一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器制造技术

本发明专利技术涉及存储技术领域，具体地，涉及一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器。其包括SrTiO3衬底、设于SrTiO3衬底上的LaAlO3薄膜和分别设于SrTiO3衬底上并穿过LaAlO3薄膜的两个金属电极，两个金属电极分别作为源极S和漏极D，LaAlO3薄膜上设置有作为栅极G的金属电极，SrTiO3衬底与LaAlO3薄膜的界面之间形成二维电子气。本发明专利技术的LaAlO3薄膜具备了闪存器件结构中的绝缘层和浮栅层的功能，无需采用存储电荷的浮栅层，结构更简单，器件制备工艺会更简化，且可大幅度提高擦写速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储
，具体地，涉及一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器。
技术介绍
非挥发性存储器具有在无电源供应时器件所存储的逻辑数据仍能长时间保存的优点，是数字化信息技术中最为重要的硬件之一，备受学者和企业的关注。目前，市场上主流的非挥发性存储器是基于电荷存储机制的闪存（Flash memory），非挥发性闪存存储原理是通过对浮栅层进行热电子注入和释放使得沟道层电子浓度发生改变而进行非挥发性存储。然而，这种热电子注入和释放方式需要对栅极和沟道层施加高电压，会破坏绝缘层的绝缘程度。因此，闪存的擦写次数有限制，擦写速度慢，擦写到达一定次数后，绝缘层漏电变得严重，电荷不能有效地被保存，从而使得器件不能再正常工作。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种可以大幅度提高擦写速度的非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器，包括SrTiO3衬底、设于SrTiO3衬底上的LaAlO3薄膜和分别设于SrTiO3衬底上并穿过LaAlO3薄膜的两个金属电极，两个金属电极分别作为源极S和漏极D，LaAlO3薄膜上设置有作为栅极G的金属电极，SrTiO3衬底与LaAlO3薄膜的界面之间形成二维电子气。本专利技术存储器的结构表达式为：金属电极/LaAlO3/SrTiO3，其绝缘LaAlO3薄膜具备了闪存器件结构中的绝缘层和浮栅层的功能，无需采用存储电荷的浮栅层，结构更简单，器件制备工艺会更简化，且可大幅度提高擦写速度。上述方案中，金属电极均为铂电极。上述方案中，LaAlO3薄膜为单晶薄膜。上述方案中，利用分子束外延法在SrTiO3衬底上形成LaAlO3单晶薄膜。上述方案中，源极S和漏极D的形成方式为：通过光刻方法和湿法腐蚀制备出沟道层长度为一定尺寸霍尔FET器件，并利用离子束刻蚀技术制备与二维电子气欧姆接触的源电极和漏电极。上述方案中，所述一定尺寸为100μm。上述方案中，源极S和漏极D分别位于栅极G的两侧。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术通过电压对绝缘的LaAlO3薄膜层中带正电的氧空位进行重新分布，改变沟道层（LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气）的电子浓度，使源漏两电极间发生高低阻态的变换，从而实现非挥发性存储。而且本专利技术绝缘LaAlO3薄膜具备了闪存器件结构中的绝缘层和浮栅层的功能，无需采用存储电荷的浮栅层，结构更简单，器件制备工艺会更简化，且由于在势阱中的二维电子气是处在本征半导体一边，而该处不存在电离杂质中心的散射作用，这些二维电子气运动的迁移率将非常高，因此沟道层采用高迁移二维电子气，相比于传统的电子注入方式使电子浓度改变的方法，其效率会更高，从而可大幅度提高擦写速度。此外，氧空位可稳定地存在于LaAlO3薄膜表面，当在外电压作用下，氧空位可迁移到薄膜体内且成为正电荷束缚中心。由于库仑作用，正电荷束缚中心会使沟道层的电子浓度提高，于是源漏两电极间的电阻减小，实现了沟道层的低电阻态，即逻辑状态开。同理，在相反方向电压作用下，氧空位迁移回薄膜表面，束缚中心在LaAlO3/SrTiO3界面极化的电子变少，电子浓度恢复到初始状态，从而实现了高电阻态，即逻辑状态关。这过程中，外电压无需很大的变化就可使氧空位迁移，实现逻辑状态变化，基本不会对绝缘层造成破坏，故可提高其擦写次数，提高器件的使用寿命。附图说明图1为本专利技术一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器的立体图。图2为本专利技术一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器的截面图。图3为本专利技术一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器在初始状态下氧空位状态示意图。图4为本专利技术一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器在外电压作用下氧空位状态示意图。 具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。在本专利技术的描述中，需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术的具体含义。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1和图2所示，本专利技术一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器具体包括SrTiO3衬底1、设于SrTiO3衬底1上的LaAlO3薄膜2和分别设于SrTiO3衬底1上并穿过LaAlO3薄膜2的两个金属电极3、4，两个金属电极3、4分别作为源极S和漏极D，LaAlO3薄膜2上设置有作为栅极G的金属电极5，SrTiO3衬底1与LaAlO3薄膜2的界面之间形成二维电子气6。其中，作为源极S、漏极D和栅极G的金属电极均为铂电极。本专利技术所实现的存储器的结构表达式为：Pt/LaAlO3/SrTiO3，其绝缘LaAlO3薄膜具备了闪存器件结构中的绝缘层和浮栅层的功能，无需采用存储电荷的浮栅层，结构更简单，器件制备工艺会更简化，且可大幅度提高擦写速度。在具体实施过程中，LaAlO3薄膜为单晶薄膜。在具体实施过程中，利用分子束外延法或激光分子束外延法在SrTiO3衬底上形成不同厚度的LaAlO3单晶薄膜。在具体实施过程中，源极S和漏极D的形成方式为：通过光刻方法和湿法腐蚀制备出沟道层长度为一定尺寸霍尔FET器件，并利用离子束刻蚀技术制备与二维电子气欧姆接触的源电极和漏电极。优选地，通过光刻方法和湿法腐蚀制备出沟道层长度100μm霍尔FET器件。在具体实施过程中，源极S和漏极D分别位于栅极G的两侧。本专利技术的工作原理如图3所示，在初始状态下，本专利技术的存储器中存在氧空位7，氧空位7被束缚在LaAlO3薄膜2表面，界面电子浓度比较少，从而实现了高电阻态，处于逻辑状态的关状态；通过对栅极G施加直流电压，使带正电氧空位7在LaAlO3薄膜2内重新分布，如图4所示，氧空位7迁移到LaAlO3薄膜2体内且成为正电荷束缚中心，由于库仑作用，正电荷束缚中心会使沟道层（LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气）的电子浓度提高，实现了沟道层的低电阻态，实现逻辑状态的开状态，即通过电极化改变LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气浓度，可实现沟道层的逻辑状态开关，达到非挥发性存储功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器，其特征在于，包括SrTiO3衬底、设于SrTiO3衬底上的LaAlO3薄膜和分别设于SrTiO3衬底上并穿过LaAlO3薄膜的两个金属电极，两个金属电极分别作为源极S和漏极D，LaAlO3薄膜上设置有作为栅极G的金属电极，SrTiO3衬底与LaAlO3薄膜的界面之间形成二维电子气。

【技术特征摘要】
1.一种非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器，其特征在于，包括SrTiO3衬底、设于SrTiO3衬底上的LaAlO3薄膜和分别设于SrTiO3衬底上并穿过LaAlO3薄膜的两个金属电极，两个金属电极分别作为源极S和漏极D，LaAlO3薄膜上设置有作为栅极G的金属电极，SrTiO3衬底与LaAlO3薄膜的界面之间形成二维电子气。
2.根据权利要求1所述的非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器，其特征在于，金属电极均为铂电极。
3.根据权利要求1所述的非挥发性无浮栅晶体场效应管存储器，其特征在于，LaAlO3薄膜为单晶薄膜。
4.根据权利要求3所述的非挥发性...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗艺青，吴曙翔，李树玮，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44