一种无浮栅层闪存及其制备方法

本发明涉及电子科学领域，尤其涉及的是一种无浮栅层闪存及其制备方法。

背景技术：

1、快速存储器，即闪存(flash memory)，是一种非易失性的存储器件，允许数据在操作中被多次写入或擦除。它可用于电脑、智能手机、数码相机等。相比于传统的硬盘，它的操作速度更快，随着制造价格的下降，闪存的市场占有率日益增长，成为最为主流的存储元器件。

2、闪存的结构为浮栅晶体管或浮栅金氧半场效晶体管，非常类似于金氧半场效晶体管(mosfet)，主要区别在于沟道与栅极之间具有额外的电绝缘层。由于浮栅层是电隔离的，即便撤除施加的电压后，载流子依旧能保留在浮栅层中，存储状态可长时间保留，这也是器件展现出非易失性的原理所在。按照摩尔定律，晶体管数量与芯片性能息息相关，通过器件微缩技术提升芯片计算能力是目前最为有效的方式之一。然而，随着物理极限的迫近，以及器件微缩成本的不断攀升，单一的通过缩小闪存尺寸已很难获得满意的性能增益。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无浮栅层闪存及其制备方法，旨在简化现有的闪存结构，从而有利于高性能闪存的开发。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种无浮栅层闪存，包括：控制栅极、设置于所述控制栅极上的栅极氧化物、设置于所述栅极氧化物上的半导体层和设置于所述半导体层上的源漏电极，其中，所述半导体层包含纳米材料；所述纳米材料包括用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳。

4、可选地，所述纳米材料选自氧化硅包裹金纳米粒子、氧化硅包裹银纳米粒子、氧化硅包裹铜纳米粒子、氧化铝包覆上转换纳米粒子、氧化铝包覆金纳米粒子、氧化铝包覆铜纳米粒子、氧化铝包覆银纳米粒子、氧化硅包覆银纳米线和氧化铝包裹银纳米线中的一种。其中，氧化铝包覆上转换纳米粒子的内核可以为nayf4:yb/er、y2o3:yb/er、nayf4:yb/tm、nagdf4:yb/er。

5、具体来讲，本发明的纳米材料包括用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳，内核可在电激励下实现载流子的捕获和释放，实现器件电导态的切换。用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳，可替代传统闪存中的浮栅层和隧穿层，将传统闪存中的半导体层和浮栅层及隧穿层融合为一层，大大简化器件的制备工艺，缩写器件尺寸。

6、可选地，所述半导体层的材料为有机半导体材料、二维材料、二元化合物半导体和三元化合物半导体中的一种或多种。

7、具体来讲，所述有机半导体材料可以为并五苯、富勒烯、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、苝、红荧烯、c60、酞菁铜。所述二维材料可以为石墨烯、mxenes、二硫化钼、二硒化钨、黑磷。所述二元化合物半导体可以为bn、aln、gan。所述三元化合物半导体可以为znsip2、zngep2、zngeas2、cdgeas2、cdsnse2、cugase2，aginte2，agtlte2，cuinse2，cuals2、cu3asse4、ag3aste4、cu3sbs4、ag3sbse4。

8、本发明的第二方面，提供一种如上所述的无浮栅层闪存的制备方法，其中，包括：

9、提供衬底；

10、在所述衬底上制备控制栅极；

11、在所述控制栅极上制备栅极氧化物；

12、在所述栅极氧化物上制备包含纳米材料的半导体层；

13、在半导体层上制备源漏电极，得到所述无浮栅层闪存。

14、可选地，所述半导体层中所述纳米材料的质量百分比为1％-5％。

15、具体来讲，纳米材料的质量百分比，过低会减少半导体层中的载流子浓度，降低闪存的存储密度；过高会影响半导体层中的载流子迁移率，延长读写操作的时间。

16、可选地，所述半导体层的厚度为20-50纳米。

17、具体来讲，本发明中，半导体层的厚度为20-50纳米时，可以实现更高的存储密度和更好的性能。通过控制半导体层的厚度，可以在保证可靠性和稳定性的前提下提高闪存的存储容量和读写速度。过厚的半导体层会导致电子在存储单元之间发生干扰，而过薄的半导体层会导致电子泄漏或损失。

18、可选地，所述在所述栅极氧化物上制备包含纳米材料的半导体层，包括：采用溶液旋涂法制备所述半导体层。优选地，旋涂速度为2500-3500转/分钟，旋涂时间为1-2分钟。

19、具体来讲，溶剂旋涂法可以实现较好的薄膜均匀性。通过控制旋涂速度和时间等参数，可以获得均匀且一致的薄膜厚度，有利于提高无浮栅闪存的性能和可靠性。

20、可选地，所述衬底的材料选自氧化硅、玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

21、具体来讲，本发明中，所述衬底的作用是提供支撑和基础，可根据具体的应用需求、制造工艺和预算来选择合适的衬底材料。

22、可选地，所述源漏电极的材料选自金、银、铝和铜中的一种或多种。

23、具体来讲，本发明中，所述电极的作用是形成导电通道，从而实现数据的读取，可根据具体的应用需求、制造工艺和预算来选择合适的电极材料。

24、有益效果：与现有技术相比，本发明利用纳米材料中用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳分别替代传统闪存中的浮栅层和隧穿层，而纳米材料包含在半导体层中，将传统闪存中的半导体层和浮栅层及隧穿层融合为一层，可大大简化器件的制备工艺，缩写器件尺寸。

技术特征：

1.一种无浮栅层闪存，包括：控制栅极、设置于所述控制栅极上的栅极氧化物、设置于所述栅极氧化物上的半导体层和设置于所述半导体层上的源漏电极，其特征在于，所述半导体层包含纳米材料；所述纳米材料包括用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳。

2.根据权利要求1所述的无浮栅层闪存，其特征在于，所述纳米材料选自氧化硅包裹金纳米粒子、氧化硅包裹银纳米粒子、氧化硅包裹铜纳米粒子、氧化铝包覆上转换纳米粒子、氧化铝包覆金纳米粒子、氧化铝包覆铜纳米粒子、氧化铝包覆银纳米粒子、氧化硅包覆银纳米线和氧化铝包裹银纳米线中的一种。

3.根据权利要求1所述的无浮栅层闪存，其特征在于，所述半导体层的材料为有机半导体材料、二维材料、二元化合物半导体和三元化合物半导体中的一种或多种。

4.一种如权利要求1所述的无浮栅层闪存的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述半导体层中所述纳米材料的质量百分比为1％-5％。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述半导体层的厚度为20-50纳米。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在所述栅极氧化物上制备包含纳米材料的半导体层，包括：采用溶液旋涂法制备所述半导体层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述采用溶液旋涂法制备所述半导体层的旋涂速度为2500-3500转/分钟，旋涂时间为1-2分钟。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料选自氧化硅、玻璃、石英、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或多种。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述源漏电极的材料选自金、银、铝和铜中的一种或多种。

技术总结
本发明提供一种无浮栅层闪存，包括：控制栅极、设置于所述控制栅极上的栅极氧化物、设置于所述栅极氧化物上的半导体层和设置于所述半导体层上的源漏电极。其中，所述半导体层包含纳米材料；所述纳米材料包括用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳。本发明利用纳米材料中用于捕获电荷的内核和包裹在所述内核表面的绝缘外壳分别替代传统闪存中的浮栅层和隧穿层，而纳米材料包含在半导体层中，将传统闪存中的半导体层和浮栅层及隧穿层融合为一层，可大大简化器件的制备工艺，缩写器件尺寸。

技术研发人员：韩素婷,吕子玉,周晔,翟永彪,王燕,王汉宁
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19