[发明专利]一种非易失性的可编程pn结存储器

说明书

本发明公开了一种非易失性的可编程pn结存储器。该器件主要基于双极性半导体材料的物理特性，通过半浮栅场效应晶体管的结构设计，实现控制栅对沟道层的有效调制，使沟道层可以在pn结与非pn结等不同的存储状态之间逻辑变换，具有非易失性可编程可存储的功能。由于pn结与非pn结具有不同的物理性能，因而可以在电子和光电子器件中产生新的应用，拓展传统半导体pn结与浮栅存储器的功能和应用领域。该器件主要结构和功能如下：(1)具有半浮栅场效应晶体管的器件构造；(2)组成沟道层的材料主要为双极性半导体材料，该材料的载流子类型(p型或n型)可以通过电场进行动态调控；(4)为半浮栅结构，即浮栅只覆盖部分沟道层。

技术领域

本发明涉及利用半导体工艺制备具有非易失性可编程pn结存储器功能的器件结构。

背景技术

浮栅存储器具有广泛的应用领域。在传统的浮栅存储器中，主要利用施加在控制栅上的脉冲电压控制沟道层在不同的电阻存储状态之间变化，而不能在其它存储状态，如pn结与非pn结之间变化。这主要是由于，对于传统的半导体材料，例如硅，它们的载流子类型(p型或n型)主要由掺杂产生，一旦形成之后，就无法动态的实现半导体材料在不同电荷类型之间转变。也就是说，对于n型的沟道层，控制栅只能调控沟道层具有不同的电阻，但是主要载流子仍然是电子(n型)；对于p型的沟道层也是一样的。此外，基于上述原因，对于传统的半导体材料，即使利用半浮栅场效应晶体管结构，沟道层也只能处于不同的电阻存储状态。

发明内容

本发明的发明人发现，一些纳米材料，如WSe₂二维晶体、黑磷等，它们的载流子类型可以通过电场调制，在p型和n型之间动态变化(我们定义这种材料为双极性半导体材料)。这为设计制备新型器件结构提供了可能。例如利用这种性质，人们用来制备可以动态调制的pn结结构，本发明进一步公开该pn结结构具有存储性能。

本发明需要保护的技术方案为：

本发明提供一种具有非易失性可编程可存储的pn结结构，使其用于非易失性可编程pn结存储器等方面。本发明通过设计基于双极型二维晶体的半浮栅场效应晶体管结构，实现利用施加在控制栅上的脉冲电压对器件在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。

进一步公开技术方案，一种具有非易失性可编程pn结存储器功能的器件结构，其特征在于，设计的结构依次为，

包括电极1；

包括沟道层2，位于电极1的下层，并采用双极性半导体材料；

包括两个上下两个电介质层(3、5)；

包括半浮栅4，位于所述两个电介质层(3、5)之间，且半浮栅4面积小于所述沟道层2面积；半浮栅4可以由一个半浮栅(图1)或延伸为多个半浮栅组成；

包括控制栅6，位于所述电介质层5下层。

所述沟道层为双极性半导体，即其载流子类型可以通过外加电场进行调制。

所述器件可以在pn结与非pn结之间进行逻辑变化，并具有非易失性可存储功能。

通过在所述控制栅6输入不同的脉冲电压，获得不同类型电荷在所述半浮栅4中的存储，从而调制所述沟道层2在pn结与非pn结之间转变。由于半浮栅4对电荷的存储，可以实现所述沟道层2在pn结与非pn结等不同状态的存储，从而具有非易失性可存储性能。通过输入不同的脉冲电压，可以实现所述沟道层2在不同状态之间的逻辑转变，从而具有可编程性能。

本发明创造性的提出非易失性可编程pn结存储器的器件结构和功能。由于材料性能限制，传统的浮栅存储器只能实现沟道层在不同电阻状态之间的存储和逻辑变化，不能实现沟道层在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。由于pn结与非pn结具有不同的电学和光电子学性能，本发明设计的器件结构因而会产生很多新的应用。