本發(fā)明涉及利用半導(dǎo)體工藝制備具有非易失性可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器功能的器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

浮柵存儲(chǔ)器具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的浮柵存儲(chǔ)器中，主要利用施加在控制柵上的脈沖電壓控制溝道層在不同的電阻存儲(chǔ)狀態(tài)之間變化，而不能在其它存儲(chǔ)狀態(tài)，如pn結(jié)與非pn結(jié)之間變化。這主要是由于，對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，例如硅，它們的載流子類型(p型或n型)主要由摻雜產(chǎn)生，一旦形成之后，就無法動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料在不同電荷類型之間轉(zhuǎn)變。也就是說，對(duì)于n型的溝道層，控制柵只能調(diào)控溝道層具有不同的電阻，但是主要載流子仍然是電子(n型)；對(duì)于p型的溝道層也是一樣的。此外，基于上述原因，對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，即使利用半浮柵場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，溝道層也只能處于不同的電阻存儲(chǔ)狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一些納米材料，如wse2二維晶體、黑磷等，它們的載流子類型可以通過電場調(diào)制，在p型和n型之間動(dòng)態(tài)變化(我們定義這種材料為雙極性半導(dǎo)體材料)。這為設(shè)計(jì)制備新型器件結(jié)構(gòu)提供了可能。例如利用這種性質(zhì)，人們用來制備可以動(dòng)態(tài)調(diào)制的pn結(jié)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明進(jìn)一步公開該pn結(jié)結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)性能。

本發(fā)明需要保護(hù)的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供一種具有非易失性可編程可存儲(chǔ)的pn結(jié)結(jié)構(gòu)，使其用于非易失性可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器等方面。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)基于雙極型二維晶體的半浮柵場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)利用施加在控制柵上的脈沖電壓對(duì)器件在pn結(jié)與非pn結(jié)等不同狀態(tài)的存儲(chǔ)和邏輯變化。

進(jìn)一步公開技術(shù)方案，一種具有非易失性可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器功能的器件結(jié)構(gòu)，其特征在于，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)依次為，

包括電極1；

包括溝道層2，位于電極1的下層，并采用雙極性半導(dǎo)體材料；

包括兩個(gè)上下兩個(gè)電介質(zhì)層(3、5)；

包括半浮柵4，位于所述兩個(gè)電介質(zhì)層(3、5)之間，且半浮柵4面積小于所述溝道層2面積；半浮柵4可以由一個(gè)半浮柵(圖1)或延伸為多個(gè)半浮柵組成；

包括控制柵6，位于所述電介質(zhì)層5下層。

所述溝道層為雙極性半導(dǎo)體，即其載流子類型可以通過外加電場進(jìn)行調(diào)制。

所述器件可以在pn結(jié)與非pn結(jié)之間進(jìn)行邏輯變化，并具有非易失性可存儲(chǔ)功能。

通過在所述控制柵6輸入不同的脈沖電壓，獲得不同類型電荷在所述半浮柵4中的存儲(chǔ)，從而調(diào)制所述溝道層2在pn結(jié)與非pn結(jié)之間轉(zhuǎn)變。由于半浮柵4對(duì)電荷的存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)所述溝道層2在pn結(jié)與非pn結(jié)等不同狀態(tài)的存儲(chǔ)，從而具有非易失性可存儲(chǔ)性能。通過輸入不同的脈沖電壓，可以實(shí)現(xiàn)所述溝道層2在不同狀態(tài)之間的邏輯轉(zhuǎn)變，從而具有可編程性能。

本發(fā)明創(chuàng)造性的提出非易失性可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器的器件結(jié)構(gòu)和功能。由于材料性能限制，傳統(tǒng)的浮柵存儲(chǔ)器只能實(shí)現(xiàn)溝道層在不同電阻狀態(tài)之間的存儲(chǔ)和邏輯變化，不能實(shí)現(xiàn)溝道層在pn結(jié)與非pn結(jié)等不同狀態(tài)的存儲(chǔ)和邏輯變化。由于pn結(jié)與非pn結(jié)具有不同的電學(xué)和光電子學(xué)性能，本發(fā)明設(shè)計(jì)的器件結(jié)構(gòu)因而會(huì)產(chǎn)生很多新的應(yīng)用。

本發(fā)明創(chuàng)造了一種新型的器件結(jié)構(gòu)，有望拓展傳統(tǒng)pn結(jié)的功能和應(yīng)用領(lǐng)域，在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為延伸的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例在不同的存儲(chǔ)狀態(tài)，a為pn結(jié)，b為非pn(n⁺n)結(jié)。

圖4為實(shí)施例的器件非易失性存儲(chǔ)功能應(yīng)用演示。

圖5為實(shí)施例的可編程功能應(yīng)用演示。

數(shù)字標(biāo)記：

1電極

2溝道層:采用雙極性半導(dǎo)體材料

3電介質(zhì)層一

4半浮柵一

5電介質(zhì)層2

6控制柵

7半浮柵二

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種具有非易失性可編程可存儲(chǔ)功能的新型pn結(jié)器件結(jié)構(gòu)。該器件主要基于雙極性半導(dǎo)體材料的物理特性，通過半浮柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)控制柵對(duì)溝道層的有效調(diào)制，使溝道層可以在pn結(jié)與非pn結(jié)等不同的存儲(chǔ)狀態(tài)之間邏輯變換，具有非易失性可編程可存儲(chǔ)的功能。由于pn結(jié)與非pn結(jié)具有不同的物理性能，因而可以在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應(yīng)用，拓展傳統(tǒng)半導(dǎo)體pn結(jié)與浮柵存儲(chǔ)器的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。該器件主要結(jié)構(gòu)和功能如下：(1)具有半浮柵場效應(yīng)晶體管的器件構(gòu)造；(2)組成溝道層的材料主要為雙極性半導(dǎo)體材料，該材料的載流子類型(p型或n型)可以通過電場進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控；(4)為半浮柵結(jié)構(gòu)，即浮柵只覆蓋部分溝道層；(5)通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)溝道層在pn結(jié)與非pn結(jié)之間的邏輯變化，并且可以處于pn結(jié)與非pn結(jié)等不同的存儲(chǔ)狀態(tài)，具有非易失性和可編程性特點(diǎn)。

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明器件的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示：

包括電極1；

包括溝道層2，為雙極性半導(dǎo)體材料；

包括兩個(gè)電介質(zhì)層(3、5)；

包括浮柵4，為半浮柵結(jié)構(gòu)，即浮柵不覆蓋整個(gè)溝道層，可以由一個(gè)半浮柵(圖1)或延伸為多個(gè)半浮柵(圖2)組成；

包括控制柵6。

通過在所述控制柵6輸入不同的脈沖電壓，獲得所述溝道層2在pn結(jié)或非pn結(jié)等不同的存儲(chǔ)狀態(tài)，并可以在pn結(jié)與非pn結(jié)之間轉(zhuǎn)變，使得所述溝道層具有非易失性可存儲(chǔ)可編程的功能。

以下進(jìn)一步通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。

實(shí)施例

基于雙極性半導(dǎo)體材料wse2的非易失性可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器。

該器件采用圖1所示的器件結(jié)構(gòu)，其中電極1為金，溝道層2為雙極性半導(dǎo)體wse2二維晶體，電介質(zhì)層3為氮化硼，半浮柵4為石墨烯，電介質(zhì)層5為sio2，控制柵6為硅。

如圖3所示，可以看出，當(dāng)施加不同的正脈沖電壓的時(shí)候，溝道層處于pn結(jié)狀態(tài)，具有整流特性；當(dāng)施加不同的負(fù)脈沖電壓的時(shí)候，溝道層處于非pn(n⁺n)結(jié)狀態(tài)，具有相反的整流特性。

如圖4所示，溝道層可以存儲(chǔ)在pn結(jié)與非pn結(jié)的狀態(tài)，具有非易失性。

如圖5所示，溝道層可以在不同的狀態(tài)之間邏輯變化，因而具有可編程的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非易失性的可編程pn結(jié)存儲(chǔ)器。該器件主要基于雙極性半導(dǎo)體材料的物理特性，通過半浮柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)控制柵對(duì)溝道層的有效調(diào)制，使溝道層可以在pn結(jié)與非pn結(jié)等不同的存儲(chǔ)狀態(tài)之間邏輯變換，具有非易失性可編程可存儲(chǔ)的功能。由于pn結(jié)與非pn結(jié)具有不同的物理性能，因而可以在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應(yīng)用，拓展傳統(tǒng)半導(dǎo)體pn結(jié)與浮柵存儲(chǔ)器的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。該器件主要結(jié)構(gòu)和功能如下：(1)具有半浮柵場效應(yīng)晶體管的器件構(gòu)造；(2)組成溝道層的材料主要為雙極性半導(dǎo)體材料，該材料的載流子類型(p型或n型)可以通過電場進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控；(4)為半浮柵結(jié)構(gòu)，即浮柵只覆蓋部分溝道層。

技術(shù)研發(fā)人員：張?jiān)鲂?李東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.10
技術(shù)公布日：2017.07.04