[发明专利]一种基于导电丝和极化共控制的多值存储单元

说明书

技术领域

本发明属于信息技术存储领域，具体涉及一种基于导电丝和极化共控制的多值存储单元。

背景技术

非挥发性存储器是一种在断电状态下仍可以保存信息的存储器，其在电子设备中具有很大的市场份额。然而，现有的存储器操作电压，读写时间、抗疲劳特性以及存储密度已经接近其物理极限。铁电存储器因具有读取速度快，低功耗和存储密度高等优点而受到广泛关注。目前，已经商业化的铁电存储器是基于电容结构的破坏性读取器件，这种破坏性读取方式需要在读取以后重新写入信息状态，不断的擦除/重写过程大大的缩减了存储器件的寿命，并且这种铁电存储器只能存储‘0’和‘1’两个存储状态，这都限制了铁电存储器的进一步应用。2012年开始人们发现可以通过检测漏电流的大小实现非破坏性读取材料的极化状态，并且材料极化状态存在可以介于正负极化中间的中间态而实现多值存储。但是这种多值存储大多是在无顶电极的情况下，使用探针写入，并且衬底材料以及电极材料难于制备、价格昂贵。特别是很多铁电隧道结器件都要求铁电功能层外延生长，而外延生长的铁电薄膜生产困难，成品率很低，将其应用于实际生产中困难重重。另外，电子器件的小型化发展，目前铁电存储器件的密度还很小。 因此，发展一种新型的铁电存储器件既能够在实际生产中实现，又能在满足器件小型化带来的高密度要求以适应纳米科技的发展显得十分必要。基于导电丝和极化共控制的多值存储单元及其制备方法可以克服目前铁电存储器件存储态少、制备难、与现有Si工艺不兼容等缺陷；基于此种结构，可以使用多晶的铁电超薄膜来代替单晶外延生长得铁电超薄膜，对于器件的大规模生产，以及成品率具有很大的意义，对于促进铁电薄膜材料在存储器件领域的应用具有重大的科学意义和商业价值。

发明内容

本发明针对现有铁电存储器的破坏性读取，需采用昂贵的电极材料，以及需要外延生长薄膜、低存储密度、与Si工艺不兼容等一系列问题，本发明的目的是在于提供一种能实现非破坏性读取，采用非外延铁电薄膜，具有高存储密度的与Si工艺兼容的多值存储单元，该铁电存储器单元通过加入一层半导体功能层使得该器件能实现低电压的写入和读取，多值存储，克服了铁电隧道结以往使用外延铁电薄膜、探针写入读取多值存储、采用昂贵衬底、昂贵电极材料和不能与Si工艺兼容的局限，有利于实现工业化。

本发明采用以下技术方案：

一种基于导电丝和极化共控制的多值存储单元，包括底电极、铁电功能层、半导体功能层和顶电极。铁电功能层位于下电极和半导体功能层之间，半导体功能层位于顶电极和铁电功能层之间；所述的铁电功能层厚度为0.4 nm-20 nm；半导体功能层的厚度在5 nm-100nm；其存储多值范围为2-32.

半导体功能层由钛酸锶、氧化锌、氧化钛、氧化铪、掺杂氧化锌、掺杂氧化钛、掺杂氧化铪、掺杂钛酸锶中的一种或者几种材料构成；

金属电极为银、铜、含银合金、含铜合金中的一种或者几种，金属电极的一种或几种金属原子在电场作用下可以通过电化学反应在半导体功能层中实现迁移，而在铁电功能层中这些金属离子的迁移很少或者完全不能迁移。

金属原子迁移时金属原子可以在铁电功能层和半导体功能层的界面聚集。

铁电功能层是Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃、BiFeO₃或者BaTiO₃

本发明的有益效果