[发明专利]基于自整流特性材料的二维超快准非易失存储器及其制备方法

说明书

本发明属于存储器技术领域，具体为一种基于自整流特性材料的二维超快准非易失存储器及其制备方法。本发明利用具有自整流特性的材料替代传统闪存（Flash）的沟道与隧穿层，通过此材料的开关特性，取代传统电荷的隧穿机制实现超快写入与准非易失存储。本发明制备，包括先在衬底上利用机械剥离或者化学气相沉积获得作为电荷存储层的二维材料，然后利用分子束外延生长自整流特性材料CrX₃作为器件沟道以及开关。本发明可以制备具有超快写入能力以及准非易失特性的新型存储器，弥补了动态随机存储器与闪存存储器之间的数据存储时间跨度，在未来存储器领域具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于存储器技术领域，具体涉及一种二维准非易失存储器及其制备方法。

背景技术

半导体存储器是现代信息技术中重要的信息记忆设备。按照其保存数据时间的长短，大体上可分为易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器的特点为写入速度快，数据保持时间短，断电数据丢失。典型的易失性存储器有静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM），虽然速度写入速度很快（纳秒量级），但数据仅能保持毫秒量级的时间。非易失性存储器（如闪存存储器，Flash）的特点为数据保持时间久（通常大于10年），但是写入速度相对较慢（目前最快的闪存存储器写入速度也在微秒量级）。所以在目前的易失性存储器和非易失性存储器存在很大的空间，亟需一种写入速度快而且数据保持时间相对较长的新型存储器。

另一方面，随着半导体技术的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，目前器件尺寸已经缩小到14nm。随着尺寸的不断缩小，越来越多的难题开始出现，比如说难以克服的短沟道效应，会很大程度上降低硅基器件的性能。所以，迫切需要一种能取代硅的半导体材料。自石墨烯被发现开始，二维材料受到越来越多的关注，由于其优异的性能（丰富的能带结构，表面无悬挂键，高迁移率，可达到原子层厚度级别等），被认为很有潜力取代硅成为下一代革命性的半导体材料。

虽然半浮栅晶体管也具有超快写入的特点，但是其在结构上较为复杂。在本发明中，仅用两种材料实现超快写入与存储性能，结构上大幅度简化。而且采用二维材料，器件具有进一步微缩的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、基于自整流特性材料的二维超快准非易失存储器及其制备方法。

本发明提供的基于自整流特性材料的二维超快准非易失存储器，包括：

一带有氧化绝缘层的高掺杂硅衬底；

衬底上制备的第一层二维材料薄膜；

在第一层二维材料上生长的第二层二维自整流特性材料；

第二层二维自整流特性材料上生长的有一定图形的金属电极。

本发明中，采用二维自整流特性材料作为开关，另一二维材料作为电荷存储层，实现超快速度的写入数据以及实现准非易失性能（数据可保持在百秒量级）。

本发明中，所述氧化绝缘层厚度为30至40纳米，材料可以为氧化铝或氧化铪等。

本发明中，所述第一层二维材料可以为石墨烯，或者其他二维材料。

本发明中，所述二维自整流特性材料为CrX₃材料，厚度不宜超出10纳米。

本发明中，所述金属电极材料为常见的Au、Cr或Pt等。

本发明提供的基于自整流特性材料的二维超快准非易失存储器的制备方法，具体步骤为：

（1）在预先准备好的衬底上制备第一层二维材料薄膜；

所述衬底为：带有30至40纳米厚度氧化绝缘层的高掺杂硅衬底；氧化

绝缘层可以为氧化铝或氧化铪等；