[發明專利]一種低功耗二維材料半浮柵存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010401243.1
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111540745A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 朱寶;陳琳;孫清清;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學;上海集成電路制造創新中心有限公司
• 主分類號: H01L27/11521
• 分類號: H01L27/11521;H01L27/11568
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于集成電路存儲器技術領域，具體為一種低功耗二維材料半浮柵存儲器及其制備方法。本發明的半浮柵存儲器，采用高介電常數材料作為阻擋層和隧穿層，可以在滿足等效氧化層厚度的前提下，減小漏電流，從而降低功耗；采用PTCDA作為在二維材料表面生長高介電常數材料的緩沖層，可以抑制位阻效應，增大成核密度，可以生長出致密的高介電常數材料，進而可以抑制漏電流，降低功耗。此外，利用PTCDA與二維材料之間沒有共價鍵的優點，從而減少兩者之間的界面缺陷，可以抑制漏電流，降低功耗。

技術領域

本發明屬于集成電路存儲器技術領域，具體涉及一種低功耗二維材料半浮柵存儲器及其制備方法。

背景技術

現今主流的存儲技術分為兩類：揮發性存儲技術和非揮發性存儲技術。對于揮發性存儲技術，主要是靜態隨機存儲器SRAM和動態隨機存儲器DRAM。揮發性存儲器有著納秒級的寫入速度，然而其數據保持能力只有毫秒級，使得其只能用在緩存等有限的存儲領域。對于非揮發性存儲技術，比如閃存技術，其數據保持能力可以達到10年，然而相對緩慢的寫入操作，極大地限制了其在高速緩存領域的應用。另一方面，二維材料，如過渡金屬硫化物不僅有較高的遷移率，而且當其薄膜厚度減到單層，仍然保持著優異的電學特性，是應用于半導體器件的良好材料。此外，二維材料表面沒有懸掛鍵并且有著豐富的能帶體系，這使得其在能帶工程設計電子器件領域有著天然的優勢。沒有懸掛鍵的特性使得其可以自由堆疊電子器件，豐富的能帶體系使得其可以滿足各種新型電子器件所需的能帶結構。專利CN107665894A提出了一種基于二維半導體材料的半浮柵存儲器。在這種半浮柵存儲器中，電荷通過二維材料構成的PN結實現納秒級快速寫入的操作。但是，在這種二維材料半浮柵存儲器中，阻擋層介質和隧穿層介質分別采用了介電常數較小的Al₂O₃和BN材料。隨著工藝節點的不斷推進，要求阻擋層和隧穿層厚度都要不斷減小，Al₂O₃和BN材料的使用將導致漏電流不斷增大，從而功耗也不斷增加。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種低功耗二維材料半浮柵存儲器及其制備方法。

本發明提供的低功耗二維材料半浮柵存儲器，包括：

襯底；

柵極，其為石墨烯，形成在所述襯底上；

金屬接觸電極，形成在所述柵極的表面；阻擋層，包括PTCDA層/高介電常數材料/PTCDA層所組成的疊層，與所述金屬接觸電極相間隔，形成在所述石墨烯柵極的表面；

半浮柵，其為第一類二維材料，覆蓋所述阻擋層；

第二類二維材料和隧穿層，相互接觸地平行設置在所述半浮柵表面，其中，所述隧穿層包括PTCDA層/高介電常數材料/PTCDA層所組成的疊層；

溝道層，其為第三類二維材料，覆蓋所述第二類二維材料和隧穿層；

源級和漏級，形成在所述溝道層上；

所述第二類二維材料和第三類二維材料構成高速開關的異質結。

本發明的低功耗二維材料半浮柵存儲器中，優選為，高介電常數材料選自HfO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、La₂O₃、TiO₂，或者由該材料組成的疊層。

本發明的低功耗二維材料半浮柵存儲器中，優選為，所述第一類二維材料是n型導電的HfS₂或MoS₂，或者是p型導電的WSe₂或MoSe₂。