Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Τομέας Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Υλικών και Νανο-διατάξεων Νοέμβριος.

Παρουσίαση με θέμα: "Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Τομέας Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Υλικών και Νανο-διατάξεων Νοέμβριος."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Τομέας Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικών Υλικών και Νανο-διατάξεων Νοέμβριος 12, 2015 - ΤΕΙ, Αθήνα Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά: Θεωρία και Εφαρμογές

2 Περιεχόμενα  Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών  Διηλεκτρικά Υλικά?  Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά  Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης  Βιβλιογραφία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 2

3

4

5 Περιεχόμενα  Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών  Διηλεκτρικά Υλικά?  Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά  Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης  Βιβλιογραφία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 5

6 Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών Χάρτης Αγωγιμότητας Ημιαγωγών Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 6 Ivi bridge, Intel, (2012) Τρανζίστορ MOSFET

7 Περιεχόμενα  Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών  Διηλεκτρικά Υλικά?  Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά  Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης  Βιβλιογραφία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 7

8 Διηλεκτρικά Υλικά Διάταξη ατόμων στο πλέγμα Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 8 C. Jahan et al., Symp. VLSI (2005)

9 Διηλεκτρικά Υλικά Μείωση του πάχους Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 9

10 Διηλεκτρικά Υλικά Διηλεκτρική σταθερά και διηλεκτρική αντοχή Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 10

11 Διηλεκτρικά Υλικά Φαινόμενα διηλεκτρικής κατάρρευσης Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 11 Prof. Κ. Saraswat, Stanford notes

12 Περιεχόμενα  Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών  Διηλεκτρικά Υλικά?  Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά  Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης  Βιβλιογραφία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 12

13 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Διέλευση σήραγγας Fowler-Nordheim Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 13 R. H. Fowler et al., Proc. Loy. Soc. (1928)

14 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Διέλευση άμεσης σήραγγας (direct tunneling) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 14 T. Horry, Springer (1997)

15 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας  Διέλευση σήραγγας μέσω παγίδων (trap-assisted-tunneling) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 15 F. Jimenez-Molinos, JAP (2001)

16 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Εκπομπή Poole-Frenkel Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 16 R. Hill, Phil. Mag., (1971)

17 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Αγωγιμότητα περιοριζόμενη από φορτία χώρου (SCLC) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 17 A. Rose, Phys. Rev., (1955)

18 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Θερμιονική εκπομπή (Schottky-Richardson emission) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 18 O. Richardson, NP Lecture (1929)

19 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Σύνοψη Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 19 S. Yu et al., APL (2011) E. W. Lim et al., Electronics (2015)

20 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Παράδειγμα 1: Εκπομπή Fowler-Nordheim Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 20 E. Verrelli, Thin Solid Films (2010)

21 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Αναγκαία συνθήκη Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 21

22 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας Παράδειγμα 2: Εκπομπή Poole-Frenkel Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 22 P. Bousoulas, JAP (2014) HRS LRS

23 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας LRS and HRS fitting Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 23

24 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας TAT fitting Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 24

25 Μηχανισμοί Αγωγιμότητας TAT fitting Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 25

26 Περιεχόμενα  Ιστορική Αναδρομή Ημιαγωγών  Διηλεκτρικά Υλικά?  Μηχανισμοί Αγωγιμότητας σε Διηλεκτρικά Υλικά  Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης  Βιβλιογραφία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 26

27 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης H επικράτεια των διατάξεων μνήμης (ITRS 2013) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 27

28 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Μη πτητικές μνήμες (Flash) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 28

29 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Μη-πτητικές μνήμες (NC-Flash) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 29 R. Muralidhar et. al., IEDM (2003) E. Verrelli et. al., TONS (2007)

30 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Μνήμες εναλλαγής αντίστασης (ReRAM) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 30 Kim et. al., ACS Nano (2014)Z. Xu et. al., APL (2014)

31 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης 3 παθητικά ηλεκτρικά στοιχεία Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 31 L. Chua IEEE 507,1971

32 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Τι κάνει το memristor ξεχωριστό? Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 32 ITRS 2000

33 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Tο φαινόμενο εναλλαγής αντίστασης είχε αναφερθεί ήδη το 1962! Το θεωρητικό πλαίσιο αναπτύχθηκε το 1971 από τον L. Chua Ανανέωση του ενδιαφ. το 2008 από HP Labs Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 33

34 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης TiO 2-x ReRAM Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 34 P. Bousoulas et al, JAP (2014) S. Park et al, EDL 23 (2011)

35 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Conductive-Atomic Force Microscopy (C-AFM) Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 35 P. Bousoulas et al, ASS (2015)

36 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης Commercial ReRAM Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 36

37 Διηλεκτρικά Υλικά και Διατάξεις Μνήμης COMSOL modelling Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 37 S. Kim et al., Nat. Sci. Rep. 3, (2013) F. Nardi et al., IEEE-TED, 59, (2012)

38 Περιεχόμενα Monte-Carlo Modelling Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 38 Χ. Guan et al., IEEE-TED, 59, (2012) S. Yu et al., IEEE-TED, 100, (2012)

39 Βιβλιογραφία D. K. Scronder: “Semiconductor Material and Device Characterization”, Wiley and Sons, (2005). S. M. Sze: “Physics of Semiconductor Devices”,, Willey Interscience, 3rd edition (2007). E. H. Nicollian and J. R. Brews: “MOS Physics and Technology”, Wiley and Sons, New York, (1982). H. J. M. Veendrick: “Nanometer CMOS ICs - From basics to ASICs”, Springer, (2008). R. M. Warner, Jr. and B. L. Grung: “MOSFET Theory and Design”, Oxford University Press, Oxford, (1999). Marius Grundmann: “The Physics of Semiconductors - An Introduction Including Nanophysics and Applications”, Second Edition, Springer-Verlag Berlin, (2010). David L. Pulfrey: “Understanding Modern Transistors and Diodes”, Cambridge University Press, (2010). J. P. Colinge and C. A. Colinge: “Physics of Semiconductor Devices”, Kluwer Academic Publishers, (2002). S. Deleonibus, “Electronic Device Architectures for Nano - CMOS Era, From Ultimate CMOS Scaling to Beyond CMOS Devices”, CEA - LETI, France, Pan Stanford Publishing, (2009). A. A. Demkov and A. Navrotsky, “Materials Fundamentals of Gate Dielectrics”, Published by Springer, (2005). Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 39

40 Electronic Nano-materials and Devices Lab http://www.physics.ntua.gr/~tsoukalas/ panbous@mail.ntua.gr Π. Μπούσουλας ΠΜΣ 2015 40