一种嵌入式电荷俘获型存储器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种嵌入式电荷俘获型存储器及其制备方法，其是在Si衬底上依次形成有SiO2隧穿层、GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层、Pd电极膜层；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中GQODs为单层氧化石墨烯量子点层。其制备方法是：Si衬底进行超声清洗，高温退火生长隧穿层，用离心机甩一层GQODs，在已有的结构上用磁控溅射的方法镀俘获层和电极膜层。此嵌入式电荷俘获型存储器相对一般电荷俘获型存储器来说具有结构简单、抗疲劳性好、数据保存持久、存储窗口大、低成本等优点，对以后的电子市场有一定应用前景。

An embedded charge capture type memory and its preparation method

The present invention provides an embedded charge trapping memory and a preparation method thereof, which is formed on the Si substrate with SiO2 tunneling layer, GQODs/Zr0.5Hf0.5O2 capture & in turn; the barrier layer, the Pd electrode layer; the GQODs/Zr0.5Hf0.5O2 capture & barrier layer GQODs is a single-layer graphene oxide quantum dot layer. The preparation method is: ultrasonic cleaning on Si substrate, high temperature annealing growth tunnel layer, centrifuge to throw a layer of GQODs, and coating the capture layer and electrode coating on the existing structure by magnetron sputtering. The embedded charge capture memory has the advantages of simple structure, good fatigue resistance, long data storage, large storage window and low cost compared with general charge capture memory. It has certain application prospects for the future electronic market.

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式电荷俘获型存储器及其制备方法
本专利技术涉及非挥发型存储器结构及其制备方法，具体地说是一种嵌入式电荷俘获型存储器及其制备方法。
技术介绍
闪存是非易失性存储器之一，非常适合无数种电子应用，例如笔记本电脑，数码相机，手机。因此，它已被广泛应用，并在电子市场中发挥重要作用。然而，仍然存在一些挑战，包括缩小闪存中介质层厚度是具有挑战性的，同时保持了存储器的可靠性和数据保留。随着集成度提高及尺寸减小，两个栅极耦合程度下降，器件间串扰增强，从而导致逻辑性错误，进而器件小型化受限。1967年，A.R.Wegner等人第一次提出了电荷俘获存储器（CTM），很好的解决了一定的问题。如：SONOS型存储器件的电荷俘获存储器件由于其体积小，操作电压低，编程/擦除速度快，与标准CMOS技术兼容的简单制造工艺而引起了极大的关注，并且具有出色的耐久性能浮栅器件。具有氮化硅（Si3N4）电荷捕获层的SONOS存储器结构在持续缩放下已经具有广泛的较差的保持和电荷捕获效率。因此，提出了包括薄膜及其纳米晶体的高k材料，例如HfO2，TiO2，Al2O3和ZrO2，作为电荷俘获存储器（CTM）器件中的阻挡层和隧穿层材料，以实现更好的存储性能和保留特性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种嵌入式电荷俘获型存储器，在保持电容保持性能好、低功耗、低漏电流和低电压操作等优点的前提下，进一步简化器件结构，缩小器件尺寸。本专利技术的目的之二是提供嵌入式电荷俘获型存储器的制备方法，通过特定方法将特定材料制成结构独特、存储窗口大、数据保持性能好的嵌入式电荷俘获型存储器。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种嵌入式的电荷俘获型存储器，其是在Si衬底上依次形成有SiO2隧穿层、GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层、Pd电极膜层；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中GQODs层为单层氧化石墨烯量子点层。所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，所述单层氧化石墨烯量子点层是采用滴涂－旋转的方法将氧化石墨烯量子点水悬浮液添加到所述SiO2隧穿层上并晾干得到，所述氧化石墨烯量子点水悬浮液是按如下方法制备得到：在石英玻璃管中，按体积比40∶1将浓度0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度30wt%的过氧化氢水溶液混合，然后在紫外灯照射条件下匀速搅拌40分钟得反应物，然后将所述反应物使用3500Da的透析袋对产品透析72h以上即得氧化石墨烯量子点水悬浮液。所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，所述SiO2隧穿层的厚度为2~5nm；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中Zr0.5Hf0.5O2层的厚度为10~80nm。所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，所述Zr0.5Hf0.5O2层的厚度优选为15~40nm。本专利技术的目的之二是这样实现的：所述嵌入式电荷俘获型存储器的制备方法，步骤如下：（a）将Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，用HF溶液清洗，再用去离子水超声清洗，取出后用N2吹干，得清洗处理好的Si衬底；（b）将清洗处理好的Si衬底放入高温退火炉，在氧气的环境下，进行退火生长SiO2隧穿层：先用20~40s将样品从室温升高到600℃，保温2~10min，再用1~5min将样品从600℃降至室温，即得SiO2隧穿层，得SiO2/Si结构；（c）将SiO2/Si结构放在高速离心机转动吸盘上，转速设置为2500~4000r/min，用胶头滴管吸取氧化石墨烯量子点水悬浮液并滴加1~2滴至SiO2隧穿层表面，启动，从而在SiO2隧穿层表面均匀甩一层氧化石墨烯量子点，形成单层氧化石墨烯量子点层，得GQODs/SiO2/Si结构；所述氧化石墨烯量子点水悬浮液的制备方法是：在石英玻璃管中，按体积比40∶1将浓度0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度30wt%的过氧化氢水溶液混合，然后在紫外灯照射条件下匀速搅拌40分钟得反应物，然后将所述反应物使用3500Da的透析袋对产品透析72h以上即得氧化石墨烯量子点水悬浮液；（d）将GQODs/SiO2/Si结构放入高真空磁控溅射设备的生长室中，抽真空到1×10-3~1×10-5Pa，通入流量为20~100sccm的Ar和流量为10~50sccm的O2，调整生长室内的气压在0.5~10Pa，设置功率20~180W，预溅射10min后，正式溅射1~4hour，在单层氧化石墨烯量子点层表面形成Zr0.5Hf0.5O2层，得Zr0.5Hf0.5O2/GQODs/SiO2/Si结构；（e）在Zr0.5Hf0.5O2/GQODs/SiO2/Si结构的Zr0.5Hf0.5O2层表面放置掩膜版，一同放进磁控溅射设备生长室，抽真空到0.1×10-4~4×10-4Pa，通入流量为20~30sccm的Ar，调整生长室内的气压在0.5~6Pa，设置功率5~20W，预溅射5min后，正式溅射0.25~1hour，在Zr0.5Hf0.5O2层表面形成Pd电极膜层，得Pd/Zr0.5Hf0.5O2/GQODs/SiO2/Si结构，即为所述嵌入式电荷俘获型存储器。本专利技术提供的嵌入式电荷俘获型存储器相对一般电荷俘获型存储器来说具有结构简单、抗疲劳性好、数据保存持久、存储窗口大（±10V扫描电压下，2.63V存储窗口）、低成本等优点，对以后的电子市场有一定应用前景。同时，本专利技术提供的制备方法简单易行、操作性好，通过控制磁控溅射的溅射时间、压强、功率以及气体流量，得到性能优越的Zr0.5Hf0.5O2薄膜；通过控制退火温度、时间及氧气流量，得到了厚度适宜的SiO2隧穿层，由于Zr0.5Hf0.5O2和GQODs共同做俘获层和阻挡层，其缺陷对器件影响很大，所以本专利技术通过特定方法将特定材料制成了结构独特、存储窗口大、数据保持性能好的嵌入式电荷俘获型存储器。附图说明图1是本专利技术所提供嵌入式电荷俘获型存储器结构示意图。图1中：1、Si衬底，2、SiO2隧穿层，3、GQODs层，4、Zr0.5Hf0.5O2层，5、Pd电极膜层。图2是本专利技术中用于制备嵌入式电荷俘获型存储器高真空磁控溅射设备的结构示意图。图2中：6、衬底台，7、闸板阀，8、生长室，9、进气阀，10、旁抽阀，11、靶材，12、基片。图3是本专利技术中实施2所制备的嵌入式电荷俘获型存储器件的C-V特性曲线示意图。图4是本专利技术中实施2所制备的嵌入式电荷俘获型存储器件的存储窗口-扫描电压特性图。图5是本专利技术中实施2所制备的嵌入式电荷俘获型存储器件的高、低电容保持特性图。图6是本专利技术中实施2所制备的嵌入式电荷俘获型存储器件的平带电压保持特性示意图。图7是对比例1所制备的记忆元件的C-V特性曲线示意图。图8是对比例1所制备的记忆元件的高、低电容保持特性图。图9是实施例2所制备的器件中GQODs层XPS检测数据。图10是实施例2所制备的器件中GQODs层SEM扫描图。图11是对比例2所制备的记忆元件的电容-电压特性示意图。具体实施方式下面实施例用于进一步详细说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。实施例1本专利技术制备的电荷俘获型存储器结构如图1所示，其是Si衬底1上依本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式的电荷俘获型存储器，其特征是，其是在Si衬底上依次形成有SiO2隧穿层、GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层、Pd电极膜层；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中GQODs层为单层氧化石墨烯量子点层。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式的电荷俘获型存储器，其特征是，其是在Si衬底上依次形成有SiO2隧穿层、GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层、Pd电极膜层；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中GQODs层为单层氧化石墨烯量子点层。2.根据权利要求1所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，其特征是，所述单层氧化石墨烯量子点层是采用滴涂－旋转的方法将氧化石墨烯量子点水悬浮液添加到所述SiO2隧穿层上并晾干得到，所述氧化石墨烯量子点水悬浮液是按如下方法制备得到：在石英玻璃管中，按体积比40∶1将浓度0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度30wt%的过氧化氢水溶液混合，然后在紫外灯照射条件下匀速搅拌40分钟得反应物，然后将所述反应物使用3500Da的透析袋对产品透析72h以上即得氧化石墨烯量子点水悬浮液。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，其特征是，所述SiO2隧穿层的厚度为2~5nm；所述GQODs/Zr0.5Hf0.5O2俘获&阻挡层中Zr0.5Hf0.5O2层的厚度为10~80nm。4.根据权利要求3所述的嵌入式的电荷俘获型存储器，其特征是，所述Zr0.5Hf0.5O2层的厚度为15~40nm。5.权利要求1所述嵌入式电荷俘获型存储器的制备方法，其特征是，步骤如下：（a）将Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，用HF溶液清洗，再用去离子水超声清洗，取出后用N2吹干，得清洗处理好的Si衬底；（b）将清洗处理好的Si衬底放入高温退火炉，在氧气的环境下，进行退火生长SiO2隧穿层：先用20~40s将样品从室温升高到600℃，保温2~10min，再用1~5min将样品从600℃降至室温，即得SiO2隧穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫小兵，王宏，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13