基于柔性二维半导体沟道量子点的存储器及其制备方法与流程

本发明属于存储器技术领域，具体涉及基于柔性二维半导体沟道量子点的非易失存储器及其制备方法。

背景技术：

存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。根据其速度以及数据的保持时间可以将其大体分为易失性存储器以及非易失性存储器。易失性存储器以其中的静态随机存取储存器(sram)以及动态随机存储器(dram)为例，虽然具有较快的写入速度，但是数据的保存时间却只能停留在毫秒量级。而非易失性存储器虽然具有写入时间相对易失性存储器较慢但是其数据的保存时间却通常可以保持十年以上（例如rom和闪存，flash）。两者在存取速度以及存储时间上虽然各有优缺，但均在信息技术上的应用上担任着重要的角色。

伴随着信息时代的高速发展，大数据以及云计算等新技术渐渐走入人们的生活，同时对于高数据存储密度的需求越发迫切。在过去的十多年中，虽然通过减少存储单元的尺寸，数据存储密度有了极大的提升。然而，随着存储单元的尺寸不断接近物理极限，半导体场效应晶体管出现了诸多类似短沟道效应等难以解决的问题。自低维原子晶体的出现以来，可达原子级别的尺寸、高迁移率、多样化的能带结构等优异的性能，使得低维材料具有极大的潜能成为下一代电子器件材料。

本发明结合两种低维材料的各自的优势并且拥有简明的结构，在性能上拥有高开关比以及可实现多值存储的功能，是存储单元的一大创新。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、性能优异的非易失存储器及其制备方法。

本发明提供的非易失存储器，采用柔性二维半导体沟道量子点技术，在柔性衬底上，使用量子点作为电荷俘获层，二维材料作为器件沟道，实现高开关比以及多值存储的功能（开关比可以达到10⁴，单器件可以达到四值存储）。

本发明提供的基于柔性二维半导体沟道量子点的非易失存储器的制备方法，具体步骤为：

（1）在预先准备好的柔性衬底上生长一层金属氧化物；

所述柔性衬底为以柔性材料为基础的高掺杂导电衬底；所述金属氧化物可以为氧化铝或氧化铪。所述金属氧化物可以通过原子层沉积技术等获得，其尺寸均小于10纳米。

（2）在第一层金属氧化物上制备一层二维材料薄膜作为器件沟道；

所述二维材料薄膜可以通过两种方法制备：一种是通过在块状材料上机械剥离的方法直接获取；另一种是通过化学气相沉积生长大面积并可控层数的薄膜。其尺寸小于10纳米；

所述二维材料可以为硒化钨或者其他二维材料。

（3）在第二层二维材料的样品边缘制备特定图像的金属电极；金属电极制备方法包括：采用光刻工艺在样品上将光刻胶曝光成所需的电极图形；然后在样品上淀积金属形成电极。

优选为，所述光刻工艺采用紫外光刻工艺或者电子束光刻工艺。

优选为，所述淀积金属方法可以使用物理气相沉积或电子束蒸发或热蒸发。

优选为，所述金属为常见的au、cr、pt等。

（4）在第二层二维材料与金属电极上生长一层金属氧化物；

所述金属氧化物可以为氧化铝或氧化铪。所述金属氧化物可以通过原子层沉积技术等获得，其尺寸均小于10纳米。

（5）在第三层金属氧化物上利用旋涂技术制备一层量子点层，作为电荷俘获层。

优选为，所述量子点可以为硒化镉量子点或者其他的量子点。量子点尺寸小于10纳米。

（6）在第四层量子点层上生长一层金属氧化物；

所述金属氧化物可以为氧化铝或氧化铪。所述金属氧化物可以通过原子层沉积技术等获得，其尺寸均小于10纳米。

本发明效果

本发明利用二维材料优越的电学性能以及量子点出色的电荷俘获能力，使得该存储单元具有高开关比并且可以实现多值存储的功能。由于稳定的编程与擦除过程，所以沟道内的电荷状态可以保持数百秒的时间。相比dram等随机存储器，数据保持时间呈指数倍增加。同时，整个工艺在柔性衬底上进行，使得该存储器具有柔性的特点拥有更广阔的应用范围。

本发明在柔性衬底上实现了高开关比与实现单元多值存储的功能，在未来的存储领域具有很大的应用前景。

附图说明

图1是制备了第一层金属氧化物后的示意图。

图2是生长了第二层二维半导体后的示意图。

图3是在第二层二维半导体边缘淀积金属的示意图。

图4是生长了第三层金属氧化物后的示意图。

图5是制备了第四层量子点后的示意图。

图6是生长了第五层金属氧化物后的示意图。

图7是制备使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术制备非易失存储器的流程图。

具体实施方式

下面为详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的材料或具有相同或类似功能的方法。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的材料和方法进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

以下，根据所附附图针对本发明所涉及的使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术的非易失存储器的制备方式举例进行说明。

根据本发明的一个实施例，提供了一种使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术的非易失存储器的制备方法。

图1示出了制备了第一层金属氧化物后的结构，包括衬底1001，以及位于衬底之上的金属氧化物1002。

图2示出了在样品表面生长第二层二维材料作为器件沟道的示意图，包括衬底1001、位于衬底之上的第一层金属氧化物1002，以及第二层二维材料1003。

图3示出了淀积完金属电极后的结构示意图，包括衬底1001、位于衬底之上的第一层金属氧化物1002、第二层二维材料1003，以及金属电极1004。

图4示出了生长第三层金属氧化物后的结构示意图，包括衬底1001、位于衬底之上的第一层金属氧化物1002、第二层二维材料1003、金属电极1004，以及第三层金属氧化物1005。

图5示出了旋涂后得到的第四层量子点的结构示意图，包括衬底1001、位于衬底之上的第一层金属氧化物1002、第二层二维材料1003、金属电极1004、第三层金属氧化物1005，以及第四层量子点1006。

图6示出了生长第五层金属氧化物后的后结构示意图，包括衬底1001、位于衬底之上的第一层金属氧化物1002、第二层二维材料1003、金属电极1004、第三层金属氧化物1005、第四层量子点1006，以及第五层金属氧化物1007。

以下按照制造使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术的非易失存储器的各步骤，结合图1至6，针对具体的一例进行说明。

首先，在步骤s11中，将以柔性材料为基础的高掺杂导电衬底放入丙酮溶液中，浸泡两分钟，然后用异丙醇去除残留的丙酮并用氮气枪吹干。然后通过原子层沉积技术生长第一层金属氧化物。作为具体的一例，如图1所示，本实例中选用以柔性材料为基础的高掺导电材料作为衬底1001，在衬底1001上利用三甲基铝与水在300℃下反应生长一层氧化铝1002。

接下来，在步骤s12中，在干净的衬底上通过机械剥离或者化学气相沉积制备第二层二维材料1003作为器件沟道。本实例中在金属氧化物1002上，转移一层一定厚度的硒化钨1003作为器件沟道。

在步骤s13中，通过光刻定义电极图案，并淀积一层金属。本实例中，通过电子束光刻技术，曝光、显影，在样品上得到含有金属图案的光刻胶。最后沉积一层金属，形成金属电极1004。金属电极可以为au、cr、ag、pt等，可根据器件要求选择电极。沉积金属电极的方法，包括使用物理气相沉积、电子束蒸发、或者磁控溅射等沉积金属薄膜。优选为，通过电子束蒸发沉积一层金的薄膜。利用丙酮去除光刻胶后，剩下的金属图形便是所需的电极。

在步骤s14中，通过原子层沉积技术生长金属氧化物1005。本实例中，通过原子层沉积技术先在1004与1003上生长一层的铝金属，再以此为基础生长一层氧化铝1005作为隧穿层。

在步骤s15中，通过旋涂的方法制备量子点1006。本实例中，将硒化镉量子点溶液旋涂于1005上制备量子点俘获层1006。

最后在步骤s16中，通过原子层沉积技术生长金属氧化物1007。本实例中，通过原子层沉积技术在1006上利用三甲基铝与水在300℃下反应生长一层氧化铝1007。

但是本发明不限定于此，过程中金属氧化物的厚度可以根据需要适当调整。

根据本发明可制备使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术的非易失存储器，从而实现高性能的新型存储器。

以上，针对本发明的使用了柔性二维半导体沟道量子点存储技术的非易失存储器制备方法进行了详细地说明，但本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的要旨的范围中，当然也可以进行各种的改良、变形。