一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器。
【背景技術(shù)】
[0002]非揮發(fā)性存儲(chǔ)器具有在無電源供應(yīng)時(shí)器件所存儲(chǔ)的邏輯數(shù)據(jù)仍能長(zhǎng)時(shí)間保存的優(yōu)點(diǎn)，是數(shù)字化信息技術(shù)中最為重要的硬件之一，備受學(xué)者和企業(yè)的關(guān)注。
[0003]目前，市場(chǎng)上主流的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器是基于電荷存儲(chǔ)機(jī)制的閃存(Flashmemory)，非揮發(fā)性閃存存儲(chǔ)原理是通過對(duì)浮柵層進(jìn)行熱電子注入和釋放使得溝道層電子濃度發(fā)生改變而進(jìn)行非揮發(fā)性存儲(chǔ)。然而，這種熱電子注入和釋放方式需要對(duì)柵極和溝道層施加高電壓，會(huì)破壞絕緣層的絕緣程度。因此，閃存的擦寫次數(shù)有限制，擦寫速度慢，擦寫到達(dá)一定次數(shù)后，絕緣層漏電變得嚴(yán)重，電荷不能有效地被保存，從而使得器件不能再正常工作。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種可以大幅度提高擦寫速度的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]—種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，包括SrT13襯底、設(shè)于SrT13襯底上的LaAlOJ^膜和分別設(shè)于SrT1 3襯底上并穿過LaAlO 3薄膜的兩個(gè)金屬電極，兩個(gè)金屬電極分別作為源極S和漏極D，LaAlOJ^膜上設(shè)置有作為柵極G的金屬電極，SrT1 3襯底與LaAlO3薄膜的界面之間形成二維電子氣。
[0007]本實(shí)用新型存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)表達(dá)式為:金屬電極/LaA103/SrTi03，其絕緣LaAlOJ^膜具備了閃存器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層和浮柵層的功能，無需采用存儲(chǔ)電荷的浮柵層，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，器件制備工藝會(huì)更簡(jiǎn)化，且可大幅度提高擦寫速度。
[0008]上述方案中，金屬電極均為鉑電極。
[0009]上述方案中，LaAlO3薄膜為單晶薄膜。
[0010]上述方案中，利用分子束外延法在SrT13襯底上形成LaAlO 3單晶薄膜。
[0011 ] 上述方案中，源極S和漏極D的形成方式為:通過光刻方法和濕法腐蝕制備出溝道層長(zhǎng)度為一定尺寸霍爾FET器件，并利用離子束刻蝕技術(shù)制備與二維電子氣歐姆接觸的源電極和漏電極。
[0012]上述方案中，所述一定尺寸為100 μm。
[0013]上述方案中，源極S和漏極D分別位于柵極G的兩側(cè)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型技術(shù)方案的有益效果是:
[0015]本實(shí)用新型通過電壓對(duì)絕緣的LaAlO3薄膜層中帶正電的氧空位進(jìn)行重新分布，改變溝道層(LaA103/SrTi03W面二維電子氣)的電子濃度，使源漏兩電極間發(fā)生高低阻態(tài)的變換，從而實(shí)現(xiàn)非揮發(fā)性存儲(chǔ)。而且本實(shí)用新型絕緣LaAlO3薄膜具備了閃存器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層和浮柵層的功能，無需采用存儲(chǔ)電荷的浮柵層，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，器件制備工藝會(huì)更簡(jiǎn)化，且由于在勢(shì)阱中的二維電子氣是處在本征半導(dǎo)體一邊，而該處不存在電離雜質(zhì)中心的散射作用，這些二維電子氣運(yùn)動(dòng)的迀移率將非常高，因此溝道層采用高迀移二維電子氣，相比于傳統(tǒng)的電子注入方式使電子濃度改變的方法，其效率會(huì)更高，從而可大幅度提高擦寫速度。
[0016]此外，氧空位可穩(wěn)定地存在于LaAlO3薄膜表面，當(dāng)在外電壓作用下，氧空位可迀移到薄膜體內(nèi)且成為正電荷束縛中心。由于庫侖作用，正電荷束縛中心會(huì)使溝道層的電子濃度提高，于是源漏兩電極間的電阻減小，實(shí)現(xiàn)了溝道層的低電阻態(tài)，即邏輯狀態(tài)開。同理，在相反方向電壓作用下，氧空位迀移回薄膜表面，束縛中心在LaA103/SrTi03W面極化的電子變少，電子濃度恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了高電阻態(tài)，即邏輯狀態(tài)關(guān)。這過程中，外電壓無需很大的變化就可使氧空位迀移，實(shí)現(xiàn)邏輯狀態(tài)變化，基本不會(huì)對(duì)絕緣層造成破壞，故可提高其擦寫次數(shù)，提高器件的使用壽命。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器的立體圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器的截面圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器在初始狀態(tài)下氧空位狀態(tài)示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器在外電壓作用下氧空位狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0022]為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；
[0023]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0024]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或隱含所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0025]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型的具體含義。
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器具體包括SrT13襯底1、設(shè)于SrT1 3襯底I上的LaAlO 3薄膜2和分別設(shè)于SrT1 3襯底I上并穿過LaAlO3薄膜2的兩個(gè)金屬電極3、4，兩個(gè)金屬電極3、4分別作為源極S和漏極D，LaAlO3薄膜2上設(shè)置有作為柵極G的金屬電極5，SrT13襯底I與LaAlO 3薄膜2的界面之間形成二維電子氣6。
[0029]其中，作為源極S、漏極D和柵極G的金屬電極均為鉑電極。
[0030]本實(shí)用新型所實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)表達(dá)式為:Pt/LaA103/SrTi03，其絕緣LaAlO3薄膜具備了閃存器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層和浮柵層的功能，無需采用存儲(chǔ)電荷的浮柵層，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，器件制備工藝會(huì)更簡(jiǎn)化，且可大幅度提高擦寫速度。
[0031]在具體實(shí)施過程中，LaAlO3薄膜為單晶薄膜。
[0032]在具體實(shí)施過程中，利用分子束外延法或激光分子束外延法在SrT13襯底上形成不同厚度的LaAlO3單晶薄膜。
[0033]在具體實(shí)施過程中，源極S和漏極D的形成方式為:通過光刻方法和濕法腐蝕制備出溝道層長(zhǎng)度為一定尺寸霍爾FET器件，并利用離子束刻蝕技術(shù)制備與二維電子氣歐姆接觸的源電極和漏電極。優(yōu)選地，通過光刻方法和濕法腐蝕制備出溝道層長(zhǎng)度100 μπι霍爾FET器件。
[0034]在具體實(shí)施過程中，源極S和漏極D分別位于柵極G的兩側(cè)。
[0035]本實(shí)用新型的工作原理如圖3所示，在初始狀態(tài)下，本實(shí)用新型的存儲(chǔ)器中存在氧空位7，氧空位7被束縛在LaAlO3薄膜2表面，界面電子濃度比較少，從而實(shí)現(xiàn)了高電阻態(tài)，處于邏輯狀態(tài)的關(guān)狀態(tài)；通過對(duì)柵極G施加直流電壓，使帶正電氧空位7在LaAlO3薄膜2內(nèi)重新分布，如圖4所示，氧空位7迀移到LaAlO3薄膜2體內(nèi)且成為正電荷束縛中心，由于庫侖作用，正電荷束縛中心會(huì)使溝道層(LaA103/SrTi03W面二維電子氣)的電子濃度提高，實(shí)現(xiàn)了溝道層的低電阻態(tài)，實(shí)現(xiàn)邏輯狀態(tài)的開狀態(tài)，即通過電極化改變LaA103/SrTi03界面二維電子氣濃度，可實(shí)現(xiàn)溝道層的邏輯狀態(tài)開關(guān)，達(dá)到非揮發(fā)性存儲(chǔ)功能。在此結(jié)構(gòu)中，絕緣的LaAlO3薄膜2具備了閃存器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層和浮柵層的功能，無需采用存儲(chǔ)電荷的浮柵層，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，器件制備工藝會(huì)更簡(jiǎn)化，且可大幅度提高擦寫速度。
[0036]相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；
[0037]附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0038]顯然，本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，包括SrT1 3襯底、設(shè)于SrT1ji底上的LaAlOJ^膜和分別設(shè)于SrT13襯底上并穿過LaAlO 3薄膜的兩個(gè)金屬電極，兩個(gè)金屬電極分別作為源極S和漏極D，LaAlOJ^膜上設(shè)置有作為柵極G的金屬電極，SrT13襯底與LaAlO 3薄膜的界面之間形成二維電子氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，金屬電極均為鉑電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，LaAlO3薄膜為單晶薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，利用分子束外延法在SrT13襯底上形成LaAlO 3單晶薄膜。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，源極S和漏極D的形成方式為:通過光刻方法和濕法腐蝕制備出溝道層長(zhǎng)度為一定尺寸霍爾FET器件，并利用離子束刻蝕技術(shù)制備與二維電子氣歐姆接觸的源電極和漏電極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，所述一定尺寸為100 μ m。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器，其特征在于，源極S和漏極D分別位于柵極G的兩側(cè)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種非揮發(fā)性無浮柵晶體場(chǎng)效應(yīng)管存儲(chǔ)器。其包括SrTiO3襯底、設(shè)于SrTiO3襯底上的LaAlO3薄膜和分別設(shè)于SrTiO3襯底上并穿過LaAlO3薄膜的兩個(gè)金屬電極，兩個(gè)金屬電極分別作為源極S和漏極D，LaAlO3薄膜上設(shè)置有作為柵極G的金屬電極，SrTiO3襯底與LaAlO3薄膜的界面之間形成二維電子氣。本實(shí)用新型的LaAlO3薄膜具備了閃存器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層和浮柵層的功能，無需采用存儲(chǔ)電荷的浮柵層，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，器件制備工藝會(huì)更簡(jiǎn)化，且可大幅度提高擦寫速度。
【IPC分類】H01L27/115
【公開號(hào)】CN204732411
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520423424
【發(fā)明人】羅藝青, 吳曙翔, 李樹瑋
【申請(qǐng)人】中山大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月18日