[发明专利]基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，SOI衬底的顶层硅通过刻蚀形成纳米线结构、源区和漏区，纳米线结构表面覆盖有相变栅介质层，相变栅介质层上侧设置有第二绝缘栅介质层；第二绝缘栅介质层一端上侧设置有主栅电极，主栅电极通过第一接触孔与相变栅介质层连接，且主栅电极覆盖于纳米线上侧；第二绝缘栅介质层另一端上侧设置有副栅电极，副栅电极通过第二接触孔与相变栅介质层连接。本发明将相变材料作为栅介质制备在纳米线晶体管中，能够实现多值存储，同时可以作为电子突触器件应用于神经形态计算。此器件以无结硅纳米线晶体管为载体，具有与COMS工艺兼容，存储密度高，读写操作分离的优点。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法。

背景技术

信息技术的高速发展使数据规模呈指数型增长，庞大的数据量对数据的处理和存储能力提出了更高的要求。传统的计算架构中存储单元与计算单元分离，使数据传输过程中产生较多的功耗与延迟，出现冯·诺依曼瓶颈。神经形态计算是一种基于人工神经网络的类脑计算系统，可实现存算一体的计算方式，且具有高能效，低功耗的优点。电子突触器件作为构建神经网络的基础，成为实现神经形态计算的关键。

相变材料因其在不同晶相下的电阻率可以相差2-3个数量级，与CMOS工艺兼容等优异特性成为电子突触器件的理想材料。基于相变存储单元的神经形态计算已经可以完成较为复杂的图片识别和处理任务。但是目前应用的电路中每个存储单元都由一个相变存储器和MOSFET选通端构成，器件面积较大，不利于存储密度的提高；并且每个存储单元的读出值大小依赖于相变材料的电阻率变化，存储单元的信息储存窗口局限于相变存储器的电导值；同时，读操作会对相变存储器的状态产生影响，使存储的信息发生不期望的改变。

因无结硅纳米线晶体管具有制备工艺简单，栅控能力强，开关电流比大等优点，且独特的体输运模式提高了沟道迁移率使其具有更好的负载功能。若将二者结合，以相变材料记录信息，以无结硅纳米线晶体管表达信息，作为电子突触器件搭建人工神经网络，可改善上述问题。但集成相变材料的无结硅纳米线晶体管尚未见报道。

综上所述，存储密度高且具有读写分离特点的电子突触器件有待开发。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法，以实现将相变材料作为栅介质制备在硅纳米线晶体管中的多值存储器件，作为人工神经网络的基本电子突触器件。

在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法。

在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法，包括：

上述SOI衬底的顶层硅通过刻蚀形成纳米线结构、源区和漏区，上述源区和上述漏区分别设置与上述纳米线结构的两端，其中，上述纳米线结构、上述源区和上述漏区表面覆盖有第一绝缘栅介质层，上述源区上侧设置有源电极，上述漏区上侧设置有漏电极；

上述纳米线结构表面覆盖有相变栅介质层，上述相变栅介质层设置于上述第一绝缘栅介质层上侧；上述相变栅介质层垂直于上述纳米线结构轴线方向，上述相变栅介质层两端覆盖于上述SOI衬底上侧；

上述相变栅介质层上侧设置有第二绝缘栅介质层，上述第二绝缘栅介质层两端分别设置有第一接触孔和第二接触孔，上述第一接触孔和上述第二接触孔分别位于上述纳米线结构两侧；

上述第二绝缘栅介质层一端上侧设置有主栅电极，上述主栅电极通过上述第一接触孔与上述相变栅介质层连接，且上述主栅电极覆盖于上述纳米线上侧；上述第二绝缘栅介质层另一端上侧设置有副栅电极，上述副栅电极通过上述第二接触孔与上述相变栅介质层连接。