專利名稱：一種基于多能級(jí)雜質(zhì)改變半導(dǎo)體摻雜特性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，尤其涉及一種關(guān)于通過(guò)控制半導(dǎo)體中含有的多能級(jí)雜質(zhì)在各能級(jí)間轉(zhuǎn)換以改變半導(dǎo)體摻雜特性的存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在信息化社會(huì)中扮演的角色日益突出，從移動(dòng)電話、個(gè)人電腦到各種移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、音樂(lè)播放器，存儲(chǔ)器的身影幾乎無(wú)處不在。在信息技術(shù)水平不斷提高的潮流趨勢(shì)下，人們對(duì)存儲(chǔ)器的要求也在不斷提高，包括高存儲(chǔ)密度、低成本、快速存儲(chǔ)等等都需要得到很好的滿足。市場(chǎng)上現(xiàn)有的存儲(chǔ)器主要包括DRAM、SRAM、FLASH等，前兩者屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器， 不利于存儲(chǔ)的廣泛應(yīng)用，而FLASH則存在讀寫(xiě)速度慢、破壞性寫(xiě)入、低存儲(chǔ)密度等缺點(diǎn)，不利于進(jìn)一步的應(yīng)用。這使得存儲(chǔ)器研究在開(kāi)發(fā)新存儲(chǔ)機(jī)制、運(yùn)用新材料方面需要有所突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型機(jī)制的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其具體的結(jié)構(gòu)如下在相鄰接的摻雜類型依次為N型(101區(qū))、P型(102區(qū))、N(103區(qū))型的半導(dǎo)體中，在兩個(gè)N型區(qū)的其中一個(gè)(只能是一個(gè)，這里我們以101區(qū)為例)摻入可以控制能級(jí)狀態(tài)的多能級(jí)雜質(zhì)(該雜質(zhì)必須同時(shí)具有可控的施主能級(jí)和受主能級(jí))，也可以是僅在P型區(qū) (102區(qū))內(nèi)含有可以控制能級(jí)狀態(tài)的多能級(jí)雜質(zhì)。相鄰接的摻雜類型也可依次為P型(201區(qū))、N型Q02區(qū))、PQ03區(qū))型的半導(dǎo)體中，在兩個(gè)P型區(qū)的其中一個(gè)(只能是一個(gè)，這里我們以201區(qū)為例)摻入可以控制能級(jí)狀態(tài)的多能級(jí)雜質(zhì)(該雜質(zhì)必須同時(shí)具有可控的施主能級(jí)和受主能級(jí))，也可以是僅在N 型區(qū)Q02區(qū))內(nèi)含有可以控制能級(jí)狀態(tài)的多能級(jí)雜質(zhì)。存儲(chǔ)器的工作方法如下對(duì)于NPN型多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器，在只有101區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況下，當(dāng)多能級(jí)雜質(zhì)處于多能級(jí)中的施主能級(jí)時(shí)，101區(qū)半導(dǎo)體呈現(xiàn)為較強(qiáng)的N型(N+摻雜)。讀取時(shí) 101區(qū)接較高電壓，103區(qū)接較低電壓或者接地。此時(shí)由于101和102區(qū)之間存在較大的電子勢(shì)壘，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流較小，存儲(chǔ)器呈關(guān)態(tài)。在只有P型區(qū)(102區(qū))含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況下，當(dāng)多能級(jí)雜質(zhì)處于多能級(jí)中的受主能級(jí)時(shí)，102區(qū)半導(dǎo)體呈現(xiàn)為較強(qiáng)的P型(P+ 摻雜)。讀取時(shí)101區(qū)接較高電壓，103區(qū)接較低電壓或者接地。由于101和102區(qū)之間存在較大的電子勢(shì)壘，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流較小，存儲(chǔ)器呈關(guān)態(tài)。控制多能級(jí)雜質(zhì)，使其由較高的施主能級(jí)跳變到受主能級(jí)(對(duì)應(yīng)于僅在101區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)或由受主能級(jí)跳變到施主能級(jí)(對(duì)應(yīng)于僅在102區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)時(shí)，101區(qū)半導(dǎo)體會(huì)由N+型轉(zhuǎn)換為P型或N-型(對(duì)應(yīng)于僅在101區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)，或者102區(qū)半導(dǎo)體由P+型轉(zhuǎn)換為P-型或N型(對(duì)應(yīng)于僅在102區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)，這時(shí)101和102區(qū)之間存在電子勢(shì)壘被消除或者減弱。讀取時(shí)101區(qū)接較高電壓，103區(qū)接較低電壓或者接地。此時(shí)由于101和102區(qū)之間的電子勢(shì)壘已被消除或較小，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流增大，存儲(chǔ)器呈開(kāi)態(tài)。對(duì)于PNP型多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器，當(dāng)在只有201區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況下，當(dāng)多能級(jí)雜質(zhì)處于多能級(jí)中的受主能級(jí)時(shí)，201區(qū)半導(dǎo)體呈現(xiàn)為較強(qiáng)的P型(P+摻雜)。讀取時(shí)201區(qū)接較低電壓或者接地，203區(qū)接較高電壓。此時(shí)由于201和202區(qū)之間存在較大的空穴勢(shì)壘，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流較小，存儲(chǔ)器呈關(guān)態(tài)。在只有N型區(qū)O02區(qū))含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況下，當(dāng)多能級(jí)雜質(zhì)處于多能級(jí)中的施主能級(jí)時(shí)，202區(qū)半導(dǎo)體呈現(xiàn)為較強(qiáng)的N型 (N+摻雜)。讀取時(shí)201區(qū)接較低電壓或者接地，203區(qū)接較高電壓。由于201和202區(qū)之間存在較大的空穴勢(shì)壘，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流較小，存儲(chǔ)器呈關(guān)態(tài)。控制多能級(jí)雜質(zhì)，使其由受主能級(jí)跳變到施主能級(jí)(對(duì)應(yīng)于僅在201區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)或由施主能級(jí)跳變到受主能級(jí)(對(duì)應(yīng)于僅在202區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)時(shí)，201區(qū)半導(dǎo)體會(huì)由P+型轉(zhuǎn)換為N型或P-型(對(duì)應(yīng)于僅在201區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)，或者202區(qū)半導(dǎo)體由N+型轉(zhuǎn)換為N-型或P型(對(duì)應(yīng)于僅在202區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的情況)，這時(shí)201和202區(qū)之間存在空穴勢(shì)壘被消除或者減弱。讀取時(shí)201區(qū)接較低電壓或者接地，203區(qū)接較高電壓。此時(shí)由于201和202區(qū)之間的空穴勢(shì)壘已被消除或較小，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流增大，存儲(chǔ)器呈開(kāi)態(tài)。


圖1是NPN型多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器的示意圖。圖2是PNP型多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器的示意圖。圖1和圖2僅表示各個(gè)區(qū)域的相對(duì)位置，，并不代表具體的器件結(jié)構(gòu)，各種變化的結(jié)構(gòu)均屬于本專利的保護(hù)范圍。圖3是處于關(guān)態(tài)時(shí)的多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器示意圖。圖4是處于關(guān)態(tài)時(shí)的多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器的能帶示意圖。圖5是處于開(kāi)態(tài)時(shí)的多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器示意圖。圖6是處于關(guān)態(tài)時(shí)的多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器的能帶示意圖。
具體實(shí)施例方式下邊結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，具體給出僅在101區(qū)含有多能級(jí)雜質(zhì)的NPN型阻變存儲(chǔ)器的工作方式，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)，以半導(dǎo)體鍺為例，101、103區(qū)的半導(dǎo)體內(nèi)摻入施主型雜質(zhì) (如磷)，102區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體摻入受主型雜質(zhì)(如硼)，101區(qū)內(nèi)含有可以控制能級(jí)狀態(tài)的多能級(jí)雜質(zhì)(以摻雜金為例)，使得器件構(gòu)成NPN型多能級(jí)雜質(zhì)阻變存儲(chǔ)器。通常多能級(jí)雜質(zhì)金在鍺中產(chǎn)生4個(gè)能級(jí)，Ed是施主能級(jí)，Eai,Ea2和Ea3是受主能級(jí)?？刂贫嗄芗?jí)雜質(zhì)金使其處于施主能級(jí)&狀態(tài)時(shí)，101區(qū)呈現(xiàn)N+摻雜，如圖3所示。由圖4的能帶圖可見(jiàn)101區(qū)與 102區(qū)之間存在較大的電子勢(shì)壘。當(dāng)外加電壓進(jìn)行讀取時(shí)(101區(qū)接較高電壓，103區(qū)接較低電壓或者接地)，由于電子勢(shì)壘的作用，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流將會(huì)較小，存儲(chǔ)器處于關(guān)態(tài)。
控制多能級(jí)雜質(zhì)金使其處于受主能級(jí)EA1、EA2或Ea3時(shí)，101區(qū)呈現(xiàn)P摻雜或者N-摻雜，如圖5所示。由圖6的能帶圖可見(jiàn)101區(qū)與102區(qū)之間的電子勢(shì)壘將會(huì)相應(yīng)的消除(圖
46(a))或者減弱(圖6(b))。當(dāng)外加電壓進(jìn)行讀取時(shí)(101區(qū)接較高電壓，103區(qū)接較低電壓或者接地)，由于電子勢(shì)壘的已經(jīng)被消除或者減弱，流經(jīng)半導(dǎo)體的電流將會(huì)較大，存儲(chǔ)器處于開(kāi)態(tài)。上例中多能及雜質(zhì)的摻雜量應(yīng)滿足在其最大程度的呈現(xiàn)為受主雜質(zhì)狀態(tài)時(shí)，雜志補(bǔ)償作用能夠明顯降低或者消除101區(qū)與102區(qū)之間的電子勢(shì)壘。對(duì)于其他三種存儲(chǔ)器具體實(shí)例，雜志類型及濃度要求與上例相同。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，包括一個(gè)N-P-N型或P-N-P-型半導(dǎo)體，其特征在于，在N-P-N型半導(dǎo)體中的一個(gè)N型摻雜區(qū)或者P型摻雜區(qū)中摻入多能級(jí)雜質(zhì)，或在P-N-P-型半導(dǎo)體中的一個(gè)P型摻雜區(qū)或者N型摻雜區(qū)中摻入多能級(jí)雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其特征在于，在相應(yīng)的N型摻雜區(qū)或者P型摻雜區(qū)中摻雜多能及雜質(zhì)，摻雜量應(yīng)滿足當(dāng)多能及雜質(zhì)在施主能級(jí)和受主能級(jí)間轉(zhuǎn)換時(shí)，能夠明顯降低含多能及雜質(zhì)區(qū)與其鄰近區(qū)域的電子或者空穴勢(shì)壘。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其特征在于，N-P-N型或P-N-P-型半導(dǎo)體中，在非多能級(jí)雜質(zhì)的N型摻雜區(qū)或者P型摻雜區(qū)的摻雜濃度在IO15 102°cm_3之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括一個(gè)N-P-N型或P-N-P-型半導(dǎo)體，其中，在N-P-N型半導(dǎo)體中的一個(gè)N型摻雜區(qū)或者P型摻雜區(qū)中摻入多能級(jí)雜質(zhì)，或在P-N-P-型半導(dǎo)體中的一個(gè)P型摻雜區(qū)或者N型摻雜區(qū)中摻入多能級(jí)雜質(zhì)。本發(fā)明通過(guò)控制多能級(jí)雜質(zhì)，使其在施主能級(jí)和受主能級(jí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，通過(guò)鄰近區(qū)域間勢(shì)壘的改變實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器關(guān)態(tài)或開(kāi)態(tài)。
文檔編號(hào)G11C11/34GK102169891SQ201110005329
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者唐昱, 楊庚雨, 鄒積彬, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)