最近几年，MONOS电荷陷阱型存储器作为多晶硅悬浮栅存储器的后时代非易失性存储器得到广泛应用，它能较好解决器件尺寸减小带来的多晶硅悬浮栅存储器电荷保持力差以及工作电压高的问题，且具有等比缩小性、制备工艺简单、功耗低、应用多样性以及抗辐射性强等优点。然而，随着器件尺寸的进一步减小，以氮化硅作为电荷存储层的MONOS存储器难以满足大窗口、低电压、长久保持力和优良疲劳特性的要求。采用更高k值的材料作为电荷存储层，利用较大的物理厚度来获得相同的等效氧化层厚度，可以使存储层具有更多的陷阱，更高的陷阱效率以及更快的编程速度。因此，研究新型高k介质作为存储层材料，并进行带隙工程设计成为当前MONOS存储器的研究热点。
光学与电子信息学院微电子学系徐静平教授科研团队一直从事高k堆栈电荷陷阱型存储器的研究。在徐静平教授指导下，青年教师刘璐提出了一种新颖的带隙渐变电荷存储层结构，即首先淀积TiON/HfON双层高k介质层，然后通过热退火期间Hf、Ti元素的互扩散，在界面附近形成Ti、Hf含量渐变的Hf1-xTixON混合层。由于Hf、Ti含量比决定Hf1-xTixON的能带结构，其禁带宽度随Ti含量的增加而减小。因此退火后即形成靠近隧穿层的富Ti区和靠近阻挡层的富Hf区，从而获得由隧穿层到阻挡层禁带宽度逐渐增加的锥形能带结构。通过与单层TiON、HfON以及HfTiON作为电荷存储层的器件进行对比，TiON/HfON双电荷存储层器件不仅能获得大的存储窗口、快的编程/擦除速度，而且能获得优良的电荷保持力和疲劳特性。
该项工作得到了国家自然科学基金的支持，相关研究成果发表于Applied Physics Letters等国际重要期刊上。
