Memorie nevolatila cu poarta flotanta multipla din nanocristale de GeSn controlata cu camp electric si lumina si cu consum electric scazut (LighTinGMemLowP)


Project Director: Dr. Magdalena Lidia CIUREA
Contract nr.: 101PCE/2025 ( cod proiect PN-IV-P1-PCE-2023-1188)
Director Proiect: Dr. Magdalena Lidia Ciurea
Tip Proiect: National
Program Proiect: PCE
Finantat de: Ministerul Cercetarii, Inovarii si Digitalizarii, CNCS - UEFISCDI
Contractor: Intitutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor
Status Proiect: In desfasurare
Data de inceput: 15 iulie 2025
Data finalizarii: 14 iulie 2028
Rezumatul Proiectului LighTinGMemLowP: 

Obiectivul proiectului este fabricarea unui dispozitiv de memorie nevolatila (NVM), cu 1–3 porti flotante (FG) din nanocristale (NC) de GeSn, controlate prin camp electric si iluminare. Poarta flotanta cu NC de GeSn reprezinta o solutie noua, beneficiind de sensibilitatea ridicata a NC de GeSn in infrarosu apropiat (SWIR). Aceasta NVM este un dispozitiv multistrat (ML) de tip capacitor (contact superior/ oxid de poartă/ (FG de NC GeSn / oxid tunel)n / plachetă de Si/ contact inferior, n=1–3) si va fi fabricat in 2 versiuni: V1 (foloseste secvente de straturi de HfO2 și SiO2 pentru oxizii de poartă si tunel) si V2 (foloseste doar SiO2). Se utilizeaza o metoda foarte eficienta de depunere prin pulverizare cu magnetron pe substrat incalzit (tratament termic dinamic), fiind o metoda de fabricare intr-o singura etapa. Nodurile de NC de GeSn din FG vor fi incarcate prin aplicarea unei tensiuni si lumina (lungimi de unda ≥1000 nm), aplicate simultan. Performantele vizate ale NVM cu FG de NC GeSn sunt: fereastra de memorie de 3–5 V, pierdere de sarcină de 10%–12% la 10⁴ s (30% după 10 ani), fotosensibilitate ridicata in intervalul 1000–1800 nm (NC GeSn cu 10%–15% Sn) si consum redus de energie (prin lumina). Impactul proiectului este: stiințific (ințelegere aprofundata a proceselor electronice si a functionării dispozitivelor), tehnologic (procese si parametri), social si economic (sisteme de securitate ieftine (IoT) pentru detectia evenimentelor, fotonica integrata pe Si, captare de imagini, dispozitive (fotonice) de calcul neuromorfic, sisteme informatice; formarea tinerilor). Rezultatele proiectului: 5 articole ISI Q1 & Q2, 5 comunicari la conferinte, 1 cerere de brevet, avand in vedere practicile de publicare open-access.

Obiectivul Proiectului: 

Obiectivul proiectului este fabricarea unui dispozitiv NVM, cu pana la 3 straturi de stocare FG din nanocristale GeSn, controlate prin camp electric si iluminare.

Rezultatele Proiectului (Planul de Realizare propus): 

parametri tehnologici; masti fotolitografice; probe test cu sau fara contacte, caracteristici, imagini; probe test configurate cu proprietati adecvate pentru V1&V2; caracteristici & parametri ai probelor test optime: imagini, curbes & spectre, structuri cristaline, compozitie & morfologie; fereastra de memorie, curbe de retentie, pierderi de sarcina; probe V1&V2 complet caracterizate; dispozitive NVM complet caracterizate; dispozitive NVM cu proprietati tintite - fereastra de memorie de 3–5 V, pierdere de sarcina 10%–12% la 10⁴ s (30% estimat la 10 ani) si sensibilitate inalta in intervalul 1000–1800 nm asigurate de NC GeSn cu 10%–15% Sn; pagina web a proiectului; 5 lucrari in jurnale Q1, Q2; 5 comunicari la conferinte internationale / lucrari; 1 cerere de brevet; rapoarte intermediare de progres si raport final

Etapa 1/2025 WP1. Fabricarea de probe test pentru versiunile V1 si V2 – partea I; WP4. Diseminarea si exploatarea rezultatelor – partea I

Etapa 2/2026 WP1. Fabricarea de probe test pentru versiunile V1 si V2 – partea II; WP2. Caracterizarea de probe test in V1 si V2: structura cristalina, morfologie, compozitie, proprietati de memorie – partea I; WP4. Diseminarea si exploatarea rezultatelor – partea II

Etapa 3/2027 WP1. Fabricarea de probe test pentru versiunile V1 si V2 – partea III; WP2. Caracterizarea de probe test in V1 si V2: structura cristalina, morfologie, compozitie, proprietati de memorie – partea II; WP3. Fabricarea de NVM pe baza de FG de NC GeSn controlate de camp electric si lumina – partea I; WP4. Diseminarea si exploatarea rezultatelor – partea III

Etapa 4/2028 WP3. Fabricarea de NVM pe baza de FG de NC GeSn controlate de camp electric si lumina – partea II; WP4. Diseminarea si exploatarea rezultatelor – partea IV

Etapa 1/2025 WP1. Fabricarea de probe test pentru versiunile V1 & V2 (partea I); WP4. Diseminarea & exploatarea rezultatelor (partea I)

Rezumat

Scopul proiectului LighTinGMemLowP este fabricarea unui dispozitiv de memorie nevolatila NVM cu 1-3 porti flotante (FGs) din nanocristale (NCs) de GeSn, controlat de camp electric si lumina. NVM propus este un capacitor multistrat (contact fata /oxid poarta /(FG - GeSn NCs /oxid tunel)n / substrat de Si/ contact spate, n=1–3) si va fi fabricat in 2 versiuni V1 (oxidul de poarta si oxidul tunel, adica perechi de filme de HfO2 & SiO2) si V2 (SiO2).

In Etapa 1 s-au fabricat probe test pentru NVM cu o singura poarta flotanta (1FG) din GeSn NCs (n=1), in versiunile V1 si V2. Acestea au fost obtinute prin pulverizare cu magnetron (intr-o singura operatie de depunere) a filmelor componente (consecutive) pe substrat de p-Si (7 – 14 Ωcm) incalzit la 200 oC. Au fost preparate 3 tipuri de probe test P2-P4 in versiunile V1, V2, variind conditiile tehnologice (inclusiv concentratia de Sn) si o proba de control, P1. Acestea au fost tratate termic rapid (RTA) la temperaturi cuprinse intre 450 si 600 oC pentru formarea GeSn NCs si HfO2 NCs si consolidarea gradului lor de cristalizare. Probele obtinute au fost testate privind structura cristalina, morfologia (XRD, (HR)TEM) si compozitia (EDX) si proprietatile optice, electrice si de memorie (masurari de caracteristici capacitate-tensiune la diferite frecvente, in intuneric C – V dk si cu lumina aplicata C – V ph), din care s-a determinat fereastra de memorie pentru fiecare proba test. Pe baza rezultatelor obtinute, probele test au fost comparate intre ele si s-au selectat probele cu cele mai bune proprietati NVM. Este de subliniat ca rezultatele privind proprietatile NVM sunt sustinute de datele obtinute pe aceste probe din investigatiile de structura cristalina, morfologie si compozitie (XRD, (HR)TEM si EDX).

In Etapa 1 s-a realizat design-ul mastilor fotolitografice. Pentru efectuarea testelor electrice, optice si de memorie probele au fost configurate folosind contacte de Al avand 1,7 mm diametru (nu a fost necesara procesare RTA).

S-a creat si actualizat pagina web a proiectului si de asemenea rezultatele stiintifice si tehnologice au fost diseminate intr-o lucrare invitata la o conferinta internationala.

In concluzie, obiectivele, activitatile de cercetare propuse si rezultatele prevazute pentru Etapa 1/2025 au fost integral realizate.

  1. Prezentare invitata „Enhancing short-wave infrared photosensing of germanium-based nanocrystals”, A.M. Lepadatu, C. Palade, A. Slav, I. Stavarache, I. Dascalescu, O. Cojocaru, V.A. Maraloiu, V.S. Teodorescu, T. Stoica, M.L. Ciurea, 48th Edition International Semiconductor Conference, IEEE CAS 2025, 7 – 11 octombrie 2025, Sinaia

Dr. Magdalena Lidia Ciurea, ciurea@infim.ro

PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE

Back to top

Copyright © 2025 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved