[发明专利]一种基于二维半导体材料的围栅存储器及其制备方法

说明书

本发明属于存储器技术领域，具体为一种基于二维半导体材料的围栅存储器及其制备方法。本发明利用围栅结构替代传统存储器的单栅结构，通过增强器件的栅控能力，得到窗口更大、保持时间更长的非易失性存储器。本发明制备过程包括：先在衬底上利用电子束蒸发、原子层沉积、机械剥离及化学气相沉积等方法依次获得依次金属栅极、介质层、电荷俘获层、隧穿层及沟道材料，然后利用上述相同方法以相反的顺序获得围栅结构。本发明可以制备具有较大存储窗口以及较长保持时间的新型存储器，极大的增强栅极电压对器件的控制能力，可在未来存储器领域被广泛应用。

技术领域

本发明属于存储器技术领域，具体涉及一种基于二维半导体材料的围栅存储器及其制备方法。

背景技术

半导体材料存储器是现代科学技术中一大重要领域。传统的半导体存储器采用单一栅极（顶栅结构或背栅结构）来控制器件，当沟道材料的厚度较大时，在控制栅极施加电压后，可能会出现沟道没有完全耗尽的现象，因此栅极对沟道的控制能力还需加强。

另一方面，随着半导体技术的发展，摩尔定律已经接近极限，半导体器件的特征尺寸的缩小对互连技术、微加工技术等也提出了更高的要求，同时也出现一些相应的问题，例如短沟道效应、量子效应等会在很大程度上降低硅基器件的性能。因此，需要找到一种能取代传统半导体硅的新材料。近些年来，石墨烯等二维材料受到了越来越多的关注。凭借其独特的结构和优异的性能，这些二维材料在存储器中得到了广泛应用，有望取代硅成为新型电子器件的有力候选者。

在本发明中，采用二维材料薄膜作为沟道材料，用围栅结构替代传统的单一栅极，极大的增强了栅极对沟道的控制能力，得到存储窗口更大、保持时间更长的存储器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种器件性能优异的基于二维半导体材料的围栅存储器及其制备方法。

本发明将传统的垂直堆叠式的金属栅极、绝缘氧化层、电荷俘获层、隧穿层、沟道材料的结构改为包围式结构，实现更好的栅调控性。

本发明提供的基于二维半导体材料的围栅存储器的制备方法，具体步骤为：

（1）在预先准备好的衬底上制备金属栅极

具体方法包括：采用光刻工艺在样品上将光刻胶曝光成所需的电极图形；然后在样品上淀积金属形成电极。

优选为，所述光刻工艺采用紫外光刻或者电子束光刻工艺。

优选为，所述淀积金属的方法可以是物理气相沉积或电子束蒸发。

优选为，所述金属为常见的Au、Cr、Pt等。

（2）在金属栅极上生长氧化绝缘层

所述氧化绝缘层可以为氧化铝或氧化硅等。

所述氧化绝缘层的生长方法为原子层沉积方法。

（3）在绝缘层上生长二维材料电荷俘获层

优选为，所述二维电荷俘获层材料为石墨烯。

优选为，所述二维电荷俘获层材料可以通过两种方法制备：一种是通过在块状材料上机械剥离的方法直接获取；另一种是通过化学气相沉积生长大面积并可控层数的薄膜。

（4）在电荷俘获层上生长二维材料隧穿层

优选为，所述二维隧穿层材料为BN。

优选为，所述二维隧穿层材料可以通过机械剥离或化学气相沉积的方法获得。

（5）在隧穿层上生长二维沟道材料

优选为，所述二维沟道材料为MoS₂。

优选为，所述二维沟道材料的长度要大于围栅结构的长度。