圖 3-1(a)-(c)分別為試片 C、試片 D 與試片 E 的電荷儲存層的高 解析度穿透式電子顯微鏡影像，可以明顯發現試片 D 經過攝氏 900 度 快速退火 60 秒之後，形成直徑大約 6 奈米的奈米顆粒，而只經過攝 氏 900 度/30 秒的試片 C 與試片 E 的電荷阻擋層，雖然氧化鋁/二氧
圖 3-2 為試片 C 在±5V 掃描下的電容-電壓曲線(C-V curve)，觀 察到在±5V 來回掃描時，平帶電壓(flatband voltage)幾乎不會改 變，所以之後的量測起始特性時，均使用±5V 掃描範圍，以確定不會 對數據與結果造成影響。圖 3-3 為試片 A-E 在±15V 掃描下的電容-電 壓曲線。由圖 3-3(c)與(e)可以觀察到試片 C 與試片 E 在±15V 來回掃
描會有約 5.2V 的記憶窗口，因此可以確定經過攝氏 900 度退火之氧 化鋁/二氧化鉿交錯層確實有儲存電荷的能力。由給予的閘極電壓與 電壓-電容曲線的平移方向來推論，可以發現當閘極電壓為正時，會 在矽基板頂端形成反轉層(inversion layer)，使電子穿隧進入氧化 鉿/氧化鋁交錯層中並且儲存；而在給予的閘極電壓為負時，會在矽 基板頂端形成堆積層(accumulation layer)，使電洞穿隧進入氧化鉿 /氧化鋁交錯層中。
由圖 3-3(c)與(e)可以發現試片 C 與試片 E 在±15V 掃描下記憶
窗口並沒有太大差異，從圖 3-1(a)(c)發現兩個試片在攝氏 900 度/30 秒退火後電荷儲存層仍然是明顯交錯的結構，因此雖然試片 E 電荷 儲存層的二氧化鉿的比例較高，應能提供較多的電荷儲存單位，但是 記憶窗口並沒有明顯優於試片 C，推測是因為退火時間太短，不足以 形成奈米顆粒，單純二氧化鉿電荷儲存力不足。
比較圖 3-3(c)與(d)發現，雖然試片 C 與試片 D 的二氧化鉿比例
相同，但試片 D 經過攝氏 900 度/60 秒退火，±15V 來回掃描的記憶窗
製程上的差異僅是電荷阻擋層加厚為 20 奈米。由圖 3-4 可以發現氧 化鋁在經過攝氏 900 度/60 秒退火後有些許結晶的現象，因此我們推 測試片 D 在抹除操作下，因為電荷阻擋層太薄，造成背部電子注入，
所以抹除速度下降，而將電荷阻擋層加厚為 20 奈米的試片 B 則大幅 降低抹除時背部電子注入的情況。
試片 A 與試片 B 在±15 掃描下並無明顯差異，推測應該是在±15V
的操作電壓下，重複 5 次的氧化鋁/二氧化鉿交錯層已能提供注入電 子足夠的電荷儲存單位，因此和重複 7 次的氧化鋁/二氧化鉿交錯層 並無差明顯差異。
圖 3-5 為試片 B, C, D, E 的原始電壓-電容曲線以及閘極電壓 給予+15V/1 秒與-15V/1 秒後的電壓-電容曲線，發現試片 C 與試片 E 皆有都大約 4V 的記憶窗口，而經過攝氏 900 度/60 秒退火的試片 D 有大約 4.6V 的記憶窗口。比較試片 D 和試片 C，試片 D 寫入端大約 多了 1.3V 而抹除端卻小了 0.7V 的平帶電壓平移量。從圖 3-5(a)、
(b)可以發現試片 B 和試片 D 相比，試片 B 在閘極給予+15V/1 秒操作 下，寫入端平帶電壓平移量表現和試片 D 相差不多，但抹除端的平 移量卻大了一倍以上，但使用厚度 20 奈米的氧化鋁會使電容等效厚 度提高，當閘極給與相同電壓時試片 B 的電場會較小於試片 D，除此 之外，因為電容等效厚度不同，會造成相同的平帶電壓平移量，但實
際上介電層中所儲存的電荷量不同，經過計算，試片 B 與試片 D 在相 同寫入條件時所儲存的電子量分別是 0.54nC 與 0.59nC，差異不大，
而在抹除時所儲存的電洞量分別是 0.385nC 與 0.21nC，試片 B 的確 在相同抹除調件時能儲存較多的電洞，因此我們更進一步驗證了稍早 的推論。試片 C 與試片 E 即使電荷儲存層中二氧化鉿比例不同，但 因為退火時間不足，所以記憶窗口與寫入/抹除速度並無明顯差異，
而試片 D 經過攝氏 900 度/60 秒退火後，會在氧化鋁/二氧化鉿交錯 層中形成奈米顆粒提升電荷儲存力，不過也會使氧化鋁電荷阻擋層結 晶，造成抹除操作時電子從閘極注入電荷儲存層中，所以寫入速/提 高但抹除速度降低。而將電荷阻擋層加厚為 20 奈米的試片 B，在抹 除速度方面比試片 D 快了一倍且沒有犧牲寫入速度，這是因為 20 奈 米的氧化鋁大幅降低抹除操作下背部電子注入，而且氧化鋁的高介電 常數是使等效厚度沒有增加太多的原因。
圖 3-6 為試片 A-E 在±15V 操作下，7 個電容的記憶窗口統計分
佈，記憶窗口的定義為寫入態(program state)的平帶電壓與抹除態 (erase state)平帶電壓之差。在此操作條件下，試片 A 與試片 B 的 記憶窗口最大，而試片 D 只略大於試片 C 與試片 E。圖 3-7(a)為試 片 A-E 操作電壓為+15V 的寫入速度，在此我們將寫入速度的定義為 先將元件操作為抹除態後，給予+15V 不同脈衝時間(pulse width)，
記錄不同寫入條件下平帶電壓的平移量，同理，抹除速度是先將元件 操作至寫入態，再記錄不同抹除條件下平帶電壓的平移量。圖 3-7(b) 為試片 A 與試片 B 不同操作電壓下的寫入速度，我們可以觀察到試 片 A 與試片 B 在+15V/1 秒的寫入電壓之下，寫入速度是沒有明顯差 異的，但我們將寫入電壓加大為+18V，試片 A 與試片 B 的記憶窗口 就差了 1.2V，並且由圖中曲線可以看出，試片 B 在寫入條件為+18V/1 秒的記憶窗口只比+15V/1 秒大了 0.6V；試片 A 在寫入條件為+18V/1 秒的記憶窗口比+15V/1 秒大了 1.6V，可能原因是重複次數 5 次氧化 鋁/二氧化鉿交錯層的元件因為等效厚度較薄，因此電場較強，而重 複次數 7 次氧化鋁/二氧化鉿交錯層的元件，雖然電場較弱，但因二 氧化鉿總合較厚所以電荷捕獲位置比較多。，因此當操作電壓為+15V 下，電場強度與捕獲位置多寡兩因素互相抵消，因此試片 A 與試片 B 的寫入速度表現是差不多的，但在+18V 操作電壓下，重複次數 5 次 氧化鋁/二氧化鉿交錯層的元件所能補獲的電荷量已達飽合，而複次 數 7 次氧化鋁/二氧化鉿交錯層的元件卻能持續儲存電荷，因此在 +18V/1 秒下試片 A 能夠有比較快的寫入速度。圖 3-8(b)為試片 A 與 試片 B 不同操作電壓下的抹除速度，也有發生相同的現象。