半导体量子线、点存储器的制备与性质

　　半导体集成电路正按摩尔定律以每18个月特征尺寸缩小一半、性能提高一倍的趋势不断发展，逐渐进入纳米尺寸时代。在这一发展过程中，以纳米晶体作为浮置栅的单电子（或少电子）存储器被认为可能是首先得到应用的纳米量子功能器件。这种器件具有高密度、低功耗、多阈值、无横向泄漏等特点，可作为高性能的非挥发性存储器。

　　在国家自然科学基金的资助下，南京大学物理系顾书林教授领导的课题组以所在实验室发展的快速辐射加热、超低压化学汽相淀积（RTP/VLP-CVD）原子级外延生长技术，采用精确控制的化学腐蚀方法和热氧化自限制纳米级控制技术，发展了与硅工艺技术兼容的制备超精细硅量子线的方法，研制成硅量子线作沟道的MOS结构器件，对硅量子线的输运性质进行了深入研究，取得如下进展：采用VLPCVD自组织生长和选择化学腐蚀方法成功地制备硅、锗多量子点，通过多步生长与选择停止化学腐蚀的结合，制备出硅/锗复合纳米量子结构。研究了量子点自组织生长、热处理等特征。在此基础上，结合目前国外制备硅量子线、点（单电子）存储器的优点，研制出一种以硅量子线作沟道、量子点作浮置栅的MOS结构存储器原型器件。从实验和理论上对硅量子点存储MOS结构中电荷的注入和存储的物理机制作了系统研究。发展了量子点界面缺陷态对存储电荷的作用模型。理论与实验表明，嵌埋于SiO2中的硅量子点有着很大的体表比、表面粗糙等特点，故而在硅量子点与SiO2界面存在大量的界面陷阱。实验研究表明，在长时间存储模式下电荷是存在于硅量子点的深能级陷阱中。提出了解决量子点中电荷存储时间与工作电压之间矛盾的新方法，发展了复合不对称势垒的新结构。研究成果对于理解量子点存储机制、提高器件性能具有重要意义。另外，采用晶面化学选择腐蚀方法获得了极细窄的沟道，结合硅平面工艺在SOI衬底成功地制备了硅纳米量子点MOS结构存储器。写/擦电压、阈值电压变化等参数达到了国际领先水平，同时观察到了单电子跃迁过程。

　　本项目的相关成果已申请国家发明专利，部分成果作为重要贡献之一获得1999年度国家发明奖三等奖。

半导体量子线、点存储器