[發明專利]一種非易失性可編程光電子存儲器的設計方法

有效

• 申請號: 201710141643.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106952921B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 張增星;李東
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L27/11517;G11C16/02
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞账?特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明的目的是通過設計一種基于雙極性半導體的半浮柵場效應晶體管的器件結構方法，使器件具備一種非易失性可編程光電子存儲器的新型功能，即通過調控施加在控制柵上的脈沖電壓，實現器件在光電轉化性能不同狀態的存儲和邏輯調控。一種非易失性可編程光電子存儲器的設計方法，設計的結構依次為，設有電極；選擇雙極性半導體材料作為溝道層，位于電極之下；設有第一電介質層，位于電極溝道層之下；設有浮柵，位于第一電介質層之下，浮柵為半浮柵結構，即浮柵不覆蓋整個溝道層，可以由一個半浮柵(圖1)或延伸為多個半浮柵組成；設有第二電介質層，位于浮柵之下；設有控制柵，位于第二電介質層之下。

技術領域

本發明涉及利用半導體工藝制備具有非易失性可編程光電子存儲器功能的器件結構。

背景技術

pn結具有光電轉化性能，是光電子器件的基礎，被廣泛用于太陽能電池、探測器、LED等多個領域。傳統的半導體材料，例如硅，它的載流子類型(p型或n型)主要通過元素摻雜實現，一旦形成摻雜，就無法動態的實現半導體材料在不同類型電荷摻雜之間的轉換。對于一個硅的pn結，一旦形成之后，電場只能在pn結的范圍內對硅的載流子濃度進行調控，而不能把硅pn結調控成非pn結；對于一個n型硅，電場只能實現電子濃度的調控，而不能把n型硅調控成p型硅或pn結，反之亦然。眾所周知，pn結與單一的p型或n型半導體材料具有不同的光電子性能，其中pn結具有光伏性能，可以做發光二極管(LED)，而單一的p型材料或n型材料不具有光伏性能和發光二極管性能。由于在傳統的半導體材料中，電場無法實現半導體材料在p型和n型之間的動態調控，因而也無法實現電場對半導體材料光電子(光伏或者LED)性能的存儲和動態調控。

發明內容

本發明的發明人發現，一些納米材料，如WSe₂二維晶體，黑磷二維晶體以及碳納米管等，它們的載流子類型可以通過電場調制，在p型和n型之間動態轉變(本發明定義這種材料為雙極性半導體材料)。利用這種性質，本發明可以制備出具有邏輯變化的pn結器件。

在浮柵場效應晶體管中，通過利用施加在控制柵上的脈沖電壓，可以實現器件在不同狀態的存儲和邏輯變化。

本發明的目的是通過設計一種基于雙極性半導體的半浮柵場效應晶體管的器件結構方法，使器件具備一種非易失性可編程光電子存儲器的新型功能，即通過調控施加在控制柵上的脈沖電壓，實現器件在光電轉化性能不同狀態的存儲和邏輯調控。

本發明需要保護的技術方案為：

一種非易失性可編程光電子存儲器的設計方法，其特征在于，設計的結構依次為，

設有電極1；

選擇雙極性半導體材料作為溝道層2，位于電極1之下；

設有第一電介質層3，位于電極1溝道層2之下；

設有浮柵4，位于第一電介質層3之下，浮柵4為半浮柵結構，即浮柵不覆蓋整個溝道層，可以由一個半浮柵(圖1)或延伸為多個半浮柵組成；

設有第二電介質層5，位于浮柵4之下；

設有控制柵6，位于第二電介質層5之下；

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結與非pn結不同狀態的存儲和邏輯轉變，使得所述溝道層可以存儲在一種光電轉換狀態(定義為1)或另外一種非光電轉換狀態(0態)，并且可以跳變，從而實現控制柵脈沖電壓對溝道層的光電子性能不同狀態的非易失性存儲和邏輯調控。

由于pn結與非pn結具有不同的光電子性能，如pn結具有光電轉換性能，非pn結不具有光電轉換性能，從而可以獲得器件在光電子性能不同狀態的存儲和邏輯轉變，具有非易失性可編程光電子存儲器的功能；