電荷捕獲膜のトラップ準位のエネルギー分布制御に関する研究

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04244
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21050:電気電子材料工学関連
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 小林 清輝 東海大学, 工学部, 教授 (90408005)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 不揮発性半導体メモリ / フラッシュメモリ / 電荷トラップ / シリコン窒化膜

研究成果の概要

(a)フラッシュメモリの高性能化を目的として，シリコン窒化膜に深い欠陥準位を形成できる元素の探索を行った。内部に不純物元素を含むβ-Si3N4結晶のエネルギーバンドについて第一原理計算を行い，MnとVが，β-Si3N4の禁制帯に3d軌道に起因する欠陥準位を生じることを見出した。次に、Mnをドープした窒化膜からなるメモリ素子を作製し，Mnドープによって，電子保持特性が僅かに向上すること及び，窒化膜内での正孔と電子の再結合が抑制できる可能性があることを示した。
(b)窒化膜に捕獲された電子のエネルギー深さを求める方法及び、捕獲された正孔のチャージセントロイドと密度を決定する方法を新たに構築した。

自由記述の分野

半導体デバイス工学、電気電子材料工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の(a)によって，シリコン窒化膜を電荷捕獲膜とするフラッシュメモリの信頼性の向上と大容量化に対し，不純物元素（本研究ではMnとV）のドープが有効な手段と成り得ることを見出した。この知見は，高性能フラッシュメモリの実現のための一つの技術指針を与えると考えられる。
また，(b)で言及した二つの方法によって，不純物元素をドープしたシリコン窒化膜や新規材料の電荷捕獲膜を開発する際に，電子トラップのエネルギー深さと正孔のチャージセントロイド，捕獲可能な最大の正孔密度を比較的容易に求めることが可能となる。これによって，高性能フラッシュメモリの開発を加速できる可能性がある。