CN205828438U - 一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器 - Google Patents

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谭秋红
王前进
刘应开
蔡武德
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Abstract

本实用新型属于存储器技术领域，具体涉及一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，包括衬底层、栅电极、缺陷调控层、铁电绝缘层、石墨烯层、源电极和漏电极，所述衬底层上设置有栅电极，栅电极上设置有缺陷调控层，缺陷调控层上设置有铁电绝缘层，铁电绝缘层上设置有石墨烯层，石墨烯层上设置有源电极和漏电极，所述缺陷调控层的材料为HfO2，所述沟道层的材料为石墨烯。本实用新型提供一种器件尺寸小、器件功耗少、器件抗疲劳和保持性能的能力强的基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器。

Description

一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器
技术领域
本实用新型属于存储器技术领域，具体涉及一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器。
背景技术
目前铁电薄膜的铁电存储器中的铁电薄膜主要是直接沉积在栅电极上的，然而，铁电薄膜中存在大量的晶界缺陷和氧缺陷，铁电薄膜与电极层之间存在界面缺陷，而这些缺陷难于控制，缺陷的漂移和扩散会造成存储器的数据保持力和抗疲劳等可靠性不足、开关电阻比较小及数据波动较大。与传统的铁电存储器的沟道层材料相比，石墨烯材料具有优异的电学、光学、机械和热性能，石墨烯材料和铁电绝缘层的组合交互作用，对铁电存储器性能的提高有很大的影响。而且生长工艺简单、工艺参数易于掌握。同时，多晶铁电薄膜对基底的依赖性较小，其可以在如单晶硅或者石英等基底上沉积。其中，利用单晶硅作为基底的铁电阻变存储器，易与现有的硅工艺兼容。因此，基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器具有成本低，工艺简单，易与现有的硅工艺兼容，易于大面积、规模化生产等优势。
实用新型内容
为解决以上技术存在的问题，本实用新型提供一种器件尺寸小、器件功耗少、器件抗疲劳和保持性能的能力强的基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器。
其技术方案为：
一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，包括衬底层、栅电极、缺陷调控层、铁电绝缘层、沟道层、源电极和漏电极，所述衬底层上设置有栅电极，栅电极上设置有缺陷调控层，缺陷调控层上设置有铁电绝缘层，铁电绝缘层上设置有沟道层，沟道层上设置有源电极和漏电极，所述缺陷调控层的材料为HfO2，所述沟道层的材料为石墨烯。
进一步，所述衬底层为重掺杂硅。
进一步，所述栅电极为金属pt或者 LaNiO3。
进一步，所述铁电绝缘层的材料为(Bi,Nd)4Ti3O12。
进一步，所述源电极和漏电极的材料是pt或者LaNiO3。
衬底层是铁电存储器的第一层，衬底层为重掺杂的Si材料，是整个器件的基底并且与大规模集成电路相兼容层。
栅电极是铁电存储器的第二层，栅电极是通过激光脉冲沉积在衬底层上的，栅电极由高金属功函的Pt，LaNO3或者两者相结合。采用Pt和LaNiO3作为栅电极，能有效的稳定BNT的铁电性能，减少BNT中氧空位对铁电存储器抗疲劳和保持性能的损耗。
缺陷调控层是铁电存储器的第三层，缺陷调控层是利用溶胶凝胶法沉积在第二层栅电极上的，缺陷调控层的材料是HfO2材料，所述缺陷调控层材料的相对介电常数不低于5，且不高于铁电材相对介电常数，厚度为1～20nm，且缺陷调控层与铁电薄膜层厚度比为0.001～0.2 ；所述缺陷调层材料的能带带隙大于 3eV，与铁电薄膜的晶格失配小于0.1。通过在下电极层和铁电薄膜层之间之间植入缺陷调控层，降低了存储元中的缺陷及其控制难度，进而降低了缺陷对阻变行为的不利影响，从而显著提高了存储器的数据保持力、抗疲劳特性、高低电阻比及减小了数据波动性。
铁电绝缘层是铁电存储器的第四层，铁电绝缘层是利用激光脉冲沉积在第三层栅电极上的，铁电绝缘层是铁电薄膜BNT材料，BNT在这里既是整个器件的绝缘层，有效阻止电流从上往下泄漏；又是整个存储器拥有存储效果的关键，根据铁电绝缘层极化的电滞回线调控沟道载流子而产生存储效果。
石墨烯作为沟道层，沟道层是铁电存储器的第五层，沟道层是通过浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶液蒸发衍生的，沟道层作用是提供沟道载流子，通过电场调控运输从而产生电流。
铁电存储器的第六层和第七层导电源电极和漏电极为Pt或者LaNiO3材料，导电源电极和漏电极是利用激光脉冲沉积在沟道层上的，作用是能稳定和更好的接触碳纳米管条纹阵列的导电电极。
本实用新型的有益效果：
1．本实用新型利用石墨烯作为沟道材料，石墨烯材料和铁电绝缘层的组合交互作用，有效的提高了铁电存储器的性能，与传统的硅基和氧化物沟道层相比，制备工艺简单，成本低廉，具有很高的载流子迁移率，降低了器件的操作电压，提高了器件的存储性能。
2.本实用新型通过在现有的铁电薄膜基铁电存储器中加入介电常数和厚度所共同作用的缺陷调控层，可获得良好的热稳定性，在很大程度上抑制电极与铁电薄膜之间的元素扩散，同时增强电极与铁电薄膜之间的黏附力。
3.本实用新型通过控制缺陷调控层与铁电薄膜之间小的晶格失配，降低电极层和铁电薄膜层之间晶格失配所致的界面缺陷。
4. 本实用新型所述缺陷调控层的能带带隙大，可以起到势垒层的作用，防止缺陷对电极/铁电薄膜界面势垒的破坏；由于所述缺陷调控层与铁电薄膜层介电常数不同，界面处会电场集中，大大降低了缺陷的漂移和扩散。
5. 本实用新型通过在下电极层与铁电薄膜层之间植入本实用新型所述的缺陷调控层，大大降低了存储单元中的缺陷及其控制难度，进而降低缺陷对存储行为的不利影响。
6.本实用新型制备的氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器在室温下具有比较高的载流子迁移率、开关电流比、存储窗口、抗疲劳性能和保持时间，是一种理想的铁电存储器件。
附图说明
图1为铁电存储器分层结构示意图；
其中，1-衬底层，2-栅电极，3-缺陷调控层，4-铁电绝缘层，5-沟道层，6-源电极，7-漏电极。
具体实施方式
一种基于钙钛矿双栅碳纳米管铁电存储器，包括衬底层1、栅电极2、缺陷调控层3、铁电绝缘层4、沟道层5、源电极6和漏电极7，所述衬底层1上设置有栅电极2，栅电极2上设置有缺陷调控层3，缺陷调控层上设置有铁电绝缘层4，铁电绝缘层上设置有沟道层5，沟道层上设置有源电极6和漏电极7。
所述衬底层1的材料为重掺杂的硅。
所述栅电极2的材料为 pt或者LaNiO3。
所述铁电绝缘层3的材料为HfO2。
所述铁电绝缘层4的材料为(Bi,Nd)4Ti3O12。
所述沟道层5的材料为石墨烯。
所述源电极6和漏电极6的材料是pt或者LaNiO3。

Claims (5)

1.一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，其特征在于，包括衬底层（1）、栅电极（2）、缺陷调控层（3）、铁电绝缘层（4）、沟道层（5）、源电极（6）和漏电极（7），所述衬底层（1）上设置有栅电极（2），栅电极（2）上设置有缺陷调控层（3），缺陷调控层（3）上设置有铁电绝缘层（4），铁电绝缘层上设置有沟道层（5），沟道层上设置有源电极（6）和漏电极（7），所述缺陷调控层（3）的材料为HfO2，所述沟道层（5）的材料为石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，其特征在于，所述衬底层（1）为重掺杂硅。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，其特征在于，所述栅电极（2）为金属pt或者 LaNiO3。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，其特征在于，所述铁电绝缘层（4）的材料为(Bi,Nd)4Ti3O12。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化铪缺陷调控层石墨烯铁电存储器，其特征在于，所述源电极（6）和漏电极（7）的材料是pt或者LaNiO3。
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Cited By (5)

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