【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮化镓晶体管存储器及制备方法，属于集成电路器件。
技术介绍
1、随着现代电子技术的发展，人们对于存储设备的要求也越来越高，设计一种存速率更高、功耗更低、状态更稳定的存储器件变得更为迫切。而要做到这一点，就要求存储器件具备更小的尺寸。但是随着器件的尺寸减小，器件的漏电问题就会更为显著，导致存储器的数据安全得不到保障。
2、为了解决这一技术问题，继续推进存储器件的发展，基于氧化物—铁电材料—氧化物的三极管的浮栅存储器得到深入研究。在此基础上，氮化镓基的高电子迁移率晶体管因其电子迁移率高，具有较高浓度的二维电子气，化学性质稳定等特点在高温高频等领域得到广泛应用。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种氮化镓晶体管存储器及制备方法，本专利技术以氮化镓基的三极管为基础，采用有机化学气相沉积法(mocvd)和原子层沉积法(ald)在本征铝镓氮层上依次外延出氧化铝隧穿层、hfzro铁电材料层、氧化铝绝缘层的结构，形成了氮化镓晶体管存储器。
2、第一方面，本专利技术提供了一种氮化镓晶体管存储器，包括由下至上依次设置的衬底、缓冲层、本征氮化镓层和本征铝镓氮层，所述本征铝镓氮层上并列设置有氧化铝隧穿层、源极和漏极，所述氧化铝隧穿层上依次生长有hfzro铁电材料层、氧化铝绝缘层以及栅极；
3、其中，采用gan/algan异质结所产生的二维电子气来作为存储在hfzro铁电材料层中的电子来源。
4、在本专利技术一种实施方式中，
5、在本专利技术一种实施方式中，所述氧化铝隧穿层的厚度为0.2-10nm；所述hfzro铁电材料层的厚度为1-50nm；所述氧化铝绝缘层的厚度为1-100nm。
6、第二方面，本专利技术提供了一种根据所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：
7、s101、对衬底进行清洗，首先将硅片置于氟化铵缓冲液，去除表面的氧化层和无机物杂质；然后采用纯水对衬底进行清洗；再将衬底依次浸泡在丙酮、异丙醇中，并用超声清洗；最后将衬底用纯水冲洗，并用氮气枪将衬底吹干；
8、s102、采用有机化学气相沉积法，在衬底上生长一层本征氮化镓和本征铝镓氮；先向反应室内通入三甲基镓和氨气，沉积出本征氮化镓层；然后再向反应室中通入三甲基铝，继续在本征氮化镓沉积出本征铝镓氮层；
9、s103、采用磁控溅射法在本征铝镓氮层淀积出源极和漏极金属，先将制备的器件放入真空室内，并用真空腔将其抽成真空，再依次将金属靶材放置在溅射枪内，通过高压电源产生电弧放电，使得靶材表面的金属原子得以蒸发并沉积到本征铝镓氮层表面；最后，在保护气体中，进行高温退火；
10、s104、采用原子沉积法在本征铝镓氮层上依次外延出氧化铝隧穿层、hfzro铁电材料层、氧化铝绝缘层，首先将反应室抽成高真空状态，以确保原子沉积过程中的清洁度和精度，然后通过加热系统将基底加热到设定温度，以促进氧化铝薄膜、hfzro铁电材料的附着和生长，在溅射系统中，将氧化铝薄膜材料、hfzro铁电材料溅射成原子状态，并沉积在铝镓氮基底上；最后对器件进行退火；
11、s105、采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，去除非栅极下方的氧化铝和hfzro铁电材料；
12、s106、采用磁控溅射法在氧化铝绝缘层上淀积栅极金属；先将制备的器件放入真空室内，并用真空腔将其抽成真空，再依次将金属靶材放置在溅射枪内，通过高压电源产生电弧放电，使得靶材表面的金属原子得以蒸发并沉积到氧化铝绝缘层表面；最后，在保护气体中，进行高温退火。
13、在本专利技术一种实施方式中，所述步骤s101中：所述衬底为硅衬底，所述氟化铵缓冲液的浓度为1％，所述超声清洗时长为3-5分钟。
14、在本专利技术一种实施方式中，所述步骤s102中：在衬底上生长一层5μm的本征氮化镓和20nm的本征铝镓氮；其中，先向反应室内通入三甲基镓的流量为20-25μmol/min，氨气的流量为3.5slm，温度为1050℃～1070℃，压力为100mbar；然后再向反应室中通入三甲基铝的流量为3-4μmol/min。
15、在本专利技术一种实施方式中，所述步骤s103中：所述金属靶材为ti、al、ni、au中的一种或多种；所述保护气体为氩气；所述高温退火的温度为850℃。
16、在本专利技术一种实施方式中，所述步骤s104中：所述加热系统将基底加热到的设定温度为300℃；对器件进行退火的温度为850℃。
17、在本专利技术一种实施方式中，所述步骤s106中：所述金属靶材为ti、al、ni、au中的一种或多种；所述保护气体为氩气；所述高温退火的温度为850℃。
18、第三方面，本专利技术还提供了一种根据所述的一种氮化镓晶体管存储器的信息存入与读取方法，包括如下步骤：
19、s201、根据氮化镓晶体管存储器的电学参数设置源极与漏极之间的电压；
20、s202、对氮化镓晶体管存储器进行信息的存入：在栅极上施加正电压，此时电子从源极流向漏极，在栅极下方受到栅极正电压的吸引，穿过氧化铝隧穿层，进入hfzro铁电材料层，并存储在该层中；在栅极上施加负电压，此时电子受到栅极电压的排斥从hfzro铁电材料层中穿过氧化铝隧穿层流向漏极；
21、s203、存储器内信息的保持：由于在栅极下方插入了hfzro铁电材料层，此时氮化镓晶体管的转移曲线的栅压从较高处降至0时，id保持较高数值；栅压从较低处升至0时，id保持较低数值；
22、s204、根据hfzro铁电材料层中电子的存储量进行信息编码；将存在较多电子的状态定义为1，将存在少量电子或不存在电子的状态定义为0；
23、s205、对氮化镓晶体管存储器进行信息的读取：在栅极上施加正电压，当hfzro铁电材料层中存在大量电子时，相当于在氧化铝隧穿层上方施加正的电压，此时在栅极上方施加电压值即可达到氮化镓晶体管的阈值电压，从而源极与漏极之间产生电流；当hfzro铁电材料层中只存在少量电子或者不存在电子时，此时在栅极上方施加电压值，不可达到氮化镓晶体管的阈值电压，因此源极与漏极之间不存在电流；由此通过在栅极施加小电压，检测源极与漏极之间是否有电流来读取存储器内存储的信息。
24、本专利技术的有益效果在于：
25、1、本专利技术提供的一种氮化镓晶体管存储器及制备方法，采用有机化学气相沉积法(mocvd)和原子层沉积法(ald)在本征铝镓氮层上依次外延出氧化铝隧穿层、hfzro铁电材料层、氧化铝绝缘层的结构，形成了氮化镓晶体管存储器。本专利技术提供的氮化镓基存储器件基于氮化镓基三极管结构，具有存储速率高、存储稳定等优势。
26、2、本专利技术提供的一种氮化镓晶体管存储器及制备方法，采用有机化学气相沉积法(mocvd)，生长铝镓氮层和氮化镓层，可以通过调本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，包括由下至上依次设置的衬底(1)、缓冲层、本征氮化镓层(2)和本征铝镓氮层(3)，所述本征铝镓氮层(3)上并列设置有氧化铝隧穿层(4)、源极(5)和漏极(6)，所述氧化铝隧穿层(4)上依次生长有HfZrO铁电材料层(7)、氧化铝绝缘层(8)以及栅极(9)；
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1-10000nm；所述本征氮化镓层(2)的厚度为1-10000nm；所述本征铝镓氮层(3)的厚度为1-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，所述氧化铝隧穿层(4)的厚度为0.2-10nm；所述HfZrO铁电材料层(7)的厚度为1-50nm；所述氧化铝绝缘层(8)的厚度为1-100nm。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤S101中的衬底(1)为硅衬底，对衬底(1)进行清洗包括：首先将硅
6.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤S102中：在衬底(1)上生长一层5μm的本征氮化镓和20nm的本征铝镓氮；其中，先向反应室内通入三甲基镓的流量为20-25μmol/min，氨气的流量为3.5slm，温度为1050℃～1070℃，压力为100Mbar；然后再向反应室中通入三甲基铝的流量为3-4μmol/min。
7.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤S103还包括：先将制备的器件放入真空室内，并用真空腔将其抽成真空，再依次将金属靶材放置在溅射枪内，通过高压电源产生电弧放电，使得靶材表面的金属原子得以蒸发并沉积到本征铝镓氮层(3)表面；最后，在保护气体中进行高温退火；其中，所述金属靶材为Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种；所述保护气体为氩气；所述高温退火的温度为850℃。
8.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤S104还包括：首先将反应室抽成高真空状态，以确保原子沉积过程中的清洁度和精度，然后通过加热系统将基底加热到设定温度，以促进氧化铝薄膜、HfZrO铁电材料的附着和生长，在溅射系统中，将氧化铝薄膜材料、HfZrO铁电材料溅射成原子状态，并沉积在铝镓氮基底上；其中，所述加热系统将基底加热到的设定温度为300℃；对器件进行退火的温度为850℃。
9.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤S106还包括：先将制备的器件放入真空室内，并用真空腔将其抽成真空，再依次将金属靶材放置在溅射枪内，通过高压电源产生电弧放电，使得靶材表面的金属原子得以蒸发并沉积到氧化铝绝缘层(8)表面；最后，在保护气体中进行高温退火；其中，所述金属靶材为Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种；所述保护气体为氩气；所述高温退火的温度为850℃。
10.一种根据权利要求1-3任一项所述的一种氮化镓晶体管存储器的信息存入与读取方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，包括由下至上依次设置的衬底(1)、缓冲层、本征氮化镓层(2)和本征铝镓氮层(3)，所述本征铝镓氮层(3)上并列设置有氧化铝隧穿层(4)、源极(5)和漏极(6)，所述氧化铝隧穿层(4)上依次生长有hfzro铁电材料层(7)、氧化铝绝缘层(8)以及栅极(9)；
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1-10000nm；所述本征氮化镓层(2)的厚度为1-10000nm；所述本征铝镓氮层(3)的厚度为1-100nm。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶体管存储器，其特征在于，所述氧化铝隧穿层(4)的厚度为0.2-10nm；所述hfzro铁电材料层(7)的厚度为1-50nm；所述氧化铝绝缘层(8)的厚度为1-100nm。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤s101中的衬底(1)为硅衬底，对衬底(1)进行清洗包括：首先将硅片置于氟化铵缓冲液，去除表面的氧化层和无机物杂质；然后采用纯水对衬底(1)进行清洗；再将衬底(1)依次浸泡在丙酮、异丙醇中，并用超声清洗；其中，所述氟化铵缓冲液的浓度为1％，所述超声清洗时长为3-5分钟。
6.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶体管存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤s102中：在衬底(1)上生长一层5μm的本征氮化镓和20nm的本征铝镓氮；其中，先向反应室内通入三甲基镓的流量为20-25μmol/min，氨气的流量为3.5slm，温度为1050℃～1070...
【专利技术属性】
技术研发人员：王霄，夏文浩，余鸿铭，敖金平，李杨，陈治伟，白利华，赵森，张冲，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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