記憶體操作原理

2.2.1 寫入操作

對於記憶體的寫入來說，大致可分為兩種，Fowler-Nordheim (FN) 和通道熱電子注入法(Channel Hot Electron Injection)，F-N 和 CHE 的 機制示於圖 2.2。首先我們先來討論 F-N Tunneling，穿隧是一個量子 力學的過程，在穿隧情形發生的過程中，沒有任何能量的損失，然而 穿隧情形發生的機率是相當低的，但如果電子是入射到幾奈米厚的薄 阻障層時，發生穿隧的機率就會提高很多[9]，這個穿隧機制發生在 氧化層承受很大的壓降，而使其變成三角形位能障，我們可經由解薛 丁格方程式 (Schroedinger’s equation)，而可得到 F-N 的穿透電流

)

F-N Tunneling 注入方式由閘極端加高電壓，其餘接腳可接地，而 形成閘極到基板之間有個大電場跨在閘極氧化層上，形成穿隧的現 象，若要產生寫入的效果，電場通常需要高達 10MV/cm，因此穿隧 閘極介電層必須承受相當大的電場，對元件氧化層會造成一定程度的 傷害，F-N 寫入如同對介電層做應力(Stress)，對於閘極介電層的品質 是一項嚴酷的考驗[10]。隨著現今製程不斷的進步，製成機台的更新

，使得元件不斷的縮小，是因為我們持續降低了閘極氧化層的厚度，

閘極氧化層大約降到 5 奈米時，閘極電壓＜3V 就可以發生穿隧的現 象，稱之為直接穿隧(Direct Tunneling) [11]。

緊接著我們再來討論 Channel Hot Electron(CHE)注入方式，要形 成 CHE 寫入的首要條件，就是要讓電晶體保持在 ON 的狀態，而我 們通常使電晶體操作在飽和區進行 CHE 寫入，我們在閘極和汲極端 加電壓而源極接地，而使得通道中有一橫向電場和一垂直電場，當電 子從源極射出時經由橫向電場的加速，使電子具有高能量，此能量遠 大於熱平衡的值，因而在靠近汲極端的空乏區中撞斷原子的共價鍵，

而產生電子-電洞對，電子經由閘極電壓的吸引而陷入到氮化矽層或 是陷入到 Silicon NanoCrystals 中，形成閘極電流，當然部份電子也會 被汲極所吸引，而電洞則是往基板流，而造成基板電流，形成功率消 耗。

在上述兩種寫入方式中，各有其優缺點，F-N Tunneling 由於是藉 由跨在氧化層的大壓降而使得電子能穿透三角型位能障，所以所施加 的電壓比較大，而 CHE Injection 則是必須讓通道電子傳輸，而形成 通道電流，再加上基板電流，所以所消耗的功率會比 F-N Tunneling 來的大，但閘極和汲極端就可以不用施加太大的電壓。

2.2.2 抹除操作

Flash Memory 的抹除就是將存在陷阱能階的電荷移除，使得 臨界電壓回覆到低的狀態，而方法大部分以 F-N Tunneling 為主，我 再介紹另一種方法為帶對帶熱電洞注入(Band To Band Hot Hole)，我 們首先來介紹 F-N Tunneling 抹除方法，此方法與 F-N Tunneling 寫入 方法類似，我們在閘極加負偏壓或是接地，而在源極加正偏壓，而使 得有一高電場方向從源極到閘極，這個大電場跨降在氧化層上，使得 氧化層變成三角形的位勢障，電荷因此由閘極氧化層穿隧出來，達到 抹除的效果。

BTBHH 抹除方法則是熱電洞的注入引致穿隧 Tunneling Oxide 的 現象，我們同樣在閘極加負偏壓且在汲極加上正偏壓，在接面處形成 深層空乏區而產生電洞，由於橫向電場提供電洞能量，而使電洞穿隧

Tunneling Oxide 到達氮化矽層中，此時電洞便會與儲存的電子結合而 達到抹除的效果[12]。

現今 Flash Memory 應用於多種電子產品中，其最主要分為兩大類 型，NOR 型和 NAND 型，NAND 型結構在一個 Cell 中其位元線(Bit

Line)共用，所以 NAND 才會比 NOR 擁有更高的密度，而當我們想 要寫入或抹除時，便只能利用 F-N Tunneling 方法，若使用 CHE 方式 則會產生干擾的問題，而 NOR 型則較適合 CHE 的方法來達成寫入 與抹除的功能。