Sub-2 nm Size-Tunable High-Density Pt Nanoparticle Embedded Nonvolatile Memory

Abstract

Abstract-The charge-storage characteristics of a metal-oxidesemiconductor (MOS) structure containing size-tunable sub-2 nm Pt nanoparticles (NPs) between Al 2 O 3 tunneling and capping oxide layers were studied. Significantly different amounts of memory window were obtained with the different sizes of Pt NP embedded MOS structures and reached a maximum of 4.3 V using a 1.14 nm Pt NP, which has the strongest charging capability caused by optimum size and the largest particle density obtained in our deposition method. Satisfactory long-term nonvolatility was attained in a low electric field due to the Coulomb blockade and quantum confinement effects in ∼1 nm Pt NP. These properties are very promising in view of device application.Index Terms-Nanoparticle (NP), nonvolatile memory (NVM), size-tunable platinum.

Influence of Pt Nanoparticle Induced Defects and Surface Coverage in Determining Asymmetric Programming/Erasing Signatures for Nanocrystal Embedded Nonvolatile Memory Applications

“…The observed experimental anomalous features within the C – V and G – V signatures have been correlated to the influence of different types and density of traps near the Pt NP/dielectric and dielectric/Silicon interfaces. While a similar device displaying enhanced memory effects due to controllable charging and discharging of the embedded Pt NPs has been reported before, the NVM device structure discussed in this study employs a thinner tunneling oxide (Al 2 O 3 ). This leads to a shorter distance between the Si surface and the traps near the incorporated Pt NP layer‐dielectric layer, where they act more as “border traps” as compared to “Fixed oxide traps.” This shorter distance, in turn, leads to a larger influence of the Pt NP‐induced traps in determining the C – V G – V features and thereby the types and density of these traps can be explored.…”

“…This technique has been shown to produce uniformly distributed spherical Pt NPs with mean diameters between 0.5 and 2 nm, and for certain process parameters, high areal densities as large as 10 13 cm −2 . Although embedding these Pt NPs in Al 2 O 3 has resulted in NVM devices displaying large memory windows and excellent retention characteristics, a systematic study analyzing the effect of the deposited Pt NP size, areal density, and surface coverage on the quality/magnitude of introduced trap within the surrounding dielectric has not been reported yet. In this study, the influence of TTS sputtered Pt NP size, areal density, and surface coverage on the charging/discharging characteristics of Pt NP embedded NVM MOS capacitors has been explored.…”

“…Utilizing dielectric embedded nanocrystals as discrete charge storage nodes is considered a promising candidate for future nonvolatile, high density, and low‐voltage memory applications . Among the efforts to further improve the performance of NC memories, metal NC was proposed above its semiconductor counterpart due to large density of states, 3D electric field enhancement, and selectable work function …”

Δομή μη πτητικής μνήμης MOS με μεταλλικούς νανοκρυστάλλους ανοπτημένους με laser

“…Οι κυψελίδες νανοκρυστάλλων θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες για εφαρμογές μη πτητικής μνήμης, υψηλής πυκνότητας, δυο δυφίων (bit). Στη βιβλιογραφία [19,20] έχει παρατηρηθεί ότι μπορούν να σχηματιστούν ομοιόμορφοι νανοκρύσταλλοι πλατίνας, διαμέτρου κάτω από 2nm με Sputtering, ελέγχοντας τις συνθήκες εναπόθεσης. Επίσης, πολύ μικροί νανοκρύσταλλοι πυριτίου διαμέτρου 1nm [21], με μεγάλη ομοιομορφία, έχουν κατασκευαστεί με τη μέθοδο της ηλεκτροχημικής εγχάραξης του πυριτίου, όπου στη συνέχεια οι νανοκρύσταλλοι πυριτίου διαμέτρου 1nm διασπείρονται σε κολλοειδές διάλυμα.…”

“…Έχουν προταθεί διάφορα υλικά για κβαντικές τελείες όπως μέταλλα (έχει επιτευχθεί διάσταση νανοκρυστάλλου 1nm [20], που μπορεί να επιτύχει φόρτιση ενός μόνο ηλεκτρονίου, γενικά όσο αυξάνονται οι διαστάσεις των σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερος αριθμός φορτίων μπορεί να αποθηκευτεί, αλλά υπάρχει και το αναδυόμενο πρόβλημα του ρεύματος διαρροής), ημιαγωγοί (συνήθως ενώσεις πυριτίου χρησιμοποιούνται) [43,44], γραφένιο [45,46], ακόμα και νανοσωλήνες άνθρακα [47]. Ακολουθεί μια εικόνα της κατάστασης 0 (εικόνα 12) σε μνήμη τύπου Flash με νανοκρυστάλλους, οι μωβ σφαίρες είναι οι νανοκρύσταλλοι και οι γκρι τα ηλεκτρόνια όπου παρουσιάζεται η φόρτιση των νανοκρυστάλλων με ηλεκτρόνια, η εκφόρτιση των νανοκρυστάλλων από τα ηλεκτρόνια αντιστοιχεί στην κατάσταση 1.…”