一种半导体结构以及制备方法、阻变存储器以及阻变存储器阵列

技术领域

本发明涉及纳米器件技术领域，尤其涉及一种半导体器件以及制备方法、阻变存储器以及阻变存储器阵列。

背景技术

目前，随着人工智能时代的推进，基于半导体结构的纳米级器件在实现新型存储及神经形态计算等方面表现出了的巨大潜力。半导体结构的性能在很大程度上取决于开关阻变层的性质和质量，因此，在原子尺度上精确控制阻变层的厚度和成分是实现存储稳定性和可控性的最佳方法之一，更重要的是，超薄的阻变层有利于实现更高的集成度、更高的存储密度和更低的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一半导体结构以及制备方法、阻变存储器以及阻变存储器阵列，用于提供一种具有更薄阻变层的半导体结构。

第一方面，本发明提供一种半导体结构，包括：基底、阻变层以及电极结构。所述阻变层形成在所述基底上，所述电极结构至少形成在所述阻变层上。其中，所述阻变层包括氧化层，所述阻变层的厚度小于或等于目标数值，所述介质层为采用等离子体浸没式离子注入向纳米片注入氧等离子体形成。

与现有技术相比，本发明提供的阻变层的厚度小于或等于目标数值，也就是说形成阻变层的纳米片的厚度小于或等于目标数值。当采用超薄纳米片制备的半导体结构时，可以实现半导体结构更高密度的集成。且当该半导体结构用在阻变存储器中时，可以实现阻变存储器更高的存储密度，以及更低的成本，因此，本发明可以提供一种更高密度集成的半导体结构，以及更高存储密度和更低成本的阻变存储器。

本发明可提供一种厚度较小的阻变层，在利用该介质层作为阻变存储器的开关阻变层时，可以提高阻变存储器的阻变稳定性和可控性。

第二方面，本发明还提供了一种阻变存储器，包括上述半导体结构。

第三方面，本发明还提供了一种阻变存储器阵列，包括多个阻变存储器，所述多个阻变存储器阵列排布。

第四方面，本发明还提供了一种半导体结构的制备方法，包括以下步骤：

提供第一基底和第二基底；

在所述第二基底上形成纳米片；

将所述纳米片与所述第二基底剥离，并将所述纳米片转移到所述第一基底上；

对所述纳米片进行氧等离子体注入，得到阻变层，所述阻变层包括进行氧等离子体注入形成的氧化层；其中，所述阻变层的厚度小于或等于目标数值；

所述半导体结构的制备方法还包括：至少在所述阻变层上形成电极结构。

与现有技术相比，本发明第二方面、第三方面以及第四方面的有益效果与上述第一方面提供的半导体结构的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种半导体结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种半导体结构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种半导体结构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种半导体结构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种阻变存储器阵列的结构示意图；

图6-图11为本发明实施例提供的半导体结构制备过程中各个阶段的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种半导体结构的理想的电流电压曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，随着人工智能时代的推进，基于半导体结构的纳米级器件在实现新型存储及神经形态计算等方面表现出了的巨大潜力。半导体结构的性能在很大程度上取决于开关阻变层的性质和质量，因此，在原子尺度上精确控制阻变层的厚度和成分是实现存储稳定性和可控性的最佳方法之一，更重要的是，超薄的阻变层有利于实现更高的集成度、更高的存储密度和更低的成本。

基于此，第一方面，本发明实施例提供了一种半导体结构，所述半导体结构包括：基底、阻变层以及电极结构。所述阻变层形成在所述基底上，所述电极结构至少形成在所述阻变层上。其中，所述阻变层包括氧化层，所述阻变层的厚度小于或等于目标数值。

基于此，本发明实施例提供的阻变层的厚度小于或等于目标数值，也就是说形成阻变层的纳米片的厚度小于或等于目标数值。当采用超薄纳米片制备的半导体结构时，可以实现半导体结构更高密度的集成。且当该半导体结构用在阻变存储器中时，可以实现阻变存储器更高的存储密度，以及更低的成本，因此，本发明实施例可以提供一种更高密度集成的半导体结构，以及更高存储密度和更低成本的阻变存储器。

本发明实施例提供的阻变层的厚度小于目标数值，因此，本发明可提供一种厚度较小的阻变层，在利用该阻变层作为阻变存储器的开关阻变层时，可以提高阻变存储器的阻变稳定性和可控性。

进一步的，本发明实施例中的阻变层中的氧化层为采用等离子体浸没式离子注入向纳米片注入氧等离子体形成。

应理解，相对于现有技术中使用常规束线等离子体注入的等离子体，等离子体浸没式离子注入的离子能量相对更低，当采用等离子体浸没式离子注入向纳米片注入氧等离子体时，基本不会对纳米片产生损害，且利用等离子体浸没式离子注入时，可通过精细的调控注入氧等离子体的功率、时间、能量等参数来调控阻变层中氧化层的厚度和成分等，从而实现高性能、可控型半导体结构。

具体的，本发明实施例提供的半导体结构中的阻变层中的氧化层为采用等离子体浸没式离子注入向纳米片注入氧等离子体形成，相对于现有技术中采用束线型离子注入，可以大幅度减少对纳米片的损伤。具体为：现有技术中的束线型离子注入方法是指，离子经过等离子体源的加速后赋予离子能量，直接对纳米片进行轰击处理。在具体的过程中，若采用大的离子能量，对纳米片损伤严重，不利于超浅结的注入；若采用低离子能量，束流发散严重并且可控性的有限，无法达到预期的注入深度和浓度要求。而本发明实施例采用等离子体浸没式离子注入，等离子体浸没式离子注入为等离子体源以不同的功率形成不同密度的等离子体，等离子体浸没纳米片形成鞘层，在纳米片承载台上的施加脉冲电压赋予等离子体能量，实现对纳米片的离子注入。本发明实施例可通过精准的控制离子注入的功率、时间、能量等参数来对半导体结构的介质层的离子注入深度和氧浓度进行调整。避免了束线型离子注入中，离子束对样品的直接轰击，降低了对纳米片的损伤，更适用于超薄材料的超浅结注入。

且本发明在利用等离子体浸没式离子注入向阻变层注入氧等离子体时，且利用等离子体浸没式离子注入时,可通过精细的调控注入氧等离子体的功率、时间、能量等参数来调控阻变层中氧化层的厚度和成分等,从而实现高性能、可控型半导体结构。

在一种可能的实现方式中，参照图1，本发明实施例公开了一种半导体结构的结构示意图，该半导体结构包括基底10、阻变层20以及电极结构30。该电极结构包括第一电极301和第二电极302。其中，第一电极301形成在基底10上，阻变层20形成在第一电极301上。第二电极302形成在阻变层20上。

应理解，第一电极和第二电极均为导电电极，采用金属导电材料或其他导电材料制备，具体的，第一电极301的材质和第二电极302的材质均为钨，钛，铝，铜，铝铜合金，铂，金，银，铁，铬，镍，钽，氮化钛，氮化钽，石墨，氧化铟锡中的一种或多种，本发明实施例对此不作具体的限定。

应再理解，在同一半导体结构中，上述第一电极和第二电极的材质可以相同，也可以不同。本发明实施例对此不作具体的限定。

例如，上述第一电极的材质为铝，上述第二电极的材质为铜。

又例如，上述第一电极的材质为铬，上述第二电极的材质为石墨。

再例如，上述第一电极的材质为铝铜合金，上述第二电极的材质为铁。

根据实际的器件结构以及器件参数需求，可设置上述第一电极和第二电极的厚度范围均为5nm-100nm。可以理解，在同一半导体结构中，上述第一电极和第二电极的厚度可以相同，也可以不同。本发明实施例对此不作具体的限定。

例如，上述第一电极的的厚度为15nm，上述第二电极的厚度为23nm。

又例如，上述第一电极的厚度为30nm，上述第二电极的厚度为45nm。

再例如，上述第一电极的厚度为65nm，上述第二电极的厚度为35nm。

在另一种可能的实现方式中，参照图2，上述电极结构包括第三电极303和第四电极304，所述第三电极303形成在所述阻变层的第一区域，所述第四电极304形成在所述阻变层的第二区域；其中，所述第一区域和第二区域电性隔离。

应理解，为了保证第三电极和第四电极之间的电绝缘性，需要设置第一区域和第二区域电性隔离。

第一电极和第二电极均为导电电极，采用金属导电材料或其他导电材料制备，具体的，第一电极301的材质和第二电极302的材质均为钨，钛，铝，铜，铝铜合金，铂，金，银，铁，铬，镍，钽，氮化钛，氮化钽，石墨，氧化铟锡中的一种或多种，本发明实施例对此不作具体的限定。

应再理解，在同一半导体结构中，上述第三电极和第四电极的材质可以相同，也可以不同。本发明实施例对此不作具体的限定。

例如，上述第三电极的材质为铝，上述第四电极的材质为铂。

又例如，上述第三电极的材质为铬，上述第四电极的材质为钽。

再例如，上述第三电极的材质为氮化钛，上述第四电极的材质为氮化钽。

根据实际的器件结构以及器件参数需求，可设置上述第三电极和第四电极的厚度范围均为5nm-100nm。可以理解，在同一半导体结构中，上述第三电极和第四电极的厚度可以相同，也可以不同。本发明实施例对此不作具体的限定。

例如，上述第三电极的厚度为30nm，上述第四电极的厚度为15nm。

又例如，上述第三电极的厚度为45nm，上述第四电极的厚度为65nm。

再例如，上述第三电极的厚度为35nm，上述第四电极的厚度为25nm。

在实际的应用中，为了保证氧等离子体注入纳米片的注入参数满足期望，本发明实施例中的等离子体浸没式离子注入对样品台所施加的脉冲电压范围为10V-10KV，脉冲频率为50-200Hz，等离子体源的功率为10W-1500W；氧等离子体的注入时间为10s-600s，氧气气流为10Sccm-150Sccm。

在实际中，在保证对样品台施加的脉冲频率以及氧气气流不变的情况下，当等离子体源的功率越大，且氧等离子体的注入时间越长时，纳米片中掺杂的氧离子深度越深、氧离子浓度越高。在本发明实施例中，可根据具体的需求设定样品台的脉冲电压、脉冲频率，等离子体源的功率，以及氧气气流和等离子体的注入时间。

作为一种实现方式，参照图1，其中阻变层20中的201为掺杂了氧离子后形成的氧化层，202为阻变层20中未掺杂氧离子的部分。在形成图1中的氧化层201时，使用的等离子体源的功率为100W、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、等离子体的注入时间为60s、氧气气流为50Sccm。

参照图3，其中阻变层20中的201为掺杂了氧离子后形成的氧化层，202为阻变层20中未掺杂氧离子的部分。在形成图3中的阻变层时，使用的等离子体源的功率为10W、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、等离子体的注入时间为30s、氧气气流为50Sccm。

参照图4，其中阻变层20中的201为掺杂了氧离子后形成得氧化层，202为阻变层20中未掺杂氧离子的部分。在形成图1中的阻变层时，使用的等离子体源的功率为100W、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、等离子体的注入时间为180s、氧气气流为50Sccm。

参照图1、图3和图4，可以看出，当其他参数相同的情况下，等离子体源的功率越大，等离子体的注入时间越长，则阻变层20中掺杂了氧离子的部分201的深度越深。

在本发明实施例中，上述阻变层的材质可以为石墨烯，氮化硼，硫化铋，硒化铋，硫化钼，硒化钼，硫化钨，硒化钨，硫化铟，硒化铟，硫化锡，硒化锡中的一种。

例如，上述阻变层的材质为硒化铋。

又例如，上述阻变层的材质为硫化铟。

再例如，上述阻变层的材质为氮化硼。

根据实际的器件结构以及器件参数需求，上述目标数值为100nm，进一步的，可设置上述阻变层1nm-100nm。

例如，上述阻变层的厚度为10nm。

又例如，上述阻变层的厚度为30nm。

再例如，上述阻变层的厚度为50nm。

在本发明实施例中，氧化层厚度范围为1-50nm，应理解，可根据实际的器件结构以及器件参数需求具体设定氧化层的厚度，需要注意的是，氧化层为阻变层的一部分，因此，氧化层的厚度小于阻变层的厚度。

例如，当上述阻变层的厚度为10nm时，上述氧化层的厚度为2nm。

又例如，当上述阻变层的厚度为30nm时，上述氧化层的厚度为10nm。

再例如，当上述阻变层的厚度为50nm时，上述氧化层的厚度为15nm。

本发明实施例中提供的基底可以为绝缘基底，绝缘基底的材质可以为氯化钠，云母，氧化硅，氧化铪，氮化硼中的一种。

例如，上述基底的材质为氯化钠。

再例如：上述基底的材质为氧化硅。

可以理解，为了实现能够在基底上制作半导体结构，上述基底的厚度大于或等于100nm。

例如，上述基底的厚度为200nm。

再例如，上述基底的厚度为350nm。

应理解，在本发明实施例中，采用经过等离子体注入的纳米片作为阻变层，使半导体结构具有工艺简单、器件性能可控性强的优点。

且本发明实施例提供的存储器具有结构简单、成本低、性能优异、易集成的优点。

最后，本发明实施例通过超低能等离子体浸没式离子注入，实现纳米级超浅结注入，适用于纳米片的存储性能的调控，有利于大规模集成和高密度存储。

第二方面，本发明实施例还公开了一种阻变存储器，该阻变存储器包括上述半导体结构。

在实际中，应理解，上述阻变存储器还应该包括其他结构，本发明实施例对此不做具体的限定。

例如，当上述阻变存储器为1T1R结构时，阻变存储器还包括晶体管，该晶体管与上述半导体结构电连接。

又例如，当上述阻变存储器为1S1R结构时，阻变存储器还包括非线性电阻，该非线性电阻与上述半导体结构电连接。

再例如，当上述阻变存储器为1D1R结构时，阻变存储器还包括二级管，该二级管与上述半导体结构电连接。

第三方面，本发明实施例还公开了一种阻变存储器阵列。参照图5，阻变存储器阵列包括多个阻变存储器1，且该多个阻变存储器1阵列排布。

上述阻变存储器阵列的制备方法包括：在第一绝缘基底上进行光刻、显影并制备第一阵列导电电极；

在第二绝缘基底上制备纳米片；

在带有纳米片的第二绝缘基底上旋涂有机物形成薄膜，加热烘干；

将带有纳米片的有机物撕下转移至第一绝缘基底上，其中纳米片放置于第一阵列导电电极之上；

将带有纳米片的第一绝缘基底放入腔室，将氧等离子体注入纳米片；

在氧等离子体注入后的阻变层上进行光刻、显影并通过反应离子刻蚀制备阵列阻变层；

在阵列阻变层上制备第二电极，得到阻变存储器阵列。

上述方案中，所述绝缘基底为氯化钠、云母、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硼中的一种。

上述方案中，所述第一导电电极的材料为金属性导电材料，包括钨，钛，铝，铜，铝铜合金，铂，金，银，铁，铬，镍，钽，氮化钛，氮化钽，石墨，氧化铟锡中的一种或多种；所述导电电极厚度为5至100纳米；所述制备第一导电电极的方法为蒸发、溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积中的一种。

上述方案中，所述纳米片采用的材料为石墨烯、氮化硼、硫化铋，硒化铋，硫化钼，硒化钼，硫化钨，硒化钨，硫化铟，硒化铟，硫化锡，硒化锡中的一种，所述纳米片的厚度为1至100纳米；所述纳米片纳米片为三角形、四边形、六边形中的一种，直径或边长为1微米至100微米；所述形成纳米片的方法为化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、分子束外延中的一种。

上述方案中，所述氧等离子体注入采用等离子体浸没式离子注入系统，等离子体源的功率为10W-1500W，注入时间为10s-600s，脉冲电压为10-10KV，脉冲频率为50-200Hz，氧气气流为10-150Sccm。

上述方案中，所述光刻包括电子束曝光、紫外光刻、激光直写中的一种。

上述方案中，所述第二导电电极的材料为金属性导电材料，包括钨，钛，铝，铜，铝铜合金，铂，金，银，铁，铬，镍，钽，氮化钛，氮化钽，石墨，氧化铟锡中的一种或多种；所述导电电极厚度为5至100纳米；所述制备第二导电电极的方法为蒸发、溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积中的一种。

作为一种具体的实施方式，阻变存储器阵列的制备方法包括：在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片为硒化铋纳米片，通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为40纳米，边长为10纳米，生长在第二绝缘基底上；在第二绝缘基底上的阻变层转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA，转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有纳米片的有机物转移至第一绝缘基底上，第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，去除有机物采用丙酮溶液；在功率为100W、输入时间为60s、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的情况下氧等离子体注入硒化铋纳米片；阻变层上进行光刻、显影并通过反应离子刻蚀制备阵列阻变层；通过电子束曝光和蒸发铬、金电极实现厚度分别为5纳米和50纳米电极制备。

第四方面，本发明实施例还提供了一种半导体结构的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供第一基底和第二基底。

参照图6，示出了第一基底的结构示意图。该第一基底为绝缘基底，具体可以为氯化钠、云母、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硼中的一种。为了保证后续工序需求，该第一基底的厚度为100纳米及以上。

在实际中，第二基底与第一基底具有同样的结构，该第二基底为绝缘基底，具体可以为氯化钠、云母、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硼中的一种。

S2、在第二基底上形成纳米片。

参照图7，示出了一种在第二基底40上形成纳米片的结构示意图。

上述纳米片采用的材料可以为石墨烯、氮化硼、硫化铋，硒化铋，硫化钼，硒化钼，硫化钨，硒化钨，硫化铟，硒化铟，硫化锡，硒化锡中的一种。纳米片的厚度可以为1至100纳米。所述纳米片的形状可以为三角形、四边形、六边形中的一种，直径或边长为1微米至100微米。

形成上述纳米片的方法可以为化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、分子束外延中的一种，也可以为其他方法，本发明实施例对此不作限定。

S3、将纳米片与所述第二基底剥离，并将纳米片转移到所述第一基底上。

参照图8，示出了将第一纳米片转移到第一基底上的结构示意图。其中，第一基底10上已形成有第一电极301，在第一电极301上形成纳米片。

应理解，当半导体结构具有的电极为左右电极时，参照图9，其中纳米片直接形成在第一基底10上。

将纳米片与所述第二基底40剥离，并将纳米片转移到所述第一基底上具体可以为：在纳米片背离第二基底40的一侧旋涂有机物，形成有机物薄膜。将纳米片和有机物薄膜从第二基底40上剥离，将纳米片和有机物薄膜转移到第一基底上，并去除有机物薄膜。

其中，上述有机物可以为PMMA(有机玻璃，Polymethyl methacrylate)。采用旋涂的方式在纳米片背离第二基底40的一侧PMMA，以形成PMMA薄膜。将纳米片和有机物薄膜从第二基底40上剥离，将纳米片和有机物薄膜转移到第一基底或第一电极上。并采用丙酮熔液将PMMA薄膜去除，得到形成在第一基底或第一电极上的纳米片。

S4、对所述纳米片进行氧等离子体注入，得到阻变层。其中，所述阻变层包括氧化层，所述阻变层的厚度小于或等于目标数值。

上述对所述纳米片进行氧等离子体注入，得到阻变层包括：采用等离子体浸没式离子注入，对所述纳米片进行氧等离子体注入，得到阻变层。

在实际中，参照图10，将形成在第一电极301上的阻变层20连同第一基底10和第一电极301一起放入等离子体浸没式离子注入腔室中，然后，将氧等离子体注入所述阻变层20中，得到氧化层201。

或，参照图11，将形成在第一基底10上的阻变层20连同第一基底10一起放入等离子体浸没式离子注入腔室中，然后，将氧等离子体注入所述阻变层20中，得到氧化层201。

其中，等离子体浸没式离子注入腔室中对样品台施加的脉冲电压范围为10V-10KV，脉冲频率为50-200Hz，等离子体源的功率为10W-1500W；氧等离子体的注入时间为10s-600s，氧气气流为10Sccm-150Sccm。

所述半导体结构的制备方法还包括：至少在所述阻变层上形成电极结构，得到半导体结构。

作为一种示例，至少在阻变层上形成电极结构可以包括：

在第一基底上形成第一电极；之后在第一电极上形成阻变层，在阻变层上形成第二电极。具体的，可以采用蒸发、溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积中的一种在所述第一基底上形成第一电极。采用蒸发、溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积中的一种在所述阻变层上形成第二电极，得到如图1、或图3或图4的半导体结构。

作为另一种示例，所述至少在所述阻变层上形成电极结构还可以包括：

在所述阻变层的第一区域形成第三电极，在所述阻变层的第二区域形成第四电极，其中，所述第一区域和所述第二区域电性隔离。其中，可以采用蒸发、溅射、原子层沉积、脉冲激光沉积中的一种在所述阻变层的第一区域形成第三电极，在所述阻变层的第二区域形成第四电极，得到如图2的半导体结构。

下面示出几个具体的实施例：

第一个具体实施例，在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片是硒化铋纳米片，在第二绝缘基底上通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为40纳米，边长为5纳米；将在第二绝缘基底上的纳米片转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA(有机玻璃，Polymethyl methacrylate)，旋涂有机物的转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有有机物的纳米片转移至第一绝缘基底上，第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，去除有机物。可以采用丙酮溶液去除PMMA。在功率为100W、注入时间为60s、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片中；通过电子束曝光、蒸发厚度为5纳米的铬和50纳米的金实现电极制备，得到的半导体结构的结构如图1所示。

第二个实施例，在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片是硒化铋纳米片，纳米片通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为40纳米，边长为5纳米，生长在第二绝缘基底上。将在第二绝缘基底上的纳米片转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA，转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有有机物的纳米片转移至第一绝缘基底上，并将第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，采用丙酮溶液去除有机物。在功率为10W、注入时间为30s、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片。最后，通过电子束曝光、蒸发厚度为5纳米的铬和50纳米的金实现电极制备，得到的半导体结构的结构如图3所示。

第三个实施例，在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片是硒化铋纳米片，纳米片通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为40纳米，边长为5纳米，生长在第二绝缘基底上。将在第二绝缘基底上的纳米片转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA，旋涂有机物的转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有有机物的纳米片转移至第一绝缘基底上，将第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，采用丙酮溶液去除有机物。在功率为100W、注入时间为180s、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片。通过电子束曝光、蒸发厚度为5纳米的铬和50纳米的金实现电极制备，得到的半导体结构的结构如图4所示。其中，第一电极301和第二电极302均由5纳米的铬和50纳米的金形成。

第四个实施例，在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片是硒化铋纳米片，通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为10纳米，边长为10纳米，生长在第二绝缘基底上；在第二绝缘基底上的纳米片转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA，转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有有机物的纳米片转移至第一绝缘基底上，第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，采用丙酮溶液去除有机物；在功率为10W、注入时间为30s、脉冲电压为30V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为80Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片；通过电子束曝光、蒸发厚度为5纳米的铬和50纳米的金实现电极制备，得到的半导体结构。

第五个实施例，在第一绝缘基底上制备第一电极；纳米片是石墨烯纳米片，通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为8纳米，边长为20纳米，生长在第二绝缘基底上；在第二绝缘基底上的纳米片转移至第一绝缘基底的第一导电电极上，转移采用的有机物为PMMA，转速和时间为500r/10s、2000r/60s，将带有有机物的纳米片转移至第一绝缘基底上，第一绝缘基底在120℃下加热60分钟后，采用丙酮溶液去除有机物；在功率为10W、注入时间为30s、脉冲电压为30V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片；通过电子束曝光、蒸发厚度为5纳米的铬和50纳米的金实现电极制备，得到的半导体结构。

第六个实施例，纳米片是硒化铋纳米片，通过物理气相沉积方法制备，纳米片厚度为40纳米，边长为10纳米，生长在绝缘基底上；在功率为100W、注入时间为60s、脉冲电压为100V、脉冲频率为100Hz、氧气气流为50Sccm的等离子体浸没式离子注入腔中将氧等离子体注入硒化铋纳米片；通过电子束曝光和蒸发铬、金电极实现厚度分别为5纳米和50纳米的左右导电电极制备，得到的半导体结构的结构如图2所示。

从以上各个具体的实施例可以看出，本发明实施例在制备半导体结构时采用超低的脉冲电压，进一步降低注入离子的能量(部分实施例中实现的离子能量比现有技术低一个数量级及以上)，降低对超薄纳米片的损伤，实现纳米级超浅的注入深度。

再者，本发明实施例中的等离子体浸没式离子注入采用超快脉冲能量加载技术，脉冲下降沿处于us级别，使得注入能量集中且分布准确。

应理解，上述的描述中纳米片经氧等离子体注入后，表面生成氧化层。其中，在外电场的作用下，氧化层中的氧离子进行迁移致使氧导电细丝连接或断开，实现了半导体结构的高、低阻态之间的切换。

参照图12，示出了半导体结构的理想的电流电压曲线示意图。其中横坐标为电压V，纵坐标为电流I。其中，图12的右半部分表示从低阻态到高阻态的切换，也称为“置位”。左半部分表示从高阻态到低阻态的切换，称为“复位”。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。