一种数据存储结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种数据存储结构，该数据存储结构包括：第一电极、第二电极及位于第一电极和第二电极中间的铁电材料，第一电极、铁电材料及第二电极构成铁电电容，其中：第一电极具备第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极的特性。本实用新型专利技术提供的数据存储结构，通过保证第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极，可以实现铁电材料中的氧空位的调控，从而实现饱和极化相关的多值存储、铁电性的可编程与自恢复，并可有效提高铁电材料的击穿电场。穿电场。穿电场。

【技术实现步骤摘要】
一种数据存储结构


[0001]本技术涉及数据存储
，尤其涉及一种数据存储结构。

技术介绍

[0002]存储器是现代电子设备中不可或缺的重要部件，特别是数字信息技术的发展将我们带入大数据时代，随时都在进行大量数据的采集，存储，搜索，共享与分析。自动驾驶汽车，飞机，物联网以及便携式可穿戴设备的快速发展使信息的快速存储、读取与处理变得至关重要，对高速、高密度且低功耗的存储器的需求也更加迫切。按照信息的存储方式，存储器分为易失性与非易失性两种。SRAM与DRAM为易失性存储器，它们读写速度快，但尺寸缩小受限，而且存储的信息在断电后会消失；而非易失性存储器在断电后仍能保持信息，在高密度的嵌入式存储中具有重要应用。
[0003]相变存储器(PCM)，磁阻式随机存储器(MRAM)，阻变式存储器(RRAM)，铁电存储器等主要非易失性存储器件具有较长的发展历史，在嵌入式存储领域得到了广泛的应用，并在近年来被应用于神经形态计算，存算一体化等领域。RRAM通常利用内部导电通道的形成与断裂来控制器件的开关特性，耗能低，结构简单，电阻变化范围较大，但导电通道的形成与断裂具有随机性，因此带来了可靠性及器件之间性能差异的问题；PCM利用相变材料在晶相与非晶相之间的电阻差异实现信息的非易失性存储，切换速度快，耐久性强，但需要较大的电流使晶相向非晶相转变，功耗大，而且涉及非晶态的稳定性问题，可能对高阻态的稳定性带来挑战；MRAM利用隧穿磁阻效应实现信息的存储，读取速度快，耐久性强，但需要较大的写入能量，且保持性能差。铁电存储器，利用铁电材料的非易失性极化实现信息的存储，具有读写速度快，功耗低，抗辐照，可靠性高等特点。虽然基于传统铁电材料的铁电存储器已经在嵌入式存储、射频身份识别等领域获得了实际的应用，但传统铁电材料在工艺兼容性与高密度集成方面的缺陷限制铁电存储技术的进一步发展。铁电氧化铪的出现再次掀起了铁电存储器的热潮，因为它具有良好的CMOS兼容性与可扩展性，在厚度10nm以下仍能保持铁电性，在嵌入式存储领域具有良好的应用潜力。
[0004]铁电存储利用铁电材料的剩余极化来实现信息的非易失性存储，主要包括两种类型：铁电随机存取存储器(FE
‑
RAM)与铁电场效应晶体管(FE
‑
FET)。FE
‑
RAM结构与传统的DRAM类似，只是用MIM 铁电电容来取代普通的介质电容，断电后，数据仍能通过铁电材料的剩余极化得到保持，且预先存储的数据可被多次读取而不需要额外的刷新。但这种存储单元面积较大，需要减小MIM铁电电容面积来提高集成密度，但这会使存储的电荷减少，影响信息的读取。为了提高存储密度，人们发展了面向FE
‑
RAM应用的三维结构铁电HZO电容器件，以提高单位面积储存电荷的能力；FE
‑
FET直接将铁电材料集成到场效应晶体管中，利用铁电极化对晶体管的阈值电压进行调节，从而产生较大的存储窗口，实现信息的存储，并已在先进的工艺制程上制备了栅极长度为30nm与22nm的FE
‑
FET。但FE
‑
FET存在耐久性问题，一般在104‑
106次的擦写循环之后，存储窗口便会消失或击穿。虽然人们提出一些改善耐久性的方法，如在铁电层与栅氧化层之间插入额外的金属层可以提高擦写次数，但同时也会
带来栅漏电流问题；另外调控铁电层与氧化层的面积比，从而减小氧化层的分压也可以减弱氧化层的性能恶化，但其对耐久性的改善程度有限。因此，如何提升FE
‑
FET的循环耐久性仍是亟待解决的问题。
[0005]铁电存储技术的另一个优势在于它可以实现多值存储。目前基于铁电氧化铪的多值存储的实现主要依赖于铁电氧化铪中众多铁电畴的逐步翻转。在连续脉冲的刺激下，铁电畴逐渐翻转且具有累积效应，利用这一特点对沟道进行连续调制，实现多值存储。多值存储不仅在多位存储方面具有重要意义，而且在神经形态计算方面也具有广阔的应用前景。FE
‑
FET可作为突触，利用栅极脉冲使FE
‑
FET中的铁电极化发生逐步翻转，从而实现对阈值电压的调制，影响沟道电导，沟道电导即类比为神经突触权重；矩阵
‑
向量乘法(MVM)是神经网络中的基本操作，利用FE
‑
FET可以实现存储信息的原位计算，对神经网络计算进行加速，在存算一体化方面具有巨大的应用潜力。然而，对于铁电氧化铪而言，连续脉冲或强电场的作用会使氧空位发生移动或产生新的氧空位，对铁电畴产生钉扎，从而使铁电性恶化，产生疲劳或老化效应；而且强电场的作用会使氧化铪发生击穿，使器件失效，且不具备自恢复能力；此外，这种多值存储的实现依赖于铁电氧化铪的多晶多畴特性，随着尺寸的缩小，铁电畴的数量也会减少甚至变为单畴，此时多值存储将很难实现。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本技术提供一种数据存储结构。
[0007]本技术提供一种数据存储结构，包括：第一电极、第二电极及位于所述第一电极和所述第二电极中间的铁电材料，所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极构成铁电电容，其中：所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。
[0008]根据本技术提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构还包括开关晶体管，所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极或所述第二电极连接；所述铁电电容和所述开关晶体管构成存储单元。
[0009]根据本技术提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、位线及多个所述存储单元；所述位线包括第一位线及第二位线；其中：所述字线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第二电极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第二电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第一电极；所述第二位线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的源极。
[0010]本技术还提供一种数据存储结构，包括：铁电场效应晶体管，其中：所述铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第一电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及第二电极；所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极依次相邻；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第二电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及所述第一电极；所述第二电极、所述铁电材料及所述第一电极依次相邻；所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述
第一电极的特性。
[0011]根据本技术提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、源极线、漏极线及多个所述铁电场效应晶体管；其中：所述字线连接多个所述铁电场效应晶体管的所述栅极，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据存储结构，其特征在于，包括：第一电极、第二电极及位于所述第一电极和所述第二电极中间的铁电材料，所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极构成铁电电容，其中：所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。2.根据权利要求1所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构还包括开关晶体管，所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极或所述第二电极连接；所述铁电电容和所述开关晶体管构成存储单元。3.根据权利要求2所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构包括字线、位线及多个所述存储单元；所述位线包括第一位线及第二位线；其中：所述字线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第二电极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第二电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第一电极；所述第二位线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的源极。4.一种数据存储结构，其特征在于，包括：铁电场效应晶体管，其中：所述铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：任天令，刘厚方，赵瑞婷，杨轶，赵晓玥，邵明昊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：