Interested Article - Транзистор с плавающим затвором

Транзи́стор с пла́вающим затво́ром — разновидность полевого МОП-транзистора , используемая в различных устройствах энергонезависимой памяти : флэш-памяти , EEPROM .

Разновидности

Транзисторы с электрическим программированием и ультрафиолетовым стиранием (ЛИЗМОП)

ЛИЗМОП ( англ. FAMOS — Floating gate Avalanche injection Metal Oxide Semiconductor ) — полевой МОП-транзистор с лавинной инжекцией заряда, базовый элемент одного из вариантов энергонезависимых постоянных запоминающих устройств . Использовался в энергонезависимой памяти типа EPROM .

Конструкция транзистора была предложена Фроман-Бенчковским в 1971 году и отличается от обычного полевого транзистора наличием «плавающего затвора», то есть проводящей области над каналом, которая изолирована от других частей структуры и на которой можно сохранять электрический заряд . Изменение величины заряда на плавающем затворе приводит к сдвигу вольт-амперной характеристики транзистора, что и используется для кодирования логических состояний 1 и 0. Для переноса электронов из подложки на плавающий затвор используется явление лавинного пробоя перехода исток (сток) — подложка («лавинная инжекция»), а для удаления электронов из плавающего затвора структура облучается ультрафиолетовым светом (УФ) через специальное окно в корпусе микросхемы, прозрачное для УФ и возбуждённые фотонами электроны из плавающего затвора возвращаются в подложку. Некоторые микросхемы имели ячейки памяти на основе ЛИЗМОП, но исполнялись в корпусах без окна, и поставлялись как PROM . Чтобы решить эту проблему, некоторые умельцы стали облучать микросхемы такой ЛИЗМОП-памяти в корпусе без окна рентгеновским излучением , однако, это нередко приводило к необратимым повреждениям микросхемы памяти. Существует два варианта конструкции транзистора, различающиеся наличием или отсутствием обычного управляющего затвора (варианты «с плавающим затвором» и «с двойным затвором»).

Недостатком ЛИЗМОП-транзисторов является ограниченное число перезаписей информации (порядка 100) и невозможность изменения информации в отдельно взятой ячейке памяти без стирания информации во всей запоминающей матрице микросхемы. Поэтому в 1980-е годы ЛИЗМОП-структуры были вытеснены другими конструкциями энергонезависимой памяти, позволяющими стирать информацию чисто электрическим способом.

Транзисторы с электрическим программированием и стиранием

Конструкция транзистора с плавающим дополнительным затвором.

В таких транзисторах изменение электрического заряда внутреннего, изолированного слоями диэлектрика затвора производится чисто электрическим способом без применения ультрафиолетового излучения , но принцип действия сохраняется. Изменение заряда плавающего затвора происходит за счет туннелирования электронов и обратимого лавинного пробоя тончайших (порядка нескольких нм ) слоёв диэлектрика, обусловленных высокой напряжённостью электрического поля в диэлектрике. При изменении электрического заряда на плавающем затворе изменяется вид вольт-амперной характеристики структуры, в частности, изменяется напряжение отсечки при управлении изменением напряжения на управляющем затворе, что позволяет в этой структуре хранить 1 бит информации. Так как заряд плавающего, изолированного от всех электрических цепей затвора сохраняется (при не очень сильных электрических полях в слоях диэлектрика), микросхемы , построенные на таких структурах, сохраняют информацию при отключённом напряжении питания .

Широко применяется в типах флеш-памяти , допускающих (по данным на 2010 год) по крайней мере 100 тысяч циклов перезаписи для SLC (однобитных ячеек) и 10 тысяч — для MLC (хранение 2 бит в ячейке в виде одного из четырёх уровней) . Такая память изготавливается по техпроцессам вплоть до 19—16 нм . Приблизительно в 2011—2012 годах всеми производителями флеш-памяти были внедрены воздушные промежутки между управляющими линиями, позволившие продолжить масштабирование далее 24—26 нм . Из-за проблем с дальнейшим масштабированием с 2014—2015 года некоторые производители (Samsung) начали массовый выпуск 24- и 32-слойной 3D NAND , в которой для хранения информации используются не транзисторы с плавающим затвором, а ячейки на базе технологии CTF .

См. также

Примечания

от 11 января 2015 на Wayback Machine // FAST’10 Proceedings of the 8th USENIX conference on File and storage technologies, 2010
Jeongdong Choe (TechInsights) (2013-07-25). (англ.) . EETimes. из оригинала 12 января 2015 . Дата обращения: 11 января 2015 . All the NAND manufacturers adopted an air-gap process to achieve high performance and reliability. Toshiba implemented an air-gap process on its 19nm NAND device, while Samsung adopted it on 21nm. IMFT has used a more mature air-gap process on both the wordline and bitline structure since its 25nm NAND technology.
Nirmal Ramaswamy, Thomas Graettinger, (Micron) (2013-07-05). (PDF) (англ.) . EE Times-Asia. (PDF) из оригинала 12 января 2015 . Дата обращения: 11 января 2015 . This had already become a problem at the 25nm node requiring the deployment of airgap between the cells to reduce interference {{ cite news }} : Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) ( ссылка )
Peter Clarke (2014-08-25). (англ.) . EETimes. из оригинала 12 января 2015 . Дата обращения: 11 января 2015 .
Dick James (2014-08-05). (англ.) . ChipWorks. из оригинала 1 января 2015 . Дата обращения: 11 января 2015 .

Ссылки

Дьяконов В. П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах. М. «Советское радио», 1973, 208 с.
Дьяконов В. П. Запоминающие устройства на лавинных полупроводниковых приборах. Известия вузов. Приборостроение. т. XXIII, № 4, 1975, с. 86-91.
Дьяконов В. П. Intel. Новейшие информационные технологии. Достижения и люди. М.: СОЛОН-Пресс, 2004, 416 с.
Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов. Физматлит, 2008.
Hasler, Paul, Bradley A. Minch, and Chris Diorio. " Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 1999. (ISCAS’99). Vol. 2. IEEE, 1999 (англ.)
Kwok K. Ng. // . — Second Edition. — John Wiley & Sons , 2002. — ISBN 9781118014769 . — doi : .