本發(fā)明涉及利用半導體工藝制備具有非易失性可編程pn結存儲器功能的器件結構。

背景技術：

浮柵存儲器具有廣泛的應用領域。在傳統(tǒng)的浮柵存儲器中，主要利用施加在控制柵上的脈沖電壓控制溝道層在不同的電阻存儲狀態(tài)之間變化，而不能在其它存儲狀態(tài)，如pn結與非pn結之間變化。這主要是由于，對于傳統(tǒng)的半導體材料，例如硅，它們的載流子類型(p型或n型)主要由摻雜產(chǎn)生，一旦形成之后，就無法動態(tài)的實現(xiàn)半導體材料在不同電荷類型之間轉變。也就是說，對于n型的溝道層，控制柵只能調控溝道層具有不同的電阻，但是主要載流子仍然是電子(n型)；對于p型的溝道層也是一樣的。此外，基于上述原因，對于傳統(tǒng)的半導體材料，即使利用半浮柵場效應晶體管結構，溝道層也只能處于不同的電阻存儲狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一些納米材料，如wse2二維晶體、黑磷等，它們的載流子類型可以通過電場調制，在p型和n型之間動態(tài)變化(我們定義這種材料為雙極性半導體材料)。這為設計制備新型器件結構提供了可能。例如利用這種性質，人們用來制備可以動態(tài)調制的pn結結構，本發(fā)明進一步公開該pn結結構具有存儲性能。

本發(fā)明需要保護的技術方案為：

本發(fā)明提供一種具有非易失性可編程可存儲的pn結結構，使其用于非易失性可編程pn結存儲器等方面。本發(fā)明通過設計基于雙極型二維晶體的半浮柵場效應晶體管結構，實現(xiàn)利用施加在控制柵上的脈沖電壓對器件在pn結與非pn結等不同狀態(tài)的存儲和邏輯變化。

進一步公開技術方案，一種具有非易失性可編程pn結存儲器功能的器件結構，其特征在于，設計的結構依次為，

包括電極1；

包括溝道層2，位于電極1的下層，并采用雙極性半導體材料；

包括兩個上下兩個電介質層(3、5)；

包括半浮柵4，位于所述兩個電介質層(3、5)之間，且半浮柵4面積小于所述溝道層2面積；半浮柵4可以由一個半浮柵(圖1)或延伸為多個半浮柵組成；

包括控制柵6，位于所述電介質層5下層。

所述溝道層為雙極性半導體，即其載流子類型可以通過外加電場進行調制。

所述器件可以在pn結與非pn結之間進行邏輯變化，并具有非易失性可存儲功能。

通過在所述控制柵6輸入不同的脈沖電壓，獲得不同類型電荷在所述半浮柵4中的存儲，從而調制所述溝道層2在pn結與非pn結之間轉變。由于半浮柵4對電荷的存儲，可以實現(xiàn)所述溝道層2在pn結與非pn結等不同狀態(tài)的存儲，從而具有非易失性可存儲性能。通過輸入不同的脈沖電壓，可以實現(xiàn)所述溝道層2在不同狀態(tài)之間的邏輯轉變，從而具有可編程性能。

本發(fā)明創(chuàng)造性的提出非易失性可編程pn結存儲器的器件結構和功能。由于材料性能限制，傳統(tǒng)的浮柵存儲器只能實現(xiàn)溝道層在不同電阻狀態(tài)之間的存儲和邏輯變化，不能實現(xiàn)溝道層在pn結與非pn結等不同狀態(tài)的存儲和邏輯變化。由于pn結與非pn結具有不同的電學和光電子學性能，本發(fā)明設計的器件結構因而會產(chǎn)生很多新的應用。

本發(fā)明創(chuàng)造了一種新型的器件結構，有望拓展傳統(tǒng)pn結的功能和應用領域，在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明器件結構示意圖。

圖2為延伸的器件結構示意圖。

圖3為實施例在不同的存儲狀態(tài)，a為pn結，b為非pn(n⁺n)結。

圖4為實施例的器件非易失性存儲功能應用演示。

圖5為實施例的可編程功能應用演示。

數(shù)字標記：

1電極

2溝道層:采用雙極性半導體材料

3電介質層一

4半浮柵一

5電介質層2

6控制柵

7半浮柵二

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種具有非易失性可編程可存儲功能的新型pn結器件結構。該器件主要基于雙極性半導體材料的物理特性，通過半浮柵場效應晶體管的結構設計，實現(xiàn)控制柵對溝道層的有效調制，使溝道層可以在pn結與非pn結等不同的存儲狀態(tài)之間邏輯變換，具有非易失性可編程可存儲的功能。由于pn結與非pn結具有不同的物理性能，因而可以在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應用，拓展傳統(tǒng)半導體pn結與浮柵存儲器的功能和應用領域。該器件主要結構和功能如下：(1)具有半浮柵場效應晶體管的器件構造；(2)組成溝道層的材料主要為雙極性半導體材料，該材料的載流子類型(p型或n型)可以通過電場進行動態(tài)調控；(4)為半浮柵結構，即浮柵只覆蓋部分溝道層；(5)通過這種結構設計，可以實現(xiàn)溝道層在pn結與非pn結之間的邏輯變化，并且可以處于pn結與非pn結等不同的存儲狀態(tài)，具有非易失性和可編程性特點。

以下結合附圖對本發(fā)明技術方案做進一步說明。

本發(fā)明器件的結構如圖1、圖2所示：

包括電極1；

包括溝道層2，為雙極性半導體材料；

包括兩個電介質層(3、5)；

包括浮柵4，為半浮柵結構，即浮柵不覆蓋整個溝道層，可以由一個半浮柵(圖1)或延伸為多個半浮柵(圖2)組成；

包括控制柵6。

通過在所述控制柵6輸入不同的脈沖電壓，獲得所述溝道層2在pn結或非pn結等不同的存儲狀態(tài)，并可以在pn結與非pn結之間轉變，使得所述溝道層具有非易失性可存儲可編程的功能。

以下進一步通過實例對本發(fā)明做進一步介紹。

實施例

基于雙極性半導體材料wse2的非易失性可編程pn結存儲器。

該器件采用圖1所示的器件結構，其中電極1為金，溝道層2為雙極性半導體wse2二維晶體，電介質層3為氮化硼，半浮柵4為石墨烯，電介質層5為sio2，控制柵6為硅。

如圖3所示，可以看出，當施加不同的正脈沖電壓的時候，溝道層處于pn結狀態(tài)，具有整流特性；當施加不同的負脈沖電壓的時候，溝道層處于非pn(n⁺n)結狀態(tài)，具有相反的整流特性。

如圖4所示，溝道層可以存儲在pn結與非pn結的狀態(tài)，具有非易失性。

如圖5所示，溝道層可以在不同的狀態(tài)之間邏輯變化，因而具有可編程的特點。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種非易失性的可編程pn結存儲器。該器件主要基于雙極性半導體材料的物理特性，通過半浮柵場效應晶體管的結構設計，實現(xiàn)控制柵對溝道層的有效調制，使溝道層可以在pn結與非pn結等不同的存儲狀態(tài)之間邏輯變換，具有非易失性可編程可存儲的功能。由于pn結與非pn結具有不同的物理性能，因而可以在電子和光電子器件中產(chǎn)生新的應用，拓展傳統(tǒng)半導體pn結與浮柵存儲器的功能和應用領域。該器件主要結構和功能如下：(1)具有半浮柵場效應晶體管的器件構造；(2)組成溝道層的材料主要為雙極性半導體材料，該材料的載流子類型(p型或n型)可以通過電場進行動態(tài)調控；(4)為半浮柵結構，即浮柵只覆蓋部分溝道層。

技術研發(fā)人員：張增星;李東
受保護的技術使用者：同濟大學
技術研發(fā)日：2017.03.10
技術公布日：2017.07.04