[发明专利]一种非易失性存储器单元、其制备方法及非易失性存储器

说明书

本发明提供的非易失性存储器单元适用于Ⅲ族氮化物材料，且满足制备高密度全氮化物材料非易失性存储器件的要求。其中，Si₃N₄材料台面(7)作为阻抗开关层，实现存储功能。AlN材料台面(6)作为隧穿势垒层，缓解阻抗开关层(Si₃N₄材料台面)中存在的漏电通道对忆阻器稳定性的破坏，提升忆阻器的非易失性存储器开关过程的可靠性和状态稳定性。发展这种非易失性存储器单元，有望开发Ⅲ族氮化物半导体在发光、激光、光电探测以及高电子迁移率晶体管等应用领域之外的新用途，弥补其在存储器应用领域的空白，利于与氮化物半导体发光二极管、激光二极管、光电探测器以及高电子迁移率晶体管等实现基于全氮化物材料体系的单片光电集成。

技术领域

本发明涉及微电子材料与器件应用领域，具体涉及一种非易失性存储器单元、其制备方法及非易失性存储器。

背景技术

作为第三代半导体材料，Ⅲ族氮化物半导体已经在蓝、绿发光二极管、激光二极管、紫外光电探测器、高电子迁移率晶体管和高功率场效应管等光电子和微电子领域得到了广泛的发展和应用。然而，基于Ⅲ族氮化物材料的非易失性存储器件的发展相对滞后，目前仍然缺乏合理的存储器件结构，严重制约了高密度全氮化物材料非易失性存储器件的发展。因此，发展高密度全氮化物材料非易失性存储器，有望发挥Ⅲ族氮化物半导体在发光、激光、光电探测以及高电子迁移率晶体管领域的优势，弥补其应用领域的空白，实现基于全氮化物材料体系的单片光电集成。而这对于目前处于主导地位的硅基材料也是一种技术补充。因为单片光电集成中，作为光源的发光器件、光电转换的光探测器件、信息存储的存储器以及各种晶体管等电子元件是要求在同一衬底上的，而硅基材料属于间接带隙材料，因此，并不利于发展发光器件。

近年来，区别于传统基于电荷存储的非易失性存储器件，发展出了一种基于阻抗开关特性原理制成的新型的非易失性存储器件，称为忆阻器。这种忆阻器具有结构简单、擦写速度快、集成度高以及尺寸延展性好等优点。目前实现阻抗开关特性的结构主要包括金属-绝缘层-金属(MIM)和金属-绝缘层-半导体(MIS)两种。而MIM结构忆阻器件对于采用金属有机化学气相沉积技术制备的Ⅲ族氮化物材料并不适用。因此，设计出合理的存储器件结构，对于发展高密度全氮化物材料非易失性存储器件具有深远的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种非易失性存储器单元、其制备方法及非易失性存储器，其适用于Ⅲ族氮化物材料，且满足制备高密度全氮化物材料非易失性存储器件的要求。

本发明提供了一种非易失性存储器单元，包括：

氮化物晶体管；

设置于所述氮化物晶体管上的氮化物金属-绝缘层-半导体忆阻器，所述氮化物金属-绝缘层-半导体忆阻器包括：Si掺杂的GaN材料台面(5)，所述Si掺杂的GaN材料台面(5)附着于所述氮化物晶体管的AlGaN材料台面(4)上；附着于所述Si掺杂的GaN材料台面(5)上的AlN材料台面(6)；附着于所述AlN材料台面(6)上的Si₃N₄材料台面(7)；设置于所述Si₃N₄材料台面(7)上的金属电极(8)；

漏极(11)，所述漏极(11)的一端与Si掺杂的GaN材料台面(5)接触；所述漏极(11)的另一端与所述氮化物晶体管的GaN材料层(3)接触。

优选的，所述氮化物晶体管包括：衬底(1)、附着于所述衬底(1)上的GaN材料层(3)、附着于所述GaN材料层(3)上的AlGaN材料台面(4)、设置于所述AlGaN材料台面(4)上的栅极(9)、设置于所述GaN材料层(3)上的源极(10)。

优选的，所述漏极(11)的另一端贯穿于所述氮化物晶体管的所述AlGaN材料台面(4)，并且与所述GaN材料层(3)接触。