Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
Memórias não Voláteis obtidas a partir de nanopartículas de Ge crescidas por LPCVD como nano-portas flutuantes em capacitores MOS.
MELISSA MEDEROS VIDAL
TESE
27/06/2014

O presente trabalho de tese tem como principal objetivo o uso de nanopartículas de Germânio (Ge) enterradas no óxido de porta de capacitores MOS (Metal-Óxido-Semicondutor), como possíveis centros de armazenamento de carga para aplicações em dispositivos de memória de porta flutuante discreta. Para isto, uma primeira parte da pesquisa é dedicada à síntese e caracterização das nanopartículas de Ge, com a finalidade de estabelecer os parâmetros de crescimento que permitam a obtenção de nanopartículas com altas densidades, diâmetros de alguns nanômetros e distribuições uniformes dentro do óxido. Com este propósito, um conjunto de amostras foram feitas em diferentes temperaturas e tempos de crescimentos utilizando o método de Deposição Química em Fase Vapor em Baixas Pressões (Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) como técnica de fabricação. Uma vez obtidas, as nanopartículas foram caracterizadas estruturalmente utilizando as técnicas Elipsometria, Microscopia de Força Atômica (MFA), Espectroscopia Raman (ER), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de raios X por Dispersão de Energia (EXD) e Difração de Raios X (DRX). Mediante estas caracterizações foi possível verificar a formação de nanopartículas cristalinas de Ge sobre o óxido (SiO2) com altas densidades (da ordem de 1012 cm-2) e diâmetro médio < 10nm, bem como projetar o conjunto de parâmetro de processo a ser utilizados durante a fabricação dos capacitores MOS. Uma vez obtidos os dispositivos, caracterizações elétricas foram realizadas mediante a analises das curvas de histereses de Capacitância vs. Tensão (C-V) em alta frequência (1MHz), Correntes vs. Tensão (I-V) e Tensão vs. tempo (V-t). Desta análise foi possível testar as propriedades de memórias dos capacitores através do parâmetro “janela de memória” (memory window) obtido da largura das curvas de histereses C-V. Das curvas I-V determinamos os regimes de funcionamento de tensão e corrente dos capacitores bem como o mecanismo de transporte que os caracteriza, que no nosso caso foi o tunelamento Fowler-Nordheim (F-N). Para fundamentar essa afirmação, foram simuladas as curvas I-V teóricas segundo este mecanismo de transporte (F-N) a partir do modelo estabelecido por Chakraborty et. al., e comparadas com os resultados experimentais obtidos. A partir desta simulação, foi possível determinar a influência que as nanopartículas de Ge enterradas dentro do óxido de porta, tem no desempenho final dos dispositivos. Das curvas V-t foi possível estimar, com uma boa aproximação, os tempos de descarga dos nossos dispositivos mediante o uso de um circuito RC em série. Como resultado final foram obtidos dispositivos com janelas de memória de 11.92V, densidade de carga armazenada por nanopartícula de 6.61×1012 cm-2 e tempos de descarga de ~201.8&#956;s. Também se comprovou que a presença de nanopartículas de Ge no óxido leva à diminuição da barreira de potencial óxido de tunelamento/substrato de silício, bem como melhora as propriedades dielétricas do óxido.

Nanopartículas de Germânio; técnicas Elipsometria
The present work has as main goal, the use of germanium (Ge) nanoparticles embedded in the gate oxide of MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) capacitors, as possible centers of charge storage for discrete-floating gate memory devices applications. For this, the first part of the research is devoted to the synthesis and characterization of Ge nanoparticles in order to establish the growth parameters which allow obtaining nanoparticles with high densities, diameters of a few nanometers and uniform distribution within the oxide. With this purpose, a set of samples were made at different growth temperatures and times, using the method of Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD), as fabrication technique. Once nanoparticles were obtained, structural characterizations were performed using the following techniques: Ellipsometry, Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and X-ray Diffraction (XRD). Through these characterizations it was possible to verify the formation of crystalline Ge nanoparticles above the oxide (SiO2), with a high densities (in the order of 1012 cm-2) and an average diameter < 10nm, as well as designing the set of process parameter to be used during the fabrication of MOS capacitors. Once the devices were made, electrical characterizations were performed by analysis of hysteresis curves Capacitance vs. Voltage (C-V) for high frequency (1MHz), Current vs. Voltage (I-V), and voltage Vs. Time (V-t). From I-V curves, we determine the voltage and current operation regimes of the capacitors as well as the transport mechanism that characterizes them, which in our case was Fowler-Nordheim tunneling (F-N). To support this claim, the theoretical I-V curves were simulated under this transport mechanism (F-N) from the model established by Chakraborty et. al. and were compared with the experimental results. From this simulation, it was possible to determine the influence that the presence of the Ge nanoparticles embedded in the gate oxide has on the final performance of the devices. From V-t curves, it was possible to estimate with a good approximation, the discharge time of our devices by using an RC series circuit. As a final result, were obtained devices with memory windows of 11.92V, charge density stored for nanoparticle of 6.61 × 1012 cm-2 and discharge times of ~201.8&#956;s. Also we observed that the presence of Ge nanoparticles in the oxide leads to a decrease of the potential barrier between the tunneling oxide and silicon substrate, and improve the dielectric properties of the oxide.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS
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Banca Examinadora

SEGUNDO NILO MESTANZA MUNOZ
Sim
Nome Categoria
IOSHIAKI DOI Participante Externo
RICARDO COTRIN TEIXEIRA Participante Externo
JEROEN SCHOENMAKER Participante Externo
JOSE ANTONIO SOUZA Docente
JAIR FERNANDES DE SOUZA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 48

Vínculo

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Não