本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人工智能發(fā)展，以及大數(shù)據(jù)時代信息量的爆炸式增長，對信息量存儲的空間以及存儲速度的要求越來越高。目前的計算機(jī)均是基于傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)，但傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)的存儲單元與計算單元分離，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過程中在時間上產(chǎn)生延遲并增加功耗。將執(zhí)行邏輯操作的存儲單元和保存數(shù)據(jù)的存儲單元結(jié)合，可以作為新型存算一體化芯片以超越傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)。

2、二維層狀材料厚度薄，表面平坦，電學(xué)性能優(yōu)異。將性質(zhì)不同的二維材料堆疊構(gòu)建二維異質(zhì)結(jié)，構(gòu)建后的二維異質(zhì)結(jié)可用于浮柵存儲器件中。傳統(tǒng)半導(dǎo)體浮柵存儲器在尺寸微縮至極限時，會產(chǎn)生性能衰退，漏電嚴(yán)重等問題。二維材料異質(zhì)結(jié)浮柵存儲器相較于傳統(tǒng)半導(dǎo)體浮柵存儲器，尺寸小，存儲成本較低，存儲密度大，擁有一定的存儲窗口、高的開關(guān)比、較快的擦寫速度和讀取速度、優(yōu)異的電荷保持性和耐久性。

3、現(xiàn)有的二維材料異質(zhì)結(jié)浮柵存儲器采用重?fù)诫s硅襯底作為控制柵，sio2或者高k介質(zhì)作為控制柵介質(zhì)層，石墨烯作為浮柵層，六方氮化硼(h-bn)作為隧穿層，過渡金屬硫化物作為溝道層。然而，現(xiàn)有的二維材料異質(zhì)結(jié)浮柵存儲器雖然可以實現(xiàn)存儲功能，但不能在同一器件架構(gòu)下實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的是提供一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件及其制備方法，解決了現(xiàn)有的二維材料異質(zhì)結(jié)浮柵存儲器不能在同一器件架構(gòu)下實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件，包括從下到上依次設(shè)置的半導(dǎo)體襯底、絕緣介質(zhì)層、第一二維材料絕緣介質(zhì)層、第一二維材料隧穿層、第二二維材料隧穿層、第三二維材料隧穿層和第二二維材料絕緣介質(zhì)層；

4、絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個金屬輸入電極的下板，第一二維材料絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個預(yù)設(shè)二維材料浮柵層；

5、第一二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個預(yù)設(shè)二維材料溝道層、第一二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層和多個預(yù)設(shè)金屬輸出電極，且多個預(yù)設(shè)二維材料溝道層和第一二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層相接觸；

6、第二二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個目標(biāo)二維材料溝道層、第二二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層和多個目標(biāo)金屬輸出電極，且多個目標(biāo)二維材料溝道層和第二二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層相接觸；

7、第三二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個目標(biāo)二維材料浮柵層；第二二維材料絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個金屬輸入電極的上板；多個金屬輸入電極的上板與多個金屬輸入電極的下板用飛線連接。

8、本發(fā)明第二方面提供一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件的制備方法，包括：

9、選取半導(dǎo)體襯底，并利用濕式化學(xué)清洗法對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗，半導(dǎo)體襯底為具有摻雜的襯底；

10、在清洗后的半導(dǎo)體襯底的表面生長絕緣介質(zhì)層；

11、在絕緣介質(zhì)層的表面進(jìn)行刻蝕，并制備多個金屬輸入電極的下板；

12、在多個金屬輸入電極的下板的表面，生長第一二維材料絕緣介質(zhì)層；

13、在第一二維材料絕緣介質(zhì)層的表面的第一預(yù)設(shè)區(qū)域行刻蝕，得到第一圖案，并在刻蝕后的第一二維材料絕緣介質(zhì)層的表面，生長多個預(yù)設(shè)二維材料浮柵層；

14、在刻蝕后的第一二維材料絕緣介質(zhì)層的表面，生長第一二維材料隧穿層；

15、在第一二維材料隧穿層的表面的第二預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第二圖案，并在刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面，生長多個預(yù)設(shè)二維材料溝道層；

16、對刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面的第三預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第三圖案，并在新刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面，生長第一二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層；

17、對新刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面的第四預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第四圖案，并在最新刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面，制備多個預(yù)設(shè)金屬輸出電極，第二預(yù)設(shè)區(qū)域、第三預(yù)設(shè)區(qū)域和第四預(yù)設(shè)區(qū)域均不相同；

18、在最新刻蝕后的第一二維材料隧穿層的表面，生長第二二維材料隧穿層；

19、在第二二維材料隧穿層的表面的第五預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第五圖案，并在刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面，生長多個目標(biāo)二維材料溝道層；

20、對刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面的第六預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第六圖案，并在新刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面，生長第二二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層；

21、在新刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面的第七預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第七圖案，并在最新刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面，制備多個目標(biāo)金屬輸出電極，第五預(yù)設(shè)區(qū)域、第六預(yù)設(shè)區(qū)域和第七預(yù)設(shè)區(qū)域均不相同；

22、在最新刻蝕后的第二二維材料隧穿層的表面，生長第三二維材料隧穿層；

23、在第三二維材料隧穿層的表面的第八預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行刻蝕，得到第八圖案，并在刻蝕后的第三二維材料隧穿層的表面，生長多個目標(biāo)二維材料浮柵層；

24、在刻蝕后的第三二維材料隧穿層的表面，生長第二二維材料絕緣介質(zhì)層；

25、在第二二維材料絕緣介質(zhì)層的表面進(jìn)行刻蝕，并制備多個金屬輸入電極的上板，并利用飛線，將多個金屬輸入電極的上板與多個金屬輸入電極的下板進(jìn)行連接。

26、本發(fā)明第三方面提供一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件的電調(diào)控方法，基于具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件實現(xiàn)，包括：

27、在多個預(yù)設(shè)金屬輸出電極和多個目標(biāo)金屬輸出電極中，選擇任意一個或兩個金屬輸出電極作為源電極，并選擇除源電極外的任意一個或兩個金屬輸出電極作為漏電極；

28、將源電極和漏電極作為目標(biāo)金屬輸出電極；

29、在多個金屬輸入電極中的第一金屬輸入電極和第二金屬輸入電極上輸入正電壓作為輸入電平值1，或者在第一金屬輸入電極和第二金屬輸入電極上輸入負(fù)電壓作為輸入電平值0；

30、將目標(biāo)金屬輸出電極中的源電極接地，以及將漏電極接正電壓，并對源電極和漏電極之間的電流進(jìn)行測量，得到兩種電流值；

31、確定兩種電流值中的最小電流值和最大電流值，并將最小電流值作為輸出電平值0，將最大電流值作為輸出電平值1，以實現(xiàn)目標(biāo)邏輯功能的電調(diào)控。

32、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件及其制備方法，具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件包括從下到上依次設(shè)置的半導(dǎo)體襯底、絕緣介質(zhì)層、第一二維材料絕緣介質(zhì)層、第一二維材料隧穿層、第二二維材料隧穿層、第三二維材料隧穿層和第二二維材料絕緣介質(zhì)層；絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個金屬輸入電極的下板，第一二維材料絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個預(yù)設(shè)二維材料浮柵層；第一二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個預(yù)設(shè)二維材料溝道層、第一二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層和多個預(yù)設(shè)金屬輸出電極，且多個預(yù)設(shè)二維材料溝道層和第一二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層相接觸；第二二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個目標(biāo)二維材料溝道層、第二二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層和多個目標(biāo)金屬輸出電極，且多個目標(biāo)二維材料溝道層和第二二維材料導(dǎo)電介質(zhì)層相接觸；第三二維材料隧穿層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個目標(biāo)二維材料浮柵層；第二二維材料絕緣介質(zhì)層的頂層區(qū)域設(shè)置有多個金屬輸入電極的上板；多個金屬輸入電極的上板與多個金屬輸入電極的下板用飛線連接。這樣，連接后的多個金屬輸入電極的上板與多個金屬輸入電極的下板，可以作為電調(diào)制的不同輸入，使得具有可重構(gòu)功能的二維異質(zhì)結(jié)浮柵器件可以實現(xiàn)存儲器功能，還可以在同一器件架構(gòu)下實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能。