鄰近同心金屬-絕緣層-半導體穿隧二極體耦合效應及開路電壓感測之應用

Abstract

本篇論文主要探討兩個相鄰的同心金氧半穿隧二極體之電荷耦合效應及其反應出的開路感測電壓現象，並利用開路感測電壓低功耗的優勢建立出在記憶體及邏輯計算元件上的應用。在本論文的第二章，我們透過對此兩相鄰之金氧半穿隧二極體做電流-電壓量測得出內部圓形元件會因為與來自外部圓環的少數載子流發生耦合現象而有飽和電流增加的效應。除此之外，進一步比較厚度對此現象的影響後，我們得出具有較薄氧化層之元件在耦合表現上有增益的效果。建立在此利用薄氧化層所造成的耦合機制，我們在本論文的第三章中提出利用此兩金氧半結構之開路電壓感測效應所達成的記憶體應用。此記憶體之窗口受到氧化層厚度、寫入時間以及不同運作模式所影響。為了印證在上述兩個章節中的實驗數據及其機制，我們也利用 SILVACO TCAD 軟體針對金氧半穿隧二極體之邊際電場及兩穿隧二極體之間的開路電壓感測進行模擬，發現此兩物理現象與厚度及氧化物陷阱電荷之間的趨勢均與實驗結果和我們所提出的機制相吻合。最後，我們透過將外圍環型金氧半結構切割成數個分離的元件之方式，將整個元件發展成一個多階開路電壓感測器，並進一步提出一個將其設計成能夠承載多輸入端且具低功耗特性之邏輯元件的想法，此有望解決傳統 CMOS 邏輯元件所遇到的困難。