Элементы фото и электрической памяти. Оптоэлектронные приборы
В предыдущих разделах мы в той или иной мере уже затрагивали вопросы о работе некоторых типов элементов памяти, фотоприемников и лазеров. Общим моментом при этом являлось то, что во всех этих приборах активно используются электронные процессы на поверхности, границах раздела, в тонких приповерхностных областях полупроводника и в пленках диэлектриков. Здесь мы кратко рассмотрим некоторые конкретные типы таких приборов и их «поверхностные» особенности.
Элементы памяти на основе структуры «металл-нитрид-окисел-полупроводник». Их принцип действия, методы электрической и оптической записи информации описаны выше. Осталась нерассмотренной одна граница раздела: металл—диэлектрик. Оказывается, что ее влияние также нельзя упускать из виду.
Назначение металлического электрода — создание на необходимой площади диэлектрической пленки электрического поля при подаче напряжения смещения. Предположим, что мы подали на металлический электрод импульс положительной полярности. При этом из Si в Si02 будут инжектироваться электроны и в нитриде кремния запишется отрицательный информационный заряд. Однако в это же время будет происходить эмиссия дырок из металлического электрода (или, что то же, часть электронов уйдет из S13N4 в металл). В результате суммарный информационный заряд в Si3N4 уменьшится, что приведет к ухудшению характеристик запоминания.
Для предотвращения такого нежелательного эффекта было предложено несколько путей. Один из них – нанесение на слой нитрида кремния еще одной диэлектрической пленки — окиси алюминия А1203. Этот материал, обладающий большей шириной запрещенной зоны (8,7 эВ), чем Si3N4 создает дополнительный потенциальный барьер для эмиссии носителей с металлического электрода. Другой путь использование вместо Si3N4 диэлектрика с переменной шириной запрещенной зоны (варизонного) — оксинитрида кремния SixNvOz. Изменяя в процессе его синтеза значения х, у, z, удается менять состав пленки от Si3N4 до Si02. Если подобрать характер варизонности таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны увеличивалась по направлению к металлическому электроду, то также удается подавить эмиссию носителей из металла. Последний путь является более перспективным, так как не требует введения в стандартную технологию нового процесса — нанесения пленки А1203.
Элементы памяти с «плавающим» затвором. Для создания в диэлектрике центров, способных захватывать заряд, можно использовать так называемый плавающий затвор. Он представляет собой тонкий слой металла или полупроводника, находящийся внутри диэлектрического слоя и, таким образом, изолированный от всех электродов прибора (транзистора) (рис. 9,6). Преимущество таких запоминающих структур — способность очень долго сохранять записанный заряд. Запись осуществляется с помощью инжекции горячих носителей через часть диэлектрика, отделяющего полупроводник от плавающего затвора; этот механизм уже описан выше. Для стирания применяют ультрафиолетовое облучение. Структуры с плавающим затвором довольно сложны в изготовлении, так как процесс создания плавающего затвора не должен ухудшать параметры подзатворного диэлектрика (не будем забывать, что он достаточно тонок: 30—50 им).