一种非易失性的可编程pn结存储器制造技术

本发明专利技术公开了一种非易失性的可编程pn结存储器。该器件主要基于双极性半导体材料的物理特性，通过半浮栅场效应晶体管的结构设计，实现控制栅对沟道层的有效调制，使沟道层可以在pn结与非pn结等不同的存储状态之间逻辑变换，具有非易失性可编程可存储的功能。由于pn结与非pn结具有不同的物理性能，因而可以在电子和光电子器件中产生新的应用，拓展传统半导体pn结与浮栅存储器的功能和应用领域。该器件主要结构和功能如下：(1)具有半浮栅场效应晶体管的器件构造；(2)组成沟道层的材料主要为双极性半导体材料，该材料的载流子类型(p型或n型)可以通过电场进行动态调控；(4)为半浮栅结构，即浮栅只覆盖部分沟道层。

A nonvolatile programmable PN junction memory

The invention discloses a nonvolatile programmable PN junction memory. The device is mainly based on the physical characteristics of bipolar semiconductor materials, the structure design of semi floating gate field effect transistor, to achieve effective control gate modulation of the channel layer, the channel layer between PN nodes and non PN nodes of different memory state logic transform, non-volatile programmable memory the function of. Because PN junctions have different physical properties with non PN junctions, they can produce new applications in electronic and optoelectronic devices, extending the functions and applications of conventional semiconductor PN junctions and floating gate memories. The main structure and function of the device is as follows: (1) with the device structure of semi floating gate field effect transistor; (2) composed of channel layer material for bipolar semiconductor material, the material carrier type (P or n) can be dynamically adjusted by electric field; (4) for semi floating gate the structure, namely the floating gate only covers part of the channel layer.

【技术实现步骤摘要】
一种非易失性的可编程pn结存储器
本专利技术涉及利用半导体工艺制备具有非易失性可编程pn结存储器功能的器件结构。
技术介绍
浮栅存储器具有广泛的应用领域。在传统的浮栅存储器中，主要利用施加在控制栅上的脉冲电压控制沟道层在不同的电阻存储状态之间变化，而不能在其它存储状态，如pn结与非pn结之间变化。这主要是由于，对于传统的半导体材料，例如硅，它们的载流子类型(p型或n型)主要由掺杂产生，一旦形成之后，就无法动态的实现半导体材料在不同电荷类型之间转变。也就是说，对于n型的沟道层，控制栅只能调控沟道层具有不同的电阻，但是主要载流子仍然是电子(n型)；对于p型的沟道层也是一样的。此外，基于上述原因，对于传统的半导体材料，即使利用半浮栅场效应晶体管结构，沟道层也只能处于不同的电阻存储状态。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现，一些纳米材料，如WSe2二维晶体、黑磷等，它们的载流子类型可以通过电场调制，在p型和n型之间动态变化(我们定义这种材料为双极性半导体材料)。这为设计制备新型器件结构提供了可能。例如利用这种性质，人们用来制备可以动态调制的pn结结构，本专利技术进一步公开该pn结结构具有存储性能。本专利技术需要保护的技术方案为：本专利技术提供一种具有非易失性可编程可存储的pn结结构，使其用于非易失性可编程pn结存储器等方面。本专利技术通过设计基于双极型二维晶体的半浮栅场效应晶体管结构，实现利用施加在控制栅上的脉冲电压对器件在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。进一步公开技术方案，一种具有非易失性可编程pn结存储器功能的器件结构，其特征在于，设计的结构依次为，包括电极1；包括沟道层2，位于电极1的下层，并采用双极性半导体材料；包括两个上下两个电介质层(3、5)；包括半浮栅4，位于所述两个电介质层(3、5)之间，且半浮栅4面积小于所述沟道层2面积；半浮栅4可以由一个半浮栅(图1)或延伸为多个半浮栅组成；包括控制栅6，位于所述电介质层5下层。所述沟道层为双极性半导体，即其载流子类型可以通过外加电场进行调制。所述器件可以在pn结与非pn结之间进行逻辑变化，并具有非易失性可存储功能。通过在所述控制栅6输入不同的脉冲电压，获得不同类型电荷在所述半浮栅4中的存储，从而调制所述沟道层2在pn结与非pn结之间转变。由于半浮栅4对电荷的存储，可以实现所述沟道层2在pn结与非pn结等不同状态的存储，从而具有非易失性可存储性能。通过输入不同的脉冲电压，可以实现所述沟道层2在不同状态之间的逻辑转变，从而具有可编程性能。本专利技术创造性的提出非易失性可编程pn结存储器的器件结构和功能。由于材料性能限制，传统的浮栅存储器只能实现沟道层在不同电阻状态之间的存储和逻辑变化，不能实现沟道层在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。由于pn结与非pn结具有不同的电学和光电子学性能，本专利技术设计的器件结构因而会产生很多新的应用。本专利技术创造了一种新型的器件结构，有望拓展传统pn结的功能和应用领域，在电子和光电子器件中产生新的应用。附图说明图1为本专利技术器件结构示意图。图2为延伸的器件结构示意图。图3为实施例在不同的存储状态，a为pn结，b为非pn(n+n)结。图4为实施例的器件非易失性存储功能应用演示。图5为实施例的可编程功能应用演示。数字标记：1电极2沟道层:采用双极性半导体材料3电介质层一4半浮栅一5电介质层26控制栅7半浮栅二具体实施方式本专利技术公开了一种具有非易失性可编程可存储功能的新型pn结器件结构。该器件主要基于双极性半导体材料的物理特性，通过半浮栅场效应晶体管的结构设计，实现控制栅对沟道层的有效调制，使沟道层可以在pn结与非pn结等不同的存储状态之间逻辑变换，具有非易失性可编程可存储的功能。由于pn结与非pn结具有不同的物理性能，因而可以在电子和光电子器件中产生新的应用，拓展传统半导体pn结与浮栅存储器的功能和应用领域。该器件主要结构和功能如下：(1)具有半浮栅场效应晶体管的器件构造；(2)组成沟道层的材料主要为双极性半导体材料，该材料的载流子类型(p型或n型)可以通过电场进行动态调控；(4)为半浮栅结构，即浮栅只覆盖部分沟道层；(5)通过这种结构设计，可以实现沟道层在pn结与非pn结之间的逻辑变化，并且可以处于pn结与非pn结等不同的存储状态，具有非易失性和可编程性特点。以下结合附图对本专利技术技术方案做进一步说明。本专利技术器件的结构如图1、图2所示：包括电极1；包括沟道层2，为双极性半导体材料；包括两个电介质层(3、5)；包括浮栅4，为半浮栅结构，即浮栅不覆盖整个沟道层，可以由一个半浮栅(图1)或延伸为多个半浮栅(图2)组成；包括控制栅6。通过在所述控制栅6输入不同的脉冲电压，获得所述沟道层2在pn结或非pn结等不同的存储状态，并可以在pn结与非pn结之间转变，使得所述沟道层具有非易失性可存储可编程的功能。以下进一步通过实例对本专利技术做进一步介绍。实施例基于双极性半导体材料WSe2的非易失性可编程pn结存储器。该器件采用图1所示的器件结构，其中电极1为金，沟道层2为双极性半导体WSe2二维晶体，电介质层3为氮化硼，半浮栅4为石墨烯，电介质层5为SiO2，控制栅6为硅。如图3所示，可以看出，当施加不同的正脉冲电压的时候，沟道层处于pn结状态，具有整流特性；当施加不同的负脉冲电压的时候，沟道层处于非pn(n+n)结状态，具有相反的整流特性。如图4所示，沟道层可以存储在pn结与非pn结的状态，具有非易失性。如图5所示，沟道层可以在不同的状态之间逻辑变化，因而具有可编程的特点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有非易失性可编程可存储的pn结结构，其特征在于，通过设计基于双极型二维晶体的半浮栅场效应晶体管结构，实现利用施加在控制栅上的脉冲电压对器件在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。

【技术特征摘要】
1.一种具有非易失性可编程可存储的pn结结构，其特征在于，通过设计基于双极型二维晶体的半浮栅场效应晶体管结构，实现利用施加在控制栅上的脉冲电压对器件在pn结与非pn结等不同状态的存储和逻辑变化。2.如权利要求1所述的器件结构，其特征在于，设计的结构依次为，包括电极(1)；包括沟道层(2)，位于电极(1)的下层，并采用双极性半导体材料；包括两个上下两个电介质层(3、5)；包括半浮栅(4)，位于所述两个电介质层(3、5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张增星，李东，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31