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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:游彥辰
論文名稱:以靜電力顯微術研究氮化矽薄膜之電荷儲存現象
論文名稱(外文):Electric Force Microscopy Study on the Charge Storage Phenomenon of Si3N4 Ultrathin Films
指導教授:果尚志
指導教授(外文):S. Gwo
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:靜電力電荷儲存氮化矽
外文關鍵詞:Electric ForceCharge Storage
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我們知道,利用電荷儲存於材料氮化矽(Si3N4)來當作非揮發性半導體記憶元件之研究已經行之有年了。近年來,這個技術與掃瞄探針顯微術(Scanning Probe Microscopy, SPM)結合在一起,而且多半是應用在氮化矽-氧化矽-矽(Si3N4-SiO2-Si,NOS)的結構上。當脈衝電壓加入到樣品或探針時,電荷會穿過氧化層而侷限於氮化層,而這樣的系統再加以應用,就可以拿來當作高密度的資料儲存元件。
本論文主要是利用SPM家族中的其中一支-靜電力顯微鏡(EFM)作為分析的工具,在Si3N4及NOS的材料上利用接觸式與非接觸式顯微鏡微影術使電荷及離子束縛在氧化物下層。再將樣品在不同的溫度下加熱來趕走其中的離子,來估計其侷限於該材料的束縛能(trapping energy),這樣的元件其Life time可達數十年之久。另一方面,與高真空的實驗環境結合,可在不產生電化學反應的情況下打入正負電荷,加上逆向電壓時也能夠做移除的動作,同時我們也嘗試去分析其電荷儲存之機制。並且也有比較不同探針其靜電力訊號與物理行為的差異。
最後一個主題討論的是氧化物電性分析。在實驗中觀察到氧化物存有兩種以上的電荷,嘗試利用加熱造成訊號的衰減進而分析某些物理特性(如束縛能Et、脫離頻率A等..),雖然在本論文中仍缺乏強而有力的證據來確定出電荷之種類,不過已經完成某一定程度上的定性與定量的結果,相信不久必能有確切的答案。靜電力顯微鏡(EFM)具有靈活的操作性與優越的解析度,有朝一日必能廣泛地應用在電性分析與研發上。

第一章 緒論--------------------------------------------------1
第二章 氧化機制之理論與變因----------------------------------4
2-1 氧化物成長機制-------------------------------------------4
2-2 影響氧化物幾何結構之因素---------------------------------6
2-2-1 水橋尺度與環境濕度-------------------------------------6
2-2-2 氧化偏壓關係-------------------------------------------8
2-2-3 掃描速度之關係-----------------------------------------8
2-2-4 電壓調變之頻率關係-------------------------------------9
第三章 儀器原理與實驗方法------------------------------------11
3-1 原子力顯微鏡儀器簡介-------------------------------------11
3-2 儀器操作的基本原理---------------------------------------14
3-2-1 AFM的操作原理------------------------------------------14
3-2-2回饋系統與影像產生原理----------------------------------16
3-3靜電力顯微儀之原理----------------------------------------18
3-3-1靜電力顯微儀之架構--------------------------------------18
3-3-2靜電力顯微儀之成像原理----------------------------------19
3-3-3外加交流偏壓頻率(ω1)與探針共振頻率(ω0)之關係------------20
3-4實驗儀器之架設--------------------------------------------24
3-5 樣品準備-------------------------------------------------26
3-6 樣品定位方法---------------------------------------------27
3-7原子力顯微鏡微影術(AFM lithography)-----------------------28
第四章 實驗結果與分析----------------------------------------30
4-1氮化矽薄膜上電荷儲存之即時觀測----------------------------30
4-2雙層膜(Si3N4/SiO2/Si)上電荷寫入與去除---------------------36
4-3氧化結構的電性隨時間變化現象------------------------------39
4-4電致化學反應氧化矽(SiO2)電性分析--------------------------41
4-4-1實驗過程概念介紹----------------------------------------41
4-4-2實驗結果------------------------------------------------43
4-4-3結果分析------------------------------------------------47
4-4-4綜合比較------------------------------------------------52
第五章 結論--------------------------------------------------56

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