分3073可以但不限于通過濺射、CVD、PLD等薄膜淀積方法制備形成。間隙309可以但不限于通過電子束加工、納米壓印或其他光刻方法獲得。
[0091]在其他實施例中，也可以在間隙309中可以填入絕緣介質(zhì)層。
[0092]這樣，基本形成如圖1所示實施例的鐵電存儲器，在該實施例中，讀寫電極部分3071和讀寫電極部分3073同時用于形成該存儲器的上電極層307。
[0093]因此，本發(fā)明實施例的鐵電存儲器相對傳統(tǒng)的鐵電電容結(jié)構(gòu)的FRAM過程來說，不需要形成下電極層，結(jié)構(gòu)非常簡單，并且制備過程非常簡單，成本低。
[0094]在以上描述中，使用方向性術(shù)語(例如“上”、“下”等)以及類似術(shù)語描述的各種實施方式的部件表示附圖中示出的方向或者能被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的方向。這些方向性術(shù)語用于相對的描述和澄清，而不是要將任何實施例的定向限定到具體的方向或定向。
[0095]以上例子主要說明了本發(fā)明的鐵電存儲器及其操作方法和制備方法，尤其說明了讀操作方法及原理。盡管只對其中一些本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
【主權(quán)項】
1.一種非破壞性讀出鐵電存儲器，包括鐵電薄膜層(305)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述鐵電薄膜層(305 )上的讀寫電極層(307 )，所述讀寫電極層(307 )中設(shè)置有將其分為至少兩個部分的間隙(309)，所述鐵電薄膜層(305)的電疇(3051或3053)的極化方向基本不平行于所述讀寫電極層(307)的法線方向； 其中，在所述讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置第一方向的寫信號時，對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)； 其中，在所述讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置第一方向的讀信號時，對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇局部被反轉(zhuǎn)而建立疇壁導(dǎo)電通道(3058)。
2.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，在所述讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置與所述第一方向相反的第二方向的寫信號時，使以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)的所述電疇(3053a)反轉(zhuǎn)回到初始極化方向。
3.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，所述讀寫電極層中(307)的至少兩個部分包括第一讀寫電極部分和第二讀寫電極部分，所述第一讀寫電極部分和第二讀寫電極部分組成讀寫電極對，所述寫信號或讀信號被偏置在所述讀寫電極對上。
4.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，配置所述鐵電薄膜層(305)的厚度和/或所述間隙的間距(d)以使在偏置預(yù)定大小的寫電壓作用下對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇能夠以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，配置所述鐵電薄膜層(305)的厚度和/或所述間隙的間距(d)以使在偏置預(yù)定大小的讀電壓作用下對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇局部能夠被反轉(zhuǎn)而建立疇壁導(dǎo)電通道(3058)。
6.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，所述間隙的間距(d)大于或等于2納米且小于或等于500納米，或者大于或等于5納米且小于或等于100納米； 所述間隙的寬度(w)大于或等于5納米且小于或等于500納米。
7.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，還包括基底(100)，所述鐵電薄膜層(305 )設(shè)置在所述基底(100 )之上。
8.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，所述鐵電薄膜層(305)為鐵酸鉍BiFeO3、摻La的鐵酸鉍鹽(Bi，La) FeO3、鋯鈦酸鉛鹽(Pb，21")1103或者鈮酸鋰鹽 LiNbO3。
9.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，所述鐵電薄膜層(305)的厚度大于或等于5納米且小于或等于500納米； 所述讀寫電極層(307)的厚度大于或等于5納米且小于或等于100納米。
10.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，通過控制所述鐵電薄膜層(307 )生長的晶向，以至于所述鐵電薄膜層(305 )的電疇(3051，3053 )的極化方向基本不平行所述讀寫電極層(307)的法線方向。
11.如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器，其特征在于，所述間隙(309)中被填入或部分填入絕緣介質(zhì)材料。
12.—種如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器的制備方法，其特征在于具體步驟包括: 提供基底(301)； 形成鐵電薄膜(305);以及 在所述鐵電薄膜層(305)上形成帶有所述間隙(309)的讀寫電極層(307)。
13.如權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述間隙(309)通過對形成讀寫電極層(307 )的金屬平層進(jìn)行電子束加工或者納米壓印形成。
14.一種如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器的寫操作方法，其特征在于:在讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置第一方向的寫信號(V?itel)，對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)，從而寫入第一邏輯信息(“I”)； 在讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置與所述第一方向相反的第二方向的寫信號(Vmite2),使以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)的所述電疇(3053a)反轉(zhuǎn)回到初始極化方向，從而寫入第二邏輯信息(“O”)。
15.如權(quán)利要求14所述的寫操作方法，其特征在于，在鐵電薄膜層(305)中，以縱向地貫穿所述鐵電薄膜層(305)的方式被反轉(zhuǎn)的所述電疇(3053a)與未被反轉(zhuǎn)的所述電疇(3051a)之間形成疇壁(3054)，該疇壁(3054)貫通所述鐵電薄膜層(305)的上表面和下表面。
16.一種如權(quán)利要求1所述的非破壞性讀出鐵電存儲器的讀操作方法，其特征在于:在讀寫電極層(307)中的鄰接所述間隙(309)的兩個部分之間偏置第一方向的讀信號，通過讀取該兩個部分之間的電流大小以判斷對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇是否局部被反轉(zhuǎn)而建立疇壁導(dǎo)電通道，從而讀出存儲的邏輯信息； 撤去讀信號后，讀操作過程中局部被反轉(zhuǎn)的電疇基本回復(fù)至讀操作前的極化方向，從而所述疇壁導(dǎo)電通道自動消除。
17.如權(quán)利要求16所述的操作方法，其特征在于，在所述讀信號的讀電壓固定的情況下，建立所述疇壁導(dǎo)電通道時的開態(tài)電流(I)隨所述間隙的間距(d)的減小而增大； 所述讀信號的讀電壓越大，對應(yīng)所述間隙(309)的部分所述鐵電薄膜層(305)的電疇中被反轉(zhuǎn)部分的占比越大； 所述讀信號的讀電壓越大，形成的所述疇壁導(dǎo)電通道相對間隙(309)的表面的深度越深，設(shè)置所述讀電壓以使所述疇壁導(dǎo)電通道的深度小于所述鐵電薄膜層的厚度； 所述讀信號的讀電壓小于所述寫信號的寫電壓。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鐵電存儲技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種非破壞性讀出鐵電存儲器及其制備方法和讀/寫操作方法。該鐵電存儲器包括鐵電薄膜層和設(shè)置在鐵電薄膜層上的讀寫電極層，讀寫電極層中設(shè)置有將其分為至少兩個部分的間隙，鐵電薄膜層的電疇的極化方向基本不平行所述讀寫電極層的法線方向；其中，讀操作和寫操作都可以通過讀寫電極層完成。本發(fā)明的鐵電存儲器結(jié)構(gòu)簡單、制備簡單、成本低，可以實現(xiàn)電流方式的非破壞性讀出，適合于高密度應(yīng)用。
【IPC分類】G11C11-22, H01L27-115
【公開號】CN104637948
【申請?zhí)枴緾N201510036526
【發(fā)明人】江安全, 江鈞, 白子龍
【申請人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月24日