[发明专利]一种低功耗半浮栅存储器及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，具体为一种低功耗半浮栅存储器及其制备方法。本发明低功耗半浮栅存储器，包括：衬底；在衬底上的石墨烯栅极；部分覆盖石墨烯栅极的阻挡层；覆盖阻挡层的半浮栅；位于半浮栅上的半闭合隧穿层；异质结，其第一端位于半浮栅上，且与半闭合隧穿层平行邻接，其第二端覆盖半闭合隧穿层和异质结的第一端；石墨烯漏极和石墨烯源极，位于异质结的第二端上；其中，阻挡层、半浮栅、半闭合隧穿层、异质结的一端和第二端，依次为不同的二维材料。本发明可有效改善了器件的可靠性，加快数据写入速度，增加数据保持时间，进一步降低功耗。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种低功耗半浮栅存储器及其制备方法。

背景技术

现今主流的存储技术分为两类：挥发性存储技术和非挥发性存储技术。对于挥发性存储技术，主要是静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM。挥发性存储器有着纳秒级的写入速度，然而其数据保持能力只有毫秒级，使得其只能用在缓存等有限的存储领域。对于非挥发性存储技术，比如闪存技术，其数据保持能力可以达到10年，然而相对缓慢的写入操作，极大地限制了其在高速缓存领域的应用。另一方面，二维材料，如过渡金属硫化物不仅有较高的迁移率，而且当其薄膜厚度减到单层，仍然保持着优异的电学特性，是应用于半导体器件的良好材料。此外，二维材料表面没有悬挂键并且有着丰富的能带体系，这使得其在能带工程设计电子器件领域有着天然的优势。没有悬挂键的特性使得其可以自由堆叠电子器件，丰富的能带体系使得其可以满足各种新型电子器件所需的能带结构。进一步，对于传统的场效应晶体管，电子的玻尔兹曼分布给功耗的降低设置了上限。负电容晶体管有望克服该热离子限制，构建超低功耗消费电子。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够改善器件可靠性、提高器件数据写入速度、增加器件数据保持时间、降低器件功耗的半浮栅存储器及其制备方法。

本发明提供的低功耗半浮栅存储器，包括：

衬底；

石墨烯栅极，形成在所述衬底上；

阻挡层，其为具有负电容特性的第一类二维材料，部分覆盖所述石墨烯栅极；

半浮栅，其为第二类二维材料，形成在所述阻挡层上；

半闭合隧穿层，其为具有负电容特性的第三类二维材料，位于所述半浮栅上；

异质结，异质结的第一端位于所述半浮栅上，其为具有第一导电类型的第四类二维材料，且与所述半闭合隧穿层平行邻接；异质结的第二端，其为具有第二导电类型的第五类二维材料，覆盖所述半闭合隧穿层和所述异质结的第一端；石墨烯漏极和石墨烯源极，位于所述异质结的第二端上。

本发明的低功耗半浮栅存储器中，优选为，所述第五类二维材料、所述第四类二维材料和所述第二类二维材料的能带构成阶梯层状能带。

本发明的低功耗半浮栅存储器中，优选为，所述第三类二维材料、第二类二维材料和所述第一类二维材料的能带构成闪存势阱能带结构。

本发明的低功耗半浮栅存储器中，优选为，所述第一类二维材料和/或所述第三类二维材料为CuInP₂S₆或者CuInP₂S₆/BN叠层。

本发明的低功耗半浮栅存储器中，优选为，所述第二类二维材料是n型导电的HfS₂或MoS₂，或者是p型导电的WSe₂或MoSe₂。