【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁电存储
,具体涉及一种新型非易失性铁电存储器,尤其涉及基于铁电薄膜材料表面刻蚀存储单元且在铁电单元间隙制造连接存储单元的面内左右电极进行读出写操作的面内高密度铁电存储器以及该铁电存储器的制备方法和读/写操作方法。
技术介绍
铁电随机存储器FRAM(FerroelectricRandomAccessMemory)是利用铁电畴(或称为“电畴”)在正负电场作用下保持两种不同极化取向作为逻辑信息(“0”或“1”)来存储数据的非易失性存储器(Non-volatileMemory),其也可以称为“铁电存储器”。铁电存储器的存储介质层即为具有可反转(或称为“翻转”)的铁电畴的铁电薄膜层,目前,实验室内可测出的电畴反转的最快速度可达到0.2ns,实际上它还可以更快。通常地,电畴的反转速度决定了存储器的读写时间,电畴反转的矫顽电压决定了器件的读写电压,它会随着薄膜厚度的降低而几乎呈等比例地减小。因此,铁电存储器具有数据读写速度快、驱动电压低和存储密度高等优点,近年来得到了广泛的关注和较快的发展。目前,铁电存储器按基本工作或操作模式主要可分为:破坏性读出(DRO)的FRAM和非破坏性读出(NDRO)的FeFET两大类。破坏性读出(DRO)铁电存储器是以铁电电容(以铁电薄膜层作为介质层形成的电容)取代常规的存储电荷电容,并利用它的极化反转来实现数据的写入与读取。迄今为止,市场上应用的所有铁电存储器都是采用这种工作模式,其 ...
【技术保护点】
一种非易失铁电存储器,其特征在于,包括:铁电薄膜层(303)和薄膜表面刻蚀出的长方体铁电存储单元(305),铁电薄膜层底部(303)和表面被刻蚀出铁电存储单元(305)实为同一整体;以及设置在所述表面铁电存储单元(305)两边的左右读写电极层(307),所述读写电极层(307)间被刻蚀出的铁电存储单元(305)分割成两部分,即为电极对(3071)和(3073);所述铁电薄膜层(303)的电畴(3031或3033)和铁电存储单元(305)的电畴(3051或3053)的极化方向基本不平行于所述读写电极层(307)所在平面的法线方向;其中,在所述面内读写电极层(307)中的邻接所述刻蚀铁电存储单元(305)的两个部分之间偏置第一方向的写信号时,对应所述表面刻蚀铁电存储单元(305)的电畴被电极对(3071)和(3073)之间形成的电场完全反转,而与铁电薄膜层(303)底部未反转电畴之间建立畴壁导电通道(3054)。
【技术特征摘要】
1.一种非易失铁电存储器,其特征在于,包括:
铁电薄膜层(303)和薄膜表面刻蚀出的长方体铁电存储单元(305),铁电薄膜层底部
(303)和表面被刻蚀出铁电存储单元(305)实为同一整体;
以及设置在所述表面铁电存储单元(305)两边的左右读写电极层(307),所述读写电极
层(307)间被刻蚀出的铁电存储单元(305)分割成两部分,即为电极对(3071)和(3073);
所述铁电薄膜层(303)的电畴(3031或3033)和铁电存储单元(305)的电畴(3051或
3053)的极化方向基本不平行于所述读写电极层(307)所在平面的法线方向;
其中,在所述面内读写电极层(307)中的邻接所述刻蚀铁电存储单元(305)的两个部分
之间偏置第一方向的写信号时,对应所述表面刻蚀铁电存储单元(305)的电畴被电极对
(3071)和(3073)之间形成的电场完全反转,而与铁电薄膜层(303)底部未反转电畴之间建
立畴壁导电通道(3054)。
2.如权利要求1所述的非易失铁电存储器,其特征在于,在所述左右读写电极层(307)
中的邻接铁电存储单元(305)的两个部分之间偏置与所述第一方向相反的第二方向的写信
号(该信号电压大于或等于铁电存储单元的矫顽场电压)时,使铁电存储单元(305)被完全
反转的电畴反转回到初始极化方向。
3.如权利要求2所述的非易失性铁电存储器,其特征在于,所述读写电极层中(307)的
至少两个部分包括第一读写电极部分(3071)和第二读写电极部分(3073),所述第一读写电
极部分和第二读写电极部分组成读写电极对,所述写信号或读信号被偏置在所述读写电极
对上。
4.如权利要求3所述的非破坏性读出铁电存储器,其特征在于,除了读写电极对,还包
括第三读电极,所述第三读电极设置在第一读写电极和第二读写电极之间;
其中,所述第三读电极与第一读写电极或第二读写电极构成读电极对,该读电极对在
偏置读信号时,不受第三读写电极和第一读写电极或第二读写电极之间的矫顽场电压约
束,以提高信号读取电流。
5.如权利要求3所述的非破坏性读出铁电存储器,其特征在于,除了读写电极对,还同
时在第一读写电极和第二读写电极之间设置第三读电极和第四读电极;
其中,所述第三读电极与第四读电极构成读电极对,该读电极对在偏置读信号时,不受
第三读电极和第四读电极之间的矫顽场电压约束,以提高信号读取电流。
6.如权利要求1所述的非易失性铁电存储器,其特征在于,配置所述铁电薄膜层(303)
的厚度和/或所述铁电存储单元(305)的宽度(d),以使在偏置预定大小的写电压作用下对
应所述铁电存储单元中铁电存储单元(305)电畴被完全反转而铁电薄膜层(303)底部电畴
未反转或未被以纵向地贯穿所述铁电薄膜层(303)的方式而反转。
7.如权利要求1或6所述的非易失性铁电存储器,其特征在于,配置所述铁电薄膜层
(303)的厚度和/或所述铁电存储单元(305)的宽度(d),以使在偏置预定大小的读电压作用
下对应所述铁电薄膜表面刻蚀所形成的存储单元(305)与铁电薄膜层(303)底部之间的畴
壁导电通道(3054)未被破坏。
8.如权利要求1所述的非易失性铁电存储器,其特征在于,所述铁电存储单元(305)为
长方体结构,且其宽度(d)大于或等于2纳米且小于或等于10微米;
所述铁电存储单元(305)的长度(l)大于或等于2纳米且小于或等于10微米;且所述铁
电存储单元与铁电薄膜层为一个整体。
9.如权利要求1所述的非易失性铁电存储器,其特征在于,还包括基底(300),所述铁电
薄膜层(303)设置在所述基底(30...
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