1]實施例1
制備的Ag/Zn0(2%Mn摻雜)/Pb(ZrQ.52TiQ.48 ) 03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元包括以下步驟:
(I)Pt頂電極襯底的準備
將鍍有Pt底電極的Si襯底上清洗干凈并干燥。
[0012](2)用脈沖激光分子束外延沉積技術(shù)制備Pb(Zrt).52T1.48 ) 03鐵電薄膜
在真空腔中，將Pb(ZnL52Th48)O3靶材安裝于靶材架上，依次打開機械栗和分子栗，抽真空。等真空腔內(nèi)的壓強到I X 10—6 mTorr左右，將清洗好的Pt襯底置于襯底架上，調(diào)整襯底與靶材的間距為60mm。等真空腔內(nèi)的壓強抽至3 X 10—4 Pa，開啟KrF固體激光器(波長為248nm)，調(diào)整好激光單脈沖能量200 mj，激光重頻5 Hz;打開襯底加熱裝置，將襯底加熱到625°C ;再往真空腔內(nèi)通入氧氣，氧氣壓強穩(wěn)定在22 Pa時，然后開激光器發(fā)射脈沖激光，激光輻射在Pb(ZrQ.52Ti().48)03靶材上產(chǎn)生目標靶材羽輝，開始鍍膜;沉積60s后得到平均厚度為Snm的Pb (Zr0.52Tiο.48) O3鐵電薄膜，鍍膜結(jié)束以后，依次關(guān)閉激光器、襯底加熱裝置、氧氣閥門、分子栗和機械栗，經(jīng)過4個小時后取出樣品。
[0013](3)用脈沖激光沉積技術(shù)制備Zn0(Mn2%)半導(dǎo)體功能層的制備
在真空腔中，將Zn0(Mn2%)靶材安裝于靶材架上，依次打開機械栗和分子栗，抽真空。等真空腔內(nèi)的壓強到I X 10—6 mTorr左右，Pb(ZrQ.52T1.48)03/Pt襯底置于襯底架上，調(diào)整襯底與靶材的間距為87 mm。等真空腔內(nèi)的壓強抽至3 X 10—4 Pa，開啟KrF固體激光器(波長為248nm)，調(diào)整好激光單脈沖能量200 mj，激光重頻5 Hz ;打開襯底加熱裝置，將襯底加熱到300°C;再往真空腔內(nèi)通入氧氣，氧氣壓強穩(wěn)定在2 Pa時，然后開激光器發(fā)射脈沖激光，激光輻射在Zn0(Mn2%)靶材上產(chǎn)生目標靶材羽輝，開始鍍膜;沉積300s后得到平均厚度為20 nm的Zn0(Mn2%)薄膜，鍍膜結(jié)束以后，依次關(guān)閉激光器、襯底加熱裝置、氧氣閥門、分子栗和機械栗，經(jīng)過4個小時后取出樣品。
[0014](4)Ag頂電極的制備
利用濺射的方法制備金屬Ag薄膜作為頂電極，形成電容器結(jié)構(gòu)。頂電極，鐵電功能層和過渡層和導(dǎo)電襯底層就構(gòu)成了制備的Ag/ZnO( 2%Mn)/Pb(Zrt).52T1.48)03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元。
[0015]其電性能測試如圖2和圖3所示。在圖2中，(a)0—0.25 V掃描以后，該器件單元中Ag電極的Ag原子會迀移到摻錳氧化鋅薄膜和Pb(ZrQ.52T1.48)03薄膜的界面處，并在摻錳氧化鋅薄膜中形成Ag導(dǎo)電絲，存儲單元電阻降低；(b)0—0.3 V掃描以后Pb(Zrt).52T1.48)03薄膜中的極化方向會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，存儲單元電阻進一步降低；(c)0—l.0 V掃描以后界面處的Ag足夠多以后會吸附Pb(ZrQ.52T1.48)03薄膜中的氧原子，使Pb(ZrQ.52T1.48)03薄膜中氧空位增多，存儲單元電阻降到最低；(d)0—-1.0 V掃描以后Ag導(dǎo)電絲斷裂，金屬原子束縛的氧原子釋放，極化翻轉(zhuǎn)，存儲單元電阻恢復(fù)的原來的高電阻狀態(tài)。圖3中所示的是其在不同阻態(tài)時在0.05V電壓下讀取的電流隨時間的變化。
[0016]實施例2
制備的Ag/Zn0(Mn2%)/BiFe03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元與實施例I中的主要流程相似，不同之處為BiFeO3制備參數(shù)是氧壓13Pa，沉積溫度675°C，其厚度為2?5nm。該實施例中實現(xiàn)了4個不同阻態(tài)的存儲。
[0017]實施例3
制備的Ag/Zn0(Mn2%)/BaTi03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元與實施例I中的主要流程相似，不同之處為BaT13制備參數(shù)是氧壓2.6Pa，沉積溫度675°C，其厚度為2?5nm。該實施例中實現(xiàn)了2?10個不同阻態(tài)的存儲。
[0018]實施例4
制備的Ag/Ti02/Pb(Zr0.52TiQ.48)03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元與實施例1中的主要流程相似，不同之處為T12制備參數(shù)。該實施例中實現(xiàn)了4個不同阻態(tài)的存儲。
[0019]實施例5
制備的Ag/Ti02/BiFe03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元與實施例1中的主要流程相似，不同之處為T12制備參數(shù)。該實施例中實現(xiàn)了4個不同阻態(tài)的存儲。
[0020]實施例6
制備的Ag/Ti02/BaTi03/Pt—種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元與實施例1中的主要流程相似，不同之處為T12制備參數(shù)。該實施例中實現(xiàn)了4個不同阻態(tài)的存儲。
【主權(quán)項】
1.一種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元，包括底電極、鐵電功能層、半導(dǎo)體功能層和頂電極;其特征在于，鐵電功能層位于下電極和半導(dǎo)體功能層之間，半導(dǎo)體功能層位于頂電極和鐵電功能層之間；所述的鐵電功能層厚度為0.4 nm-20 nm;半導(dǎo)體功能層的厚度在5 nm-100nm;其存儲多值范圍為2-32。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元，其特征在于，半導(dǎo)體功能層由鈦酸鍶、氧化鋅、氧化鈦、氧化鉿、摻雜氧化鋅、摻雜氧化鈦、摻雜氧化鉿、摻雜鈦酸鍶中的一種或者幾種材料構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1所述的頂電極，其特征在于，金屬電極為銀、銅、含銀合金、含銅合金中的一種或者幾種，金屬電極的一種或幾種金屬原子在電場作用下可以通過電化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體功能層中實現(xiàn)迀移，而在鐵電功能層中這些金屬離子的迀移很少或者完全不能迀移。4.如權(quán)利要求3所述的金屬原子通過電化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體功能層中實現(xiàn)迀移，其特征在于，金屬原子迀移時金屬原子可以在鐵電功能層和半導(dǎo)體功能層的界面聚集。5.如權(quán)利要求1或者3中所述的鐵電功能層是Pb(Zr0.52Ti0.48)03、BiFe03或者BaTi03o
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元，該基于導(dǎo)電絲和極化共控制的多值存儲單元是從下到上依次為底電極、鐵電功能層、半導(dǎo)體功能層和頂電極；該多值存儲單元通過頂電極金屬原子在半導(dǎo)體功能層中遷移，以及鐵電功能層的極化翻轉(zhuǎn)和氧空位濃度變化來實現(xiàn)多值存儲的特性，該特性能實現(xiàn)非破壞性讀取且儲存密度高，此外操作簡單，操作電壓低，并且與Si工藝兼容，能實現(xiàn)低電壓的寫入和讀取，克服了鐵電隧道結(jié)以往使用探針寫入讀取多值存儲、采用昂貴襯底、昂貴電極材料和不能與Si工藝兼容的局限，并且實現(xiàn)了多值存儲，有利于實現(xiàn)工業(yè)化。
【IPC分類】H01L45/00
【公開號】CN105679933
【申請?zhí)枴緾N201610223436
【發(fā)明人】王金斌, 侯鵬飛, 鐘向麗
【申請人】湘潭大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月12日