[发明专利]一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器及其制备方法，该存储器的结构是在Si衬底上依次形成氧化物介质层和Pd电极膜层；所述氧化物介质层包括依次所形成的二氧化硅隧穿层、ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层及三氧化二铝阻挡层。本发明所提供的基于氧化石墨烯量子点的电荷俘获存储器在较低的操作电压（±7V）下，呈现出较大的存储窗口（2.7V）。在操作电压由6V变化至7V时，存储窗口出现明显增大。在10⁴s的保持测试时间中，高态电容和低态电容的损失量分别为0.5pF(1.4%)和0.3pF(6.9%),展现出较为稳定的数据保持特性。以上优异的存储性能与当前存储器领域的低操作电压，低功耗，高存储密度，高稳定性的发展要求相符合。

技术领域

本发明涉及电荷俘获存储器，具体的说是一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器及其制备方法。

背景技术

非易失性存储器 (Nonvolatile Memories ， NVM )在半导体存储器产业中受到了极大关注。非易失性存储器能够以字节的方式实现信息的存储和读取，具有高密度存储和低功耗等优点，并且它的读取和写入速度都比较快，部分非易失性存储器的速度已经可以接近动态随机存储器。

电荷俘获型存储器(Charge Trapping Memory ,CTM)是一种应用广泛且重要的非易失性存储器。电荷俘获存储器的编程速度和擦除速度都比较快，且具有较强的耐受性，能够实现高次数重复操作，而且能够长久保持数据，具有良好的可靠性。同时，电荷俘获存储器自身的功耗很低，降低了能量消耗，具有更长的使用寿命。但是，由于集成电路制程技术的发展，电荷俘获存储器在降低尺寸的同时也降低了用于存储信息的电荷数，电荷俘获率不断降低。

近些年，出现了应用于高性能薄膜晶体管的氧化物半导体，如氧化锌，铟镓锌氧，氧化镍。氧化物半导体除了被用作沟道材料外，还可以被用作非易失性存储器的电荷俘获层。与此同时，金属纳米晶体（如：金纳米晶、镍纳米晶，钨纳米晶）和高k材料（如：氧化铪、氧化锆）已经被尝试用作电荷俘获型存储器的电荷俘获层。尽管这些存储器的操作电压依然较高，但是采用新材料的电荷俘获层实现了存储器的快速读写和高稳定性，并且仍然有降低操作电压的空间。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器，以提升现有电荷俘获存储器的数据存储能力和存储密度。

本发明的目的之二就是同时提供一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器的制备方法。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器，其是在Si衬底上依次形成有氧化物介质层和Pd电极膜层；所述氧化物介质层由依次形成于Si衬底上的二氧化硅隧穿氧化层、ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层及三氧化二铝阻挡氧化层构成，所述ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层中的GOQDs为单层氧化石墨烯量子点层。

所述的基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器，所述单层氧化石墨烯量子点层是在形成的ZnO膜层上采用滴涂－旋转的方法将氧化石墨烯量子点水悬浮液添加到ZnO膜层上并晾干得到，所述氧化石墨烯量子点水悬浮液是按如下方法制备得到：

在石英玻璃管中，按体积比40∶1将浓度0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度30wt%的过氧化氢水溶液混合，然后在紫外灯照射条件下匀速搅拌40分钟得反应物，然后将所述反应物使用3500 Da的透析袋对产品透析72h以上即得氧化石墨烯量子点水悬浮液。

所述的基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器，其中，所述二氧化硅隧穿氧化层厚度为2~5nm，所述三氧化二铝阻挡氧化层的厚度为5~15nm，所述ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层中ZnO层分别为第一氧化锌膜层和第二氧化锌膜层，所述第一氧化锌膜层与所述第二氧化锌膜层的厚度相等且在5~15nm。