[发明专利]基于柔性二维半导体沟道量子点的存储器及其制备方法

说明书

本发明属于存储器技术领域，具体为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。本发明在以柔性材料为基础的衬底上利用零维量子点作为电荷俘获层以及二维半导体作为器件沟道，通过电荷的隧穿实现高开关比以及多值存储的功能。本发明制备过程包括：利用原子层沉积技术长的金属氧化物，机械剥离或者化学气相沉积制备的二维材料，以及利用旋涂技术制备的量子点。本发明可以制备具有高开关比、实现多值存储以及非易失特性的新型存储器，开创了一个二维半导体材料与零维量子点结合的新领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

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。

发明内容

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；