[发明专利]大电流读出铁电单晶薄膜存储器及其制备方法和操作方法

说明书

一种非破坏大电流读出铁电单晶薄膜存储器及其制备方法和操作方法，属于铁电存储技术领域。该非破坏大电流读出铁电单晶薄膜存储器采用的铁电薄膜层(105)为铁电单晶薄膜层，在开态下的读电流大大增加，并且，数据保持特性和数据持久特性得到提升。

技术领域

本发明属于铁电存储技术领域，具体涉及非破坏性读出铁电存储器，尤其涉及一种读出电流大的非破坏性读出铁电单晶薄膜存储器以及该铁电存储器的制备方法和操作方法。

背景技术

铁电随机存储器FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)是利用铁电畴(或称为“电畴”)在电场中两种不同极化取向作为逻辑信息(“0”或“1”)来存储数据的非易失性存储器(Non-volatile Memory)，其也可以称为“铁电存储器”。

铁电存储器的存储介质层即为具有可反转(或称为“翻转”)的铁电畴的铁电薄膜层，目前，实验室内可测出的电畴反转的最快速度可达到0.2ns，实际上它还可以更快。通常地，电畴的反转速度决定了存储器的读写时间，电畴反转的矫顽电压决定了器件的读写电压，它会随着薄膜厚度的降低而几乎呈等比例地减小。因此，铁电存储器具有数据读速度快、驱动电压低和存储密度高等优点，近年来得到了广泛的关注和较快的发展。

目前，铁电存储器按基本工作或操作模式主要可分为：破坏性读出(DRO)的FRAM和非破坏性读出(NDRO)的铁电存储器两大类。

传统的非破坏性读出(NDRO)的铁电存储器是以1个晶体管T和一个铁电电容C(即1T1C)构建存储单元，并且是基于电荷读取的。

中国专利申请号为201510036256.X、名称为“非破坏性读出铁电存储器及其制备方法和读/写操作方法”的专利中，以及中国专利申请号为201510036586.1、名称为“非破坏性读出铁电存储器及其制备方法和操作方法”的专利中，揭示了另一种非破坏性读出(NDRO)的铁电存储器，其是以电流读取方式实现非破坏性读出的(即非破坏性电流读取)，制备简单、成本低、存储密度高的优势。因此，备受业界关注。

但是，这种非破坏性电流读取的铁电存储器的读电流相对较小，例如，在pA数量级，以上中国专利中公开的稳定读电流也在100至1000pA的范围内。较小的读电流会导致数据可读性差、读取速度慢(毫秒至秒的量级)等问题，其严重制约了该铁电存储器的实际应用。

发明内容

为解决以上问题或其他问题，本发明提出一种非破坏性大电流读出的铁电单晶薄膜存储器及其制备方法和操作方法。

按照本发明的一方面，提供一种非破坏性读出铁电存储器，包括铁电薄膜层和设置在所述铁电薄膜层之上的第一电极层，其中，所述第一电极层包括分离设置的第一电极和第二电极，所述铁电薄膜层中的电畴的极化方向基本不平行所述铁电薄膜层的法线方向；在所述第一电极和第二电极之间施加电信号时使能所述铁电薄膜层中的局部电畴反转，从而能够建立连接所述第一电极和第二电极的第一畴壁导电通道；

其中，所述铁电薄膜层为铁电单晶薄膜层。

按照本发明的又一方面，提供一种上述非破坏性读出铁电存储器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

提供基底；

形成铁电单晶薄膜层；以及

在所述铁电单晶薄膜层上形成包括分离设置的第一电极和第二电极的第一电极层。

按照本发明的还一方面，提供一种上述非破坏性读出铁电存储器的操作方法，其中，所述铁电单晶薄膜层包括相对其外凸设置的编程凸块，所述第一电极和第二电极设置在所述编程凸块的两侧并至少被所述编程凸块分隔开；在所述第一电极和第二电极之间施加第一方向的写信号时使能至少部分所述编程凸块中的电畴反转，从而建立所述第一畴壁导电通道。