本發(fā)明涉及存儲器，具體涉及一種肖特基勢壘調(diào)制的多態(tài)存儲器及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲器在現(xiàn)代電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的非易失性存儲器(non-volatile?memory，簡稱nvm)如閃存(flash?memory)雖然在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，但其在存儲密度、速度、功耗和耐久性等方面的局限性日益顯現(xiàn)。因此，開發(fā)新一代高性能的非易失性存儲器成為了當(dāng)前研究的熱點。為了滿足這些需求，人們提出了各種不同結(jié)構(gòu)和工作原理的nvms。值得注意的是，基于浮柵結(jié)構(gòu)的nvms因其高密度和低制造成本而備受關(guān)注。

2、近年來，二維材料(2d?materials)因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，成為材料科學(xué)和電子工程領(lǐng)域的研究焦點。二維材料如石墨烯(graphene)、二硫化鉬(mos2)、黑磷(bp)等，具有原子級厚度、優(yōu)異的電學(xué)性能、高機(jī)械強(qiáng)度和靈活的可調(diào)性，這些特性使其在新型浮柵存儲器件的開發(fā)中展現(xiàn)出巨大潛力。具體來說，基于二維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的浮柵結(jié)構(gòu)nvms的開發(fā)已經(jīng)實現(xiàn)了納秒級的超快寫入/擦除速度。

3、盡管采用浮柵結(jié)構(gòu)nvms具有許多優(yōu)點，但仍存在一些固有的物理限制。特別是，浮柵nvms中的寫/擦除過程依賴于電荷載流子穿過絕緣勢壘，這需要薄的隧道勢壘來實現(xiàn)高運行速度。然而，這也會導(dǎo)致泄漏電流增加，隨著時間的推移，這會對隧道層造成損傷，導(dǎo)致器件的耐久性降低。浮柵存儲器通常只能支持有限次數(shù)的寫入和擦除循環(huán)(一般在數(shù)千到數(shù)萬次之間)。所以，基于二維材料開發(fā)一種新的存儲機(jī)理的器件是必要的。

4、傳統(tǒng)的光盤(如cd、dvd和blu-ray)的存儲原理基于光學(xué)技術(shù)，通過激光在光盤表面讀取和寫入數(shù)據(jù)。其原理是通過激光改變光盤材料的物理狀態(tài)來存儲信息。而在二維半導(dǎo)體中，特別是過渡金屬二硫族化合物(tmdcs)，傾向于形成空位和自間隙等點缺陷。已知通過用高聲子能量的光照射二維晶格，傳遞到晶格的能量能夠解離化學(xué)鍵并產(chǎn)生低形成能的空位，在二維半導(dǎo)體表面產(chǎn)生缺陷。這些點缺陷，特別是在原子薄的主體晶格中，可以改變空穴和電子濃度，為它們的導(dǎo)電性提供可調(diào)性。不同的缺陷濃度對應(yīng)于材料的不同電導(dǎo)率。所以也可以通過激光解離化學(xué)鍵形成空位缺陷來調(diào)節(jié)二維材料中的晶格狀態(tài)，在二維材料中實現(xiàn)信息的寫入與擦除。

5、在tmdcs中，res2(二硫化錸)晶格中產(chǎn)生硫空位所需的形成能量較低，約為1.45ev。且相比于其它二維材料，擁有更多可以被光解離的re-s共價鍵。這意味著，即使采用近紅外的激光照射，也可以有效的調(diào)制res2器件的電導(dǎo)率，并且由于光照強(qiáng)度和時間的不同，會在器件中產(chǎn)生不同的電導(dǎo)狀態(tài)。

6、雖然已經(jīng)可以基于res2空位機(jī)理實現(xiàn)多態(tài)存儲，但是，由于空氣當(dāng)中存在的氧氣，在光照后一段時間，這些由光照產(chǎn)生的空位缺陷會重新復(fù)合或者由氧氣修復(fù)，導(dǎo)致電導(dǎo)態(tài)不能以年為單位長時間保存。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種肖特基勢壘調(diào)制的多態(tài)存儲器及其制備方法與應(yīng)用，采用底部內(nèi)嵌的水平電極，通過pdms(聚二甲基硅氧烷)干法轉(zhuǎn)移res2薄膜至水平電極上，避免了傳統(tǒng)直接蒸發(fā)電極的res2器件必然產(chǎn)生的費米能級釘扎效應(yīng)，實現(xiàn)了大的肖特基勢壘調(diào)制，易于存儲狀態(tài)的穩(wěn)定及更長時間的保持。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提供了一種肖特基勢壘調(diào)制的多態(tài)存儲器的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、在襯底的同一表面刻蝕兩個電極區(qū)域；

4、s2、在所述電極區(qū)域蒸鍍底部電極，所述底部電極的厚度與所述電極區(qū)域的深度一致；

5、s3、通過pdms干法轉(zhuǎn)移將res2薄膜轉(zhuǎn)移到所述底部電極上，形成內(nèi)嵌底部水平電極的res2器件，得到所述多態(tài)存儲器。

6、本發(fā)明采用底部內(nèi)嵌的水平電極，通過pdms干法轉(zhuǎn)移res2薄膜至水平電極上，且電極的頂面與襯底的頂面齊平，減小了干法轉(zhuǎn)移res2薄膜的難度，整個流程清潔無污染，避免了傳統(tǒng)直接蒸發(fā)電極的res2器件必然產(chǎn)生的費米能級釘扎效應(yīng)，直接蒸發(fā)電極的res2器件費米釘扎的位置固定在導(dǎo)帶附近，肖特基勢壘完全不受金屬功函數(shù)調(diào)控。本發(fā)明在使用高功函數(shù)的金屬和n型半導(dǎo)體res2接觸時，產(chǎn)生了預(yù)期的高肖特基勢壘。肖特基勢壘高度增加會在半導(dǎo)體和金屬界面形成更強(qiáng)的電場，這個電場有助于分離光生的電子和空穴。電子被吸引到金屬一側(cè)，而空穴被推回到半導(dǎo)體中，這樣可以減少它們在半導(dǎo)體內(nèi)部的復(fù)合機(jī)會。同時高肖特基勢壘可以有效阻止光生電子從金屬返回半導(dǎo)體。這減少了電子和半導(dǎo)體內(nèi)空穴的復(fù)合概率，因為電子一旦被提取到金屬中，就不太可能返回到半導(dǎo)體并復(fù)合，實現(xiàn)更長時間的信息存儲。

7、進(jìn)一步的，s1前還包括襯底清洗步驟：襯底放入丙酮中，超聲清洗1-10min；然后置于乙醇中，超聲清洗1-10min；之后在置于去離子水中超聲清洗1-10min，然后用氮氣槍吹干，最后在加熱平臺上于300±10℃烘烤5-15min，其中超聲清洗的頻率為20khz-25khz。

8、進(jìn)一步的，所述襯底的材質(zhì)為硅或二氧化硅。

9、進(jìn)一步的，所述s1具體包括：

10、(1)在襯底上涂覆光刻膠層，在光刻膠層光刻兩個電極圖形，所述電極圖形位置的襯底露出；其中，采用旋涂的方式涂覆光刻膠，旋涂轉(zhuǎn)速為600±20rpm持續(xù)9-10s，3000±30rpm持續(xù)30±5s，烘烤后，將襯底置于無掩膜光刻機(jī)載臺上，在顯微鏡下將曝光部位對準(zhǔn)在襯底的中央，將需要曝光的部位露出來，兩個電極區(qū)域之間的溝道區(qū)域擋住，保留溝道，光刻得到部分光刻膠掩膜的襯底；

11、(2)采用等離子體對露出的襯底進(jìn)行刻蝕，在襯底上刻蝕兩個電極區(qū)域，其中，采用sf6和n2或其他可以對襯底刻蝕的等離子體，射頻功率300w且反射功率80w以內(nèi)，溫和等離子體反應(yīng)腔的腔壓維持在9-10pa，反應(yīng)時間75-90s。

12、進(jìn)一步的，兩個所述底部電極之間的溝道寬10±0.5μm。

13、進(jìn)一步的，所述s2中蒸鍍底部電極后洗去光刻膠層，具體步驟為：將處理后的襯底放入丙酮中超聲清洗4-6min直至光刻膠由襯底上脫落，取出襯底，干燥后置于光學(xué)顯微鏡下觀察，如果光刻膠有部分殘留，則將其重新放入丙酮中超聲清洗1-2min，之后將襯底干燥后再次置于光學(xué)顯微鏡下觀察，注意底部內(nèi)嵌電極應(yīng)保留在襯底上；若觀察到光刻膠完全去除，則將襯底放入乙醇中浸泡1-2min；之后在去離子水中浸泡1-2min，然后用氮氣槍吹干，最后在加熱平臺上進(jìn)行烘烤，90-100℃烘烤1-2min。

14、進(jìn)一步的，所述s2中蒸鍍底部電極包括在襯底上電子束蒸鍍粘附層和在所述粘附層上熱蒸鍍金屬電極層。

15、進(jìn)一步的，所述粘附層的材質(zhì)為鎳、鉻、銀、銅中的一種或幾種，或其他與襯底粘附性好的金屬材料。

16、進(jìn)一步的，所述金屬電極層的材質(zhì)為金、鈀、鉑中的一種或幾種，或其他具有高功函數(shù)的金屬材料。

17、進(jìn)一步的，電子束蒸鍍鎳金屬時，蒸鍍機(jī)真空度小于6×10-4pa，蒸鍍速率為時間約為1-2min，粘附層厚度為1-5nm；熱蒸鍍金時，蒸鍍機(jī)真空度小于6×10-4pa，蒸鍍速率為時間為15-25min，金屬電極層厚度為26-35nm

18、進(jìn)一步的，所述res2薄膜通過機(jī)械剝離法制得，所述res2薄膜的厚度為5-10nm。

19、進(jìn)一步的，所述底部電極的厚度為25-40nm。

20、本發(fā)明第二方面提供第一方面所述的制備方法制備獲得的肖特基勢壘調(diào)制的多態(tài)存儲器。

21、本發(fā)明第三方面提供第二方面所述的肖特基勢壘調(diào)制的多態(tài)存儲器在二進(jìn)制存儲中的應(yīng)用。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明基于肖特基勢壘調(diào)控實現(xiàn)光電可編程res2存儲器制備，采用底部內(nèi)嵌的水平電極，通過pdms干法轉(zhuǎn)移res2薄膜至水平電極上，實現(xiàn)了大的肖特基勢壘調(diào)制，有效的抑制了光生電子和空穴重新再復(fù)合和氧氣修復(fù)，易于存儲狀態(tài)的穩(wěn)定及更長時間的保持。

24、本發(fā)明res2存儲器電極位于器件底部，激光可照射到整個區(qū)域，實現(xiàn)更高效的信息寫入與擦除；光信號可以直接改變res2的晶格結(jié)構(gòu)，不同的激光強(qiáng)度/時間或者不同的激光脈沖次數(shù)刺激后分別對應(yīng)了不同的電導(dǎo)值，通過調(diào)制光脈沖強(qiáng)度和寬度，實現(xiàn)多個電導(dǎo)狀態(tài)即存儲狀態(tài)，且每一個狀態(tài)區(qū)分度大，可以實現(xiàn)有效的多位存儲。

25、本發(fā)明采用溫和等離子體技術(shù)與光刻技術(shù)對襯底進(jìn)行刻蝕處理，反應(yīng)時間與相變環(huán)境即時可控，與傳統(tǒng)的cmos工藝高度兼容，且底部電極的接觸方案更加利于存儲器件的大規(guī)模集成。