[發(fā)明專利]一種MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210538285.9
• 申請(qǐng)日: 2022-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN115020425A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高武;李星星;張昕;劉禮祥;張志偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 五邑大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/11585
• 分類號(hào): H01L27/11585;H01L29/78;H01L21/34
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 肖云

本發(fā)明公開了一種MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用。所述MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，包括依次層疊設(shè)置的襯底、ZnO低溫緩沖層、ZnO薄膜、Zn_1?xM_xO薄膜和Zn_1?yM_yO鐵電薄膜；其中，M選自Mg、V、Sb、Y或Gd中的至少一種；其中，0＜x≤0.4，0.3≤y≤0.6。所述MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了準(zhǔn)同質(zhì)外延集成體系，從而減少了薄膜界面缺陷、提高了鐵電薄膜質(zhì)量，提高鐵電柵極調(diào)控溝道電流通斷效率，實(shí)現(xiàn)了高性能鐵電存儲(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)及鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

在早期的研究中，金屬-鐵電-半導(dǎo)體(MFS)的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的制備，是將鐵電薄膜直接制備于Si襯底上，以使得傳統(tǒng)的MOSFET(金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中的SiO₂絕緣層被鐵電層替代，從而利用鐵電極化的翻轉(zhuǎn)來控制溝道電流開關(guān)。但直接制備于半導(dǎo)體上的鐵電材料屬于異質(zhì)結(jié)外延，界面會(huì)形成很多缺陷，導(dǎo)致電荷長(zhǎng)期保持性很差，嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步的性能提高。

因此，急需一種新型的金屬-鐵電-半導(dǎo)體(MFS)的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，以解決界面形成過多缺陷和電荷長(zhǎng)期保持性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是：

提供一種MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。所述MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了準(zhǔn)同質(zhì)外延集成體系，從而減少了薄膜界面缺陷、提高了鐵電薄膜質(zhì)量，提高鐵電柵極調(diào)控溝道電流通斷效率，實(shí)現(xiàn)了高性能鐵電存儲(chǔ)。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是：

提供一種所述MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問題是：

所述MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

為了解決所述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種MFS儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，包括依次層疊設(shè)置的襯底、ZnO低溫緩沖層、ZnO薄膜、Zn_1-xM_xO薄膜、Zn_1-yM_yO鐵電薄膜；

其中，M選自Mg、V、Sb、Y或Gd中的至少一種；

其中，0＜x≤0.4，0.3≤y≤0.6。

ZnO作為一種II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體，具有比GaAs、GaN更高的電子飽和漂移速度、更強(qiáng)的抗輻照能力等優(yōu)勢(shì)。

所述低溫緩沖層，其生長(zhǎng)時(shí)的溫度較低，在400度以下。

本發(fā)明在襯底上生長(zhǎng)低溫ZnO低溫緩沖層可有效降低ZnO薄膜與襯底之間的品格失配以及因熱膨脹系數(shù)不同引起的品格畸變。

進(jìn)一步地，本發(fā)明在ZnO低溫緩沖層上依次生長(zhǎng)ZnO薄膜和Zn_1-xM_xO薄膜，以構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，所述異質(zhì)結(jié)具有晶格失配小、熱失配小、缺陷少以及帶階大等特點(diǎn)，ZnO/Zn_1-xM_xO異質(zhì)結(jié)界面處會(huì)形成高濃度的二維電子氣。進(jìn)一步地本發(fā)明在ZnO/Zn_1-xM_xO異質(zhì)結(jié)上生長(zhǎng)Zn_1-yM_yO鐵電薄膜，以構(gòu)建準(zhǔn)同質(zhì)外延集成體系，從而減少薄膜界面缺陷、提高鐵電薄膜質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高性能鐵電存儲(chǔ)。所述Zn_1-yM_yO鐵電薄膜界面不會(huì)形成二維電子氣。