Nanocristaux pour les mémoires flash : multicouches, métalliques et organisés

par Guillaume Gay

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Thierry Baron.

Soutenue le 06-07-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electronique, de Technologie et d'Instrumentation (équipe de recherche) .

Le président du jury était Gérard Ghibaudo.

Le jury était composé de Thierry Baron, Georges Bremond, Eric Jalaguier.

Les rapporteurs étaient Caroline Bonafos, Christophe Muller.


  • Résumé

    Les deux principales limitations des mémoires non-volatiles de type Flash à stockage de charges dans des nanocristaux en silicium sont la faible fenêtre mémoire et la dispersion des caractéristiques électriques due à la dispersion en taille des nanocristaux. Dans cette thèse, plusieurs solutions sont étudiées afin de remédier à ces deux défauts. Afin d'augmenter la fenêtre de programmation, une première approche consiste à augmenter la densité de stockage de charges grâce à l'utilisation d'une double couche de nanocristaux en silicium. Le fonctionnement et les performances électriques de ces dispositifs mémoires sont étudiés puis interprétés grâce à un modèle analytique. Une seconde approche, plus amont, consiste à utiliser des nanocristaux métalliques pour augmenter la quantité de charges piégées dans les nanocristaux. Le dépôt, la passivation et l'intégration de nanocristaux à caractère métallique (Pt, TiN, W) en tant que grille flottante dans un dispositif mémoire sont ainsi réalisés. Enfin, l'organisation « bottom-up » des nanocristaux est proposée comme une solution à la dispersion des caractéristiques électriques des dispositifs mémoires. Un procédé original de transfert et de gravure d'un masque auto-organisé à base de copolymères diblocs est développé.

  • Titre traduit

    Nanocrystals for flash memories : multilayers, metallics and organized


  • Résumé

    The two main limitations of Flash nonvolatile memories charge storage in silicon nanocrystals are the small memory window and the dispersion of electrical characteristics due to the size dispersion of nanocrystals. In this thesis, several solutions are studied in order to remedy these defects. In order to increase the programming window, a first approach is to increase the density of charges stored in the device through the use of a double layer of silicon nanocrystals. The operation and electrical performance of these memory devices are studied and interpreted through an analytical model. A second approach, more upstream, is the use of metallic nanocrystals to increase the amount of trapped charges in the nanocrystals. Deposition, passivation and integration of metal nanocrystals (Pt, TiN, W) as a floating gate in a memory device have been realized. Finally, the "bottom-up" organisation of nanocrystals is proposed as a solution to the dispersion of electrical characteristics of memory devices. An original process for transferring a self-organized diblock copolymer mask into a hard mask is developed and used to etch nanocrystals with small size dispersion.


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