Моделирование электрофизических параметров элементов флеш-памяти методом Монте-Карло

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.

1. De Salvo B. Silicon Non-Volatile Memories: paths of innovation. London: Wiley-ISTE, 2013, 234 p.

2. 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/R01

3. Gerardi 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.2007.895868

4. Govoreanu 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.2008.01.012

5. Zhevnyak 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.2413-9335.2021.1.93.1542

6. Boukhobza J., Olivier P. Flash Memory Integration. Performance and Energy Considerations. London: ISTE press Ltd. Publ., 2017, 250 p.

7. 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.

8. 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-x

9. Jacoboni C., Lugli P. The Monte Carlo method for semiconductor device simulation. Wien–New York: Springer, 2012, 359 p.

10. Moglestue C. Monte Carlo Simulation of Semiconductor Devices. Wien: Springer, 2013, 334 p.