1、（FAMOS、SAMOS、MNOS和FLOTOX等晶體管的基本結構、工作原理及其特性如何？）作者：Xie M. X.  (UESTC，成都市)        可擦除、可編程只讀存儲器（EPROM）和電可擦除、可編程只讀存儲器（EEPROM）都是一些所謂不揮發性存儲器。作為EPROM和EEPROM應用的半導體器件，主要有FAMOS（浮置柵雪崩注入MOS晶體管）、SAMOS（疊柵雪崩注入MOS晶體管）、MNOS（金屬-氮化物-氧化物-半導體晶體管）和FLOTOX（浮柵隧道氧化物晶體管）等幾種。其中以MNOS在EEPRO

2、M應用中的技術最為成熟，但是現在MNOS已逐漸被上世紀80年代所發明的FLOTOX晶體管所取代。FAMOS和SAMOS晶體管都是利用雪崩效應、通過熱發射來向浮柵注入熱載流子的，而MNOS和FLOTOX晶體管則是利用隧道效應（Fowler-Nordheim隧穿）來向浮柵注入熱載流子的。隧道注入所需要的電壓要低一些。（1）浮置柵雪崩注入MOS晶體管（FAMOS）：FAMOS的基本結構如圖（a）所示，即是在p-MOSFET的基礎上，只是把柵極改變為一個浮空的柵極浮柵（用多晶硅制作）；該浮柵被優質SiO2包圍著，其中的電荷可較長時間地保存起來。FAMOS在常態時處于截止狀態（即無溝道）。當源-漏電壓V

3、DS足夠大時，漏極p-n結即發生雪崩擊穿，將倍增出大量的電子-空穴對；其中空穴進入襯底，而部分高能量的熱電子可越過Si/SiO2勢壘（熱發射）而注入到浮柵；當浮柵中積累的負電荷足夠多時，即使得半導體表面反型而形成溝道，從而MOS器件導通。這就是說，器件開始時是截止的，待發生雪崩注入、浮柵中積累有電荷后才導通，因此根據MOS器件的導通與否，就可以得知浮柵中是否存儲有電荷；這也就意味著FAMOS可以實現信號（電荷）的存儲和檢測，即具有存儲器的功能。但是，要去除（擦除）該器件存儲的電荷（信號）時，一般比較困難，即需要高能量光子（紫外光或者X射線）等的照射才能使得浮柵中的電子被釋放出來。這要求在管殼上

4、開孔以把光照射進去。（2）疊柵雪崩注入MOS晶體管（SAMOS）：SAMOS的基本結構如圖（b）所示，這是在FAMOS的多晶硅浮柵之上、SiO2層表面上再設置一個柵極控制柵而構成的。器件在工作時，正常態亦為截止狀態（無溝道）；當增大VDS、使得漏極p-n結發生雪崩倍增時，即同樣可有熱電子注入到浮柵、而存儲信號電荷。這時，若在控制柵上加一個正電壓，則可加強熱電子往浮柵的注入（甚至也可以是隧道效應的注入），因此即使在較低的VDS電壓下，也可以注入較多的電荷到浮柵中，并使器件導通。從而SAMOS的工作電壓較低。控制柵不僅能夠使得電荷的存儲較為容易，而且在要去除浮柵中的電荷時，也可以通過在控制柵上加上

5、一個較大的偏壓來迫使浮柵中的電荷利用隧道效應而釋放出來。則SAMOS可以方便地實現電擦除。（3）浮柵隧道氧化物晶體管（FLOTOX）：這也是一種浮柵存儲器件，是在SAMOS的基礎上，特別設置一層較薄的氧化層以產生熱電子的隧道效應以實現向浮柵的注入，其結構如圖（c）所示，特稱為浮柵隧穿氧化層（FLOTOX）存儲器。FLOTOX的工作原理與SAMOS相同，只是熱電子的注入方式是隧穿（Fowler-Nordheim隧穿）、而不是熱發射。FLOTOX的工作電壓較低；并且只需要一種極性的電壓（正電壓）即可實現編程和擦除兩種功能。（4）金屬-氮化物-氧化物-半導體晶體管（MNOS）：這是利用隧道效應來實現熱電子向柵極注入的一種存儲器件。MNOS的結構類似于MOSFET，如圖（d）所示；只是在柵氧化層（25nm）上面再生長一層較厚（2060nm）的氮化硅；常用p溝道器件；柵極常用多晶硅構成。由于氮化硅中存在許多陷阱，因此可以用來存儲信號電荷。在柵極加上正向電壓時，當有一定數量的電子通過隧道效應（Fowler-Nordheim隧穿）穿過氧化層而進入到氮化硅中之后，即將引起p-MOSFET溝道導通，這是一個編程的過程（通過檢測閾值電壓