[发明专利]一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法

说明书

本发明涉及一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法。所述铁电相变混合存储单元包含：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。通过采用上述结构，铁电相变混合存储单元可选择地工作于铁电存储状态或相变存储状态。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法。

背景技术

智能手机和各种可穿戴电子设备的普及，使得需要存储的数据量爆炸式增加，也对存储器的容量，功耗等性能提出了更高的要求。现有的存储器产品，包括易失性的DRAM和SRAM，非易失性的闪存Flash，铁电存储FeRAM，相变存储PCM等。DRAM和SRAM读写速度极快，但是存储密度很小；Flash由于3D NAND技术的发展，目前可以实现存储容量的大幅度提升，有望取代HDD作为新的主存储器，但是其单层密度已经接近极限，可堆叠层数也受限于深孔刻蚀可实现的深宽比和材料填充的台阶覆盖性，而且其读写速度在100us级别，无法实现更快的速度。

铁电存储FeRAM近年来由于CMOS工艺兼容材料HfO₂中发现铁电性而重新被看好，其极低的功耗和快速读写能力备受关注，其快速读写可以使其达到DRAM的水平，而其具备的低功耗和非易失性则使得它有希望取代DRAM，但耐擦写能力较差。

相变存储器PCM具有类似flash的三维可堆叠性，可实现大容量，有望取代flash，但其读写速度在100ns级别，而且由于晶态电阻较低，为了使材料熔化从而非晶化，需采用较大电流擦写，在目前的集成度上，功耗问题比较严重。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法，能够可选地工作于相变存储状态或铁电存储状态，能够集合铁电存储和相变存储的优点。

根据本发明的一个方面，本发明的一种铁电相变混合存储单元，包含：

依次设置的下电极、功能层和上电极；

所述下电级为低功函数电极，所述上电极为高功函数电极；

所述功能层为铁电相变材料。

作为本发明的进一步改进，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％。

作为本发明的进一步改进，所述化合物[GeTe]_x[Sb₂Te₃]_y为Ge₂Sb₂Te₅、Ge₁Sb₂Te₄和GeTe的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。