一种零维滑移铁电二极管及其制作方法

本发明属于电子器件领域，具体涉及一种零维滑移铁电二极管及其制作方法。

背景技术：

1、铁电体的尺寸缩减是铁电器件小型化和集成化的基础。长期以来，人们一直在探索铁电的缩放极限。其核心挑战是铁电体的尺寸效应：传统铁电体在缩小至临界尺寸时，由于不完全的电荷补偿，退极化场将占据主导地位，使得铁电体原有的自发电极化效应消失而失去原有的铁电效应。可见通过发展新型的低维铁电体系，探索极小尺寸铁电效应的物理规律，打破铁电效应的尺寸效应限制，不仅是重要的物理问题，也是实现铁电电学器件向摩尔定律发展和大规模铁电集成电路的关键要素。

2、基于上述问题，本发明提出了一种零维滑移铁电二极管及其制作方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明一方面提出了一种零维滑移铁电二极管，包括具有交叠的具有滑移铁电效应的材料，所述具有滑移铁电效应的材料选自二硫化钨纳米管、二硫化钼纳米管、氮化硼纳米管或inse纳米管其中之一。

2、进一步地，在所述具有滑移铁电效应的材料两端设置有接触电极。

3、进一步地，在所述具有滑移铁电效应的材料的中空部分设置有接触电极。

4、进一步地，所述接触电极为cr/au电极。

5、本发明第二方面零维滑移铁电二极管的制作方法，具体包括如下步骤：

6、通过自对准或干法转移在衬底上形成交叠的具有滑移铁电效应的材料；

7、在所述衬底上形成一掩膜层，并在所述具有滑移铁电效应的材料端部定义出具有接触电极窗口的图案化掩膜层；

8、在所述图案化掩膜层上沉积接触金属层，然后剥离所述图案化掩膜层形成所述具有滑移铁电效应的材料的接触电极。

9、进一步地，所述具有滑移铁电效应的材料选自二硫化钨纳米管、二硫化钼纳米管、氮化硼纳米管或inse纳米管其中之一。

10、进一步地，所述二硫化钨纳米管为多壁二硫化钨纳米管材料或二硫化钼层状材料。

11、进一步地，所述多壁二硫化钨纳米管材料通过两步化学反应合成，首先制备低氧化钨wox(2.83<x<3)纳米晶须，然后将所述纳米晶须硫化为二硫化钨纳米管。

12、进一步地，所述衬底为sio2/si衬底，所述掩膜层为pmma层，所述接触金属层为cr/au层。

13、本发明第三方面提出了一种高密度存储器，包括由上述零维滑移铁电二极管。

14、本发明提供了一种能用于替代传统铁电二极管用来制造更大密度更低功耗存储器的零维滑移铁电二极管。具有滑移铁电效应的材料层与层之间的低抗滑移强度使得层间更容易发生相对滑动，更容易发生原子堆叠情况发生改变，使得滑移前后发生电学极化的改变，产生一种滑移铁电效应。因此在外部电学信号作用的调控下，可以改变界面处范德华界面的堆叠方式和电学特性，实验上得到结果可以证明其铁电性在微小的范德华界面处稳定存在并可以通过外部电学信号调节。

15、本发明提出的可用于存储器的零维滑移铁电二极管在铁电性上克服了由于尺寸效应带来了去极化影响。并且受益于本身尺寸大小的影响零维铁电体二极管允许在超低电流下进行电气操作。铁电体作为非易失去性存储器器件的重要候选者，本发明所引入的材料使得在相同体积空间下更密集存储密度带来了理论上可行性的验证。其尺寸相较于二维范德华界面铁电效应极化畴有效区域尺寸小了近178倍。同时在较低工作电流下带来的明显优势就是克服功耗和发热问题。在性能上该器件也表现优异，其矫顽电场比其它铁电体例如二维铁电体和二维滑移铁电体还要大。

技术特征：

1.一种零维滑移铁电二极管，其特征在于，其具有交叠的具有滑移铁电效应的材料，所述具有滑移铁电效应的材料选自二硫化钨纳米管、二硫化钼纳米管、氮化硼纳米管或inse纳米管其中之一。

2.根据权利要求1所述的零维滑移铁电二极管，其特征在于，在所述具有滑移铁电效应的材料两端设置有接触电极。

3.根据权利要求1所述的零维滑移铁电二极管，其特征在于，在所述具有滑移铁电效应的材料的中空部分设置有接触电极。

4.根据权利要求2-3所述的零维滑移铁电二极管，其特征在于，所述接触电极为cr/au电极。

5.一种如权利要求1-4所述零维滑移铁电二极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤，

6.根据权利要求5所述的零维滑移铁电二极管的制作方法，其特征在于，所述具有滑移铁电效应的材料选自二硫化钨纳米管、二硫化钼纳米管、氮化硼纳米管或inse纳米管其中之一。

7.根据权利要求6所述的零维滑移铁电二极管的制作方法，其特征在于，所述二硫化钨纳米管为多壁二硫化钨纳米管材料或二硫化钼层状材料。

8.根据权利要求7所述的零维滑移铁电二极管的制作方法，其特征在于，所述多壁二硫化钨纳米管材料通过两步化学反应合成，首先制备低氧化钨wox(2.83<x<3)纳米晶须，然后将所述纳米晶须硫化为二硫化钨纳米管。

9.根据权利要求5所述的零维滑移铁电二极管的制作方法，其特征在于，所述衬底为sio2/si衬底，所述掩膜层为pmma层，所述接触金属层为cr/au层。

10.一种高密度存储器，其特征在于，包括如权利要求1-4所述零维滑移铁电二极管。

技术总结
本发明公开了一种零维滑移铁电二极管及其制作方法，属于电子器件领域。上述器件具有交叠的具有滑移铁电效应的材料，所述具有滑移铁电效应的材料选自二硫化钨纳米管、二硫化钼纳米管、氮化硼纳米管或I nSe纳米管其中之一。上述器件由纳米管交叠并在相交处构成的微小接触面作为主要功能区域，即零维范德华界面。由于范德华界面两侧原子相互作用较弱，这个小面积范德华界面两侧的原子层会发生相对滑动，进而导致该处的电学极化方向发生改变，产生等效于铁电效应的性质，进一步使该电子器件的电学性质发生改变。该器件具有占用体积小、消耗能量低的优势，可用于制作下一代具有高密度、低能耗优点的存储器。

技术研发人员：郭耀,李忠桂,韩馨怡,牛越,祁智英,阿拉·扎克
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24