[发明专利]非对称的铁电功能层阵列、铁电隧道结多值存储单元的制备方法

权利要求书

1.一种基于非对称铁电隧道结的非对称铁电功能层阵列的制备方法，其特征在于，所述非对称铁电功能层阵列由N个铁电功能层和N-1个绝缘层交替堆叠形成，所述方法包括以下步骤：

提供电极层，在所述电极层上表面生长N个平行于第一平面方向的铁电功能层，且相邻的所述铁电功能层之间通过绝缘层隔离，包括：在所述电极层上表面形成第i铁电功能层；在所述第i铁电功能层上表面形成第j绝缘层；在所述第j绝缘层上表面形成第(i+1)铁电功能层；

将所述铁电功能层晶化，以使N个所述铁电功能层材料呈现铁电性能；

其中，N个所述铁电功能层的形成工艺期间的物理参数不同，以使N个所述铁电功能层呈现不同的矫顽场值；

其中，N为大于等于2的整数，i为所述铁电功能层沿垂直第一平面方向由下至上的序号，i=1, 2, ……N，j为所述绝缘层沿垂直第一平面方向由下至上的序号，j=1, 2, ……N-1；所述铁电功能层的厚度为2~20nm，所述绝缘层的厚度为0.5~3nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述物理参数包括以下至少一项：铁电功能层材料类型、铁电功能层材料掺杂方式、铁电功能层晶化条件以及铁电功能层材料的厚度。

3.一种非对称铁电隧道结的多值存储单元的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底，在所述衬底上表面形成第一电极层；

在所述第一电极层上表面形成非对称铁电功能层阵列，其包括：N个平行于第一平面方向的铁电功能层，且相邻的所述铁电功能层之间通过绝缘层隔离；

在所述非对称铁电功能层阵列上表面形成第二电极层；

其中，所述非对称铁电功能层阵列形成方法包括：

提供第一电极层，在所述第一电极层上表面生长N个平行于第一平面方向的铁电功能层，且相邻的所述铁电功能层之间通过绝缘层隔离，包括：在所述电极层上表面形成第i铁电功能层；在所述第i铁电功能层上表面形成第j绝缘层；在所述第j绝缘层上表面形成第(i+1)铁电功能层；

将所述铁电功能层晶化，以使N个所述铁电功能层材料呈现铁电性能；

其中，N个所述铁电功能层的形成工艺期间的物理参数不同，以使N个所述铁电功能层呈现不同的矫顽场值；

其中，N为大于等于2的整数，i为所述铁电功能层沿垂直第一平面方向由下至上的序号，i=1, 2, ……N，j为所述绝缘层沿垂直第一平面方向由下至上的序号，j=1, 2, ……N-1；所述铁电功能层的厚度为2~20nm，所述绝缘层的厚度为0.5~3nm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述物理参数包括以下至少一项：铁电功能层材料类型、铁电功能层材料掺杂方式、铁电功能层晶化条件以及铁电功能层材料的厚度。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，进一步包括：

采用原子层沉积、物理气相沉积或者旋转涂抹的方法在所述第一电极层上表面交替生长N个的铁电功能层以及N-1个绝缘层；

采用物理气相沉积的方法在所述衬底上表面生长第一电极层；

采用物理气相沉积的方法在所述非对称铁电功能层阵列上表面形生长第二电极层。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁电功能层的制备材料选自掺杂或者未掺杂的HfO₂、Hf_xZr_1-xO₂、BiFeO₃、BaTiO₃、Pb(Zr_1-xTi_x)O₃ 、Sr_xBa_1-xO₃、聚偏氟乙烯中至少一种。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的制备材料选自Al、Si、Hf、Zr、Ta、Ti的氧化物中至少一种。