隨著大數據時代的來臨,存儲器是保證計算機進行信息處理和記憶任務的關鍵。在各種類型的存儲器中,浮柵型存儲器集成工藝簡單、電荷保持時間長,成為非易失性存儲器市場中不可替代的一部分。隨著二維材料的興起,各種新奇的物理現象和機制逐漸得到發(fā)現和闡述。小尺寸、低能耗的新型二維存儲器也漸漸進入人們的視野。在二維尺度下,重新認識浮柵器件中的電荷隧穿機制并有效控制其隧穿,已成為研究的關鍵點。本論文構筑了一種以二維PtS₂作為溝道材料、h-BN作為隧穿絕緣層、石墨烯作為浮柵層的浮柵型存儲器,探究了其隧穿電流控制機制及存儲性能。論文的主要研究內容如下:（1）采用機械剝離單晶和定點轉移的方法堆砌范德華異質結并構筑浮柵器件,表征器件的微觀形貌、電勢分布和界面特點:利用AFM確定二維材料的厚度、通過KPFM檢測各層間接觸后的表面電勢降、通過TEM對范德華異質結的界面潔凈度進行觀察。（2）在暗態(tài)下對器件的電存儲性能進行探究,轉移特性曲線顯示該器件在30 V的柵壓范圍內,可實現10⁷的超高開關比,并能夠在1 ms的柵壓脈沖下完成快速電擦寫任務。同時,器件在1000 s期間和... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

浮柵型存儲器的結構示意圖

圖 1-1 浮柵型存儲器的結構示意圖[4]圖 1-2 為浮柵存儲器的工作原理。當柵壓為 0 V 時，器件處于初始狀態(tài)，由于隧穿層勢壘的阻礙作用，浮柵和溝道間無電荷傳輸，如圖 1-2（a）所示。根據圖 1-2（b）,當通過控制柵極對晶體管施加電壓時（Vg > 0 V），由于浮柵和溝道之間存在垂直方向的電勢差，順著電場方向電子所處的能級越高，因此隧穿層發(fā)生能帶彎曲，電荷隧穿的勢壘將大幅度降低。溝道中的多數載流子可通過 FN 隧穿機制進入浮柵，實現了數據的寫入。當撤除外界柵壓時，由于能帶狀態(tài)的回復，隧穿絕緣層阻礙了浮柵中的電荷回到溝道層，致使電荷長久地保存在浮柵中，并通過靜電耦合對溝道實現穩(wěn)定摻雜，長久改變溝道的電導狀態(tài)，達到非易失性存儲的目的。圖 1-2（c）為擦除狀態(tài)下的能帶圖，與寫入過程相反，通過施加反向柵壓（Vg < 0 V），浮柵中被困住的電荷獲得反向隧穿的能量，隧穿回到溝道中，使得溝道電導狀態(tài)回復，即可實現數據的擦除[4]。

圖 1-1 浮柵型存儲器的結構示意圖[4]圖 1-2 為浮柵存儲器的工作原理。當柵壓為 0 V 時，器件處于初始狀態(tài)，由于隧穿層勢壘的阻礙作用，浮柵和溝道間無電荷傳輸，如圖 1-2（a）所示。根據圖 1-2（b）,當通過控制柵極對晶體管施加電壓時（Vg > 0 V），由于浮柵和溝道之間存在垂直方向的電勢差，順著電場方向電子所處的能級越高，因此隧穿層發(fā)生能帶彎曲，電荷隧穿的勢壘將大幅度降低。溝道中的多數載流子可通過 FN 隧穿機制進入浮柵，實現了數據的寫入。當撤除外界柵壓時，由于能帶狀態(tài)的回復，隧穿絕緣層阻礙了浮柵中的電荷回到溝道層，致使電荷長久地保存在浮柵中，并通過靜電耦合對溝道實現穩(wěn)定摻雜，長久改變溝道的電導狀態(tài)，達到非易失性存儲的目的。圖 1-2（c）為擦除狀態(tài)下的能帶圖，與寫入過程相反，通過施加反向柵壓（Vg < 0 V），浮柵中被困住的電荷獲得反向隧穿的能量，隧穿回到溝道中，使得溝道電導狀態(tài)回復，即可實現數據的擦除[4]。


本文編號：2976861