電荷保持力的量測方法是先給予元件一個寫入電壓,使元件進入 寫入態,接著從+5V 掃描到-5 得到電壓-電容曲線,因此可以得到寫 入態的平帶電壓的數值,由圖 3-2 可以得知+5V 到-5V 的掃描範圍並 不會造成平帶電壓的平移,相同方法可以得到抹除態的平帶電壓的數 值,再將平帶電壓對所經過的時間作圖。圖 3-9 為試片 A-E 在攝氏 25 度的電荷保持力,在經過 105秒後,試片 A 仍有百分之 83 的記憶 窗口,而試片 B 與試片 D 剩百分之 76 與 70,但因試片 D 抹除態的 平帶電壓在經過-15V/1 秒操作後只能到達-1.5V,總記憶窗口為 4.6V,比試片 A 與 B 小了 1.5V,所以上述比較不夠公正。圖 3-10 為 試片 A、B、D 經過+15V/1 秒操作的寫入態平帶電壓值經過 105秒後的 統計圖,由此圖可以明顯發現試片 A 的電荷保持力優於試片 B 與試 片 D。推測原因是重複 7 次的氧化鋁/二氧化鉿交錯層再退火後,能 夠形成較大的奈米顆粒,當電子儲存在奈米顆粒中時,尚未到達儲存 單位的飽合電量,同時電荷間的庫倫(Coulomb)斥力較小。另一方面,
較大奈米顆粒的量子侷限效應(quantum confinement effect)較輕 微,使儲存在二氧化鉿中的電子能看到比較高的能障,因此試片 A 能夠有較佳的電荷保持力。而試片 B 和試片 D 同樣都是重複 5 次的 氧化鋁/二氧化鉿交錯層,但試片 B 的電荷保持力卻略優於試片 D,
推測是因為試片有較厚的電荷阻擋層,因為當電荷被儲存時,漏電路
徑有可能穿過穿隧氧化層到通道中,也有可能穿過有些微結晶現象的 氧化鋁電荷阻擋層到閘極,而較厚的電荷阻擋層能減少此漏電路徑。
圖 3-11 試片 A 與試片 B 在不同條件下的電荷保持力,可以發現 若將試片 A 與 B 操作在和試片 C 與 E 一樣較小的記憶窗口,電荷保 持力可以達到經過 105秒仍有百分之 90 的記憶窗口,而若將試片 A 升溫至攝氏 85 度,在經過經過 105秒後只剩百分之 67,尚有改善空 間。
圖 3-12 為試片 A-E 元件平帶電壓對寫入/抹除次數所做的圖,
寫入/抹除條件為+15V/1 秒與-15V/1 秒,試片 C 與試片 E 在經過 1 萬 次寫入/抹除後,記憶窗口並沒有明顯的縮減,但試片 A 與試片 D 的 經過 1 萬次寫入/抹除後,因為抹除態的平帶電壓逐漸往正方向平移 而記憶窗口有輕微縮減的現象,但應是不同原因造成。試片 A 是因 為電荷儲存層有較多的二氧化鉿,在經過多次寫入/抹除後產生缺 陷,使較多的電荷被二氧化鉿的深層能階所補捉,造成難以抹除的現 象,因此二氧化鉿含量較少的試片 B 的平帶電壓上飄情況較輕微。
試片 D 的抹除態的平帶電壓逐漸往正方向平移應為在經過多次寫入 抹除後,厚度僅有 10 奈米且些微結晶化的氧化鋁缺陷增加,因此抹 除時有較嚴重的背部電子注入的情況,所以造成抹除速度下降,使平 帶電壓無法回到初始的抹除狀態。