[发明专利]一种制备基于量子点的空穴型存储器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，尤其是一种制备基于量子点的空穴型存储器的方法，利用量子点所具有的独特的二类异质结构，将其应用于空穴型存储器领域，可以在读写速度、存储密度、使用寿命、功耗等方面具有优异的性能。

背景技术

当今社会处在信息时代，信息技术随时在不断发展进步，需要存取的数据量越来越大，对存储容量、读写速度、功耗、体积等要求越来越高。FLASH和DRAM这两种应用最广泛的半导体存储器越来越不能满足人们的需求。人们提出，未来的高性能存储器应该既具有FLASH长达10年的存储时间，又具有DRAM的耐用性(10¹⁵次读写循环)和高读写速度(低于1ns)，并且同时拥有高集成度和低功耗等所有优点。

量子点在空间三个维度上都具有纳米尺度，与电子的德布罗意波长相比拟，具有分立的量子化能谱，展现出许多独特的物理性质。基于量子点对电荷的三维限制能力和高速充电时间，将量子点应用于存储器中，非易失性、高速、低功耗、存储容量大、集成度高、存储时间长等潜在优势使量子点存储器在未来有可能完全取代内存、硬盘及其他可移动存储设备，满足存储应用的各方面需要。

根据量子点所存储的载流子类型，量子点存储器可以分为电子型和空穴型两种类型。电子的高迁移率可以保证ns量级以下的读写时间，但电子的隧穿几率和逃逸几率大，导致电子型存储器的室温存储时间较低。在p型掺杂区域插入量子点，以空穴为存储电荷的量子点具有低的隧穿几率和逃逸几率，量子点对空穴的限制能力更大，室温存储时间可以得到提高。因此，空穴型量子点具有更好的应用前景。

具有II类异质结构的锑化物量子点，如GaSb/GaAs对空穴具有势阱作用，对电子具有势垒作用，因此只限制空穴而屏蔽电子。这种结构价带带阶大，空穴的局域能量高；电子和空穴在空间上分离开，可避免因空穴与电子复合而导致的数据消失。因此，锑化物量子点最有希望成为空穴型量子点材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提出一种制备基于量子点的空穴型存储器的方法，以解决量子点存储器的结构设计和器件制作问题，实现完整功能的空穴型量子点存储器，达到提高存储时间的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备基于量子点的空穴型存储器的方法，包括：

步骤1：在衬底1上依次生长缓冲层2和第一p掺杂层3；

步骤2：在第一p掺杂层3上生长p⁺掺杂势垒层4和非掺杂势垒层5，形成二维空穴气6；

步骤3：在二维空穴气6上依次生长第一非掺杂空间层7、具有二类异质结构的量子点层8和第二非掺杂空间层9；

步骤4：在第二非掺杂空间层9上生长第二p掺杂层10；

步骤5：在第二p掺杂层10上生长n⁺掺杂层11；

步骤6：通过工艺技术制造数据擦写端口和数据读取端口，形成空穴型量子点存储器。

上述方案中，步骤1至步骤5中所述材料生长方法是采用分子束外延技术或金属有机物气相外延技术。

上述方案中，步骤1中所述衬底1是p⁺-GaAs(100)衬底，所述缓冲层2为p⁺-GaAs层，所述第一p掺杂层3为p-GaAs层。

上述方案中，所述缓冲层2的生长方法为：在580℃下，同时开启Ga源、As源和杂质Be源；所述缓冲层2的p型杂质Be的掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，生长厚度为500nm。所述第一p掺杂层3的生长方法为：在580℃下，同时开启Ga源、As源和杂质Be源；所述第一p掺杂层3的p型杂质Be的掺杂浓度为3.5×10¹⁶cm^-3，生长厚度为1μm。

上述方案中，步骤2中所述p⁺掺杂势垒层4为p⁺-Al_0.36Ga_0.64As，生长方法为：同时打开Ga源、As源、Al源和杂质Be源；所述p⁺掺杂势垒层4的p型杂质Be的掺杂浓度约为7.5×10¹⁸cm^-3，生长厚度为10nm。

上述方案中，步骤2中所述非掺杂势垒层5为Al_0.36Ga_0.64As，生长方法为：关闭Be源，同时打开Ga源、As源和Al源，生长厚度为8nm。