[发明专利]一种新型铁电拓扑畴存储单元的制备方法

说明书

一种新型铁电拓扑畴存储单元的制备方法，包括以下步骤：S1：采用脉冲激光沉积法在(001)方向的STO(SrTiO₃)单晶衬底上沉积一层BFO(BiFeO₃)薄膜；S2：采用热蒸镀法在BFO薄膜表面上沉积一层金镀层，制得铁电材料；S3：存储单元的制备：采用导电原子力显微镜(PFM)探针在S2所述的金镀层表面进行刮擦，刮去局部金镀层，露出BFO区域，将BFO区域外周的金接地作为金电极，BFO区域中心作为BFO电极，制得存储单元；S4：存储单元的调控：通过向BFO电极施加点电压诱导BFO区域形成中心汇聚畴或中心发散畴。相比于现有技术，本发明制得一种方便调控、稳定性高的拓扑畴，能够实现高密度存储。

技术领域

本发明涉及铁电材料技术领域，特别是涉及一种新型铁电拓扑畴存储单元的制备方法。

背景技术

在大数据时代的背景下，传统半导体芯片尺寸已经接近量子极限，难以进一步发展，这推动了人们探寻新型半导体电子材料体系下的存储器件以满足人类日益增长的存储需求。其中，铁电材料体系下的铁电存储器是一种新型存储器。在铁电材料中，铁电畴壁作为一种超薄的异质结存在着很多新颖的物性，如其具有较好的导电性、容易被人为擦除与产生等，故而以畴壁调控来实现数据存储能够极大提升存储密度、缩短响应时间、降低系统能耗。

近年来，随着人们对存储器件的存储能力的要求不断提高，实现纳米尺度下的有序高密度铁电畴壁调控以提升储存器密度显得至关重要。拓扑畴结构因其高稳定性、小尺寸等特点，而能够避免其被调控场以外的其他外场所破坏、减小存储器的体积。目前，铁电畴壁存储器发展方向主要分为面内、面外两类。对于面内器件，主要是通在铁电薄膜表面的一对电极施加平行电场，诱导电极间的铁电薄膜在面内形成导电畴壁，而通过施加反向电场又可以擦除此畴壁，其开关比可达100倍以上，故而可以通过电场来往复调控电极间的导电性，用于数据的读取。但此方法所需的器件单元尺寸较大，且重复调控获得的导电畴壁的尺寸和位置有所差异，稳定性不够高，因此产业化应用较为困难。而对于面外器件，其原理是通过自组装或者微纳米制造手段制备出具有上下电极的铁电纳米岛，其纳米岛的极化相互独立，且能够被外加电场所单独调控。通过施加电场诱导纳米岛产生面外方向的导电畴壁，而施加反向电场则可以擦除此导电畴壁，利用面外导电性的差异来实现对数据的读取。但单个纳米岛在性能上的尺寸极限尚不明确，在未来集成化高密度器件中存在局限。

因此，有必要制备一种方便调控、稳定性高的拓扑畴，能够实现高密度存储，以满足人们对存储器件的需求。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种新型铁电拓扑畴存储单元的制备方法，制得一种方便调控、稳定性高的拓扑畴存储单元，能够实现高密度存储。

本发明所采用的技术方案是：一种新型铁电拓扑畴存储单元的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用脉冲激光沉积法在(001)方向的STO(SrTiO₃)单晶衬底上沉积一层BFO(BiFeO₃)薄膜；

S2：采用热蒸镀法在BFO薄膜表面上沉积一层金镀层，制得铁电材料；

S3：存储单元的制备：采用导电原子力显微镜(PFM)探针在S2所述的金镀层表面进行刮擦，刮去局部金镀层，露出BFO区域，将BFO区域外周的金接地作为金电极，BFO区域中心作为BFO电极，制得存储单元；

S4：存储单元的调控：通过向BFO电极施加点电压诱导BFO区域形成中心汇聚畴或中心发散畴。