[发明专利]一种铁电三位存储器、制备方法及其操作方法

说明书

本发明涉及一种铁电三位存储器、制备方法及其操作方法，所述铁电三位存储器包括铁电薄膜层、铁电存储单元和读写电极层，所述铁电存储单元设置于铁电薄膜层上方，所述读写电极层被间隙分割成两部分，形成第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极中至少之一搭在所述铁电存储单元表面的长度大于零且小于铁电存储单元的宽度。与现有技术相比，本发明具有三位信息存储功能，能够提高存储单元的存储密度，具有制备简单、成本低廉等优点。

技术领域

本发明属于铁电存储技术领域，具体涉及一种基于电畴壁导电的铁电多位存储器的设计及操作方法，尤其涉及一种可实现大电流读出的三位存储单元和电极结构的铁电存储器、制备方法及其操作方法。

背景技术

传统铁电存储器是利用铁电材料的两种极化状态实现非挥发性的二位信息存储。近年来，本研究团队成员利用绝缘铁电材料中的畴壁导电原理发明了新型的铁电存储器(中国专利申请号CN201510036526.X、CN201510036586.1、 CN201610098138.9和美国专利公开号9685216B2)。以上发明提出了与传统铁电存储器的信息读出原理不同的电流读出机制，利用外加电场使存储单元内局部电畴反转，并与其周边未反转的电畴交界处形成导电畴壁通道，导致器件电阻瞬间减小，而当电场撤销过后该导电通道保持不变，从而可以通过施加较小的读出电压实现信息“1”非破坏性地电流读取。当施加足够大的反向电场，使得局部反转的电畴回到初始状态“0”时，畴壁导电通道消失，读取电流很小。以上通过读取电流的大小识别存储单元内的两种逻辑状态“1”或“0”。目前国际上使用原子力显微镜纳米探针尖对铁电薄膜微区施加电场形成导电通道的办法，只能读取pA-nA量级的电流。本研究团队通过面内读写存储单元结构，在BiFeO₃、LiNbO₃等铁电材料的研究过程中，读出的畴壁电流信号为nA-μA量级，读出电流越大，存储器信息的读出速度越快。因此，以上发明的技术在一定程度上实现了存储器信息的快速读出。

在传统的存储中，通常是单值单元(Single level cell，SLC)存储两种状态，只有擦出状态和编程状态，即布尔逻辑“0”和“1”，也就是说一个单元只能存储两种状态。随着存储器不断向着高容量、低成本的趋势发展，特别随着存储器单元的缩微化进入纳米量级后，仅仅依靠减小单元尺寸来增大存储容量已十分困难。多值存储单元(Multilevel cell，MLC)能够将多个信息状态存入同一个存储单元中，多个信息状态对应着不同的信息写入电压，从而实现大容量存储。在读取具有多个信息状态存储单元时，可以通过施加一个很小的信息读出电压，不会改变所写入的电畴的状态，不同电畴的状态对应了不同的电流值读出大小，从而确定所存储的多位电畴信息。但目前多值存储技术还较为复杂，亟需进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种铁电三位存储器、制备方法及其操作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种铁电三位存储器，包括铁电薄膜层、铁电存储单元和读写电极层，所述铁电存储单元设置于铁电薄膜层上方，所述读写电极层被间隙分割成两部分，形成第一电极和第二电极，

所述第一电极和第二电极中至少之一搭在所述铁电存储单元表面的长度大于零且小于铁电存储单元的宽度。

进一步地，所述第一电极和第二电极在所述铁电存储单元表面形成的所述间隙大于或等于2纳米且小于或等于500纳米。

进一步地，所述间隙为不规则图形或矩形。

进一步地，所述铁电存储单元在铁电薄膜层表面刻蚀形成。

进一步地，所述读写电极层包括一层或一层以上导电材料。

进一步地，所述铁电存储单元的宽度大于或等于5纳米且小于或等于10微米，长度大于等于5纳米且小于或等于10微米

一种铁电三位存储器的制备方法，包括以下步骤：