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我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展
最后更新: 2023-09-19 09:15:42據(jù)華中科技大學(xué)新聞網(wǎng)15日消息,該校材料成形與模具技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授翟天佑團(tuán)隊(duì)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展,研制了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件,與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能對(duì)比,其擦寫(xiě)速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能均有提升,為發(fā)展高性能、高密度大容量存儲(chǔ)器件提供了新的思路。
浮柵晶體管作為一種電荷存儲(chǔ)器,是構(gòu)成當(dāng)前大容量固態(tài)存儲(chǔ)器發(fā)展的核心元器件。然而,當(dāng)前,商業(yè)閃存內(nèi)硅基浮柵存儲(chǔ)器件所需的擦寫(xiě)時(shí)間約10μs-1ms范圍,遠(yuǎn)低于計(jì)算單元CPU的數(shù)據(jù)處理速度(~ns) ,而其循環(huán)耐久性約為105次,也難以滿足頻繁的數(shù)據(jù)交互。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)吞吐量的爆發(fā)式增長(zhǎng),突破傳統(tǒng)浮柵晶體管擦寫(xiě)速度、耐久性等瓶頸,發(fā)展一種可兼顧高速、耐久特性的存儲(chǔ)技術(shù)勢(shì)在必行。
二維材料具有原子級(jí)厚度和無(wú)懸掛鍵表面,在器件集成時(shí)可有效避免窄溝道效應(yīng)和界面態(tài)釘扎等問(wèn)題,是實(shí)現(xiàn)高密度集成、高性能閃存器件的理想材料。然而,此前研究中,其數(shù)據(jù)擦寫(xiě)速度多異常緩慢,鮮有器件可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和高循環(huán)耐久性。針對(duì)這一挑戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)提出了一種具有邊緣接觸特征的新型二維浮柵晶體管器件,如圖2所示,利用MoS2材料內(nèi)獨(dú)特的1T/2H金屬-絕緣體相變工程在傳統(tǒng)二維浮柵晶體管器件內(nèi)引入邊緣接觸實(shí)現(xiàn)了擦寫(xiě)速度在10-100ns、循環(huán)耐久性超過(guò)3×106次的高性能存儲(chǔ)器件。
研究中,團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)Li+插層手段,對(duì)傳統(tǒng)金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)域內(nèi)MoS2進(jìn)行相轉(zhuǎn)變,使其由半導(dǎo)體相(2H)向金屬相(1T)轉(zhuǎn)變,使器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸類(lèi)型由傳統(tǒng)的3D/2D面接觸過(guò)渡為具有原子級(jí)銳利界面的2D/2D型邊緣接觸。團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期的研究中發(fā)現(xiàn),這種接觸模式可有效避免接觸勢(shì)壘釘扎,從而有利于晶體管內(nèi)通過(guò)金-半接觸產(chǎn)生熱電子注入,促進(jìn)浮柵晶體管內(nèi)電荷擦寫(xiě)效率的提升,在7-15V較低的工作電壓和超短的脈沖下完成浮柵電荷的擦寫(xiě),保證器件的循環(huán)耐久性。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)面接觸電極與新型邊緣接觸,該研究說(shuō)明了優(yōu)化制備二維浮柵存儲(chǔ)器件內(nèi)金屬-半導(dǎo)體接觸界面對(duì)改善其擦寫(xiě)速度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵性能的重要作用。
與現(xiàn)有商業(yè)閃存器件性能對(duì)比,研究所制備的二維浮柵晶體管在擦寫(xiě)速度、循環(huán)壽命方面均有了大幅度提升,展現(xiàn)出優(yōu)越的存儲(chǔ)性能。而作為一種適用于二維半導(dǎo)體器件的獨(dú)特接觸模式,新型邊緣接觸模式可有效避免接觸電極尺寸效應(yīng),有利于接下來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)其高密度集成,發(fā)展高性能、高密度大容量存儲(chǔ)器件提供新的思路。
邊緣接觸式二維浮柵存儲(chǔ)器的表征及其操作性能。
華中科技大學(xué)為該論文第一完成單位,材料學(xué)院博士研究生余軍和碩士研究生王晗為論文共同第一作者,翟天佑教授、馬穎教授和諸葛福偉副教授為通訊作者,集成電路學(xué)院繆向水教授和何毓輝教授等共同參與該項(xiàng)研究工作。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(21825103、U21A2069)及科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFA1200500)等項(xiàng)目的資助。
- 原標(biāo)題:我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在二維高性能浮柵晶體管存儲(chǔ)器方面取得重要進(jìn)展
- 責(zé)任編輯: 范維 
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