基于二维材料的存储器件研究

发布时间：2020-12-20 18:43

　　自从石墨烯被发现以来,二维（2D）材料吸引了人们的广泛兴趣。在基础科学研究和技术应用上,目前正在进行深入的调查研究。单层二硫化钼（MoS₂）是这类材料中的一个比较典型的例子。因为其原子级厚度、优异的电学性能、良好的柔韧性等,可以实现广泛的新技术应用,诸如低功耗器件,柔性/透明器件等。本论文描述了二维材料在存储器件中的一些应用研究,包括基于MoS₂和h-BN异质结构的非易失存储器、基于准二维金属氧化物构成的忆阻器以及短沟道器件。1.我们首先研究了基于二硫化钼的新型浮栅结构非易失存储器。利用干法转移技术,我们实现了氮化硼/二硫化钼/氮化硼异质结构。器件采用了双栅的结构,导电沟道位于双栅之间,由于顶栅（浮栅）和底栅（控制栅）之间的耦合作用,使得我们可以使用较小的工作电压让电子隧穿更厚的介质层。器件的操作电压为5 V的时候,回滞窗口约为3.3 V。当撤去操作电压读取器件状态的时候,电子更难以从浮栅中隧穿出去,这样可以增强器件的数据保持性。在测量的10⁵s的时间内,器件的开关比没有发生明显的变化。同时采用单层二硫化钼作为沟道材料,... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

晶体管的发展路线

研究新的沟道材料，如 III-V 族半导体，纳米管或二维（2D）材料，本文主要就二维材料进行详细的讨论。二维材料的兴起自从石墨烯被发现以来，越来越多的二维材料加入了这个家族。单层二维材料代表垂直方向上材料缩小的最终极限。因此，当使用二维材料作为晶体管的沟道材料时，能保证极佳的静电控制并减少 SCE 效应[7]。此外，它们呈现出平面几何形状，允许简单地集成到已有的 CMOS 制造工艺中。在这其中，二维过渡族金属硫化物（TMDCs）[8-9]特别是二硫化钼属于研究最深入的材料之一。根据其化学成分，TMDCs 表现出了全面的电学性能，包括金属性，半导体性和超导等行为。这些使得它们引起了纳米电子学研究的广泛关注。

图 1.3 二维材料异质结[11]目前实现二维材料异质结的方法主要分为两种，人工堆叠方式和生长外延方式（如图 1.2 所示）。通过人工堆叠方式，可以任意组合二维材料，自由度比较多，包括上下两层材料之间的种类，角度，如同乐高积木一般。缺点是样品的尺寸一般都很小，很难实现大面积的异质结。此外在转移过程中会引入污染物，气泡等等，降低器件的质量。目前已经发展出在手套箱中转移、pick-and-lift 技术、真空转移技术等等来解决转移过程中引入的问题。通过生长外延技术可以实现大面积的异质结，得到样品十分洁净，上下两层的角度保持一定。除了在垂直方向实现异质结，通过 CVD 生长还可以实现横向异质结。例如通过两步生长的方式，WSe2/MoS2横向异质结具有原子级的边界。生长外延同样存在一定的缺点。首先对材料具有一定的选择性，一些二维材料在高温下或者氧气气氛中不够稳定，


本文编号：2928363