[发明专利]一种低功耗二维材料半浮栅存储器及其制备方法

说明书

本发明属于集成电路存储器技术领域，具体为一种低功耗二维材料半浮栅存储器及其制备方法。本发明的半浮栅存储器，采用高介电常数材料作为阻挡层和隧穿层，可以在满足等效氧化层厚度的前提下，减小漏电流，从而降低功耗；采用PTCDA作为在二维材料表面生长高介电常数材料的缓冲层，可以抑制位阻效应，增大成核密度，可以生长出致密的高介电常数材料，进而可以抑制漏电流，降低功耗。此外，利用PTCDA与二维材料之间没有共价键的优点，从而减少两者之间的界面缺陷，可以抑制漏电流，降低功耗。

技术领域

本发明属于集成电路存储器技术领域，具体涉及一种低功耗二维材料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。专利CN107665894A提出了一种基于二维半导体材料的半浮栅存储器。在这种半浮栅存储器中，电荷通过二维材料构成的PN结实现纳秒级快速写入的操作。但是，在这种二维材料半浮栅存储器中，阻挡层介质和隧穿层介质分别采用了介电常数较小的Al₂O₃和BN材料。随着工艺节点的不断推进，要求阻挡层和隧穿层厚度都要不断减小，Al₂O₃和BN材料的使用将导致漏电流不断增大，从而功耗也不断增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种低功耗二维材料半浮栅存储器及其制备方法。

本发明提供的低功耗二维材料半浮栅存储器，包括：

衬底；

栅极，其为石墨烯，形成在所述衬底上；

金属接触电极，形成在所述栅极的表面；阻挡层，包括PTCDA层/高介电常数材料/PTCDA层所组成的叠层，与所述金属接触电极相间隔，形成在所述石墨烯栅极的表面；

半浮栅，其为第一类二维材料，覆盖所述阻挡层；

第二类二维材料和隧穿层，相互接触地平行设置在所述半浮栅表面，其中，所述隧穿层包括PTCDA层/高介电常数材料/PTCDA层所组成的叠层；

沟道层，其为第三类二维材料，覆盖所述第二类二维材料和隧穿层；

源级和漏级，形成在所述沟道层上；

所述第二类二维材料和第三类二维材料构成高速开关的异质结。

本发明的低功耗二维材料半浮栅存储器中，优选为，高介电常数材料选自HfO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、La₂O₃、TiO₂，或者由该材料组成的叠层。

本发明的低功耗二维材料半浮栅存储器中，优选为，所述第一类二维材料是n型导电的HfS₂或MoS₂，或者是p型导电的WSe₂或MoSe₂。