[发明专利]一种非对称铁电隧穿结多值存储单元的调制方法

说明书

本发明提供了一种非对称铁电隧穿结多值存储单元的调制方法及其对应的存储单元、存储器。该多值存储单元包括N个铁电功能层；N个铁电功能层分别具有不同的矫顽场值，以使N个铁电功能层在施加第一激励后仍呈现出不同的剩余极化差异，进而在第二激励作用下所述多值存储单元呈现2^N种隧穿阻态；其中，N为大于等于2的整数，且第一激励包括改变驱动激励的大小和驱动激励的方向。本发明的非对称铁电隧穿结多值存储单元具有非易失、读取功耗低的特点；同时在一个存储单元中可以实现多种不同的存储状态，大幅度提高了存储密度以及单位存储容量。

技术领域

本发明属于微电子器件领域，特别是涉及一种非对称铁电隧穿结多值存储单元的调制方法及其对应的存储单元、存储器。

背景技术

大数据时代的到来，对信息处理能力以及信息存储容量的需求不断提高，传统的冯·诺依曼计算机架构和存储器越来越难以满足需求。铁电材料因其擦写速度快、超低功耗、循环次数多、极化状态非易失等固有优势而被应用于存储领域，基于铁电材料的FRAM、FeFET以及FTJ等新型非易失性存储器受到了广泛的关注。其中，FTJ存储器通过铁电极化方向调制绝缘层界面势垒高度进而实现方向可切换的整流功能从而实现高低阻态的切换。FTJ存储器不仅具备铁电存储器擦写速度快、超低功耗、循环次数多、非易失性的固有优势，相较于FRAM和FeFET还具有尺寸更小，结构简单，非破坏性读出等优势。

经研究发现，不同于常规介质材料内部极化随外加电场线性变化，铁电材料内部极化与外加电场成非线性关系，并且由于取向极化的缘故，其存在两个稳定的极化状态，这为其作为存储器奠定了很好的基础。铪基材料具有十分优良的铁电性，以及与CMOS工艺兼容的优点也让基于铪基材料的铁电器件具有很好的发展前景。基于MFIM结构（即金属-铁电功能层-绝缘层-金属）的FTJ存储器，相较于MFM结构（即金属-铁电功能层-金属）FTJ器件，在铁电功能层与金属电极之间插入了一层绝缘隧穿层，很好地解决了金属电极所带来的介电屏蔽效应以及退极化问题。MFIM结构利用绝缘层作为隧穿层而非将铁电功能层作为隧穿层，降低了对于铁电功能层厚度的要求，使用较厚的铁电功能层也可以实现隧穿效应，从而很大程度上降低了制备FTJ存储器的工艺难度以及制备成本。

基于MFIM的存储器多被应用于二值存储器，其原理在于，通过外加电场使铁电功能层表现出稳定的相同方向的极化。在去掉外加电场之后，由于剩余极化强度不为0，会造成由极化电荷所产生的极化电场，该极化电场会抬升铁电功能层的能带能量或者降低铁电功能层的能带能量。当铁电功能层近绝缘层界面的能带能量较高时，电子从绝缘层一侧的金属隧穿则面临较高的FN隧穿势垒，读出电流较小，器件处于高阻态；而当铁电功能层近绝缘层界面的能带能量较低时，电子则面临较低的FN隧穿势垒，读出电流较大，器件处于低阻态；从而实现“0”和“1”的逻辑存储。因此，基于MFIM的存储器只能被应用于二值存储器，难以很好的满足未来社会对对信息处理能力和信息存储容量的更高要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于，可以具有多项高。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种非对称铁电隧穿结的多值存储单元的调制方法，所述多值存储单元包括N个铁电功能层；

其中，所述N个铁电功能层分别具有不同的矫顽场值，以使所述N个铁电功能层在施加第一激励后仍呈现出不同的剩余极化差异，进而在第二激励作用下所述多值存储单元呈现2^N种隧穿阻态；

其中，所述N为大于等于2的整数。

进一步地，所述第一激励包括改变驱动激励的大小和驱动激励的方向。

根据一种优选的实施方式，本发明提供一种非对称铁电隧穿结的多值存储单元的调制方法，所述多值存储单元包括第一铁电功能层和第二铁电功能层；