铁电或驻极体存储电路制造技术

在铁电或驻极体存储电路（Ｃ）中，特别是在具有改进了的抗疲劳性的铁电或驻极体存储电路中，优选是聚合物或低聚物存储材料的铁电或驻极体存储单元接触第一和第二电极，至少其中一个电极包含至少一种功能性材料，此功能性材料能够物理和／或化学体结合包含在电极或存储材料中的原子或分子物种，且显示以可移动的带电和／或中性粒子的形式在电极与存储材料之间迁移的倾向，其对二者都是有害的。具有上述性质的功能性材料用来抵消这种迁移的任何不利影响，导致存储单元抗疲劳性的改善。应用于矩阵可寻址的存储器件中，其中存储单元形成在铁电或驻极体薄膜存储材料特别是聚合物材料的全局层的不同部分中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁电或驻极体存储电路，特别是具有改进的抗疲劳性的铁电或驻极电介质驻极体存储电路，包含具有呈现滞后现象且能够被极化成具有给定极化值的正或负极化状态的存储材料的铁电或驻极体存储单元，以及以一种方式设置为直接或不直接接触存储材料的第一和第二电极，致使通过将适当的电压施加到电极，能够在存储材料上产生电位差，用来对未被极化的存储单元进行极化，或引发在存储单元的极化状态和相反的极化状态之间的转换，或引发存储单元中极化状态或其值的暂时改变。近年来，非易失性数据存储装置已经显示，信息的每一位被储存为电可极化材料的局部化体积元中的极化状态。这种材料被称为驻极体或铁电材料。铁电材料形式上是驻极体材料的一个子类，且能够被自发极化成正或负的永久极化状态。借助于施加适当极性的电场，还有可能引发极化状态之间的转换。由于此材料即使在缺少外加电场时也能够保持其极化，故得到了非易失性。可极化的材料迄今典型为铁电陶瓷，且数据的写入、读出、以及擦除要求将电场施加到存储器件中局部化单元中的铁电材料，引起给定单元中的材料根据其先前的电性历史而转换或不转换其极化方向。在当前器件的正常操作过程中，铁电体可以经受延长或重复性质的电场应力和/或多次极化反转。这可能引起铁电体承受疲劳，亦即器件正常工作所要求的电学响应特性退化。疲劳的特征是剩余极化的减少，这又导致引发的极化反转时减小的开关电流信号。疲劳过程有时还伴有增大的矫顽场，这使器件更难以从一种极化状态转换到另一种极化状态，因而减缓转换过程。另一个不希望有的老化现象是出现痕迹，亦即铁电存储单元停留在给定极化状态一段时间，它可能变得越来越难以反转极化方向，并且对称性出现在沿任何一个方向转换极化所要求的场中。有关疲劳和痕迹问题的解决办法时于此处讨论的基于铁电体或驻极体的器件的成功商业化是至关重要的。已经用于这些问题的大部分努力涉及到采用无机铁电体的器件。后者主要基于二类氧化物铁电体，亦即钛酸锆铅(PZT)以及诸如钽酸锶铋(SBT)和镧改性的钛酸铋(BLT)之类的层状化合物。其中SBT和BLT在具有诸如Pt的金属电极的简单电容器状存储单元结构中表现良好的抗疲劳性。但SBT和BLT电容器的转换极化以及某些铁电特性不如PZT。这些单元还要求更高的制造温度。另一方面，结合金属电极采用PZT的初期尝试已经证明，由于可转换的极化随着读出周期数目的增加而迅速退化，故对于大多数存储器应用是不成功的。深入研究的结果表明，带电缺陷(例如氧空位)的重新分布导致了电荷在界面处的积累，从而产生阻碍畴转换并使器件疲劳的钉扎位置。已经证明能够成功对付这一现象的对策是，采用最好具有类似于体铁电体的晶格结构的导电氧化物电极，其对到达电极/铁电体界面的氧空位进行中和。在诸如PZT的氧化物铁电体的情况下，电极材料的候选例子是RuO2、SrRuO3、氧化铟锡(ITO)、LaNiO3、钴酸镧锶(LSCO)、以及钇钡铜氧化物(YBCO)。在电极中提供临界原子种类供应的上述对策的一种替换方案是，通过掺杂和/或调整化学计量，在体铁电体中插入空位的吸收剂。借助于引入替换到Zr或Ti位置中且中和氧空位的诸如Nb之类的施主掺杂剂，此方法已经被用于PZT。已经出现了对不同无机铁电组分的进一步改善和修正，构成了涉及无机特别是陶瓷铁电膜的现有技术的大体。有关现有技术的进一步背景信息，可参考例如下列文献S.B.Desu，“Minimization ofFatigue in Ferroelectric Films”，Phys.Stat.Sol.(a)151，467-480(1995)；K.-S.Liu and T.-F.Tseng，“Improvement of(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3ferroelectric thin films by use ofSrRuO3/Ru/Pt/Ti bottom electrodes”，Appl.Phys.Lett.，721182-1184(1998)，以及S.Aggarwal et al.“Switchingproperties of Pb(Nb，Zr，Ti)O3capacitors using SrRuO3electrodes”，Appl.Phys.Lett.，75，1787-1789(1999)。但如下面所述，本专利技术人没有发现有关采用有机或聚合物驻极体或铁电体的器件中降低疲劳的任何相关的现有技术。如本申请人提交的专利申请例如WO99/12170所述，有机基特别是聚合的铁电材料与其无机对应物相比，在用于存储器和/或处理装置方面提供了明显的优点。但在有机基铁电电容器中确实出现疲劳和痕迹，若不加以解决，则会严重阻碍商业化。不幸的是，已经出现的对抗无机铁电系统中疲劳的各种补救方法都由于化学性质和基本铁电性质(例如位移对永久偶极子)二者中的本质差别而无法用于这种情况。因此，本申请人在国际公开申请WO02/43071中已经提出一种铁电存储电路，其中，至少其中一个电极包含接触铁电聚合物存储材料的导电聚合物。此导电聚合物层也可以任选地被提供成常规金属电极与存储材料之间的夹层。所提供的这种设置改进了电极的电荷注入性质的控制，增加了在106极化转换周期以上保持足够的抗疲劳性的好处。但认为如所希望的铁电体或为了驻极体存储器应该在109的极化转换周期之上抗疲劳。新近还发现了输运现象，亦即，例如离子种类在电极与存储材料之间的交换不仅可能对二者有害，而且还可能对存储材料的抗疲劳性有不利的影响。于是，对于使基于有机特别是聚合的驻极体或铁电体的存储器和/或处理装置中的疲劳过程最小化的对策和补救方法，存在着紧迫的需求。根据上面所述，本专利技术的主要目的是，在应用有机驻极体或铁电材料的存储电路中以及将其用于数据储存和/或处理的装置中，提供用来降低和/或避免由电场应力引起的疲劳效应的基本对策。本专利技术的进一步目的是提供其中防止或延误某些基本疲劳机制变为有效的存储电路结构的明确描述。本专利技术的另一目的是列举结合在抗疲劳性存储电路中的特殊类材料，并列出大量特定相关的优选实施方案。根据具有铁电或驻极体存储电路的本专利技术，实现了上述的目的和进一步特点和优点，其特征在于，至少其中一个电极包含至少一种功能性材料，其能够物理的和/或化学的体结合包含在存储单元的存储材料或电极材料中的原子或分子种类，且呈现以移动带电和/或中性粒子的形式从电极材料迁移到存储材料中或从后者迁移到前者的倾向，从而能够抵消对存储单元的存储材料或电极材料的功能性质的不利影响。在本专利技术中，被认为有利的是，所述至少一种功能性材料单独或相应结合地具有与电极材料可兼容的电学和/或化学性质；相对介电常数大约等于或大于存储材料的相对介电常数；在结合所述原子或分子种类时基本上保持不变的相对介电常数；以及在结合所述原子或分子种类时基本上保持不变的电导率。在根据本专利技术的第一优选实施方案中，所述至少一种功能性材料被提供成均匀分布在电极材料中。在此优选实施方案的一个变型中，所述至少一种功能性材料被提供在延伸到所述至少一个电极的表面并接触存储材料的部分电极材料中。在采用二种或更多种功能性材料的情况下，则其能够被提供在所述部分电极材料的各个单独的层面中。在根据本专利技术的存储电路的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电或驻极体存储电路（Ｃ），特别是具有改进的抗疲劳性的铁电或驻极体存储电路，包含具有呈现滞后现象且能够被极化成具有给定极化值的正或负极化状态的存储材料（２）的铁电或驻极体存储单元，以及以一种方式设置为直接或不直接接触存储材料的第一和第二电极（１ａ，１ｂ），致使通过将适当的电压施加到电极，能够在存储材料（２）上产生电位差，用来对未被极化的存储单元进行极化，或引发在存储单元的极化状态和相反的极化状态之间的转换，或引发存储单元中极化状态或其值的暂时改变，其特征在于，至少 一个电极（１ａ；１ｂ）包含至少一种功能性材料（３），所述至少一种功能性材料（３）能够物理和／或化学体结合包含在存储单元的存储材料（２）或电极材料中的原子或分子物种，并呈现以可移动的带电和／或中性粒子形式从电极材料迁移到存储材料（２）中或从后者迁移到前者的倾向，从而能够抵消对存储单元的存储材料（２）或电极材料的功能性质的不利影响。

【技术特征摘要】
NO 2001-11-23 200157351.一种铁电或驻极体存储电路(C)，特别是具有改进的抗疲劳性的铁电或驻极体存储电路，包含具有呈现滞后现象且能够被极化成具有给定极化值的正或负极化状态的存储材料(2)的铁电或驻极体存储单元，以及以一种方式设置为直接或不直接接触存储材料的第一和第二电极(1a，1b)，致使通过将适当的电压施加到电极，能够在存储材料(2)上产生电位差，用来对未被极化的存储单元进行极化，或引发在存储单元的极化状态和相反的极化状态之间的转换，或引发存储单元中极化状态或其值的暂时改变，其特征在于，至少一个电极(1a；1b)包含至少一种功能性材料(3)，所述至少一种功能性材料(3)能够物理和/或化学体结合包含在存储单元的存储材料(2)或电极材料中的原子或分子物种，并呈现以可移动的带电和/或中性粒子形式从电极材料迁移到存储材料(2)中或从后者迁移到前者的倾向，从而能够抵消对存储单元的存储材料(2)或电极材料的功能性质的不利影响。2.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)单独地或结合地具有可与电极材料兼容的电学和/或化学性质。3.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)的相对介电常数大约等于或大于存储材料(2)的相对介电常数。4.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)的相对介电常数在结合所述原子或分子物种时基本上保持不变。5.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)的电导率在结合所述原子或分子物种时基本上保持不变。6.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)被提供成均匀分布在电极材料中。7.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)被提供在延伸到所述至少一个电极(1a；1b)的表面并接触存储材料(2)的部分电极材料中。8.根据权利要求7的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，二种或更多种功能性材料(3)被提供在所述部分电极材料的各个单独的层面中。9.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)被提供在所述至少一个电极(1a；1b)的一个或多个表面层(3a；3b)中，所述一个或多个表面层(3a；3b)被提供为所述至少一个电极(1a；1b)与存储材料2之间的一个或多个夹层。10.根据权利要求9的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，二种或更多种功能性材料(3)被提供在各自的二个或多个夹层(3a，4a；3b，4b)中。11.根据权利要求1的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述至少一种功能性材料(3)被选择为下列的一种或多种，亦即类金刚石纳米复合物薄膜材料、导电碳化物材料、导电氧化物材料、导电硼化物材料、导电氮化物材料、导电硅化物材料、导电碳基材料、或导电聚合物或共聚物材料。12.根据权利要求11的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述导电碳化物材料是下列的一种或多种，亦即碳化钽、碳化钛、碳化锆、或碳化铪。13.根据权利要求11的铁电或驻极体存储电路(C)，其特征在于，所述导电氧化物材料是下列的一种或多种，亦...

【专利技术属性】
技术研发人员：HG古德森，PE诺达尔，
申请(专利权)人：薄膜电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]