[发明专利]一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法

权利要求书

1.一种铁电相变混合存储单元，其特征在于，包括：

依次设置的下电极、功能层和上电极；

所述下电极为低功函数电极，所述上电极为高功函数电极；

所述功能层为铁电相变材料，所述铁电相变材料为在不同条件下具有铁电特性和相变特性的单一材料，通过采用两种不同的初始操作逻辑，使得所述铁电相变混合存储单元可选地工作在铁电存储状态和相变存储状态；

若所述功能层为n型半导体，则所述功能层与所述低功函数电极形成欧姆接触，所述功能层与所述高功函数电极形成肖特基接触；

若所述功能层为p型半导体，则所述功能层与所述低功函数电极形成肖特基接触，所述功能层与所述高功函数电极形成欧姆接触；

所述下电极与所述功能层的接触面积小于所述上电极与所述功能层的接触面积，以形成T型结构。

2.如权利要求1所述的一种铁电相变混合存储单元，其特征在于，所述铁电相变材料为：

GeTe与Sb2Te3形成的多元化合物 [GeTe]x[Sb2Te3]y, 其中，x为正整数，y为自然数，且xy；

或GeTe与Sb2Te3交替生长形成的多层结构的超晶格；

或化合物In2Se3；

或GeTe掺杂元素Se或C形成的化合物，掺杂比例为10%～50%。

3.如权利要求2所述的一种铁电相变混合存储单元，其特征在于，所述化合物 [GeTe]x[Sb2Te3]y为 Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4和GeTe的一种或多种。

4.如权利要求2所述的一种铁电相变混合存储单元，其特征在于，所述低功函数电极为Ti、Al、TiW和Cr中的一种或多种，和/或所述高功函数电极为Au、Pt、Ni和Pd中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种铁电相变混合存储单元，其特征在于，对铁电相变材料处于晶化状态的铁电相变混合存储单元施加第一电压使得该铁电相变混合存储单元工作于相变存储状态，所述第一电压幅值大于铁电相变材料熔化所需电压幅值，且脉冲宽度小于200ns，且脉冲下降沿小于20ns；

或对铁电相变材料处于晶化状态的铁电相变混合存储单元施加第二电压使得该铁电相变混合存储单元工作于铁电存储状态，所述第二电压为正向电压，且所述第二电压幅值超过铁电相变材料铁电矫顽力且低于铁电相变材料熔化所需电压幅值。

6.如权利要求1～5任一项所述的一种铁电相变混合存储单元的操作方法，其特征在于，包括步骤：

对铁电相变材料处于晶化状态的铁电相变混合存储单元施加第一电压使得该铁电相变混合存储单元工作于相变存储状态，所述第一电压幅值大于铁电相变材料熔化所需电压幅值，且脉冲宽度小于200ns，且脉冲下降沿小于20ns；

或对铁电相变材料处于晶化状态的铁电相变混合存储单元施加第二电压使得该铁电相变混合存储单元工作于铁电存储状态，所述第二电压为正向电压，且所述第二电压幅值超过铁电相变材料铁电矫顽力且低于铁电相变材料熔化所需电压幅值。

7.如权利要求6所述的一种铁电相变混合存储单元的操作方法，其特征在于，在所述施加第一电压或第二电压之前，还包括步骤：

对铁电相变混合存储单元施加超过铁电相变材料晶化温度的退火处理，使铁电相变材料处于晶化状态。

8.一种铁电相变混合存储器，其特征在于，包含：多个权利要求1～5任一项所述的一种铁电相变混合存储单元。

9.如权利要求8所述的一种铁电相变混合存储器的操作方法，其特征在于，包括步骤：

对铁电相变材料处于晶化状态的部分铁电相变混合存储单元施加第一电压使得该部分铁电相变混合存储单元工作于相变存储状态，所述第一电压幅值大于铁电相变材料熔化所需电压幅值，且脉冲宽度小于200ns, 且脉冲下降沿小于20ns；

对铁电相变材料处于晶化状态的另一部分铁电相变混合存储单元施加第二电压使得该部分铁电相变混合存储单元工作于铁电存储状态，所述第二电压为正向电压，且所述第二电压幅值超过铁电相变材料铁电矫顽力且低于铁电相变材料熔化所需电压幅值。