[发明专利]一种基于氧化石墨烯量子点的三态电荷俘获存储器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于氧化石墨烯量子点的三态电荷俘获存储器及其制备方法，所述存储器是在Si衬底上依次形成氧化物介质层和Pd电极膜层；所述氧化物介质层依次由形成于Si衬底上的二氧化硅隧穿氧化层、ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层及二氧化硅阻挡氧化层构成，所述ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层中的GOQDs为氧化石墨烯量子点层。本发明的存储器，呈现出稳定的三电容值状态。在±4V的操作电压下，呈现出1.86V的存储窗口。在10⁴s的保持测试时间中，电容值1、2、3都较为稳定，展现出稳定的数据保持特性；编程和擦除中平带电压值也都较为稳定，电荷损失量仅有8%。以上优异的存储性能与当前存储器领域的低操作电压，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三态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。

在现有的非易失性存储器中，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。

二维石墨烯材料的功函数比较高，能够很好的满足电子势阱的条件需求，并且其自身的载流子迁移率和速度都比较快，有利于提升存储器件的开关速度。另外，石墨烯的热传导性比较好，能够降低器件的热功耗。石墨烯材料的结构为单原子平面结构，与当前集成电路纳米级工艺具有很好的相容性。因此对电子设备和非易失性存储器来说，石墨烯是未来寻求提升元器件性能的一种重要手段。

近几年，一些科学研究已经在尝试将石墨烯或者石墨烯衍生物应用于非易失性存储器的电荷俘获层。石墨烯量子点对隧穿氧化层中的局部缺陷敏感度较低，因此它可以用作分立式电荷俘获层，阻止横向电荷移动，减少俘获层中电荷的泄露，增强存储器的数据保持特性和存储密度。

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三态电荷俘获存储器，以提升现有电荷俘获存储器的数据存储能力和存储密度，实现多态存储。

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三态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三态电荷俘获存储器，其是在Si衬底上依次形成有氧化物介质层和Pd电极膜层；所述氧化物介质层依次由形成于Si衬底上的二氧化硅隧穿氧化层、ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层及二氧化硅阻挡氧化层构成，所述ZnO/GOQDs/ZnO电荷俘获层中的GOQDs层为单层氧化石墨烯量子点层。