[发明专利]一种基于二维材料的非易失存储器及其操作方法

说明书

本发明提供了一种基于二维材料的非易失存储器及其操作方法，属于存储器技术领域，其包括控制栅叠层、浮栅叠层、沟道层和沟道源漏电极，所述浮栅叠层位于所述控制栅叠层和所述沟道层之间；所述浮栅叠层中的浮栅层和隧穿绝缘层选用二维材料。本发明提供的一种基于二维材料的非易失存储器，以解决现有技术中存在的问题，提供了一种新型的采用二维材料构建的具有超快编程速度的非易失存储器，通过给控制栅加电压，源漏电极两端接地的方法来实现对浮栅存储器进行编程，完成写入和擦除的操作。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别是涉及一种基于二维材料的非易失存储器及其操作方法。

背景技术

目前计算机存储器的基本架构是由写入速度快但数据易失的静态随机存取存储器(SRAM)，动态随机存取存储器(DRAM)和写入速度慢但数据非易失的外部存储器组成。写入速度在纳秒的SRAM和DRAM能和计算机的中央处理器(CPU)直接进行交流，但SRAM和DRAM都是易失性存储器，其中SRAM必须供电维持其存储的数据，而DRAM必须不断刷新电容器(刷新时间为64毫秒)才能维持其存储的数据，也就是说断电后SRAM和DRAM的数据就会丢失。而外部存储器可以做到数据非易失这个特点，但由于其写入速度慢，不能和CPU直接进行交流，数据需要经过DRAM和SRAM才能由CPU进行加工处理。目前写入速度最快的一种外部存储器是基于Kahng和Sze在1967年提出的一种浮栅结构的FLASH存储器，但写入速度也只是在100微秒的量级。我们通常使用的FLASH存储器包括固态硬盘和U盘，已经慢慢取代了硬盘的地位。FLASH存储器的基本单元是一个浮栅场效应晶体管。所谓浮栅场效应晶体管，是在传统场效应晶体的基础上多一个浮栅(和传统硅工艺匹配，通常所用的材料是多晶硅)，可以形成一个非易失的存储器。因此，设计出更加快速写入和擦除的非易失存储器是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于二维材料的非易失存储器，以解决现有技术中存在的问题，提供了一种新型的采用二维材料构建的具有超快编程速度的非易失存储器。

本发明的另一个目的是提供一种基于二维材料的非易失存储器的操作方法，通过给控制栅加电压，源漏电极两端接地的方法来实现对浮栅存储器进行编程，完成写入和擦除的操作。

特别地，本发明提供了一种基于二维材料的非易失存储器，包括控制栅叠层、浮栅叠层、沟道层和沟道源漏电极，所述浮栅叠层位于所述控制栅叠层与所述沟道层之间，所述沟道源漏电极位于所述沟道层上方或侧边；所述浮栅叠层选用二维材料。

可选地，所述控制栅叠层包括控制栅和控制栅绝缘层，所述控制栅绝缘层位于所述控制栅与所述浮栅叠层之间。

可选地，所述控制栅为重掺硅或者金属材料或者二维导电材料。

可选地，所述控制栅绝缘层选用氧化物绝缘材料或二维绝缘材料；所述氧化物绝缘材料包括二氧化硅、高介电常数的氧化铝、高介电常数的氧化铪、其它高介电常数的氧化物，所述二维绝缘材料为氮化硼。

可选地，所述浮栅叠层包括浮栅层和隧穿绝缘层，所述浮栅层与所述控制栅绝缘层相接触，所述隧穿绝缘层位于所述浮栅层与所述沟道层之间。

可选地，所述浮栅叠层选用二维材料；

所述浮栅层选用二维材料，所述浮栅层为单层或者多层石墨烯，所述单层或者多层石墨烯采用CVD生长或者机械解离制得；

所述隧穿绝缘层选用氮化硼的二维材料，所述氮化硼采用CVD生长或者机械解离制得。

可选地，所述的沟道层与所述隧穿绝缘层相接触；

所述沟道层选用二维材料或者硅。

可选地，所述沟道层可选具有高开关比(大于10⁴)的二维半导体材料。