一种基于量子效应的高性能铁电隧穿结及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于量子效应的高性能铁电隧穿结及其制备方法。高性能铁电隧穿结及其制备方法包括衬底上由下至上设置的氧化层和沟道层；沟道层上表面设有绝缘介质层和导流层交替堆叠的垂直结构，每个导流层设有专属的接触孔，接触孔内填充电极；垂直结构设有沟槽，沟槽内由内壁至槽中心依次填充有铁电层、半导体层和电极层。本发明专利技术一方面通过三维集成技术的兼容性大幅提升器件密度，还可引入量子效应来调整半导体内部载流子分布从而大幅提升开关电流比。该方案解决了现有技术开关电流比小的性能缺陷，并拓展了铁电隧穿结存储器件的三维集成能力，可为超低功耗存算一体神经形态芯片的实现提供技术支撑。的实现提供技术支撑。的实现提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子效应的高性能铁电隧穿结及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及一种基于量子效应的高性能铁电隧穿结及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路发展，两端存储器件由于较少的电压控制端口，其拥有与神经突触相似的结构和功能，在构建类神经网络、人工智能芯片和存算一体芯片上具有巨大优势。其中两端存储器件以FTJ和RRAM为代表，FTJ因为其优越的可靠性以及简单的结构，有望突破现有单位面积上器件数目，实现更高的计算存储能力。
[0003]目前，FTJ器件依靠铁电材料本身的极化特性，引起了铁电层两侧屏蔽长度的差异，从而导致铁电层本身势垒高度发生变化，即屏蔽长度较长材料的能带向下弯曲，铁电层势垒高度下偏移，器件表现出打开状态；即屏蔽长度较长材料的能带向上弯曲，铁电层势垒高度上偏移，器件表现出关断状态。由于金属材料屏蔽长度差异较小，因此在金属
‑
铁电
‑
金属结构中，很难表现出较大的开关电流比。金属
‑
铁电
‑
半导体结构的FTJ能够利用半导体在外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子效应的高性能铁电隧穿结，其特征在于，包括：衬底，以及衬底上由下至上设置的氧化层和沟道层；所述沟道层上表面设有绝缘介质层和导流层交替堆叠的垂直结构，并且与所述沟道层接触的层为绝缘介质层，每个导流层设有专属的接触孔，所述接触孔内填充电极；所述垂直结构设有穿过所有导流层且通向所述沟道层的沟槽，所述沟槽内由内壁至槽中心依次填充有铁电层、半导体层和电极层。2.根据权利要求1所述的高性能铁电隧穿结，其特征在于，所述垂直结构的一端中，导流层呈阶梯状排布；所述垂直结构的另一端设置所述沟槽。3.根据权利要求1所述的高性能铁电隧穿结，其特征在于，所述沟槽中所述电极层与所述沟道层接触；和/或，所述沟槽的直径为40nm～50nm。4.根据权利要求1所述的高性能铁电隧穿结，其特征在于，所述沟道层采用Si、Ge、SiGe、GaN、GaO半导体材料中的任意一种，其厚度为5nm～10nm；和/或，所述半导体层采用Si、Ge、SiGe、IGZO的任意一种，厚度5～15nm；和/或，所述铁电层采用以下具有极化性质的铁电及类铁电材料：HZO、Al2O3、HfO2、ZrO2、BaTiO3、Cd2Nb2O7、BiFeO3、SBT、ZnSnO3和PVDF中任意一种，其厚度范围3～11nm。5.根据权利要求1所述的高性能铁电隧穿结，其特征在于，所述导流层、接触孔中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，闫钦元，周久人，冯雯静，郑思颖，韩根全，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学杭州研究院，
类型：发明
国别省市：