[发明专利]一种具有多值存储能力的各向异性浮栅存储器

说明书

本发明的目的是提供一种可以实现浮栅存储器具有多值存储能力的方法，以及采用该方法设计的各向异性浮栅存储器，该方法以多层石墨烯为埋栅，以少数层二维层状半导体材料为沟道，以六方氮化硼为介电层和封装层，通过范德华堆垛技术以及微纳加工技术制备了具有沿GaTe不同晶向的电极的浮栅存储器，通过改变门电压的大小，对沟道材料GaTe的电学各向异性进行调控，实现了开关比大，数据保持时间长，且具有多值存储功能的浮栅存储器的目的。该方法工艺简单，能够获得性能优异，具有多值存储功能的浮栅存储器。

技术领域

本发明属于纳米人工复合物、微纳米器件、存储器等应用研究领域，具体提供一种具有多值存储能力的各向异性浮栅存储器。

背景技术

自20世纪40年代第一台计算机诞生以来，现代计算机系统的结构依然基于冯.诺依曼原理，即由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五部分组成。存储器是计算机的记忆单元，用来存储各种程序和数据，是计算机中不可或缺的重要组成。非易失性存储器，简称NVM，是指存储器所存储的信息在电源关掉后依然能长时间保存，不易丢失。随着手机、数码相机等便携式电子设备的快速普及，半导体市场对NVM的需求变得越来越大。目前应用最成熟的NVM是以闪存(Flash)为主的浮栅存储器，它具有功耗小，存取速度快，成本低等优点。2012年，NAND型Flash已经发展到32nm/64Gbit技术。尽管闪存获得了巨大的成功并占据了存储器市场上最大的份额，闪存本身却面临着很多缺陷和难题，如：擦写速度慢(0.1ms)、擦写电压高(5V)等。而闪存更严重的瓶颈在于降尺度的极限：尺寸的不断减小导致单个存储单元内部存储的电子数目越来越少，而相邻存储单元由于相距越来越近发生电子遂穿的概率也越来越高，使得存储信息的可靠性降低。因此如何提高以Flash为代表的浮栅存储器的存储密度是目前亟待解决的问题。

一些晶体学对称性差的材料往往表现出方向依赖性的物理性能，如力学各向异性，光学各向异性，电学各向异性等。而材料在二维极限下，由于z轴维度的消失，这些各向异性往往更加明显，且蕴藏着丰富的物理内涵以及巨大的应用前景。近来，针对二维材料的电学各向异性得到了非常多的关注。如在黑磷中，研究人员观察到其具有σ_a/σ_b≈1.5的面内电学各向异性。然而目前报道的电学各向异性相对较小，最大电流与最小电流的比值往往不超过10，这极大地限制了电学各向异性在实际中的应用。二维层状材料碲化镓(GaTe)是一种具有直接带隙(～1.7eV)的p-型半导体，具有优异的光电性能。它的晶体学对称性很低(C³_2h空间群)，表现出明显的光学及电学各向异性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现浮栅存储器具有多值存储能力的方法，以及采用该方法设计的各向异性浮栅存储器，该方法操作简单、能够得到性能优异的具有多值存储能力的浮栅存储器。

本发明技术方案如下：

一种实现各向异性浮栅存储器具有多值存储能力的方法，其特征在于：利用二维层状半导体材料的电学各向异性及门可调性，实现具有多值存储能力的浮栅存储器。

基于上述方法，本发明还提供了一种具有多值存储能力的各向异性浮栅存储器，其特征在于：所述各向异性浮栅存储器是以二维层状金属材料作为埋栅，以二维层状半导体材料作为沟道材料，以绝缘体作为介电层及封装层。

作为优选的技术方案：

本发明所述二维层状半导体材料为具有电学各向异性(材料在不同晶体学取向上的阻值不同)，且电学各向异性的大小受门电压的调控作用的材料，优选为碲化镓(GaTe)；绝缘体为二维层状绝缘体材料，优选为六方氮化硼(h-BN)；二维层状金属材料优选为多层石墨烯(FLG)。

本发明所述二维层状半导体材料的厚度为1nm-30nm，可以通过力学解理单晶块体或化学生长等方式制备。

本发明所述二维层状半导体材料通过下列方法获得：化学气象沉积(CVD)、力学剥离解理、溶液中超声剥离或化学剥离。