[发明专利]光擦除和读取的铁电隧道结存储单元及其擦除和读取方法

说明书

本发明属于信息存储技术领域，具体涉及一种光擦除和读取的铁电隧道结存储单元及其擦除和读取方法。包括依次堆叠的衬底、半导体下电极、铁电超薄膜和二维材料半导体上电极，半导体下电极位于衬底和铁电超薄膜之间，铁电超薄膜位于二维材料半导体上电极和半导体下电极之间，铁电超薄膜厚度为0.4nm‑10nm，半导体下电极的厚度为10nm‑80nm，二维材料半导体上电极的厚度为0.1nm‑20nm。本发明解决了现有技术中使用电场和力来进行存储态控制的铁电隧道结,导致电路模块设计复杂，不能达到工业化应用要求的问题。

技术领域

本发明属于信息存储技术领域，具体涉及一种光擦除和读取的铁电隧道结存储单元及其擦除和读取方法。

背景技术

铁电隧道结是一种以铁电超薄膜为势垒层在两面夹以电极的异质结构。2005年Kohlstedt H.(Theoretical current-voltage characteristics of ferroelectrictunnel junctions[J],Phys.Rev.B,2005,72:125341)等提出了铁电隧道结(FTJ)的概念。FTJ概念的提出对铁电超薄膜的应用及理论研究提出了新的挑战。其具有两个最明显的特性是隧穿效应和电阻翻转效应。当前的薄膜制备技术可以使薄膜以原子尺度生长，甚至可以使铁电超薄膜只有几个晶胞的厚度，使FTJ成为现实。

一直以来，铁电隧道结的存储态的擦除都是基于电场(TunnelingElectroresistance Effect in Ferroelectric Tunnel Junctions at the Nanoscale,Nano Lett.,2009,9(10):3539–3543)或者力(Mechanically-Induced ResistiveSwitching in Ferroelectric Tunnel Junctions[J],Nano Lett.,2012,12(12):6289–6292)来实现，读取则是通过电压脉冲的方式来实现的。使用电场擦除和读取，需要复杂的读写电路设计和保护电路设计，甚至只能通过导电探针来进行操作，而电场操控本身也需要极大的电路模块来实现，极大的影响了铁电隧道结存储模块的小型化。使用力来擦除铁电隧道结的存储态虽然能够缩小铁电隧道结存储模块的面积或者体积，但是在微型化电子器件当中，可实现性较小，目前还只能是基于实验室中的压电原子力显微镜的探针擦除来实现该想法，并且还需要额外的电场操作来进行存储态的读取。总之，目前使用电场和力来进行存储态控制的铁电隧道结由于复杂的电路模块设计等原因，还不能达到工业化应用要求。

发明内容

本发明提供一种光擦除和读取的铁电隧道结存储单元及其擦除和读取方法，以解决现有技术中使用电场和力来进行存储态控制的铁电隧道结导致电路模块设计复杂，不能达到工业化应用要求的问题。

第一方面，提供一种光擦除和读取的铁电隧道结存储单元,包括依次堆叠的衬底、半导体下电极、铁电超薄膜和二维材料半导体上电极,其特征在于，所述半导体下电极位于所述衬底和所述铁电超薄膜之间，所述铁电超薄膜位于所述二维材料半导体上电极和所述半导体下电极之间；

所述的铁电超薄膜厚度为0.4nm-10nm，所述半导体下电极的厚度为10nm-80nm，所述二维材料半导体上电极的厚度为0.1nm-20nm；

所述半导体下电极由钌酸锶、掺杂钛酸锶、镧锶锰氧、掺铌钛酸锶、氧化铟锡中的一种或者几种薄膜叠加构成；

所述二维材料半导体上电极为二硫化钼、硫化锡、硫化锗、硫化钨、硫化镓、硫化镉中的一种或者几种薄膜叠加构成。

作为本发明第一方面的优选方式，所述铁电超薄膜是由锆掺杂氧化铪、钇掺杂氧化铪、硅掺杂氧化铪、铝掺杂氧化铪、钆掺杂氧化铪、钛酸铅、钛酸锆铅、铁酸铋、掺杂铁酸铋、钛酸钡、掺杂钛酸钡、铁酸镥、掺杂铁酸镥、铁酸镓、掺杂铁酸镓中的任意一种材料构成。