[发明专利]一种基于自组织量子点的存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于自组织量子点的存储器，其特征在于，该存储器包括纵向的多层外延材料结构和在该多层外延材料结构表面制备的类似场效应晶体管结构。

2.根据权利要求1所述的基于自组织量子点的存储器，其特征在于，所述多层外延材料结构采用外延技术在衬底上顺序生长而成，在衬底上由下至上依次包括：应力缓冲层，底电极接触层，包含中掺杂层、δ掺杂层和间隔层的调制掺杂结构，沟道层，第一势垒层，自组织生长的量子点层，第二势垒层和帽层，其中，底电极接触层采用p型重掺杂，调制掺杂结构中的中掺杂层采用p型中掺杂，调制掺杂结构中的δ掺杂层采用n型掺杂，调制掺杂结构中的间隔层采用p型掺杂，量子点层和沟道层不掺杂，第一势垒层和第二势垒层采用p型掺杂，帽层采用n型重掺杂。

3.根据权利要求2所述的基于自组织量子点的存储器，其特征在于，所述类似场效应晶体管结构包括：

包含量子点层和量子阱沟道的有源区、在有源区台面两侧的源区和漏区、在有源区表面p-n结上制备的顶电极、在源区和漏区表面制备的n型欧姆接触电极，以及在应力缓冲层上制备背电极。

4.一种基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法包括：

在衬底上顺序生长纵向的多层外延材料结构，依次为：在衬底上顺序生长应力缓冲层，底电极接触层，包含中掺杂层、δ掺杂层和间隔层的调制掺杂结构，沟道层，第一势垒层，自组织生长的量子点层，第二势垒层和帽层，其中，底电极接触层采用p型重掺杂，调制掺杂结构中的中掺杂层采用p型中掺杂，调制掺杂结构中的δ掺杂层采用n型掺杂，调制掺杂结构中的间隔层采用p型掺杂，量子点层和沟道层不掺杂，第一势垒层和第二势垒层采用p型掺杂，帽层采用n型重掺杂；

在该多层外延材料结构表面制备类似场效应晶体管结构，包括：在包含量子点层和量子阱沟道的有源区台面两侧制备源区和漏区，在有源区表面p-n结上制备顶电极，在源区和漏区表面制备n型欧姆接触电极，以及在应力缓冲层上制备背电极。

5.根据权利要求4所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，所述在衬底上顺序生长纵向的多层外延材料结构采用分子束外延或金属有机化学气象淀积技术实现，具体包括：

在(100)面的GaAs半绝缘衬底上生长GaAs/AlGaAs应力缓冲层，并对该应力缓冲层顶层施以p型重掺杂，掺杂浓度＞10¹⁸cm^-3；

在该应力缓冲层上生长AlGaAs层；

在该AlGaAs层上生长一层n型δ掺杂层，掺杂浓度＞10¹⁸cm^-3；

在该δ掺杂层上生长AlGaAs间隔层；

在该AlGaAs间隔层上生长GaAs沟道层；

在该GaAs沟道层上生长AlAs势垒层；

在该AlAs势垒层上以S-K模式生长一层或多层自组织InAs量子点层；

在该量子点层上生长一层AlGaAs势垒层；

在该势垒层上生在一层掺杂浓度＞10¹⁸cm^-3的n型GaAs重掺杂帽层；以及

对上述AlGaAs层、AlGaAs间隔层、GaAs沟道层、AlAs势垒层和AlGaAs势垒层进行p型掺杂，掺杂浓度为10¹⁶cm^-3至10¹⁷cm^-3。

6.根据权利要求4所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法利用量子点作为信息储存单元，一个信息位的两种状态“0”和“1”用量子点的两种充电状态来表示。

7.根据权利要求4所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法通过计算，设计p-n结两侧材料掺杂浓度和量子点层到p-n结界面的距离，使得在不施加外电压时，量子点位于p-n结耗尽区之内。

8.根据权利要求4所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法通过电压控制耗尽区长度，实现存储器的两种操作，“写入”和“存储”。

9.根据权利要求4所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法一个二维电子气(2DEG)沟道层位于量子点层之下，p-n结耗尽区之外，通过其实现存储器的“读出”和“擦除”操作。

10.根据权利要求9所述的基于自组织量子点的存储器的制备方法，其特征在于，该方法存储器的“擦除”通过沟道电子的实空间转移效应来实现。