CN109817756A - 基于二维异质结光波长诱导的光电存储器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电存储器技术领域，具体为一种基于二维异质结光波长诱导的非易失光电存储器及其制备方法。本发明利用二维材料中的缺陷能级对不同波长的光产生不同的光学响应，在电场的驱动下实现不同的电荷存储状态，通过沟道二维材料双极性的变化以及光吸收层中电荷数目的阶梯性改变，实现器件的非易失性多值存储。本发明制备方法包括，在衬底上利用机械剥离或者化学气相沉积获得作为光吸收层的二维材料，然后利用干法转移技术将具有双极性的二维材料堆叠至光吸收层之上，作为器件的沟道。本发明制备的具有多值存储能力的新型非易失光电存储器，在未来的数据光电存储领域具有广阔的应用前景。

Description

基于二维异质结光波长诱导的光电存储器及其制备方法

技术领域

本发明属于光电存储器技术领域，具体涉及一种基于二维材料异质结的不同光波长诱导的非易失光电存储器及其制备方法。

背景技术

光电存储器是一种在光照条件下可以存储电荷载流子的器件。这些设备可用于图像捕获和频谱分析系统。二维原子层状材料是开发下一代光电存储器的良好候选者，以满足设备小型化和柔性的新兴要求。然而，过去的研究中，利用二维材料制造的光电存储器具有较差的数据存储能力，在约8个不同的存储状态下具有最高的报告数据，因此基于二维材料的光电存储器的数据存储能力仍然存在很大的提升空间，亟需一种数据保持时间长而且可实现不同光波长诱导的多值存储的新型光电存储器。

虽然二维材料光电存储器具有电荷存储的功能，但其存储能力有限。在本发明中，仅用两种材料实现不同光波长诱导的多值存储性能，大大提升了单个存储单元的数据存储量，提高了器件的单位面积利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数据存储量大、单位面积利用率高的基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器及其制备方法。

本发明采用双极性二维材料作为器件的沟道层，以另一二维材料作为光吸收层，实现不同光波长的多值存储以及实现非易失性能（预估数据可保持十年）。本发明利用二维材料中的缺陷能级对不同波长的光产生不同的光学响应，在电场的驱动下实现不同的电荷存储状态，通过沟道二维材料双极性的变化以及光吸收层中电荷数目的阶梯性改变，实现器件的非易失性多值存储。

本发明提供的基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器的制备方法，具体步骤为：

（1）在预先准备好的衬底上制备第一层二维材料薄膜，作为光吸收层；

所述衬底为带有氧化绝缘层的高掺杂硅衬底。

优选为，所述氧化绝缘层厚度为30至40纳米；所述二维材料薄膜厚度为8-15纳米。

优选为，所述氧化绝缘层材料可以为氧化铝或氧化铪等。

优选为，所述二维材料薄膜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。

所述二维材料可以为六方氮化硼或者其他二维材料。

（2）在第一层二维材料上转移第二层二维双极性材料，作为器件的沟道层。

优选为，所述二维双极性材料为硒化钨材料。

优选为，所述二维双极性材料的转移方法为干法转移技术。

优选为，所述二维双极性材料的厚度不宜超出10纳米。

（3）在生长了第二层二维双极性材料（自整流特性材料）的样品上形成一定图形的金属电极；形成金属电极具体方法包括：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，所述光刻工艺为紫外光刻工艺或者电子束光刻工艺。

优选为，所述淀积金属的方法可以使用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、Ag、Pt等。

本发明效果

本发明采用一种双极性二维材料作为器件的沟道层，通过不同波长的光诱导光吸收层，产生不同的电荷存储状态，实现数据的多值存储，提高器件的存储能力。同时，存储于光吸收层的电荷受能带势垒的影响，稳定的存在于光吸收层，所以电荷预估可以保持十年左右，与传统的Flash保持时间相当。

即本发明实现了不同光波长诱导的多值存储与长久数据保持时间的结合，在未来的数据光电存储领域具有广阔的应用前景。比如，用于无滤波的彩色图像传感器领域，集成电路中的光学传感器领域，等等。

附图说明

图1是制备了第一层光吸收二维材料后的示意图。

图2是转移了第二层双极性材料后的示意图。

图3是沉积金属后的示意图。

图4是制备基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器的流程图。

具体实施方式

下面为详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的材料或具有相同或类似功能的方法。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的材料和方法进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。

以下，根据所附附图针对本发明所涉及的基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器的制备方式举例进行说明。

根据本发明的一个实施例，提供了一种二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器的制备方法。

图1示出了制备了第一层二维材料后的结构，包括衬底001、位于衬底之上的作为光吸收层的二维材料002。

图2示出了在样品表面生长第二层双极性二维材料作为器件开关的示意图，包括衬底001、位于衬底之上的第一层作为光吸收层的二维材料002，以及第二层双极性二维材料003。

图3示出了沉积完金属电极后的结构示意图，包括衬底001、位于衬底之上第一层作为光吸收层的二维材料002、第二层双极性二维材料003，以及金属电极004。

以下按照制造基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器的各步骤，结合图1至图3，针对具体的一例进行说明。

首先，在步骤B011中，将具有30至40纳米厚度氧化绝缘层的高掺杂硅衬底放入丙酮溶液中，浸泡两分钟，然后用异丙醇去除残留的丙酮并用氮气枪吹干。然后再在干净的衬底上通过机械剥离或者化学气相沉积制备第一层二维材料作为光吸收层。作为具体的一例，如图1所示，本实例中选用具有30纳米厚度的氧化铝绝缘层的高掺硅硅衬底作为衬底001，在衬底001上转移一层一定厚度的六方氮化硼（也可以是其他二维材料）002作为光吸收层。但是，本发明不限定于此，衬底上氧化绝缘层的厚度可根据需要进行调整。优选为，30至40纳米厚度的氧化绝缘层。

接下来，在步骤B012中，转移双极性二维材料003。

本实例中采用机械剥离获取二维材料002和003。但是，本发明不限定于此，也可以采用化学气相沉积等方法获取二维材料。

最后，在步骤B013中，通过光刻定义电极图案，并沉积一层金属。本实例中，通过电子束光刻技术，曝光、显影，在样品上得到含有金属图案的光刻胶。最后沉积一层金属，形成金属电极004。金属电极可以为Au、Cr、Ag、Pt等，可根据器件要求选择电极。沉积金属电极的方法，包括使用物理气相沉积、电子束蒸发、或者磁控溅射等沉积金属薄膜。优选为，通过电子束蒸发沉积一层金的薄膜。利用丙酮去除光刻胶后，剩下的金属图形便是所需的电极。

根据本发明可制备基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器，从而实现高性能的新型光电存储器。

以上，针对本发明的基于二维材料异质结的不同光波长诱导的多值非易失光电存储器制备方法进行了详细地说明，但本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的要旨的范围中，当然也可以进行各种的改良、变形。

Claims (10)

1.一种基于二维材料异质结的不同光波长诱导的非易失光电存储器的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）在衬底上制备第一层二维材料薄膜，作为光吸收层；所述衬底为带有氧化绝缘层的高掺杂硅衬底；

（2）在第一层二维材料上转移第二层二维双极性材料，作为器件的沟道层；

（3）在生长了第二层二维双极性材料的样品上形成一定图形的金属电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述氧化绝缘层厚度为30至40纳米；所述二维材料薄膜厚度为8-15纳米；

所述氧化绝缘层材料为氧化铝或氧化铪。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述二维材料薄膜通过两种方法制备：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.根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述二维材料为六方氮化硼。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述二维双极性材料为硒化钨材料。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述二维双极性材料的转移方法为干法转移；所述二维双极性材料的厚度不超出10纳米。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述形成金属电极具体方法包括：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。

8. 根据权利要求7 所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述光刻工艺为紫外光刻工艺或者电子束光刻工艺；所述淀积金属的方法可以使用物理气相沉积或电子束蒸发。

9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述金属为Au、Cr 、Ag或Pt。

10.由权利要求1-9之一所述制备方法得到的基于二维材料异质结的不同光波长诱导的非易失光电存储器。