[发明专利]一种有序铁电拓扑畴结构阵列的制备方法有效

专利信息
申请号: 201910634343.6 申请日: 2019-07-15
公开(公告)号: CN110473873B 公开(公告)日: 2022-04-29
发明(设计)人: 高兴森;陈洪英;田国 申请(专利权)人: 华南师范大学
主分类号: H01L27/11507 分类号: H01L27/11507;B82Y40/00
代理公司: 广州新诺专利商标事务所有限公司 44100 代理人: 辜丹芸
地址: 510000 广东省广州市番禺区广州大*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 有序 拓扑 结构 阵列 制备 方法
【说明书】:

发明涉及一种有序铁电拓扑畴结构阵列的制备方法,其包括以下步骤:S1:采用脉冲激光沉积法在(001)方向的STO单晶衬底上沉积一层SRO导电层作为底电极;S2:选择Zr:Ti=7:3的PZT靶材,采用脉冲激光沉积法在SRO导电层上沉积一层菱形相PZT薄膜;S3:转移单层PS小球至PZT薄膜表面作为掩模板,再用氧等离子体刻蚀处理,然后置于离子束刻蚀机中进行刻蚀,最后去除残留的单层PS小球掩模板,得到有序的菱形相PZT纳米点阵列,其为中心型拓扑畴结构。本发明制得的有序铁电拓扑畴结构阵列达到纳米级别,是一种高密度有序纳米点阵列结构。铁电拓扑畴结构之间相互独立,可由外加电场调控,同时具有良好的热稳定性。

技术领域

本发明涉及铁电材料技术领域,特别是涉及一种有序铁电拓扑畴结构阵列的制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来,传统的存储器件难以满足日益增长的存储需要,这推动着存储器件的不断变革。近年来,存储器经历了由挥发性存储器到非挥发性存储器再到新型非挥发性存储器的演变,其存储性能大大提高。其中,铁电存储器因为其优异的存储性能得到大家的广泛关注。它具有动态随机存取存储器的快速读取和写入访问的功能,还可以在电源关掉后保留数据,能在非常低的电能需求下快速地存储,有望在消费者的小型设备中得到广泛的应用。随着人们对存储器件存储能力的要求越来越高,制备纳米尺度的铁电材料以提升存储密度进而提升存储能力显得尤为关键。

近年来,由于人们对存储要求的不断提高,对铁电材料中的拓扑畴结构的研究成为热点。铁电拓扑畴结构,例如中心型拓扑畴等,因为拓扑保护性而表现出高稳定性,并且尺寸可低至纳米级别,为未来实现高密度拓扑电子学器件提供了选择。人们尝试了多种制备铁电拓扑畴的方式,发现在薄膜或块体上用电场诱导的单个拓扑畴(铁电涡旋畴或中心畴)密度低、难以集成;在超晶格中形成的拓扑畴阵列(涡旋畴),则存在形成条件苛刻、难以调控等缺陷。因此,铁电拓扑畴的制备与可控性的操作还存在巨大挑战。

发明内容

基于此,本发明的目的在于,提供一种有序铁电拓扑畴结构阵列的制备方法,制得的高密度有序排列的中心型拓扑畴阵列结构在存储器件上具有明显的优势:高密度、更接近集成器件需求,可实现拓扑畴的独立调控。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种有序铁电拓扑畴结构阵列的制备方法,包括以下步骤:

S1:采用脉冲激光沉积法在(001)方向的STO(SrTiO3)单晶衬底上沉积一层SRO(SrRuO3)导电层作为底电极;

S2:选择Zr:Ti=7:3的PZT(Pb[ZrxTi(1-x)]O3)靶材,采用脉冲激光沉积法在SRO导电层上沉积一层菱形相PZT薄膜;

S3:转移单层PS小球至PZT薄膜表面作为掩模板,再用氧等离子体刻蚀处理,然后置于离子束刻蚀机中进行刻蚀,最后去除残留的单层PS小球掩模板,得到有序的菱形相PZT纳米点阵列,其为中心型拓扑畴结构。

相比于现有技术,本发明通过脉冲激光沉积法制备菱形相PZT(Pb[ZrxTi(1-x)]O3)薄膜,再通过聚苯乙烯小球辅助离子刻蚀的方法制备菱形相PZT纳米点阵列,利用纳米点表面电荷的大量聚集诱导出中心型拓扑畴结构。本发明制得的有序铁电拓扑畴(中心型拓扑畴)结构阵列达到纳米级别,是一种高密度有序纳米点阵列结构。铁电拓扑畴结构之间相互独立,可由外加电场调控,同时具有良好的热稳定性。本发明获得的铁电拓扑畴呈现有序纳米点阵分布,有望应用于设计垂直架构的新型铁电存储器,具有高稳定性、高读取速度、高密度等优点。

进一步,步骤S2所述的菱形相PZT薄膜厚度为80nm。将PZT薄膜的厚度控制在80nm左右可以确保其为菱形相,以保证后续可以顺利制得中心型拓扑畴结构阵列。

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