изолирован от полупроводника слоем диэлектрика с малыми током утечки, поэтому заряд на “плавающем” затворе сохраняется долго порядка 10 лет. Пока сохраняется заряд существует и проводящий канал. Для стирания заряда МНОП-структура засвечивается сверху ультрафиолетовым излучением. Дырки получают дополнительную энергию и могут туннелировать через тонкий слой диэлектрика в полупроводник. Заряд в “плавающем” затворе рассасывается и индуцированный канал исчезает. В м икросхемах памяти делают специальные окошечки прозрачные для ультрафиолетового излучения, и стирание информации происходит сразу на всех ячейках памяти.