pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2022-13-4-276-280pimi-790Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsМоделирование электрофизических параметров элементов флеш-памяти методом Монте-КарлоMonte Carlo Simulation of Flash Memory Elements’ Electrophysical ParametersЖевнякО. Г.ZhevnyakO. G.

пр-т Независимости, 4, г. Минск 220030

Kazintsa str., 121A, Minsk 220108

БорздовВ. М.BorzdovV. M.

Адрес для переписки:Борздов В.М. –Белорусский государственный университет,пр-т Независимости, 4, г. Минск 220030, Беларусь e-mail: borzdov@bsu.by

Address for correspondence:Borzdov V.M. –Belarusian State University,Nezavisimosty Ave., 4, Minsk 220030, Belarus e-mail: borzdov@bsu.by

borzdov@bsu.byБорздовА. В.BorzdovA. V.

пр-т Независимости, 4, г. Минск 220030

Kazintsa str., 121A, Minsk 220108

ПетлицкийА. Н.PetlitskyA. N.

ул. Казинца, 121А, г. Минск 220108

Kazintsa str., 121A, Minsk 220108

Белорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarusИнтеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл»БеларусьIntegral – “Integral” Holding Management CompanyBelarus202222122022134276280Copyright © Жевняк О.Г., Борздов В.М., Борздов А.В., Петлицкий А.Н., 20222022Жевняк О.Г., Борздов В.М., Борздов А.В., Петлицкий А.Н.Zhevnyak O.G., Borzdov V.M., Borzdov A.V., Petlitsky A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/790

В основе функционирования современных элементов флеш-памяти лежат процессы переноса электронов в проводящем канале кремниевых МОП-транзисторов с плавающим затвором. Целью данной работы являлось проведение вычислительного эксперимента по расчёту подвижности электронов и изучению влияния на подвижность фононного рассеяния и рассеяния на ионизированной примеси, а также расчёт паразитного туннельного тока и тока в проводящем канале элемента флеш-памяти. Проведение вычислительного эксперимента на этапе разработки и проектирования элементов флеш-памяти позволит выработать рекомендации для оптимизации параметров прибора, определяющих быстродействие и надёжность его работы.

Путем численного моделирования электронного переноса в элементе флеш-памяти методом Монте-Карло рассчитаны такие электрофизические параметры, характеризующие перенос, как подвижность, средняя энергия электронов, а также плотность туннельного тока и тока в канале прибора. Изучено влияние процессов рассеяния на фононах и ионизированной примеси на подвижность электронов в канале. Показано, что вблизи области стока происходит существенное снижение подвижности электронов, обусловленное процессами рассеяния на фононах, а также наблюдается рост паразитного туннельного тока, что приводит к ухудшению рабочих характеристик прибора.

Разработанная программа моделирования может быть использована при компьютерном проектировании элементов флеш-памяти с целью оптимизации их конструкции и улучшения электрических характеристик.

 

Operation of modern flash memory elements is based on electron transport processes in the channel of silicon MOSFETs with floating gate. The aim of this work was calculation of electron mobility and study of the influence of phonon and ionized impurity scattering mechanisms on the mobility, as well as calculation of parasitic tunneling current and channel current in the conductive channel of flash memory element. Numerical simulation during the design stage of flash memory element allows working out guidelines for optimization of device parameters defining its performance and reliability.

In the work such electrophysical parameters, characterizing electron transport, as mobility and average electron energy, as well as tunneling current and current in the channel of the flash memory element are studied via the numerical simulation by means of Monte Carlo method. Influence of phonon and ionized impurity scattering processes on electron mobility in the channel has been analyzed. It is shown that in the vicinity of drain region a sufficient decrease of electron mobility defined by phonon scattering processes occurs and the growth of parasitic tunneling current is observed which have a negative influence on device characteristics.

The developed simulation program may be used in computer-aided design of flash memory elements for the purpose of their structure optimization and improvement of their electrical characteristics.

флеш-памятьподвижность электроноврассеяние электроновтуннельный токметод Монте-Карлоflash memoryelectron mobilityelectron scatteringtunneling currentMonte Carlo methodReferencesDe Salvo B. Silicon Non-Volatile Memories: paths of innovation. London: Wiley-ISTE, 2013, 234 p.De Salvo B. Silicon Non-Volatile Memories: paths of innovation. London: Wiley-ISTE, 2013, 234 p.Keyes R.W. Physical limits of silicon transistors and circuits. Rep. Prog. Phys., 2005, vol. 68, pp. 2701– 2746. DOI: 10.1088/0034-4885/68/12/R01Keyes R.W. Physical limits of silicon transistors and circuits. Rep. Prog. Phys., 2005, vol. 68, pp. 2701– 2746. DOI: 10.1088/0034-4885/68/12/R01Gerardi C., Ancarani V., Portoghese R., Giuffrida S., Bileci M., Bimbo G., Brafa O., Mello D., Ammendola G., Tripiciano E., Puglisi R., Lombardo S.A. Nanocrystal Memory Cell Integration in a Stand-Alone 16-Mb NOR Flash Device. IEEE Trans. Electron Devices, 2007, vol. 54, no. 6, pp. 1376–1383. DOI: 10.1109/TED.2007.895868Gerardi C., Ancarani V., Portoghese R., Giuffrida S., Bileci M., Bimbo G., Brafa O., Mello D., Ammendola G., Tripiciano E., Puglisi R., Lombardo S.A. Nanocrystal Memory Cell Integration in a Stand-Alone 16-Mb NOR Flash Device. IEEE Trans. Electron Devices, 2007, vol. 54, no. 6, pp. 1376–1383. DOI: 10.1109/TED.2007.895868Govoreanu B., Wellekens D., Haspeslagh L., Brunco D.P., De Vos J., Aguado D. Ruiz, Blomme P., Van der Zanden K., Van Houdt J. Performance and Reliability of HfAlOx-based Interpolary Dielectrics for FloatingGate Flash Memory. Solid-State Electron., 2008, vol. 52, no. 4, pp. 557–563. DOI: 10.1016/j.sse.2008.01.012Govoreanu B., Wellekens D., Haspeslagh L., Brunco D.P., De Vos J., Aguado D. Ruiz, Blomme P., Van der Zanden K., Van Houdt J. Performance and Reliability of HfAlOx-based Interpolary Dielectrics for FloatingGate Flash Memory. Solid-State Electron., 2008, vol. 52, no. 4, pp. 557–563. DOI: 10.1016/j.sse.2008.01.012Zhevnyak O.G., Borzdov V.M., Borzdov A.V. Simulation of drain depth effect on parasitic currents in flash-memory cells. Eurasian Union of Scientists. Series: technical, physical and mathematical sciences, 2021, vol. 1, no. 12, pp. 58–61. DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.1.93.1542Zhevnyak O.G., Borzdov V.M., Borzdov A.V. Simulation of drain depth effect on parasitic currents in flash-memory cells. Eurasian Union of Scientists. Series: technical, physical and mathematical sciences, 2021, vol. 1, no. 12, pp. 58–61. DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.1.93.1542Boukhobza J., Olivier P. Flash Memory Integration. Performance and Energy Considerations. London: ISTE press Ltd. Publ., 2017, 250 p.Boukhobza J., Olivier P. Flash Memory Integration. Performance and Energy Considerations. London: ISTE press Ltd. Publ., 2017, 250 p.Borzdov V.M., Zhevnyak O.G., Komarov F.F., Galenchik V.O. Monte Carlo simulation of device structures of integrated electronics. Minsk: BSU, 2007, 175 p.Borzdov V.M., Zhevnyak O.G., Komarov F.F., Galenchik V.O. Monte Carlo simulation of device structures of integrated electronics. Minsk: BSU, 2007, 175 p.Chau Q. An efficient numerical approach to studying impact ionization in sub-micrometer devices. J. Comput. Electron., 2014, no. 13, pp. 329–337. DOI: 10.1007/s10825-013-0536-xChau Q. An efficient numerical approach to studying impact ionization in sub-micrometer devices. J. Comput. Electron., 2014, no. 13, pp. 329–337. DOI: 10.1007/s10825-013-0536-xJacoboni C., Lugli P. The Monte Carlo method for semiconductor device simulation. Wien–New York: Springer, 2012, 359 p.Jacoboni C., Lugli P. The Monte Carlo method for semiconductor device simulation. Wien–New York: Springer, 2012, 359 p.Moglestue C. Monte Carlo Simulation of Semiconductor Devices. Wien: Springer, 2013, 334 p.Moglestue C. Monte Carlo Simulation of Semiconductor Devices. Wien: Springer, 2013, 334 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.