基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器及其制备方法，其特征是：在分散有P-型IIB-VIA族半导体纳米线的绝缘基底上设置欧姆电极和肖特基电极，欧姆电极和肖特基电极通过P-型IIB-VIA族半导体纳米线连通，欧姆电极与P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈欧姆接触，肖特基电极与P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈肖特基接触。本发明工艺简单，存储性能稳定，能有效提高非挥发性存储器的开关电导比和保持时间，为非挥发性存储器的微型化及纳米材料在存储器中的应用奠定了基础。

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体纳米线存储器，更具体地说是涉及一种基于半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器。

背景技术

随着PC和消费电子产业的迅速发展，非挥发性存储器在人类日常生活中的应用越来越广泛。微电子技术的发展推动着非挥发性存储器的制作工艺不断进步，器件尺寸趋向微型化要求，集成度不断提高，存储容量越来越大，读取速度越来越快且功耗越来越低。因此，非挥发性存储器的发展也遇到了极大的挑战。

传统的非挥发性存储器主要包括浮栅器件和电荷陷阱器件。在这两类器件中，电荷均从硅衬底通过第一绝缘体注入并存储与浮栅内后存储于氮化物-氧化物界面。电荷的存储引起了阈值电压的移动，使得器件处于高阈值电压状态，即为写入数据。通过施加栅电压后采取其他措施来擦除所存储的电荷即可使器件返回到低阈值电压状态，也就是擦除数据。但是这两种传统的非挥发性存储器的器件结构复杂，制作工艺繁琐且成本较高，并且其读写次数有限，在多次写入和擦除数据之后，阈值电压带变窄，严重影响了器件长期工作的稳定性和重复性。随着非挥发性存储器在PC和消费电子产业发展的需求，传统器件的微型化也越来越困难。这些因素都严重制约了非挥发性存储器的进一步发展与应用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器及其制备方法，以期简化器件制备工艺，提高稳定性，提高存储器开关电导比和存储时间，促进非挥发性存储器的微型化。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的结构特点是：在分散有P-型IIB-VIA族半导体纳米线的绝缘基底上设置欧姆电极和肖特基电极，所述欧姆电极和所述肖特基电极通过所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线连通，所述欧姆电极与所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈欧姆接触，所述肖特基电极与所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈肖特基接触。

本发明基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的结构特点也在于：所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线为P-型CdTe纳米线、P-型ZnTe纳米线、P-型ZnS纳米线或P-型ZnSe纳米线。

所述欧姆电极为Au电极或Cu/Au电极；所述肖特基电极为AlOx/Al电极。

所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线的掺杂元素为N、Ag、P、As、Sb和Bi中的任意一种，掺杂浓度为1%-50%原子百分含量，掺杂源分别采用氨气、Ag₂S粉末、气态磷烷、砷粉、锑粉和铋粉。

本发明基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的制备方法的特点是按如下步骤进行：

a、将P-型IIB-VIA族半导体纳米线分散到绝缘基底的表面；

b、采用紫外光刻的方法在绝缘基底的表面位于P-型IIB-VIA族半导体纳米线的一端光刻出欧姆电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在所述欧姆电极图案上蒸镀欧姆电极，所述欧姆电极与所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈欧姆接触；

c、再次利用紫外光刻的方法在绝缘基底的表面位于P-型IIB-VIA族半导体纳米线的另一端光刻出肖特基电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在所述肖特基图案上蒸镀肖特基电极，所述肖特基电极与P-型IIB-VIA族半导体纳米线呈肖特基接触，所述欧姆电极和所述肖特基电极通过所述P-型IIB-VIA族半导体纳米线连通。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明提出了一种基于了P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的新型非挥发性存储器，制备方法简单、成本低，且充分利用纳米线形成的肖特基结的结区较小的优势，提高了开关电导比，同时有利于非挥发性存储器的微型化和高度集成，有利于存储器的进一步发展和应用；

2、本发明所制备的存储器是在单根纳米线两端分别制备欧姆电极和肖特基电极，具有存储速度快，性能稳定等特点。

附图说明

图1为本发明基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器结构示意图；

图2为本发明实施例1中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的电流-电压特性曲线；

图3为本发明实施例1中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器存储数据的保持时间曲线；

图4为本发明实施例2中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的电流-电压特性曲线；

图5为本发明实施例2中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器存储数据的保持时间曲线；

图6为本发明实施例3中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的电流-电压特性曲线；

图7为本发明实施例3中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器存储数据的保持时间曲线；

图8为本发明实施例4中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的电流-电压特性曲线；

图9为本发明实施例4中所制备的基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器存储数据的保持时间曲线；

图中标号：1绝缘基底；2P-型IIB-VIA族半导体纳米线；3欧姆电极；4肖特基电极。

具体实施方式

实施例1

参见图1，本实施例基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的结构形式为：在分散有P-型IIB-VIA族半导体纳米线2的绝缘基底1上设置欧姆电极3和肖特基电极4，欧姆电极3和肖特基电极4通过P-型IIB-VIA族半导体纳米线2连通，欧姆电极3与P-型IIB-VIA族半导体纳米线2呈欧姆接触，肖特基电极4与P-型IIB-VIA族半导体纳米线2呈肖特基接触。

关于IIB-VIA族半导体纳米线2的P-型掺杂技术已经比较成熟，其掺杂元素目前一般选为N、Ag、P、As、Sb和Bi中的任意一种，掺杂浓度为1%-50%原子百分含量，掺杂源分别采用氨气、Ag₂S粉末、气态磷烷、砷粉、锑粉和铋粉。只要是P-型IIB-VIA族半导体纳米线都可用于本方法非挥发性存储器的制备，掺杂元素和掺杂量只会对器件的性能有一定影响，但并不会导致器件制备的成败。

本实施例中P-型IIB-VIA族半导体纳米线2选用P-型CdTe纳米线；欧姆电极3选用Cu/Au电极；肖特基电极4选用AlOx/Al电极；

绝缘基底1采用具有绝缘性的材料，只要基底材料具备绝缘性就可用于本方法，如氮化硅基底、氧化铝基底、二氧化铪基底、二氧化硅基底、PET基底和载玻片等，本实施例以二氧化硅基底作为绝缘基底1；

本实施例基于P-型IIB-VIA族半导体纳米线肖特基结的非挥发性存储器的制备方法是按如下步骤进行：

a、将P-型CdTe纳米线分散到二氧化硅基底的表面；

b、采用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型CdTe纳米线的一端光刻出欧姆电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在欧姆电极图案上依次蒸镀4nm厚的Cu和50nm厚的Au，以Cu/Au电极作为欧姆电极3，Cu/Au电极与P-型CdTe纳米线呈欧姆接触；

c、再次利用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型CdTe纳米线的另一端光刻出肖特基电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在肖特基图案上依次蒸镀5nm厚的AlOx和50nm厚的Al，以AlOx/Al电极作为肖特基电极4，AlOx/Al电极与P-型CdTe纳米线呈肖特基接触，Cu/Au电极和AlOx/Al电极通过P-型CdTe纳米线连通。

本实施例制备的P-型CdTe纳米线肖特基结非挥发性存储器的电流-电压特性曲线如图2所示，从图2中可以看出所制备的P-型CdTe纳米线肖特基结非挥发性存储器具有明显的肖特基结和回滞曲线。其存储数据的保持时间如图3所示，其高阻态为图中曲线1，低阻态为图中曲线2，高阻态和低阻态均可以在空气中维持长达8000秒，显示了其高度的稳定性。

实施例2：

本实施例中的非挥发性存储器的结构形式与实施例1相同。本实施例P-型IIB-VIA族半导体纳米线2选用P-型ZnTe纳米线；欧姆电极3选用Cu/Au电极；肖特基电极4选用AlOx/Al电极；以PET基底作为绝缘基底1；

本实施例非挥发性存储器的制备方法是按如下步骤进行：

a、将P-型ZnTe纳米线分散到二氧化硅基底的表面；

b、采用紫外光刻的方法在PET基底的表面位于P-型ZnTe纳米线的一端光刻出欧姆电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在欧姆电极图案上依次蒸镀4nm厚的Cu和50nm厚的Au，以Cu/Au电极作为欧姆电极3，Cu/Au电极与P-型ZnTe纳米线呈欧姆接触；

c、再次利用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型ZnTe纳米线的另一端光刻出肖特基电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在肖特基图案上依次蒸镀5nm厚的AlOx和50nm厚的Al，以AlOx/Al电极作为肖特基电极4，AlOx/Al电极与P-型ZnTe纳米线呈肖特基接触，Cu/Au电极和AlOx/Al电极通过P-型ZnTe纳米线连通。

本实施例制备的P-型ZnTe纳米线肖特基结非挥发性存储器的电流-电压特性曲线如图4所示，从图4中可以看出所制备的P-型ZnTe纳米线肖特基结非挥发性存储器具有明显的肖特基结和回滞曲线。其存储数据的保持时间如图5所示，其高阻态为图中曲线1，低阻态为图中曲线2，高阻态和低阻态均可以在空气中维持长达8000秒，显示了其高度的稳定性。

实施例3：

本实施例中的非挥发性存储器的结构形式与实施例1相同。本实施例P-型IIB-VIA族半导体纳米线2选用P-型ZnS纳米线；欧姆电极3选用Au电极；肖特基电极4选用AlOx/Al电极；以二氧化硅基底作为绝缘基底1；

本实施例非挥发性存储器的制备方法是按如下步骤进行：

a、将P-型ZnS纳米线分散到二氧化硅基底的表面；

b、采用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型ZnS纳米线的一端光刻出欧姆电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在欧姆电极图案上蒸镀50nm厚的Au作为欧姆电极3，Au电极与P-型ZnS纳米线呈欧姆接触；

c、再次利用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型ZnS纳米线的另一端光刻出肖特基电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在肖特基图案上依次蒸镀5nm厚的AlOx和50nm厚的Al，以AlOx/Al电极作为肖特基电极4，AlOx/Al电极与P-型ZnS纳米线呈肖特基接触，Cu/Au电极和AlOx/Al电极通过P-型ZnS纳米线连通。

本实施例制备的P-型ZnS纳米线肖特基结非挥发性存储器的电流-电压特性曲线如图6所示，从图6中可以看出所制备的P-型ZnS纳米线肖特基结非挥发性存储器具有明显的肖特基结和回滞曲线。其存储数据的保持时间如图7所示，其高阻态为图中曲线1，低阻态为图中曲线2，高阻态和低阻态均可以在空气中维持长达8000秒，显示了其高度的稳定性。

实施例4：

本实施例中的非挥发性存储器的结构形式与实施例1相同。本实施例P-型IIB-VIA族半导体纳米线2选用P-型ZnSe纳米线；欧姆电极3选用Au电极；肖特基电极4选用AlOx/Al电极；以二氧化硅基底作为绝缘基底1；

本实施例非挥发性存储器的制备方法是按如下步骤进行：

a、将P-型ZnSe纳米线分散到二氧化硅基底的表面；

b、采用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型ZnSe纳米线的一端光刻出欧姆电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在欧姆电极图案上蒸镀50nm厚的Au作为欧姆电极3，Au电极与P-型ZnSe纳米线呈欧姆接触；

c、再次利用紫外光刻的方法在二氧化硅基底的表面位于P-型ZnSe纳米线的另一端光刻出肖特基电极图案，然后采用电子束镀膜的方法在肖特基图案上依次蒸镀5nm厚的AlOx和50nm厚的Al，以AlOx/Al电极作为肖特基电极4，AlOx/Al电极与P-型ZnSe纳米线呈肖特基接触，Cu/Au电极和AlOx/Al电极通过P-型ZnSe纳米线连通。

本实施例制备的P-型ZnSe纳米线肖特基结非挥发性存储器的电流-电压特性曲线如图8所示，从图8中可以看出所制备的P-型ZnSe纳米线肖特基结非挥发性存储器具有明显的肖特基结和回滞曲线。其存储数据的保持时间如图9所示，其高阻态为图中曲线1，低阻态为图中曲线2，高阻态和低阻态均可以在空气中维持长达8000秒，显示了其高度的稳定性。