利用原子层沉积方法制备了高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件，并对器件的电荷存储性能做了系统研究.利用高分辨透射电子显微(HRTEM)技术表征了(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜的形貌、尺寸及器件结构.采用4200半导体分析仪测试了存储器件的电学性能.研究发现，存储器件在栅极电压为±8V时的存储窗口达到3.5V;25℃，85℃和150℃测试温度下，通过外推法得到，经过10年的数据保持时间，存储器件的存储窗口减小量分别为17%，32% 和48%;(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件经过105 次写入/擦除操作后的电荷损失量仅为4.5%.实验结果表明，利用高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜作为存储层能够提高器件的电荷俘获性能，具有良好的应用前景.
对于传统的浮栅型非易失性存储器，由于其隧穿层的厚度已经接近其物理极限，以致隧穿层中的一个缺陷就能导致多晶硅浮栅中存储的电荷全部损失，因此，探索新型存储结构成为研究的热点.主要集中在寻找低功耗和高密度的固态存储器，例如可用于相机、手机和MP3播放器上的存储设备.非易失性存储器家族中，硅-氧化物-氮化物-氧化物-多晶硅(SONOS)型存储器作为最具发展前景代替传统浮栅型存储器得到广泛地研究.这主要是由于它的一些优异性能，例如小尺寸、分立能级和与传统半导体工艺良好的兼容性能.但是，Si3N4作为存储层同样面临数据保持能力差和尺寸减小问题.这就需要在传统SONOS型基础上，开发新型电荷存储器件.一些研究学者提出利用纳米晶代替Si3N4作为存储介质，提高器件的电荷存储性能.但是，纳米晶基电荷存储器件面临纳米晶密度及尺寸难以控制等缺点.基于以上考虑，本文采用高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜代替传统的Si3N4作为存储层，制备高介电常数材料基电荷俘获型存储器件，并系统研究了存储器件的电荷存储性能.
1、实验
1.1、存储器件的制备
存储器件的衬底材料采用电阻率为3～20Ω·cm 的p-Si.首先，通过传统半导体衬底清洗工艺去除Si衬底表面的氧化物;而后，利用热生长工艺在Si衬底表面生长一层4nm的SiO2薄膜作隧穿层;在此基础上，利用原子层沉积系统，采用Hf-Cl4、Al(CH3)3和O3作为沉积薄膜的源，生长6nm厚的高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2(简称HAO)薄膜作为存储层，其中，Hf与Al的含量通过调节薄膜生长过程中的沉积循环次数;随后，利用原子层沉积系统制备7nm厚的Al2O3
薄膜作为阻挡层;最后，利用磁控溅射沉积一层Pt作为电极材料.为了模拟半导体工艺条件，将制备的Pt/Al2O3/HAO/SiO2/Si电荷存储器件在900 ℃，N2气氛中快速退火1min.
1.2、样品的性能及表征
实验过程中采用FEI公司制造的场离子发射透射电子显微镜(TecnaiG2F20STEM)进行HAO 薄膜的形貌及存储器件的微结构.Pt/Al2O3/HAO/SiO2/Si电荷存储器件的电学性能测试使用Keithley4200半导体参数分析仪(4200-SCS).
2、结果与讨论
2.1、存储器件的结构分析
图1为Pt/Al2O3/HAO/SiO2/Si电荷存储器件的高分辨透射电子显(HRTEM)截面图像，从图中观察可知，隧穿层、存储层和阻挡层的厚度分别为4nm、6nm和7nm，与预先设计值一致，且薄膜之间界面清晰.图1中的插图为存储层HAO薄膜的选区电子衍射图像，从图中的衍射弥散环可知，经过900℃高温退火处理，存储层HAO薄膜仍然保持非晶态.
