用于太阳能和数据存储的两用半导体器件制造技术

本公开的各实施例涉及用于太阳能和数据存储的两用半导体器件。本公开描述了用于太阳能和数据存储的两用半导体器件的各方面。在一些方面，两用半导体器件被选择性地配置为通过耦合具有相同掺杂类型的区域以形成PN结来生成功率，该PN结通过响应于光而生成功率。所生成的功率可以被提供给耦合到两用半导体器件的触点(例如，前触点和后侧触点)的负载。通过将相同掺杂类型的区域解耦以提供相的数据存储访问端子以用于通过两用半导体器件的浮栅结构访问(例如，写入或读取)作为电荷水平存储的位值。通过这样做，利用两用半导体器件实现的太阳能阵列也可以提供数据存储功能。

【技术实现步骤摘要】
用于太阳能和数据存储的两用半导体器件相关申请的交叉引用本公开要求于2019年2月21日提交的美国临时专利申请序列号62/808,703的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术介绍
在电子电路设计中，通常将半导体部件设计和制造为执行预期的电功能。例如，太阳能电池被设计成当入射太阳光的光子与太阳能电池的特定配制和结构化材料相互作用时生成电流。但是，许多半导体部件只能在部件总寿命的一小部分时间内提供其预期的功能。在本示例的上下文中，太阳能电池每晚在日落之后的夜晚以及当天气阻止了足够的阳光收集以产生能量时处于空闲状态。因此，对于生产和部署太阳能电池所消耗的所有资源，太阳能电池仅在有限的时间内发电，而在剩余时间内未使用。随着遍及全球的大量太阳能电池和其他类型的单用途半导体部件的使用，这些半导体部件的组合空闲时间可以表示底层半导体材料的利用率不高。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
以介绍在具体实施例和附图中进一步描述的主题。因此，不应将本
技术实现思路
描述为描述基本特征，也不应将其用于限制要求保护的技术方案的范围。本公开针对用于太阳能和数据存储的两用半导体器件的各方面。在一些方面，两用半导体器件被选择性地配置为通过将具有相同掺杂类型的区域耦合到PN结来生成功率，该PN结通过响应于光而生成功率。在一些方面，当配置有PN结时，两用半导体器件用作光伏电池或光电二极管以生成功率。所生成的功率可以被提供给耦合到两用半导体器件的触点(例如，前触点和后侧触点)的负载。两用半导体器件还可以被选择性地配置用于通过将相同掺杂类型的区域解耦以提供相的数据存储访问端子(例如，源极和漏极)以进行访问(例如，写入或读取)由两用半导体器件的浮栅结构存储为电荷水平的位值，以用数据存储。通常，浮栅结构的浮栅的电荷影响两用半导体器件(例如，配置为浮栅晶体管)的阈值，使得浮栅上的电子的负电荷防止当施加读取电压并且没有电流流过两用半导体器件时(例如，逻辑0)，该结构的控制栅极不激活两用半导体器件。备选地或附加地，当在浮置栅极上不存在负电荷时(例如，不存在电子)，当施加读取电压并且电流在两用半导体器件(例如逻辑1)之间流动时，控制栅极能够激活两用半导体器件。这样，可以通过改变结构的浮栅的电荷，诸如通过将电子隧穿(或，注入)浮栅或从浮栅隧穿(或，注入)，来将相应电压选择性地施加到控制栅极和数据存储访问端子，以将位值写入或擦除到浮置栅极结构。在一些方面，由与两用半导体器件相关联的控制器实施的方法包括：通过将两用半导体器件的具有相同类型的掺杂的区域耦合以形成PN结，来选择性地配置两用半导体器件以生成功率。PN结利用所耦合的区域和具有不同掺杂类型掺杂的两用半导体器件的衬底而被形成。该方法包括利用PN结基于由PN结接收的光来生成功率，该PN结包括所耦合的区域。响应于生成功率，两用半导体器件将功率提供给耦合至两用半导体器件的相应功率触点的负载。该方法还包括通过将具有相同掺杂类型的两用半导体器件的区域解耦，以经由具有相同掺杂类型的解耦区域来提供相应数据存储访问端子，来选择性地将两用半导体器件配置为用于数据存储访问。然后，控制器经由两用半导体器件的浮栅结构的控制栅极和相应数据存储访问端子中的至少一个来访问两用半导体器件，以将数据写入浮栅结构或从浮栅结构读取数据。浮栅结构可以形成在两用半导体器件的衬底上，并且具有浮栅，该浮栅通过第一绝缘材料层与浮栅结构的控制栅极隔离并且通过第二绝缘材料层与衬底隔离。在其他方面，两用半导体器件包括衬底，该衬底包括具有相同掺杂类型的第一区域和第二区域以及具有不同掺杂类型的阱。两用半导体器件的开关器件耦合在第一区域和第二区域之间，并且被配置为选择性地将第一区域连接到第二区域以生成电力并且使第一区域与第二区域断开连接以使得能够存储至少一个位值。两用半导体器件还包括设置在阱的至少一部分之上的浮栅结构，该浮栅结构被配置为存储与至少一个位值相对应的电荷。浮栅结构包括设置在阱的至少一部分之上的第一绝缘材料层，并且被配置为允许隧道电子进入或离开浮栅结构。该结构的浮栅设置在第一绝缘材料层之上，并配置为在与第一绝缘材料层的阱绝缘的同时、基于进入或离开浮栅结构的隧道电子，存储与至少一个位值相对应的电荷。该结构包括设置在浮栅结构的浮栅之上的第二绝缘材料层。该结构的控制栅极设置在第二绝缘材料层之上，并配置为控制电子的隧穿以对浮栅结构进行充电或放电。在又一方面，太阳能和数据存储系统包括多个两用半导体器件和配置控制器。两用半导体器件中的至少一些利用衬底来实现，该衬底包括具有相同掺杂类型的第一区域和第二区域以及具有不同掺杂类型的阱。两用半导体器件还可包括开关器件和设置在阱之上的浮栅结构。开关耦合在第一区域和第二区域之间，并且被配置为选择性地将第一区域连接到第二区域以生成功率并且将第一区域与第二区域断开连接以使得能够存储至少一个位值。浮栅结构具有浮栅，该浮栅被配置为在通过相应绝缘材料层与阱和浮栅结构的控制栅极绝缘时存储与至少一个位值相对应的电荷。配置控制器被实现为选择性地将具有相同掺杂类型的的区域耦合，以用于利用所耦合的区域和阱形成PN结，通过该PN结，两用半导体器件生成功率。配置控制器还被实现为经由具有相同掺杂类型的解耦区域选择性地解耦具有相同掺杂类型的区域以提供相应数据存储访问端子，以使得能够写入或读取数据的至少一位。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和所附权利要求书，其他特征和优点将是显而易见的。附图说明用于太阳能和数据存储的两用半导体器件的一种或多种实施方式的细节在以下附图和详细描述中阐述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在说明书和附图的不同实例中使用相同的附图标记表示相似的元素：图1示出了示例操作环境，其中实现了用于太阳能和数据存储的两用半导体器件。图2示出了根据一个或多个方面的用于太阳能和数据存储的两用半导体器件的示例配置。图3示出了被配置为提供太阳能功能的两用半导体器件的示例。图4示出了被配置为提供数据存储功能的两用半导体器件的示例。图5描绘了用于选择地配置用于太阳能或数据存储功能的两用半导体器件的示例方法。图6描绘了根据一个或多个方面的用于利用两用半导体器件来生成功率或存储数据的示例方法。图7描绘了用于形成用于太阳能和数据存储的两用半导体器件的示例方法。图8示出了示例太阳能和数据存储系统，其中可以实现两用半导体器件的各方面。具体实施方式用于电路设计的常规技术通常创建被设计和制造为执行单个或专用电功能的半导体部件。例如，太阳能电池被设计成当入射太阳光的光子与太阳能电池的特定配制和结构化材料相互作用时生成电流。在其他情况下，存储单元被设计为接收和存储数据值，直到以后从存储单元读取那些数据值为止。然而，这些常规半导体部件中的许多部件仅在部件总寿命的一小部分中用于提供其预期的功能。举例来说，太阳能电池每晚在日落之后的夜晚以及当天气妨碍收集足够的阳光以用于生成能量时都处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n通过将具有相同掺杂类型的两用半导体器件的区域耦合以利用所耦合的所述区域和具有不同掺杂类型的所述两用半导体器件的衬底形成PN结，来选择性地配置所述两用半导体器件以生成功率；/n利用所述PN结，基于由包括具有所述相同掺杂类型的所耦合的所述区域的所述PN结接收的光来生成功率；/n响应于生成所述功率，将所述功率提供给耦合至所述两用半导体器件的相应功率触点的负载；/n通过将具有所述相同掺杂类型的所述两用半导体器件的所述区域解耦，以经由具有所述相同掺杂类型的所解耦的所述区域来提供相应数据存储访问端子，来选择性地将所述两用半导体器件配置为用于数据存储访问；和/n经由所述两用半导体器件的浮栅结构的控制栅极和相应数据存储访问端子中的至少一个数据存储访问端子，访问所述两用半导体器件，以将数据写入所述两用半导体器件或从所述两用半导体器件读取数据，所述浮栅结构形成在所述两用半导体器件的所述衬底上，并且具有通过第一绝缘材料层与所述浮栅结构的所述控制栅极隔离并通过第二绝缘层材料层与所述衬底隔离的浮栅。/n

【技术特征摘要】
20190221 US 62/808,703;20200220 US 16/796,6801.一种方法，包括：
通过将具有相同掺杂类型的两用半导体器件的区域耦合以利用所耦合的所述区域和具有不同掺杂类型的所述两用半导体器件的衬底形成PN结，来选择性地配置所述两用半导体器件以生成功率；
利用所述PN结，基于由包括具有所述相同掺杂类型的所耦合的所述区域的所述PN结接收的光来生成功率；
响应于生成所述功率，将所述功率提供给耦合至所述两用半导体器件的相应功率触点的负载；
通过将具有所述相同掺杂类型的所述两用半导体器件的所述区域解耦，以经由具有所述相同掺杂类型的所解耦的所述区域来提供相应数据存储访问端子，来选择性地将所述两用半导体器件配置为用于数据存储访问；和
经由所述两用半导体器件的浮栅结构的控制栅极和相应数据存储访问端子中的至少一个数据存储访问端子，访问所述两用半导体器件，以将数据写入所述两用半导体器件或从所述两用半导体器件读取数据，所述浮栅结构形成在所述两用半导体器件的所述衬底上，并且具有通过第一绝缘材料层与所述浮栅结构的所述控制栅极隔离并通过第二绝缘层材料层与所述衬底隔离的浮栅。


2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述两用半导体器件包括耦合在具有所述相同掺杂类型的所述区域之间的开关器件，
选择性地将所述两用半导体器件配置为生成功率包括：经由所述开关器件，连接具有所述相同掺杂类型的所述区域，以选择性地将所述两用半导体器件配置为光伏单元；和
选择性地将所述两用半导体器件配置为用于数据存储访问包括：经由所述开关器件，将具有所述相同掺杂类型的所述区域断开连接，以将所述两用半导体器件选择性地配置为存储器单元。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述两用半导体器件包括耦合在所述功率触点中的至少一个功率触点与所述负载之间的开关，并且所述方法还包括：经由所述开关器件，将所述功率触点中的所述至少一个功率触点耦合至所述负载，以使所述两用半导体器件能够将利用所述PN结所生成的所述功率提供给所述负载。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括通过以下将至少一个位值写入所述两用半导体器件：
向经由所解耦的所述区域中的一个区域提供的所述数据存储访问端子中的一个数据存储访问端子施加第一电压，以使电流流过所解耦的所述区域之间的衬底；和
向所述浮栅结构的所述控制栅极施加第二电压，以使所述电流在所解耦的所述区域之间的所述衬底中流动，以有效地利用从所述电流注入并通过所述第二绝缘材料层进入所述浮栅中的电子为所述浮栅充电，所述浮栅的所述电荷与写入所述两用半导体的所述至少一个位值相对应。


5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过以下读取由所述两用半导体器件存储的至少一个位值：
向经由所解耦的所述区域中的一个区域提供的所述数据存储访问端子中的一个数据存储访问端子施加第一电压，以使所述电流在所解耦的所述区域之间的衬底中流动；
向所述浮栅结构的所述控制栅极施加第二电压，以使所述电流在所解耦的所述区域之间的衬底中流动；
确定在所解耦的所述区域之间流动的电流量；和
基于在所解耦的所述区域之间流动的所述电流量，确定由所述两用半导体器件存储的所述至少一个位值。


6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述两用半导体器件被选择性地配置为单级单元(SLC)存储器器件，并且所述电流量指示由所述两用半导体器件存储的一个二进制位值；或者
所述两用半导体器件被选择性地配置为多级单元(MLC)存储器器件，并且所述电流量指示由所述两用半导体器件存储的多个位值。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括通过以下擦除由所述两用半导体器件存储的数据：
向所述浮栅结构的所述控制栅极施加第一电压，所述浮栅结构的所述浮栅具有与由所述两用半导体存储的所述数据相对应的电子电荷；和
向经由所解耦的所述区域中的一个区域提供的所述数据存储访问端子中的一个数据存储访问端子施加第二电压，以通过使所述电子从浮栅隧穿并通过所述第二绝缘材料层到所述衬底或所述数据存储访问端子来使所述浮栅放电，所述第二电压高于所述第一电压。


8.根据权利要求1所述的方法，其中多个两用半导体器件包括所述两用半导体器件，所述多个两用半导体各自包括具有相同掺杂类型的相应区域，并且所述方法还包括：
选择性地耦合所述多个两用半导体器件的相应区域以生成作为由所述多个两用半导体器件形成的太阳能阵列的功率；或者
选择性地解耦所述多个两用半导体器件的所述相应区域，以使得能够对由所述多个两用半导体器件形成的存储器阵列进行数据存储访问。


9.一种两用半导体器件，包括：
衬底，所述衬底包括具有相同掺杂类型的第一区域和第二区域以及具有不同掺杂类型的阱；
开关器件，耦合在所述第一区域和所述第二区域之间，所述开关器件被配置为选择性地将所述第一区域连接到所述第二区域以生成功率，并且将所述第一区域从所述第二区域断开连接以使得能够存储至少一个位值；和
浮栅结构，设置在所述阱的至少一部分之上，所述浮栅结构被配置为存储与所述至少一个位值相对应的电荷，所述浮栅结构包括：
第一绝缘材料层，设置在所述阱的所述至少一部分之上并且被配置为允许使隧道电子进入或离开所述浮栅结构；
浮栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·阿西瓦，S·V·罗特拉，N·N·库德，B·H·莱姆，
申请(专利权)人：马维尔亚洲私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG