CN112331668A - 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法 - Google Patents

一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112331668A
CN112331668A CN202011159688.XA CN202011159688A CN112331668A CN 112331668 A CN112331668 A CN 112331668A CN 202011159688 A CN202011159688 A CN 202011159688A CN 112331668 A CN112331668 A CN 112331668A
Authority
CN
China
Prior art keywords
visible
dimensional
charge
dimensional material
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011159688.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112331668B (zh
Inventor
张卫
孟佳琳
王天宇
孙清清
陈琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN202011159688.XA priority Critical patent/CN112331668B/zh
Publication of CN112331668A publication Critical patent/CN112331668A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112331668B publication Critical patent/CN112331668B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明公开一种可见‑红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法。该可见‑红外波段二维电荷俘获型存储器包括：衬底；背栅，形成在所述衬底上；电荷阻挡层，形成在所述背栅上；电荷俘获层，其为第一类二维材料，形成在所述电荷阻挡层上；电荷隧穿层，形成在所述电荷俘获层上；沟道层，其为第二类二维材料，形成在所述电荷隧穿层上，其中，所述第一类二维材料和所述第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见‑红外波段，实现可见‑红外电荷俘获型擦写功能。

Description

一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法。
背景技术
随着石墨烯首次通过机械剥离的方法制备，过渡金属硫化物、氮化硼等二维材料逐渐受到学者的关注，并展现出优异的电学性质。基于层状结构与原子厚度的特性，当采用二维材料作为MOSFET的沟道时，沟道的厚度可以减少至单层(小于1nm)，极大程度地减少短沟道效应。
作为非易失性存储器应用有前途的候选对象，电荷俘获型存储器的功能层组成于隧穿层，俘获层和阻挡层。然而，传统的电荷俘获型存储器多采用“氧化硅-氮化物-氧化硅”的结构，具有擦写速度慢、可靠性差等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明我们提出一种基于二维材料的电荷俘获型存储器制备方案，利用不同二维材料的光学响应波段互补，使得器件的光响应范围可覆盖可见-红外波段，简单有效地实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，包括：衬底；背栅，形成在所述衬底上；电荷阻挡层，形成在所述背栅上；电荷俘获层，其为第一类二维材料，形成在所述电荷阻挡层上；电荷隧穿层，形成在所述电荷俘获层上；沟道层，其为第二类二维材料，形成在所述电荷隧穿层上；源漏电极，形成在所述沟道层两侧，其中，所述第一类二维材料和所述第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见-红外波段，实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器中，优选为，所述第一类二维材料在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内几乎无响应；所述第二类二维材料在可见光范围内产生光响应，但在红外范围内几乎无响应。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器中，优选为，所述第一类二维材料是PdSe2、PdS2或PbSe。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器中，优选为，所述第二类二维材料是MoS2、WS2或WSe2。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器中，优选为，所述沟道层的厚度为2nm～8nm。
本发明还公开一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，包括以下步骤：在衬底上形成背栅；在所述背栅上形成电荷阻挡层；在所述电荷阻挡层上形成第一类二维材料作为电荷俘获层；在所述电荷俘获层上形成电荷隧穿层；在所述电荷隧穿层上形成第二类二维材料作为沟道层；在所述沟道层两侧制备源漏电极，其中，所述第一类二维材料和所述第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见-红外波段，实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法中，优选为，所述第一类二维材料在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内几乎无响应；所述第二类二维材料在可见光范围内产生光响应，但在红外范围内几乎无响应。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法中，优选为，所述第一类二维材料是PdSe2、PdS2或PbSe。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法中，优选为，所述第二类二维材料是MoS2、WS2或WSe2。
本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法中，优选为，采用旋涂法制备所述电荷俘获层，并在100℃～150℃的温度下，烘烤10min～20min。
附图说明
图1是可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法的流程图。
图2～图7是可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法各步骤结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
图1是本发明的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法的流程图。如图1所示，可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法具体包括以下步骤：
在步骤S1中，准备一个具有300nm厚氧化硅层的4英寸硅片100用于制备可见-红外波段二维电荷俘获型存储器。氧化硅层厚度可取100nm，200nm和300nm。
在步骤S2中，利用物理气相沉积在氧化硅层上淀积70nm厚的ITO电极作为背栅101。然后，利用快速热退火设备将上述器件在450℃退火30s，所得结构如图2所示。其中，ITO电极厚度范围可取50nm～100nm；快速热退火温度范围可取400℃～500℃，退火时长可取范围25s～1min。
在步骤S3中，利用原子层沉积在腔体温度300℃的状态下生长电荷阻挡层102，所得结构如图3所示。电荷阻挡层优选为Al2O3,HfO2，ZrO2等；厚度优选为15nm～30nm。
在步骤S4中，利用旋涂法在电荷阻挡层102上形成PdSe2纳米片，然后在100℃下烘烤10min，作为电荷俘获层103，所得结构如图4所示。PdSe2可在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内几乎无响应。因此，该电荷俘获层同时可作为红外响应功能层。其中，电荷俘获层材料还可以是PdS2，PbSe等；转速优选为1500转/min～4000转/min，旋凃20s～40s；烘烤温度优选为100℃～150℃；烘烤时间优选为10min～20min。
在步骤S5中，利用原子层沉积在腔体温度为300℃的状态下，在电荷俘获层103上生长厚度为5nm的电荷隧穿层104，所得结构如图5所示。电荷隧穿层优选是Al2O3，HfO2，ZrO2等，厚度优选为3nm～8nm。
在步骤S6中，利用机械剥离法制备MoS2作为沟道层105，所得结构如图6所示。MoS2可以在可见光范围内产生光响应，但在红外范围内几乎无响应。沟道层材料还可以是WS2、WSe2等，厚度优选为2nm～8nm。
在步骤S7中，利用物理气相沉积在沟道层105两侧制备源漏电极106，所得结构如图7所示。例如Ti/Pt，Ti的厚度优选为3nm～15nm，Pt的厚度优选为30nm～70nm。源漏电极还可以是Ti/Au，Cr/Au，Cr/Pt等。
如图7所示，可见-红外波段二维电荷俘获型存储器包括衬底100；背栅101，形成在衬底100上；电荷阻挡层102，形成在背栅101上；电荷俘获层103，其为第一类二维材料，形成在电荷阻挡层102上；电荷隧穿层104，形成在电荷隧穿层104上；沟道层105，其为第二类二维材料，形成在电荷隧穿层104上；源漏电极106，形成在沟道层105两侧，其中，第一类二维材料和第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见-红外波段，实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
其中，第一类二维材料是PdSe2、PdS2、PbSe等，在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内几乎无响应；第二类二维材料是MoS2、WS2、WSe2等，在可见光范围内产生光响应，但在红外范围内几乎无响应。
本发明利用沟道层与电荷俘获层的不同二维材料的不同光学响应波段的叠加，设计得到覆盖可见-红外波段的二维电荷俘获型存储器。二维电荷俘获型存储器可通过施加电压使得沟道的电子隧穿进入俘获层，从而导致沟道电阻增大，器件处于高阻态；当俘获层的电子被释放进入沟道层，导致沟道电阻的减小，器件转变为低阻态。其中，二维MoS2可以在可见光范围内产生光响应，当施加可见光脉冲在器件上时，MoS2可产生空穴电子对，电子从价带跃迁进入导带，从而导致沟道电子的增多，电阻减小，实现存储状态的转变。PdSe2可在红外范围内产生光响应，当施加红外光在器件上时，俘获层PdSe2中的空穴电子对增多，导致释放进入沟道层的电子数量变化，从而实现数据的存储状态的调节。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，其特征在于，
包括：
衬底；
背栅，形成在所述衬底上；
电荷阻挡层，形成在所述背栅上；
电荷俘获层，其为第一类二维材料，形成在所述电荷阻挡层上；
电荷隧穿层，形成在所述电荷俘获层上；
沟道层，其为第二类二维材料，形成在所述电荷隧穿层上；
源漏电极，形成在所述沟道层两侧，
其中，所述第一类二维材料和所述第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见-红外波段，实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
2.根据权利要求1所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，其特征在于，
所述第一类二维材料在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内无响应；所述第二类二维材料在可见光范围内产生光响应，但在红外范围内无响应。
3.根据权利要求1或2所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，其特征在于，
所述第一类二维材料是PdSe2、PdS2或PbSe。
4.根据权利要求1或2所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，其特征在于，
所述第二类二维材料是MoS2、WS2或WSe2。
5.根据权利要求1所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器，其特征在于，
所述沟道层的厚度为2nm～8nm。
6.一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
在衬底上形成背栅；
在所述背栅上形成电荷阻挡层；
在所述电荷阻挡层上形成第一类二维材料作为电荷俘获层；
在所述电荷俘获层上形成电荷隧穿层；
在所述电荷隧穿层上形成第二类二维材料作为沟道层；
在所述沟道层两侧形成源漏电极，
其中，所述第一类二维材料和所述第二类二维材料的光学响应波段互补，相互叠加后使得存储器的光响应范围可覆盖可见-红外波段，实现可见-红外电荷俘获型擦写功能。
7.根据权利要求6所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，其特征在于，
所述第一类二维材料在红外范围内产生光响应，但在可见光范围内无响应；所述第二类二维材料在可将光范围内产生光响应，但在红外范围内无响应。
8.根据权利要求6或7所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，其特征在于，
所述第一类二维材料是PdSe2、PdS2或PbSe。
9.根据权利要求6或7所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，其特征在于，
所述第二类二维材料是MoS2、WS2或WSe2。
10.根据权利要求6或7所述的可见-红外波段二维电荷俘获型存储器制备方法，其特征在于，
采用旋涂法制备所述电荷俘获层，并在100℃～150℃的温度下，烘烤10min～20min。
CN202011159688.XA 2020-10-27 2020-10-27 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法 Active CN112331668B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011159688.XA CN112331668B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011159688.XA CN112331668B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112331668A true CN112331668A (zh) 2021-02-05
CN112331668B CN112331668B (zh) 2022-11-29

Family

ID=74310808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011159688.XA Active CN112331668B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112331668B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113964231A (zh) * 2021-09-30 2022-01-21 复旦大学 一种感光增强的视觉神经形态器件及其制备方法
CN115224156A (zh) * 2022-06-14 2022-10-21 清华大学 一种片上红外感存算一体的光电器件及其制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040048241A1 (en) * 2001-06-11 2004-03-11 Freeman Beverly Annette Methods for attaching molecules
CN102800632A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 中国科学院微电子研究所 一种电荷俘获非挥发存储器的制造方法
CN102795605A (zh) * 2012-08-06 2012-11-28 西北工业大学 水相法制备纳米材料硒化铅的方法
CN103606564A (zh) * 2013-07-24 2014-02-26 复旦大学 一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法
CN206628490U (zh) * 2017-02-21 2017-11-10 缪峰 一种基于黑砷磷的用于红外探测的器件
CN107731256A (zh) * 2017-09-28 2018-02-23 苏州科技大学 MoS2/SiO2/Si异质结光电储存器及其制备方法
CN108584890A (zh) * 2018-06-26 2018-09-28 合肥萃励新材料科技有限公司 一种硒化铅薄膜的合成方法
CN109727992A (zh) * 2018-12-27 2019-05-07 中国科学院微电子研究所 电荷俘获型存储器和其制作方法
CN109916516A (zh) * 2019-03-29 2019-06-21 郑州大学 一种二维二硒化钯纳米薄膜在宽波段偏振光信号检测中的应用
CN109920863A (zh) * 2019-01-28 2019-06-21 电子科技大学 窄禁带半导体薄膜、光敏二极管及制备方法
CN110335908A (zh) * 2019-06-20 2019-10-15 深圳大学 异质结分波段探测器及其制备方法与应用
CN111009582A (zh) * 2019-12-22 2020-04-14 复旦大学 基于薄膜晶体管结构的光电编程多态存储器及其制备方法
WO2020074785A1 (en) * 2018-10-11 2020-04-16 Emberion Oy Multispectral photodetector array
CN111463265A (zh) * 2020-04-14 2020-07-28 有研工程技术研究院有限公司 一种基于二维材料的电荷俘获存储器及其制备方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040048241A1 (en) * 2001-06-11 2004-03-11 Freeman Beverly Annette Methods for attaching molecules
CN102800632A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 中国科学院微电子研究所 一种电荷俘获非挥发存储器的制造方法
CN102795605A (zh) * 2012-08-06 2012-11-28 西北工业大学 水相法制备纳米材料硒化铅的方法
CN103606564A (zh) * 2013-07-24 2014-02-26 复旦大学 一种电编程-紫外光擦除的存储器件结构及其制备方法
CN206628490U (zh) * 2017-02-21 2017-11-10 缪峰 一种基于黑砷磷的用于红外探测的器件
CN107731256A (zh) * 2017-09-28 2018-02-23 苏州科技大学 MoS2/SiO2/Si异质结光电储存器及其制备方法
CN108584890A (zh) * 2018-06-26 2018-09-28 合肥萃励新材料科技有限公司 一种硒化铅薄膜的合成方法
WO2020074785A1 (en) * 2018-10-11 2020-04-16 Emberion Oy Multispectral photodetector array
CN109727992A (zh) * 2018-12-27 2019-05-07 中国科学院微电子研究所 电荷俘获型存储器和其制作方法
CN109920863A (zh) * 2019-01-28 2019-06-21 电子科技大学 窄禁带半导体薄膜、光敏二极管及制备方法
CN109916516A (zh) * 2019-03-29 2019-06-21 郑州大学 一种二维二硒化钯纳米薄膜在宽波段偏振光信号检测中的应用
CN110335908A (zh) * 2019-06-20 2019-10-15 深圳大学 异质结分波段探测器及其制备方法与应用
CN111009582A (zh) * 2019-12-22 2020-04-14 复旦大学 基于薄膜晶体管结构的光电编程多态存储器及其制备方法
CN111463265A (zh) * 2020-04-14 2020-07-28 有研工程技术研究院有限公司 一种基于二维材料的电荷俘获存储器及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG.TY等: "Ultralow Power Wearable Heterosynapse with Photoelectric Synergistic Modulation", 《ADVANCED SCIENCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113964231A (zh) * 2021-09-30 2022-01-21 复旦大学 一种感光增强的视觉神经形态器件及其制备方法
CN115224156A (zh) * 2022-06-14 2022-10-21 清华大学 一种片上红外感存算一体的光电器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112331668B (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107210361B (zh) 具有掺杂的缓冲区的过渡金属氧化物电阻开关式器件
CN112331668B (zh) 一种可见-红外波段二维电荷俘获型存储器及其制备方法
CN107204371B (zh) 一种铁电场效应晶体管及其制备方法
JP2008034814A5 (zh)
US9147824B1 (en) Reactive contacts for 2D layered metal dichalcogenides
CN107170828A (zh) 一种铁电场效应晶体管及其制备方法
CN103500701B (zh) 一种制备纳米器件的方法
JPH08264863A (ja) 薄膜フラーレンを含んでいるｎチャネル電界効果型トランジスタ
Zhang et al. High performance of graphene oxide-doped silicon oxide-based resistance random access memory
Sun et al. ZnO/NiO diode-based charge-trapping layer for flash memory featuring low-voltage operation
Tang et al. Charge storage characteristics of Au nanocrystal memory improved by the oxygen vacancy-reduced HfO 2 blocking layer
Hsu et al. Effects of sol aging on resistive switching behaviors of HfOx resistive memories
Chang et al. A hot hole-programmed and low-temperature-formed SONOS flash memory
US20070267679A1 (en) Nonvolatile memory devices including floating gates formed of silicon nano-crystals and methods of manufacturing the same
Das et al. Light emission and floating gate memory characteristics of germanium nanocrystals
Zhou et al. $\hbox {TiSi} _ {2} $ Nanocrystal Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Memory
CN111477628B (zh) 一种半浮栅tft存储器及其制备方法
CN107507829B (zh) 基于界面钝化层的mos电容器及其制备方法
Panda et al. Non-volatile flash memory characteristics of tetralayer nickel-germanide nanocrystals embedded structure
TWI515912B (zh) 半導體元件
CN113363384A (zh) 一种HfO2基铁电隧道结器件及其制备方法
Hu et al. Non-volatile nano-floating gate memory with Pt-Fe 2 O 3 composite nanoparticles and indium gallium zinc oxide channel
Tang et al. Effect of energy-band bending induced by precipitation of ZrO2 nanocrystals on memory characteristics of charge-trap flash memory
Hyeong et al. Fabrication of nano-floating gate memories through atomic layer deposition incorporated with chemically-synthesized ZnO-nanocrystals
CN104485283B (zh) 薄膜晶体管的制造方法及制造薄膜晶体管的设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant