[發(fā)明專利]一種基于憶阻器結(jié)構(gòu)且具有可編程特性的光控晶體管

有效

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• 申請日: 2019-01-13
• 公開（公告）號: CN109904275B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳冰;徐順;趙毅;程然;魏娜
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發(fā)明公開了一種基于憶阻器基本結(jié)構(gòu)且具有可編程特性的光控晶體管，由兩個背對背的憶阻器存儲單元組成，兩個憶阻器存儲單元共用阻變介質(zhì)層、襯底以及底電極層，兩個憶阻器的頂電極分別作為光控晶體管的源漏端電極，兩個憶阻器中間所夾區(qū)域用于接受外界光場調(diào)控，作為該光控晶體管的柵極，外加光源為該光控晶體管的柵控。兩個憶阻器的工作狀態(tài)將共同決定該光控晶體管的工作狀態(tài)，使該光控晶體管具有可編程特性。這種基于憶阻器結(jié)構(gòu)的可編程光控晶體管及其操作模式在實現(xiàn)傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管功能的同時，具有非揮發(fā)性、與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制程兼容性等諸多優(yōu)勢，因此本發(fā)明可有效簡化晶體管制備工藝并降低制備成本、降低集成電路功耗、提升集成電路集成度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體與集成電路技術(shù)鄰域，具體涉及一種基于憶阻器結(jié)構(gòu)且具有可編程特性的光控晶體管。

背景技術(shù)

基于傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)的計算機(jī)體系在“大數(shù)據(jù)”時代面臨超大規(guī)模數(shù)據(jù)將受限于數(shù)據(jù)處理和傳輸效率而逐漸遭遇發(fā)展瓶頸，在當(dāng)今以及今后以大數(shù)據(jù)為特點(diǎn)的社會環(huán)境下，為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理、傳輸、存儲的速度和效率，光電集成電路(IntegratedCircuit,IC)被認(rèn)為是在應(yīng)用于下一代芯片技術(shù)頗具前景和競爭力的解決方案之一。而光控晶體管(Phototransistor)作為光電集成電路的基本組成單元引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。且具有可編程特性的光控晶體管將進(jìn)一步降低集成電路設(shè)計和制造的功耗。

以阻變式存儲器(Resistive Random Access Memory,RRAM)和磁性隨機(jī)存儲器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)為代表的新型非易失性存儲器(Non-volatileMemory,NVM)，由于其具有高速、高性能、低功耗、制備工藝較為簡單、與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制程兼容以及優(yōu)異的可微縮化能力等優(yōu)勢，被提出可應(yīng)用于高密度集成芯片和片上系統(tǒng)等應(yīng)用。為進(jìn)一步提高光電集成電路集成度并降低功耗，可將該新型非揮發(fā)性存儲技術(shù)應(yīng)用于光電集成電路，但是，單一非易失性存儲器單元自身并不能實現(xiàn)邏輯功能。因此，本發(fā)明通過材料體系和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的基于憶阻器結(jié)構(gòu)且具有可編程特性的光控晶體管，既能充分發(fā)揮憶阻器特點(diǎn)和優(yōu)勢，又能使其具有邏輯功能和可編程特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于充分發(fā)揮憶阻器特點(diǎn)與優(yōu)勢，提供一種基于憶阻器基本結(jié)構(gòu)且具有邏輯控制能力和可編程特性的高速、低功耗、可微縮化能力強(qiáng)的光控晶體管，該光控晶體管的制備與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制程兼容。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種憶阻器，包括襯底，在襯底下形成底電極層，在襯底上形成阻變介質(zhì)層，在阻變介質(zhì)層上形成頂電極層，阻變介質(zhì)層采用HfO_x、AlO_x、GeO_x的氧化物混合薄膜；襯底采用n型重?fù)诫sGe材料。

進(jìn)一步地，阻變介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)具體為：在GeO_x薄膜上依次交替設(shè)置AlO_x薄膜、HfO_x薄膜。

進(jìn)一步地，頂電極層的材料選自氮化鈦、氮化鉭、鎢、鉑或鈀中的一種。

進(jìn)一步地，底電極層的材料采用金屬Ni。

進(jìn)一步地，阻變介質(zhì)層的厚度不超過20nm。

一種基于憶阻器結(jié)構(gòu)且具有可編程特性的光控晶體管，該光控晶體管由兩個背對背的憶阻器存儲單元組成，兩個憶阻器存儲單元共用阻變介質(zhì)層、襯底以及底電極層，兩個憶阻器的頂電極分別作為該光控晶體管的源漏端電極，兩個憶阻器中間所夾區(qū)域用于接受外界光場調(diào)控，作為該光控晶體管的柵極，外加光源為該光控晶體管的柵控。

進(jìn)一步地，兩個憶阻器存儲單元在施加不同電位時，可使兩個憶阻器存儲單元在高低兩個阻態(tài)間轉(zhuǎn)變，兩個憶阻器存儲單元的阻態(tài)共同決定該光控晶體管的工作狀態(tài)，從而使該光控晶體管具備可編程特性。