一種基於石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器的製作方法

2023-06-02 00:15:51 2

本實用新型屬於存儲器技術領域，具體涉及一種基於石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器。

背景技術：

目前由於矽基的存儲器件已經基本達到了理論上的極限, 所以對於新型的能夠滿足未來微納器件製作的半導體材料的探究迫在眉睫。 自從2004年英國曼切斯特大學Novoselov 等成功剝離獲得石墨烯以來, 石墨烯由於較高的遷移率等得到了廣泛的研究。但是由於石墨烯是天然的零帶隙, 這極大地限制了石墨烯在存儲器溝道材料方面的應用, 雖然能夠人工製造帶隙, 但需要花費巨大的精力。而基於二硫化鉬（MoS2）的鐵電存儲器理論上開關比能夠達到 108, 電子遷移率達到數百, 這使得它在未來的電子器件中有著廣闊的應用前景，低的接觸電阻能夠使MoS2 金屬界面的肖特基勢壘較低。然而至今為止, 沒有報導合適的金屬和MoS2形成歐姆接觸,因此限制了MoS2作為鐵電存儲器溝道材料的應用。

技術實現要素：

為解決上述技術存在的問題，本實用新型提供一種器件尺寸小、載流子遷移率高、開關電流比大、器件功耗少、抗疲勞和保持性能強的基於石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器。

其技術方案為：

一種基於石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器，包括柵電極、鐵電絕緣層、二硫化鉬溝道層、石墨烯源電極和石墨烯漏電極，所述柵電極上設置有鐵電絕緣層，所述鐵電絕緣層上設置有二硫化鉬溝道層，所述二硫化鉬溝道層上設置有石墨烯源電極和石墨烯漏電極。

進一步，所述柵電極的材料為n型重摻雜矽片。

進一步，所述鐵電絕緣層的材料為鐵酸鉍。

柵電極是薄膜電晶體的第一層，柵電極為n型重摻雜的Si材料，既可以作為整個器件的基底，又可以作為柵電極，並且與大規模集成電路相兼容層。

鐵酸鉍鐵電絕緣層是鐵電存儲器的第二層，鐵酸鉍鐵電絕緣層是利用溶膠凝膠的方法旋塗在第一層柵電極上的，鐵酸鉍鐵電絕緣層。鐵酸鉍材料是一種在常溫以上呈現多鐵性能的單相材料，自發極化值較高，且不含鉛。在這裡既作為整個器件的絕緣層，有效阻止電流從上往下洩漏；又作為非揮發性存儲器的有效存儲調控層，根據鐵電絕緣層極化的電滯回線調控溝道載流子而產生存儲效果。

二硫化鉬形成溝道層，溝道層是鐵電存儲器的第三層，層狀二硫化鉬擁有特殊的類石墨烯結構和獨特的物理化學性質，層狀二硫化鉬溝道材料是通過電化學鋰離子插層剝離法製備生成，溝道層作用是提供溝道載流子，通過電場和鐵酸鉍鐵電絕緣層的共同調控而得到存儲信息。

石墨烯是作為二硫化鉬鐵電存儲器的第四層和第五層導電源電極和漏電極，石墨烯是製備高性能導電薄膜的理想替代者。用化學氣相沉積法（CVD）生長的高性能的單層石墨烯，通過轉移和圖案化在二硫化鉬後作為源電極和漏電極，其展示的電學性能高於普通的金屬電極，並且能更好的穩定和接觸層狀二硫化鉬溝道層。

本實用新型的有益效果：

1.本發明製備的石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器具有尺寸小、載流子遷移率高、開關電流比大、器件功耗少、抗疲勞和保持性能的能力強等優點，是一種較理想的鐵電存儲器件。

2．本發明製備的石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器，由於鐵酸鉍鐵電絕緣層，結晶性良好，所以二硫化鉬溝道層的生長無需使用額外的絕緣層，故器件本身尺寸小，製備工藝簡單。通過改變製備條件，可以控制鐵酸鉍層的厚度和二硫化鉬溝道層的結構，從而影響器件的保持性能。

3．利用本發明製備的石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器與傳統的矽基底相比，具有製備溫度低，工藝簡單，成本低廉。

4．本發明製備的石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器與其他溝道材料的鐵電存儲器相比，二硫化鉬溝道層具有很高的載流子遷移率，不但降低了器件的操作電壓，而且提高了器件的開關電流比和器件的保持性能。

5．本發明製備的石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器與其他電極的鐵電存儲器相比，石墨烯電極自發現以來便以其獨特的電學性能、良好的力學性能、機 械延展性、優異的熱學穩定性與化學穩定性，是製備高性能導電薄膜的理想替代者。石墨烯作為二硫化鉬鐵電存儲器的電極不但降低了器件的操作電壓，而且石墨烯電極展示的電學性能高於普通的金屬電極，進一步提高了器件的保持性能。

附圖說明

圖1為二硫化鉬鐵電存儲器分層結構示意圖；

其中，1-柵電極，2-鐵電絕緣層，3-二硫化鉬溝道層， 4-石墨烯源電極，5-石墨烯漏電極。

具體實施方式

一種基於石墨烯電極的層狀二硫化鉬鐵電存儲器，包括柵電極1、鐵電絕緣層2、二硫化鉬溝道層3、石墨烯源電極4和石墨烯漏電極5，所述柵電極1上設置有鐵電絕緣層2，所述鐵電絕緣層2上設置有二硫化鉬溝道層3，所述二硫化鉬溝道層3上設置有石墨烯源電極4和石墨烯漏電極5。

所述柵電極1的材料為n型重摻雜矽片。

所述鐵電絕緣層2的材料為鐵酸鉍。