[发明专利]一种提高铁电阻变存储器开关电流比的方法

说明书

本发明属于电学量调整技术领域，涉及一种提高铁电阻变存储器开关电流比的方法；基于金属/铁电体/金属结构的铁电阻变存储器的主体结构包括：基底、底电极、掺杂铁电体薄膜和顶电极四个自下而上依次罗列的层体；底电极在基底上制备形成，掺杂铁电体薄膜在底电极上制备形成，顶电极在掺杂铁电体薄膜上制备形成；通过施主掺杂来提高铁电极化翻转对器件电流的调控能力，增强铁电极化对铁电体和电极界面肖特基势垒的调控能力，有效控制铁电阻变存储器的输运特性，从而提高开关电流比，实现提高开关电流比的功效；其设计原理可靠，制备工艺简单，储存器性能稳定，提高开关比电流能力强，易于控制，应用环境友好。

技术领域:

本发明属于电学量调整技术领域，涉及一种提高铁电阻变存储器开关电流比的方法，通过施主掺杂来提高铁电极化翻转对器件电流的调控能力，从而提高开关电流比。

背景技术:

随着信息技术的高速发展，信息的处理能力不断增强，数据量急剧增长，云计算、云存储、物联网等新技术层出不穷，这些新技术对存储器性能的要求不断提高，低能耗、小型化、长时间的数据保持成为存储器的必然要求。经过三十多年的快速发展，基于浮栅结构的闪存(Flash Memory)器件取得了巨大的成功。但随着技术节点的不断推进，闪存器件面临着严峻的挑战。闪存器件到达物理极限之后，半导体存储器的发展方向是目前存储领域的热点问题。由此出现多种新型非挥发存储器，非挥发是指器件存储的数据在断电状态下可以保持的特性，铁电存储器就是其中一类。铁电随机存储器(FeRAM)利用双稳态自发极化实现数据存储，当在铁电晶体上施加一定电场时，晶体中心离子在电场作用下发生位移，具有两个能量稳定的状态。当电场移走后，中心离子会保持在原来的位置，表现出双稳的自发极化，向上和向下的极化状态分别代表计算机二进制中的“0”和“1”。FeRAM保持数据不需要外加电场，也不需要像动态随机存储器(DRAM)一样周期性刷新。因此，FeRAM具有非挥发性，读/写操作速度快、功耗低等优点。然而，FeRAM为电容型存储，这就导致了破坏性数据读出，极大限制了其在实际器件中的应用。虽然FeRAM已经商业化，但主要应用在游戏机、地铁卡、自动收费装置等低密度领域。

阻变存储器(ReRAM)具备非破坏性电阻型数据读出的特点，其基本结构是金属电极/电阻转变层/金属电极的三明治结构。电阻转变层中的荷电缺陷会在电场的作用下定向迁移，呈现高、低两个电阻状态，分别对应二进制的“0”和“1”。在撤去电场后，电阻状态还可以保持，实现了非挥发信息存储。ReRAM通过高电压改变缺陷分布，写入高、低两个阻态，采用低电压读出当前状态，这一非破坏性读出方式很好的弥补了铁电存储器的不足。而铁电阻变存储器就是将铁电体作为阻变存储器的电阻转变层，利用铁电极化改变器件的界面势垒，实现非挥发信息存储。

目前，铁电阻变存储器的开关电流比较小，限制了其在实际电路的应用。2012年，A.Tsurumaki-Fukuchi等在《Advanced Functional Materials》发表的“Impact of BiDeficiencies on Ferroelectric Resistive Switching Characteristics Observed atp-Type Schottky-Like Pt/Bi_1–δFeO₃ Interfaces”文章中指出，在BiFeO₃中，Bi空位的存在会提高器件的开关电流特性。2015年，Li等在《Advanced Electronic Materials》发表的“Controlling Resistance Switching Polarities of Epitaxial BaTiO₃ Films byMediation of Ferroelectricity and Oxygen Vacancies”发现，BaTiO₃基铁电阻变存储器中，只有存在适当的荷电缺陷，例如氧空位，才会具有显著的开关电流比。所以，设计一种提高铁电阻变存储器开关电流比的工艺技术方案很有必要。

发明内容: