一种基于多铁异质结构的阻变存储器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于多铁异质结构的阻变存储器，所述阻变存储器包括：衬底；设置在所述衬底上的铁磁底电极层；设置在所述铁磁底电极层背离所述衬底一侧的铁电势垒层，其中，所述铁电势垒层部分覆盖所述铁磁底电极层；设置在所述铁电势垒层背离所述铁磁底电极层一侧的铁磁顶电极层，其中，所述铁磁顶电极层的面积和所述铁电势垒层的面积相同；设置在所述铁磁底电极层上，且包围所述铁电势垒层的侧壁和所述铁磁顶电极层的侧壁的绝缘层；设置在所述铁磁顶电极层背离所述铁电势垒层一侧的接触电极引线层。该存储器具有写入速度快、写入电流密度低和具有多个非挥发存储状态的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多铁异质结构的阻变存储器
本专利技术涉及存储
，更具体地说，涉及一种基于多铁异质结构的阻变存储器。
技术介绍
现代的存储器正在往密度高、速度快、能耗小和安全可靠的方面发展，但是追求高密度特性就需要不断缩小晶体管的尺寸，当缩小至纳米尺寸时就会出现诸多量子效应，如量子隧穿等，此时传统硅基半导体器件将达到物理和技术极限，因此人们需要开发新型的多功能材料及其信息存储和处理技术。闪存和硬盘是现在使用的非挥发存储器件，写入速度较慢，在10微秒甚至毫秒量级。作为下一代新型存储器件，相变存储器和基于铁磁隧道结的磁阻存储器，都面临着写入电流密度大和写入速度慢的问题。而铁电材料由于具有快速的、低能耗的、保持特性好的的铁电极化翻转，被认为是能够同时获得快速和低写入电流密度的存储媒介。但是基于铁电的铁电随机存储器仍然使用电荷作为存储媒介，为破坏性读取，难以小型化。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提供一种基于多铁异质结构的阻变存储器，技术方案如下：一种基于多铁异质结构的阻变存储器，所述阻变存储器包括：衬底；设置在所述衬底上的铁磁底电极层；设置在所述铁磁底电极层背离所述衬底一侧的铁电势垒层，其中，所述铁电势垒层部分覆盖所述铁磁底电极层；设置在所述铁电势垒层背离所述铁磁底电极层一侧的铁磁顶电极层，其中，所述铁磁顶电极层的面积和所述铁电势垒层的面积相同；设置在所述铁磁底电极层上，且包围所述铁电势垒层的侧壁和所述铁磁顶电极层的侧壁的绝缘层；设置在所述铁磁顶电极层背离所述铁电势垒层一侧的接触电极引线层。优选的，所述衬底的材料为SrTiO3材料或Al2O3材料或SiC材料或Si材料。优选的，所述铁磁底电极层的材料为La1-xSrxMnO3材料或La1-xCaxMnO3材料，其中，0＜x＜1；或Fe3O4材料或Fe材料或Co材料或Ni材料或CoxFe0.8-xB0.2材料，其中0＜x＜0.8。优选的，所述铁磁顶电极层的材料为La1-xSrxMnO3材料或La1-xCaxMnO3材料，其中，0＜x＜1；或Fe3O4材料或Fe材料或Co材料或Ni材料或CoxFe0.8-xB0.2材料，其中0＜x＜0.8。优选的，所述铁电势垒层的材料为BaTiO3或BiFeO3或PbZr1-xTixO3或LiTaO3或LiNbO3或具有掺杂元素的HfO2，其中，0＜x＜1。优选的，所述铁磁底电极层的厚度大于3nm。优选的，所述铁磁顶电极层的厚度大于3nm。优选的，所述铁电势垒层的厚度为1nm-5nm，包括端点值。优选的，所述接触电极引线层为金属接触电极引线层。相较于现有技术，本专利技术实现的有益效果为：本专利技术采用铁电层作为势垒层，铁磁层作为顶电极层和底电极层。铁电势垒层在电场作用下会产生非挥发的快速铁电极化翻转，且施加不同电压得到的极化状态不同，通过铁电极化改变界面电荷分布，调控隧穿势垒的高度或宽度形成不同的电阻状态即隧穿电致电阻效应(TER)，并且用电场调控铁电极化翻转，有速度快、功耗小、且畴结构保持特性好的特点，实现了具有写入速度快，写入电流密度低、稳定性强、利于小型化的存储器。进一步通过外加磁场，改变两层铁磁电极的磁矩相对取向，利用隧穿磁致电阻效应(TMR)，在单个原型器件中实现更多的非挥发的电阻状态。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种阻变存储器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的在脉冲电压脉宽为tp＝6ns时，扫描顺序为0V到+Vpmax到-2.0V到0V，不同的最大电压+Vpmax的电阻回滞曲线示意图，在一个脉宽序列中先施加一个振幅为Vp，脉宽为tp的方波后，再施加一个小脉冲Vr＝10mV的测量偏压；图3为本专利技术实施例提供的施加不同幅度的正向电压Vp脉冲序列得到的6个清晰可分辨的电阻状态的示意图；图4为本专利技术实施例提供的利用铁电极化相关的隧穿电致电阻效应获得的5阻态基础上，在温度为20K的情况下，施加磁场利用隧穿电致电阻效应得到的10阻态示意图，读取电压Vr为0.3V。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参考图1，图1为本专利技术实施例提供的一种阻变存储器的结构示意图，所述阻变存储器包括：衬底1；设置在所述衬底1上的铁磁底电极层2；设置在所述铁磁底电极层2背离所述衬底1一侧的铁电势垒层3，其中，所述铁电势垒层3部分覆盖所述铁磁底电极层2；设置在所述铁电势垒层3背离所述铁磁底电极层2一侧的铁磁顶电极层4，其中，所述铁磁顶电极层4的面积和所述铁电势垒层3的面积相同；设置在所述铁磁底电极层2上，且包围所述铁电势垒层3的侧壁和所述铁磁顶电极层4的侧壁的绝缘层5；设置在所述铁磁顶电极层4背离所述铁电势垒层3一侧的接触电极引线层6。可选的，所述绝缘层5可以选取任意绝缘性好的材料，在本专利技术实施例中并不作限定。可选的，所述接触电极引线层6为导电性好的金属接触电极引线层。在该实施例中，底电极层和顶电极层均为铁磁材料，即底电极层为铁磁底电极层2，顶电极层为铁磁顶电极层4，势垒层为铁电材料，即势垒层为铁电势垒层3，即三者构成了铁磁/铁电/铁磁的异质结构。其中，铁电势垒层3在电场作用下会产生非挥发的快速铁电极化翻转，且施加不同的电压得到的极化状态不同，通过铁电极化改变铁磁底电极层2和铁电势垒层3的交界面和铁磁顶电极层4和铁电势垒层3的交界面的界面电荷分布，调控异质结构势垒的高度或宽度形成不同的电阻状态即隧穿电致电阻效应，并且用电场调控铁电极化翻转，具有速度快和功耗小等优点，实现了具有写入速度快、写入电流密度低和稳定性强的存储器。并且，通过外加磁场，改变铁磁底电极层2和铁磁顶电极层4的磁矩相对取向，利用隧穿磁致电阻效应，在单个存储器中可以实现更多的非挥发的电阻状态。进一步的，所述衬底1的材料包括但不限定为SrTiO3材料或Al2O3材料或SiC材料或Si材料。在该实施例中，所述衬底1的材料选取并不进行限定，只是以举例的形式进行说明，只需保证器件可以在衬底上生长制备即可。进一步的，所述铁磁底电极层2的材料包括但不限定为La1-xSrxMnO3材料或La1-xCaxMnO3材料，其中，0＜x＜1；或Fe3O4材料或Fe材料或Co材料或Ni材料或CoxFe0.8-xB0.2材料，其中0＜x＜0.8；在该实施例中，所述铁磁底电极层2的材料选取并不进行限定，只需是铁磁性材料即可，优选的，所述铁磁底电极层2的材料为La0.7Sr0.3MnO3材料。进一步的，所述铁磁顶电极层4的材料包括但不限定为La1-xSrxMnO3材料或La1-xCaxMnO3材料，其中，0＜x＜1；或C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多铁异质结构的阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器包括：衬底；设置在所述衬底上的铁磁底电极层；设置在所述铁磁底电极层背离所述衬底一侧的铁电势垒层，其中，所述铁电势垒层部分覆盖所述铁磁底电极层；设置在所述铁电势垒层背离所述铁磁底电极层一侧的铁磁顶电极层，其中，所述铁磁顶电极层的面积和所述铁电势垒层的面积相同；设置在所述铁磁底电极层上，且包围所述铁电势垒层的侧壁和所述铁磁顶电极层的侧壁的绝缘层；设置在所述铁磁顶电极层背离所述铁电势垒层一侧的接触电极引线层。

【技术特征摘要】
1.一种基于多铁异质结构的阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器包括：衬底；设置在所述衬底上的铁磁底电极层；设置在所述铁磁底电极层背离所述衬底一侧的铁电势垒层，其中，所述铁电势垒层部分覆盖所述铁磁底电极层；设置在所述铁电势垒层背离所述铁磁底电极层一侧的铁磁顶电极层，其中，所述铁磁顶电极层的面积和所述铁电势垒层的面积相同；设置在所述铁磁底电极层上，且包围所述铁电势垒层的侧壁和所述铁磁顶电极层的侧壁的绝缘层；设置在所述铁磁顶电极层背离所述铁电势垒层一侧的接触电极引线层。2.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述衬底的材料为SrTiO3材料或Al2O3材料或SiC材料或Si材料。3.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述铁磁底电极层的材料为La1-xSrxMnO3材料或La1-xCaxMnO3材料，其中，0＜x＜1；或Fe3O4材料或Fe材料或Co材料或Ni材料或CoxFe0.8-xB...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟川，罗振，殷月伟，李晓光，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34