一种基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件及其制备方法，该存储器件包括在以下三种器件结构下实现多态存储效果:1.MFMIS(金属

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于场效应管
，具体涉及一种基于二维铁电半导体离子迁移多态存储器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]自从计算机应用于数字处理计算以来，传统的冯诺依曼体系架构一个基本体系，信息在输入设备和输出设备，存储器，控制器，运算器，之间进行传递和运算。存储器由大量的二进制开关器件构成，存储单元的“开”状态与“关”状态分别代表二进制中的“0”和“1”，存储器连接控制器与运算器，存储指令与数据，在运行中运算器与控制器要不断对存储单元进行写入与读出。在现代计算机中，存储器可分为两种类型：一种是以动态随机存取存储器和静态随机存取存储器为代表的易失性存储器，用与支撑计算机缓存数据，需要定期刷新维持数据，另一种是用于数据长期存储的非易失存储器，随着智能设备的普及与迭代，信息量的爆炸式增长，非易失性存储器在应用中的重要性也与日俱增。目前的存储器件有两方面瓶颈，其一是器件集成化的困难，需要使用更薄的材料。其二是为应对运算存储速度所需要的提升，需要研发适应于非冯诺依曼架构的存算结合的多态忆阻功能器件。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件及其制备方法，该器件可有效解决集成难度以及实现多态存储效果。
[0004]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种基于二维铁电半导体离子迁移的多态存储器件，包括支撑衬底，支撑衬底上部设置有导电沟道，导电沟道上设置有源极电极、漏极电极和绝缘介电层，源极电极和漏极电极分别设置于绝缘介电层两侧，绝缘介电层上部依次设置有石墨烯中间栅极
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铁电介质层
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金属顶栅(MFMIS)，或绝缘介电层
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铁电介质层
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金属顶栅(MFIS)，或者铁电介电层
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金属顶栅(MFS)。
[0006]进一步地，支撑衬底为任意厚度的二氧化硅、三氧化二铝或二氧化铪。
[0007]进一步地，导电沟道为二维材料半导体例如MoS2，WSe2或MoTe2，导电沟道厚度为1
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10层。
[0008]进一步地，绝缘介电层为h
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BN或不使用。
[0009]进一步地，源极电极、漏极电极和金属顶栅均为金和铬构成的双层金属电极，双层金属电极中上层材质为强导电金属例如金，铜，厚度为20
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50nm，下层材质为铬，厚度为4
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8nm。
[0010]进一步地，铁电介质层为CuInP2S6，铁电介质层厚度为4
‑
50nm。
[0011]进一步地，石墨烯中间栅极任意厚度或不使用。
[0012]上述的基于二维铁电半导体的光电存储电子器件的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)对导电沟道材料剥离后置于支撑衬底上，获得导电沟道；
[0014](2)制备干法转移膜PDMS；
[0015](3)分别将绝缘介电层、铁电介质层和石墨烯栅极剥离到PDMS上备用；
[0016](4)采用干法转移膜将步骤(3)中的绝缘介电层、铁电介电层、石墨烯栅极和步骤(1)中的导电沟道搭建成MFMIS或MFIS或者MFS器件；
[0017](5)通过光刻在步骤(3)异质结器件的源极电极、漏极电极和金属顶栅处设置掩模板图形，通过电子束蒸发镀膜沉积金属电极，最后，浸入N
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甲基吡咯烷酮溶液中进行脱胶处理，制得。
[0018]进一步地，步骤(2)中干法转移膜为PDMS。
[0019]进一步地，基于二维铁电半导体的光电存储电子器件的制备方法，步骤(3)中转移温度为60
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80℃，步骤(4)中共沉积温度为150
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190℃。
[0020]本专利技术所产生的有益效果为：
[0021]1、本专利技术中以二维层状材料CuInP2S6为介质层，CuInP2S6在低电压长脉冲作用下发生离子迁移，离子迁移电场对沟道作用可以产生长时间存储效果。在低电压下运行多态存储，低电压操控器件降低期间运行功耗。
[0022]2、本专利技术采用离子迁移原理存储，可以通过调控电压作用时间调控电阻状态增强器件的可控性。
[0023]3、本专利技术采取全二维材料搭建铁电场效应管，利用二维材料表面没有悬挂键以及其他缺陷的优势，降低缺陷对器件性能的影响，此外二维材料本身即为原子级厚度，天然就具备高度集成化的优势，使其能够兼容硅基半导体制程，提高器件集成化水平。
附图说明
[0024]图1为本专利技术离子迁移存储器件的MFMIS结构示意图；
[0025]图2为本专利技术离子迁移存储器件的MFIS结构示意图；
[0026]图3为本专利技术离子迁移存储器件的MFS结构示意图；
[0027]图4为离子迁移存储器件在栅极电压输入电压信号后的保存特性曲线图；
[0028]图5为高电阻状态与低电阻状态的多次切换试验图；
[0029]图6为电压施加时间调控电阻状态的试验图；
[0030]图7为离子迁移存储器提取连续脉冲调控连续变化的电阻状态的突触特性模拟图；
[0031]图中标记：1
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支撑衬底，2
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导电沟道，3
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源极电极，4
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绝缘介电层，5
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石墨烯中间栅极，6
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铁电介质层，7
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金属顶栅，8
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漏极电极。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0033]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维铁电材料离子迁移的多态存储器件，其特征在于，包括支撑衬底，所述支撑衬底上部设置有导电沟道，所述导电沟道上设置有源极电极、漏极电极和绝缘介电层，所述源极电极和漏极电极分别设置于所述半导体沟道两端，所述绝缘介电层上部为绝缘介电层
‑
浮栅
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铁电材料
‑
顶栅金属电极或绝缘介电层
‑
铁电材料
‑
顶栅金属电极，或铁电材料
‑
顶栅金属电极。2.根据权利要求1所述的基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件，其特征在于，所述支撑衬底为绝缘体衬底，例如二氧化硅、三氧化二铝等等。3.根据权利要求1所述的基于二维铁电材料离子迁移多态存储器件，其特征在于，所述导电沟道为二维半导体材料，导电沟道厚度为2
‑
8层。4.根据权利要求1所述的基于二维铁电半导体的光调控铁电存储器件，其特征在于，所述绝缘介电层为h
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BN或不使用。5.根据权利要求1所述的基于二维铁电材料离子迁移的多态存储器件，其特征在于，所述源极电极、漏极电极和金属顶栅均为导电性较强的金属如金或铜与钛或铬构成的双层金属电极。6.根据权利要求1所述的基于二维铁电材料离子迁移的多态存储器件，其特征在于，所述铁电介质层为CuInP2S6，所述铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富才，宋苗苗，刘庆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：