[发明专利]一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失性阻变存储单元及其制备方法

权利要求书

1.一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元，其特征在于：由写入底电极、铁电单晶基片、阻变层和顶电极组成；写入底电极制备在铁电单晶基片的下表面；在铁电单晶基片的上表面制备有TiO₂薄膜阻变层，厚度为10～70nm；在TiO₂薄膜阻变层上制备有顶电极，顶电极由四个条形电极构成，中间两个条形电极为电阻状态的读取电极，在读取电极的外侧对称的分布的两个条形电极为写入顶电极，用外部导线相连；或顶电极由一个环形电极和两个条形电极构成，环形电极对称环绕分布在两个条形电极的周围，环形电极为写入顶电极，两个条形电极为电阻状态的读取电极；写入顶电极与写入底电极一起构成了电阻状态的写入电极。

2.如权利要求1所述的一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元，其特征在于：写入底电极和顶电极由单质金属材料、金属合金材料、导电金属化合物中的一种或几种制成。

3.如权利要求1所述的一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元，其特征在于：铁电单晶基片为BaTiO₃、Ba_xS_r1-xTiO₃、LiNbO₃或(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃/xPbTiO₃，其中0＜x＜1。

4.如权利要求1所述的一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元，其特征在于：写入底电极的的厚度为0.1～100μm，铁电单晶基片的厚度为0.3～0.6mm，顶电极的厚度为10～100nm。

5.权利要求1所述的一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元的制备方法，其步骤如下：

(1)铁电单晶基片的清洗

将铁电单晶基片依次使用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，或者使用等离子清洗机进行清洗，使单晶基片表面无污染；

(2)在铁电单晶基片上脉冲激光沉积具有氧空位的TiO₂薄膜作为阻变层

运用脉冲激光沉积技术，选择高纯度的TiO₂陶瓷作为靶材料，氧气环境下在铁电单晶基片上沉积具有氧空位的TiO₂薄膜，沉积完成后将铁电单晶基片自然冷却到室温；

(3)制备电极得到多值阻变存储单元；

电极的制备方法为真空镀膜、磁控溅射、激光沉积或丝网印刷方法；底电极全部覆盖到铁电单晶基片的底面，顶电极制备在TiO₂薄膜表面；电阻状态的读取电极连接到外部的电阻测量元件上，电阻状态的写入电极连接到外部的电压输出元器件上；从而制备得到基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元。

6.权利要求5所述的一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失阻变存储单元的制备方法，其特征在于：TiO₂陶瓷靶材距离铁电单晶基片的间距为50～60mm，腔室内的氧分压为0.05～1Pa，铁电单晶基片温度为650～750℃，脉冲激光的频率为1～4Hz，沉积时间为0.5～2小时。