[发明专利]一种多晶铁电薄膜基铁电阻变存储器

说明书

技术领域

本发明属于信息存储技术领域，具体涉及一种多晶铁电薄膜基铁电阻变存储器。

背景技术

非挥发性存储器是一种在断电情况仍可以保存信息的存储器，其在便携式电子设备中被广泛应用，并在整个存储器市场中占有越来越大的份额。目前，非挥发性存储器在市场上的主要代表仍旧为闪存(Flash)。然而，Flash的操作电压、读写时间、抗疲劳特性以及存储密度等已经接近其物理极限。因此，开发一种性能更为优越的新型非挥发性存储器引起了研究者的关注。

基于铁电薄膜的铁电阻变存储器，其单元结构为“电极/铁电薄膜/电极”，具有高读写速度、高存储密度、低功耗且结构简单等优势，被认为是下一代非挥发性存储器的最佳解决方案之一，具有广阔的商用前景。与外延铁电薄膜相比，多晶铁电薄膜的制备不需要昂贵的生长设备和精密的监控设备，而且生长工艺简单、工艺参数易于掌握。同时，多晶铁电薄膜对基底的依赖性较小，其可以在如单晶硅或者石英等基底上沉积。其中，利用单晶硅作为基底的铁电阻变存储器，易与现有的硅工艺兼容。因此，基于多晶铁电薄膜的铁电阻变存储器具有成本低，工艺简单，易与现有的硅工艺兼容，易于大面积、规模化生产等优势。

然而，多晶铁电薄膜中存在大量的晶界缺陷和氧缺陷，多晶铁电薄膜与电极层之间存在界面缺陷，而这些缺陷难于控制，缺陷的漂移和扩散会造成存储器的数据保持力和抗疲劳等可靠性不足、开关电阻比较小及数据波动较大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种降低存储单元中的缺陷及其控制难度、进而降低缺陷的不利影响，提高数据保持力、抗疲劳特性、高低电阻比及减小数据波动性的多晶铁电薄膜基铁电阻变存储器。

本发明的目的通过下述方式实现。

一种多晶铁电薄膜基铁电阻变存储器，包括下电极层、多晶铁电薄膜层和上电极层，多晶铁电薄膜层位于下电极层、上电极层之间，在下电极层、多晶铁电薄膜层之间和/或多晶铁电薄膜层、上电极层之间含缺陷调控层；所述缺陷调控层材料选自Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂、Ta₂O₅、HfO₂、ZrO₂、SrTiO₃中的一种或两种；所述缺陷调控层材料的相对介电常数不低于5，且不高于铁电材料相对介电常数，厚度为1～20nm，且缺陷调控层与多晶铁电薄膜层厚度比为0.001～0.2。

本发明中所述缺陷调控层材料的相对介电常数在不高于铁电材料相对介电常数的情况下，较优选应不高于300；进一步优选为20～50。

所述缺陷调控层材料的厚度优选为5～15nm。

所述下电极层材料为Pt、Au、W、Al、Ir、Ti、TiN、TaN中的一种或几种，或者为SrRuO₃、LaNiO₃、IrO₂、Al:ZnO、In:SnO₂或F:SnO₂的金属氧化物。

所述多晶铁电薄膜层材料为BaTiO₃、(Ba,Sr)TiO₃、Pb(Ti,Zr)O₃、BiFeO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、BiSr₂Ta₂O₉、LiNbO₃或(K,Na)NbO₃中的一种或几种，或者为La、Ce、Nd、Dy、Ho、Yb、Mn、Cr、V中的一种或几种元素掺杂的以上多晶铁电薄膜。

所述上电极层材料为Pt、Au、W、Al、Ir、Ti、TiN、TaN中的一种或几种，或者为SrRuO₃、LaNiO₃、IrO₂、Al:ZnO、In:SnO₂或F:SnO₂的金属氧化物。

所述多晶铁电薄膜的厚度为10～500nm。

所述缺陷调控层材料优选为HfO₂，所述多晶铁电薄膜层材料优选为(Bi_3.15Nd_0.85)Ti₃O₁₂。