[发明专利]一种基于范德华异质结的非易失光存储单元及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体光存储器技术领域，尤其涉及一种基于范德华异质结的非易失光存储单元及其制备方法。本发明器件包括两个电极、两层石墨烯层以及量子点层；量子点层设置于两层石墨烯层之间，构成石墨烯/量子点/石墨烯的三层垂直异质结构，层与层之间的界面态俘获电荷载流子使得整个非易失光存储单元具有非易失光存储的特性；两电极分别制作在两层石墨烯上。本发明基于层间界面态俘获电子的基本原理实现了单元非易失多级光存储的特性。该非易失光存储单元结构简单，稳定性强，能耗低，能与目前的CMOS工艺兼容，且具有多级存储的特性。

技术领域

本发明涉及半导体光存储器技术领域，尤其涉及一种基于范德华异质结的非易失光存储单元及其制备方法。

背景技术

在大数据和人工智能时代，对高性能的处理，存储和通信设备的需求变得更加迫切。但是传统的存储器由于尺寸、工艺以及生产成本等限制，正面临严峻的性能瓶颈与技术挑战^[1]。光电存储器件引入光作为新的参量，可以实现光和电共同控制电荷储存，极大的丰富了存储器件的应用。在传统的冯·诺依曼计算体系结构中，分开的存储和处理单元会导致更多的能耗和较慢的数据传输速度。光电存储器可以实现直接在一个单元中感测、存储和处理光学信息，是打破冯·诺依曼系统的重要手段，有望突破现有的技术瓶颈，提升存储器件的性能^[2,3]。

在用于光电存储器件的材料系统中，二维材料具有丰富的物理与化学性能，如强的光与物质相互作用、大的表面体积比、栅极可调性和柔韧性，在柔性光电子器件和非易失存储器件中具有极大的应用前景^[4,5,6]。因此，利用二维材料来设计并制作光电存储器件具有重大的意义。

[1]Waldrop,M.M.,The chips are down for Moore’s law.Nature 2016,530(7589),144-147.

[2]Zhou,F.；Chen,J.；Tao,X.；Wang,X.；Chai,Y.,2D Materials BasedOptoelectronic Memory: Convergence of ElectronicMemory and OpticalSensor.Research(Wash DC)2019,2019,9490413.

[3]Zhou,F.；Zhou,Z.；Chen,J.；Choy,T.H.；Wang,J.；Zhang,N.；Lin,Z.；Yu,S.；Kang,J.；Wong, H.P.；Chai,Y.,Optoelectronic resistive random access memory forneuromorphic vision sensors. Nat Nanotechnol 2019,14(8),776-782.

[4]Britnell L,Ribeiro R M,Eckmann A,et al.Strong light-matterinteractions in heterostructures of atomically thin films.Science,2013,340(6138):1311-1314.

[5]Minh,Dao,Tran,et al.Role of Hole Trap Sites in MoS2 forInconsistency inOptical and Electrical Phenomena.ACS Applied MaterialsInterfaces,2018,10(12):10580-10586.

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发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种基于范德华异质结的非易失光存储单元及其制备方法，本发明结合两种低维材料的优势，在性能上实现了存储器的低功耗和多级存储的功能。