铁电开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器与流程

1.本公开涉集成电路领域，尤其涉及一种铁电开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器。


背景技术：

2.随着微电子技术的发展，集成电路上晶体管的特征尺寸不断趋近于物理极限，如果进一步减小器件尺寸，就会存在严重的漏电问题。而基于电-机械耦合的功能器件由于具有机械的“开”和“关”特性，因此就有效避免了“关”状态下漏电的问题。同时，相对于传统的半导体器件，微机电器件还存在开关比大、功耗低、结构及工艺简单等优点，这在开发高密度、低功耗、高稳定性的存储器、晶体管以及逻辑器件方面，具有巨大的发展潜力和应用价值。


技术实现要素：

3.本公开实施例所要解决的技术问题是，提供一种铁电开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器。
4.本公开实施例提供了一种铁电开关器件，其包括：铁电层；第一电极及第二电极，设置在所述铁电层上且沿第一方向排布，所述第一电极包括第一桥，所述第二电极包括第二桥；层间绝缘层，至少覆盖所述第一桥及所述第二桥；第一导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第一桥对应；第二导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第二桥对应；第一信号输送端及第二信号输送端，设置在所述第一导电层上；第三信号输送端及第四信号输送端，设置在所述第二导电层上；第一裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第一桥、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层；第二裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二桥、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层。
5.在一实施例中，所述第一裂纹未贯穿或贯穿所述铁电层，和/或，所述第二裂纹贯穿或未贯穿所述铁电层。
6.在一实施例中，所述第一电极及所述第二电极以第一间隙为中心对称设置。
7.在一实施例中，所述第一电极还包括第一主体，所述第一主体被分为两部分，分别与所述第一桥的两端连接，在所述第一方向上，所述第一主体的宽度大于所述第一桥的宽度；所述第二电极还包括第二主体，所述第二主体被分为两部分，分别与所述第二桥的两端连接，在所述第一方向上，所述第二主体的宽度大于所述第二桥的宽度。
8.在一实施例中，在所述第一方向上，所述第一主体与所述第二主体之间的第一间隙的宽度大于所述第一桥与所述第二桥之间的第一间隙的宽度。
9.在一实施例中，所述层间绝缘层覆盖所述第一主体及所述第二主体的部分表面，在位于所述第一桥其中一端且未被所述层间绝缘层覆盖的所述第一主体的表面设置有第一导电端子，在位于所述第二桥其中一端且未被所述层间绝缘层覆盖的所述第二主体的表
面设置有第二导电端子。
10.在一实施例中，所述层间绝缘层还覆盖所述第一电极与所述第二电极之间的铁电层区域。
11.在一实施例中，所述层间绝缘层包括：第一绝缘层，至少设置在所述第一桥上，所述第一导电层设置在所述第一绝缘层上；第二绝缘层，至少设置在所述第二桥上，所述第二导电层设置在所述第二绝缘层上，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层彼此独立。
12.在一实施例中，所述第一导电层及所述第二导电层沿所述第一方向排布，且所述第一导电层及所述第二导电层均沿第二方向延伸；所述第一信号输送端与所述第二信号输送端沿第二方向排布，所述第一裂纹沿所述第一方向延伸并贯穿所述第一导电层；所述第三信号输送端与所述第四信号输送端沿所述第二方向排布，所述第二裂纹沿所述第一方向延伸并贯穿所述第二导电层；所述第一方向与所述第二方向相交。
13.在一实施例中，在所述第一桥在所述铁电层上的正投影区域，所述第一桥的正投影覆盖所述第一导电层的正投影，和/或，在所述第二桥在所述铁电层上的正投影区域，所述第二桥的正投影覆盖所述第二导电层的正投影。
14.在一实施例中，所述第一电极的材料与所述第一导电层的材料相同，和/或，所述第二电极的材料与所述第二导电层的材料相同，和/或，所述第一电极的材料与所述所述第二电极的材料相同。
15.在一实施例中，所述第一导电层上的其中一个信号输送端与所述第二导电层上的其中一个信号输送端电连接，构成所述铁电开关器件的信号输出端。
16.本公开实施例提供一种铁电开关器件的制备方法，其包括：提供衬底；在所述衬底表面依次形成铁电层、第一电极、第二电极、层间绝缘层、第一导电层、第二导电层、及第一信号输送端、第二信号输送端、第三信号输送端与第四信号输送端，所述第一电极包括第一桥，所述第二电极包括第二桥，所述第一导电层至少与所述第一桥对应，所述第二导电层至少与所述第二桥对应，所述第一信号输送端及第二信号输送端设置在所述第一导电层上，所述第三信号输送端及第四信号输送端设置在所述第二导电层上；形成第一裂纹及第二裂纹，所述第一裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第一桥、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层；所述第二裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二桥、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层。
17.在一实施例中，所述第一裂纹未贯穿或贯穿所述铁电层，或/和，所述第二裂纹贯穿或未贯穿所述铁电层。
18.在一实施例中，形成所述第一裂纹及第二裂纹的方法包括：对所述铁电层施加极化电压，使所述铁电层的铁电畴极化方向与所述极化电压的方向相同，形成设定的铁电畴极化方向；经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第一翻转电压，形成所述第一裂纹；经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第二翻转电压，形成所述第二裂纹，所述第二翻转电压与所述第一翻转电压极性相反。
19.本公开实施例还提供一种如上所述的铁电开关器件的控制方法，包括：经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压，控制所述第一裂纹的分离及第二裂纹的闭合，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电绝缘及所述第三信号输送端与所
述第四信号输送端的电导通；经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第二电压，控制所述第一裂纹的闭合及第二裂纹的分离，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电导通及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电绝缘，其中，所述第一电压与所述第二电压极性相反。
20.在一实施例中，受输入信号控制，经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压或第二电压，通过设置所述第一信号输送端及所述第三信号输送端的电平，实现逻辑电路功能。
21.本公开实施例还提供一种三维存储器，包括如上所述的铁电开关器件。
22.本公开实施例提供的铁电开关器件能够通过第一电极及第二电极在铁电层上施加电压，从而在铁电层内产生面内电场，通过改变电压方向而改变所述面内电场的方向，以控制所述第一裂纹及所述第二裂纹择一分离，通过第一裂纹的闭合及分离实现第一导电层的电连接与电绝缘，通过第二裂纹的闭合及分离实现第二导电层的电连接与电绝缘，从而实现铁电开关器件的功能。
23.相较于mosfet互补开关器件，本公开铁电开关器件具有更高的速度、更低的能耗和更小的芯片面积，且制造工艺简单，与fe-nand工艺兼容，成本低，经济效益大。并且，基于铁电-裂纹的铁电开关器件具有突变的开关行为和高的on/off电流比。另外，所述第一导电层及第二导电层全层作为导电通道，在第一裂纹及第二裂纹处，所述第一导电层及第二导电层被分离的两部分的金属接触界面(断裂面)接触面积大，使得接触电阻低，信号传输速度快。
附图说明
24.图1及图2是本公开实施例提供的铁电开关器件的俯视示意图，其中，图1是第一裂纹分离，第二裂纹闭合的示意图，图2是第一裂纹闭合，第二裂纹分离的示意图；
25.图3是沿图1所示b-b’线的截面示意图；
26.图4是沿图1所示c-c’线的截面示意图；
27.图5是沿图1所示d-d’线的截面示意图；
28.图6是沿图2所示b-b’线的截面示意图；
29.图7是沿图2所示c-c’线的截面示意图；
30.图8是沿图2所示d-d’线的截面示意图；
31.图9a是本公开另一实施例提供的铁电开关器件的俯视示意图；
32.图9b是沿图9a所示d-d’线的截面示意图；
33.图10a是三角形循环电压的示意图；
34.图10b是脉冲循环电压的示意图；
35.图11是本公开实施例提供的铁电开关器件的制备方法的步骤示意图；
36.图12a～图12d是本发明实施例提供的铁电开关器件的制备方法的主要步骤形成的器件结构示意图；
37.图13是本公开一实施例提供的铁电开关器件构成的逻辑电路的示意图；
38.图14a是利用图13所示逻辑电路实现缓冲器功能的真值表；
39.图14b是利用图13所示逻辑电路实现非门电路功能的真值表；
40.图14c是利用图13所示逻辑电路实现与门电路功能的真值表；
41.图14d是利用图13所示逻辑电路实现或门电路功能的真值表。
具体实施方式
42.为了使本公开施例的目的、技术手段及其效果更加清楚明确，以下将结合附图对本公开施例作进一步地阐述。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本公开。基于本公开实施例，本领域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具体实施方式，都属于本公开保护的范围。
43.图1及图2是本公开实施例提供的铁电开关器件的俯视示意图，图3是沿图1所示b-b’线的截面示意图，图4是沿图1所示c-c’线的截面示意图，图5是沿图1所示d-d’线的截面示意图，图6是沿图2所示b-b’线的截面示意图，图7是沿图2所示c-c’线的截面示意图，图8是沿图2所示d-d’线的截面示意图，其中，图1是第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合的示意图，图2是第一裂纹a1闭合，第二裂纹a2分离的示意图。
44.请参阅图1～图8，所述铁电开关器件包括铁电层10、第一电极20、第二电极30、层间绝缘层40、第一导电层50、第二导电层60、第一信号输送端70及第二信号输送端71、第三信号输送端80及第四信号输送端81。图1及图2中，第一电极20、第二电极30被层间绝缘层40遮挡，采用虚线绘示。
45.所述第一电极20及第二电极30设置在所述铁电层10上，且沿第一方向(如图1中y 方向)排布。所述第一电极20及所述第二电极30用于向所述铁电层10施加电压。所述第一电极20包括第一桥21，所述第二电极30包括第二桥31，所述层间绝缘层40至少覆盖所述第一桥21及所述第二桥31。所述第一导电层50设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第一桥21对应。所述第二导电层50设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第二桥31 对应。所述第一信号输送端70及第二信号输送端71设置在所述第一导电层50上。所述第三信号输送端80及第四信号输送端81设置在所述第二导电层60上。
46.第一裂纹a1自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图3中z方向)延伸并贯穿所述第一桥21、所述层间绝缘层40、及所述第一信号输送端70与第二信号输送端71 之间的所述第一导电层50。所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端70与第二信号输送端71分别设置在所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分上。
47.第二裂纹a2自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图7中z方向)延伸并贯穿所述第二桥31、所述层间绝缘层40、及所述第三信号输送端80与第四信号输送端81 之间的所述第二导电层60。所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端80与第四信号输送端81分别设置在所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分上。
48.其中，改变施加在所述铁电层10上的电压的方向可控制所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2择一分离。所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2择一分离是指，在同一时刻，所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2不能同时分离，两者仅能有一个分离。同样地，在同一时刻，所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2不能同时闭合，两者仅能有一个闭合。
49.所述第一裂纹a1未贯穿或贯穿所述铁电层10，和/或，所述第二裂纹a2贯穿或未贯穿所述铁电层10。具体地说，在本公开的一实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2的其中至少一个可以贯穿铁电层10，其中，贯穿的方向可以包括z方向或y方向。在本公开的一些实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2可以均未贯穿铁电层10，贯穿的方向可以包括z 方向或y方向，尤其地，第一裂纹a1和第二裂纹a2在y方向上均未贯穿铁电层10。
50.在沿垂直所述铁电层10的方向(如图3中z方向)，所述第一电极20及所述第二电极 30彼此独立地位于所述铁电层10的上方，即所述第一电极20及所述第二电极30彼此独立地设置在所述铁电层10的上表面。所述第一电极20及所述第二电极30可为金属电极，例如pt、au、cu或ag等。在本实施例中，所述铁电层10设置在衬底100上，所述第一电极20及所述第二电极30设置在所述铁电层10上表面，所述衬底100用于支撑所述铁电开关器件。
51.所述第一电极20与所述第二电极30彼此独立是指，所述第一电极20与所述第二电极 30彼此电气绝缘。在本公开一实施例中，所述第一电极20与所述第二电极30沿所述第一方向依次设置在所述铁电层10的表面，且所述第一电极20与所述第二电极30不接触，两者之间具有间隔。
52.在一些实施例中，所述第一电极20及所述第二电极30以第一间隙为中心对称设置。所述第一间隙指所述第一电极20及所述第二电极30之间的空隙。在本实施例中，所述第一桥21设置在所述第一电极20朝向所述第二电极的一侧，所述第二桥31设置在所述第二电极30朝向所述第一电极20的一侧。
53.进一步，在本实施例中，所述第一电极20还包括第一主体22，所述第一主体22被分为两部分，分别与所述第一桥21的两端连接，在所述第一方向(如图1所示的y方向)上，所述第一主体22的宽度w22大于所述第一桥21的宽度w21。所述第二电极30还包括第二主体32，所述第二主体32被分为两部分，分别与所述第二桥31的两端连接，在所述第一方向(如图1所示的y方向)上，所述第二主体32的宽度w32大于所述第二桥31的宽度w31。在所述第一方向(如图1中y方向)上，所述第一桥21是所述第一电极20宽度最小的区域，所述第二桥31是所述第二电极30宽度最小的区域，则在通过所述第一电极 20及所述第二电极30向所述铁电层施加电压时，在所述第一桥21及所述第二桥31处形成的电场强度最大，则所述第一裂缝a1及所述第二裂缝a2存在于所述第一桥21及所述第二桥31对应区域。
54.进一步，在本实施例中，在所述第一方向(如图1中y方向)上，所述第一主体22与所述第二主体32之间的第一间隙g1的宽度大于所述第一桥21与所述第二桥32之间的第一间隙g2的宽度，即所述第一桥21朝向远离所述第一主体22的方向突出，所述第二桥 31朝向远离所述第二主体32的方向突出。例如，所述第一电极20呈正u形，所述第二电极30呈倒u形，所述第一电极20及所述第二电极30以第一间隙为中心对称设置。
55.所述第一电极20与所述第二电极30的材料可为金属间合金材料，例如mnpt或者fept。所述金属间合金材料的延展性较小，可使得所述第一裂纹a1及第二裂纹a2能够贯穿所述第一电极20及所述第二电极30，进而延伸并贯穿所述第一导电层50及第二导电层60。
56.所述层间绝缘层40至少覆盖所述第一桥21及所述第二桥31，起到将所述第一桥21与第一导电层50及所述第二桥31与第二导电层60电隔离的作用。在本实施例中，所述层间绝缘层40还覆盖所述第一主体22及所述第二主体32的部分表面。
57.进一步，在本实施例中，在位于所述第一桥21其中一端且未被所述层间绝缘层40
覆盖的所述第一主体22的表面设置有第一导电端子23，所述第一导电端子23与电压工艺电路连接，电压工艺电路通过所述第一导电端子23向所述第一电极20施加电位。在位于所述第二桥31其中一端且未被所述层间绝缘层40覆盖的所述第二主体32的表面设置有第二导电端子33，所述第二导电端子33与电压工艺电路连接，电压工艺电路通过所述第二导电端子33向所述第二电极30施加电位。在本公开另一些实施例中，也可不设置所述第一导电端子23及第二导电端子33，而是直接将电压工艺电路连接至所述第一电极20及第二电极30未被所述层间绝缘层40覆盖的表面。
58.所述层间绝缘层40包括但不限于氧化物层、氮化层、高k介质层等，例如，所述氧化物层可为氧化铝层。当所述铁电层10形成第一裂纹a1及第二裂纹a2时，所述第一裂纹 a1及第二裂纹a2也会延伸贯穿所述层间绝缘层40，以延伸并贯穿所述第一导电层50及第二导电层60。
59.进一步，在一些实施例中，所述层间绝缘层40还覆盖所述第一电极20与第二电极30 之间的铁电层10区域，即覆盖所述第一电极20与第二电极30之间暴露的铁电层10表面，以进一步保证所述第一电极20与所述第二电极30之间的电隔离。进一步，在本实施例中，所述层间绝缘层40覆盖所述铁电层10全部暴露的表面。
60.所述第一导电层50设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第一桥21对应，即所述第一导电层50形成在所述层间绝缘层40上，且与所述第一桥21所在的区域对应。铁电层10 在所述第一桥21对应区域形成第一裂纹a1时，所述第一裂纹a1延伸并贯穿所述第一导电层50，以将所述第一导电层50分为两部分，该两部分电隔离。
61.所述第二导电层60设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第二桥31对应，即所述第二导电层60形成在所述层间绝缘层40上，且与所述第二桥31所在的区域对应。铁电层10 在所述第二桥31对应区域形成第二裂纹a2时，所述第二裂纹a2延伸并贯穿所述第二导电层60，以将所述第二导电层60分为两部分，该两部分电隔离。
62.所述第一导电层50及所述第二导电层60沿所述第一方向(如图1中y方向)排布，且所述第一导电层50及所述第二导电层60均沿第二方向(如图1中x方向)延伸，所述第一裂a1沿所述第一方向(如图1中y方向)延伸并贯穿所述第一导电层50，所述第二裂纹a2沿所述第一方向(如图1中y方向)延伸并贯穿所述第二导电层60。其中，所述第一方向与所述第二方向相交，例如，在本实施例中，所述第一方向(如图1中y方向) 与所述第二方向(如图1中x方向)垂直。
63.进一步，所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料可为金属间合金材料，例如 mnpt或者fept。所述金属间合金材料的延展性较小，可使得铁电层10形成第一裂纹a1 及第二裂纹a2时，所述第一裂纹a1及第二裂纹a2能够延伸并贯穿所述第一导电层50与所述第二导电层60。
64.进一步，在一些实施例中，所述第一电极20的材料与所述第一导电层50的材料相同，和/或，所述第二电极30的材料与所述第二导电层60的材料相同，和/或，所述第一电极20 的材料与所述第二电极30的材料相同。
65.具体地说，在本实施例中，所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料与所述第一电极20及第二电极30的材料相同，所述第一导电层50、所述第二导电层60与所述第一电极20及第二电极30的延展性相同，则便于选择适当的电压，以进一步保证所述第一裂纹
a1及第二裂纹a2能够贯穿所述第一导电层50及所述第二导电层60。在本公开其他实施例中，所述第一导电层50的材料也可以与所述第一电极20的材料不同但延展性相近，以进一步避免所述第一裂纹a1仅贯穿所述第一电极20而不贯穿所述第一导电层50的情况发生；所述第二导电层60的材料也可以与所述第二电极30的材料不同但延展性相近，以进一步避免所述第二裂纹a2仅贯穿所述第二电极30而不贯穿所述第二导电层60的情况发生。在本公开另一实施例中，所述第一导电层50、第二导电层60、第一电极20、第二电极 30的材料均相同，以减少电压控制的差别，避免造成铁电开关器件良率损失。
66.进一步，在本实施例中，为了保证所述第一裂纹a1能够将所述第一导电层50分为完全断裂的两部分，在垂直所述铁电层10的方向上(如图3中z方向)，在所述第一桥21在所述铁电层10上的正投影区域，所述第一桥21的正投影覆盖所述第一导电层50的正投影。即在第一方向(如图1所示y方向)上，所述第一导电层50在铁电层10上的正投影的边缘位于所述第一桥21在所述铁电层10上的正投影区域的范围内。若所述第一导电层50在铁电层10上的正投影的边缘位于所述第一桥21在所述铁电层10上的正投影区域的范围外，则可能会存在第一裂纹a1仅贯穿部分所述第一导电层50，而并未将所述第一导电层50分隔为完全断裂的两部分，从而不能够实现第一信号输送端70与第二信号输送端71之间的电隔离。
67.进一步，在本实施例中，为了保证所述第二裂纹a2能够将所述第二导电层60分为完全断裂的两部分，在垂直所述铁电层10的方向上(如图3中z方向)，在所述第二桥31在所述铁电层10上的正投影区域，所述第二桥31的正投影覆盖所述第二导电层60的正投影，即在第一方向(如图1所示y方向)上，所述第二导电层60在铁电层10上的正投影的边缘位于所述第二桥31在所述铁电层10上的正投影区域的范围内。若所述第二导电层60在铁电层10上的正投影的边缘位于所述第二桥21在所述铁电层10上的正投影区域的范围外，则可能会存在第二裂纹a2仅贯穿部分所述第二导电层60，而并未将所述第二导电层60分隔为完全断裂的两部分，从而不能够实现第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的电隔离。
68.所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71沿第二方向(如图1中x方向)排布。并且，在本实施例中，所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71位于所述第一桥21的两侧，在垂直所述铁电层10的方向(如图3所示z方向)并不与所述第一桥21 重叠，以避免在所述第一桥21对应区域的第一裂纹a1形成在所述第一信号输送端70或所述第二信号输送端71的下方，进而影响第一信号输送端70与所述第二信号输送端71的电绝缘。所述第一裂纹a1沿第一方向(如图1中y方向)延伸，以将所述第一导电层50分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端71与所述第二信号输送端72设置在所述第一导电层50彼此独立的两部分上。在本实施例中，所述第一信号输送端70作为所述铁电开关器件的电信号的第一输入端，所述第二信号输送端71作为所述铁电开关器件的电信号的第一输出端，而在另一实施例中，所述第一信号输送端70作为所述铁电开关器件的电信号的第一输出端，所述第二信号输送端71作为所述铁电开关器件的电信号的第一输入端。
69.所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81沿所述第二方向(如图1中x方向) 排布。在本实施例中，所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81位于所述第二桥 31的两侧，在垂直所述铁电层10的方向(如图4所示z方向)并不与所述第二桥31重叠，以避免在所述第二桥31对应区域的第二裂纹a2形成在所述第三信号输送端80或所述第四信号输送端81的下方，进而影响第三信号输送端80与所述第四信号输送端81的电绝缘。所述
第二裂纹a2沿第一方向(如图1中y方向)延伸，以将所述第二导电层60分隔为彼此独立的两部分，第三信号输送端80与所述第四信号输送端81设置在所述第二导电层60 彼此独立的两部分上。在本实施例中，所述第三信号输送端80作为所述铁电开关器件的电信号的第二输入端，所述第四信号输送端81作为所述铁电开关器件的电信号的第二输出端，而在另一实施例中，所述第三信号输送端80作为所述铁电开关器件的电信号的第二输出端，所述第四信号输送端81作为所述铁电开关器件的电信号的第二输入端。
70.所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71彼此独立，两者不存在直接的电连接。所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81彼此独立，两者不存在直接的电连接。
71.进一步，在另一实施例中，所述第一导电层50上的其中一个信号输送端与所述第二导电层60上的其中一个信号输送端电连接，构成所述铁电开关器件的信号输出端。
72.进一步，为了简化版图设计，所述第一导电层50上构成所述信号输出端的信号输送端、所述第二导电层60上构成所述信号输出端的信号输送端设置在所述第一电极20及第二电极30的同一侧。例如，所述第一导电层50上的第二信号输送端71与所述第二导电层60 上的所述第四信号输送端81设置在所述第一电极20及第二电极30的同一侧，则所述第二信号输送端71与所述第四信号输送端81电连接，构成所述铁电开关器件的信号输出端。
73.当第一电极20对应的第一裂纹a1闭合，第二电极30对应的第二裂纹a2分离时，外界需要通过所述铁电开关器件传输的电信号经所述第一信号输送端70输入，经所述第一导电层50传导，再经所述第二信号输送端71输出。当第一电极20对应的第一裂纹a1分离，第二电极30对应的第二裂纹a2闭合时，外界需要通过所述铁电开关器件传输的电信号经所述第三信号输送端80输入，经所述第二导电层60传导，再经所述第四信号输送端81输出。而由于所述层间绝缘层40的电隔离作用，外界需要通过所述铁电开关器件传输的电信号并不会传输至第一电极20及第二电极30，进而避免扰乱所述铁电开关器件的正常工作。
74.进一步，所述第一信号输送端70、所述第二信号输送端71、所述第三信号输送端80、所述第四信号输送端81可为金属端子，其材料包括但不限于pt、au、cu或ag等。在本实施例中，所述第一导电端子23及所述第二导电端子33的材料与所述第一信号输送端70、所述第二信号输送端71、所述第三信号输送端80及所述第四信号输送端81的材料相同，从而可在同一步骤中制备，减少了工艺步骤。
75.在上述实施例中，所述层间绝缘层40为覆盖第一电极20、第二电极30及铁电层10的连续层，而在本公开其他实施例中，所述层间绝缘层也可为不连续的层。例如，请参阅图 9a及图9b，其中，图9a是本公开另一实施例提供的铁电开关器件的俯视示意图，图9b 是沿图9a所示d-d’线的截面示意图，在该实施例中，所述层间绝缘层包括第一绝缘层 40a及第二绝缘层40b，所述第一绝缘层40a与所述第二绝缘层40b彼此独立，即所述第一绝缘层40a与所述第二绝缘层40b彼此不连接。所述第一绝缘层40a设置在所述第一桥 21上，所述第一导电层50设置在所述第一绝缘层40a上。所述第一绝缘层40a用于电隔离所述第一电极20与所述第一导电层50及所述第一信号输送端70、第二信号输送端71。所述第二绝缘层40b设置在所述第二桥31上，所述第二导电层60设置在所述第二绝缘层40b上。所述第二绝缘层40b用于电隔离所述第二电极30与所述第二导电层60及所述第三信号输送端80、第四信号输送端81。
76.本公开实施例还提供了铁电开关器件的控制方法。所述控制方法包括：经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压，控制所述第一裂纹的闭合及第二裂纹的分离，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电导通及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电绝缘；经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第二电压，控制所述第一裂纹的分离及第二裂纹的闭合，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电绝缘及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电导通，其中，所述第一电压与所述第二电压极性相反。
77.举例来说，请参阅图1、图3～图5，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层 10施加第一电压u1时，所述第一裂纹a1由闭合状态变为分离状态，所述第二裂纹a2由分离状态变为闭合状态，则所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71之间电绝缘，所述第二号输入端子80与所述第四信号输送端81之间电导通，所述第三信号输送端80接收的信号经所述第四信号输送端81输出。
78.请参阅图2、图6～图8，经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层施加第二电压 u2时，所述第一裂纹a1由分离状态变为闭合状态，所述第二裂纹a2由闭合状态变为分离状态，则所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71之间电导通，所述第二号输入端子80与所述第四信号输送端81之间电绝缘，所述第一信号输送端70接收的信号经所述第二信号输送端71输出。
79.其中，所述第一电压u1与所述第二电压u2极性相反，即第一电压u1为正向电压，第二电压u2为负向电压，或者第一电压u1为负向电压，第二电压u2为正向电压。例如，在本实施例中，所述第一电压u1为自第一电极20至第二电极30方向上的正向电压，第二电压u2为自第一电极20至第二电极30方向上的负向电压，而在另一些实施例中，第一电压u1为自第一电极20至第二电极30方向上的负向电压，第二电压u2为自第一电极20 至第二电极30方向上的正向电压。
80.对于铁电层10而言，其铁电畴具有极化方向，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相反时，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，受到铁电层10内的缺陷及掺杂物等对畴壁的钉扎作用，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处裂纹会分离，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相同时，应力会消散，裂纹闭合。因此，在本公开实施例中，铁电开关器件通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加电压，所述电压在铁电层10内形成面内电场，而在第一电极20下方及第二电极30下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，且铁电层10 中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，则会使得电场分量方向与铁电畴极化方向相反的铁电层区域的裂纹分离，电场分量方向与铁电畴极化方向相同的铁电层区域的裂纹闭合，同时，发明人发现，当在铁电层上施加电压时，裂纹出现在电场强度最强的区域。因此，本公开实施例通过改变施加在铁电层上的电压的极性，使铁电层不同区域的裂纹择一分离，实现铁电开关器件的功能，并通过设置第一电极及第二电极的形状，来控制第一电极及第二电极不同区域的电场强度，实现对裂纹位置的控制。
81.例如，如图5所示，铁电层10的铁电畴的极化方向d为指向铁电层10上表面(如图 5中z方向)，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层10施加第一电压u1时，第一桥21及第二桥31为电场强度最大的区域，则在第一桥21下方，所述第一电压u1在铁电层10内
形成的面内电场e1在z方向的电场分量e1
z1
指向铁电层10下表面，在第二桥31下方，所述面内电场e1在z方向的电场分量e1
z2
指向铁电层10上表面，电场分量 e1
z1
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向相反，电场分量e1
z2
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相同，则所述第一裂纹a1由闭合状态变为分离状态，所述第二裂纹a2由分离状态变为闭合状态。
82.再例如，如图8所示，铁电层10的铁电畴的极化方向d为指向铁电层10上表面(如图8中z方向)，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层10施加的电压由第一电压u1变为极性相反的第二电压u2时，在第一桥21下方，所述第二电压u2在铁电层 10内形成的面内电场e2在z方向的电场分量e2
z1
指向铁电层10上表面，在第二桥31下方，所述面内电场e2在z方向的电场分量e2
z2
指向铁电层10下表面，电场分量e2
z1
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相同，电场分量e2
z2
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相反，则所述第一裂纹a1由分离状态变为闭合状态，所述第二裂纹a2由闭合状态变为分离状态。
83.可以理解的是，在本公开其他实施例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向也可指向铁电层10下表面，则第一裂纹a1与第二裂纹a2的分离状态及闭合状态互换。
84.所述第一裂纹a1能够自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图3中z方向) 延伸并贯穿所述第一桥21、所述层间绝缘层40、及所述第一信号输送端70与第二信号输送端71之间的所述第一导电层50，且所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分。当所述第一裂纹a1为分离状态时，所述第一导电层50的两部分分隔，不连接，从而实现所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71的电绝缘；当所述第一裂纹a1为闭合状态时，所述第一导电层50的两部分接触连接，从而实现所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71的电导通。
85.所述第二裂纹a2自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图7中z方向)延伸并贯穿所述第二桥31、所述层间绝缘层40、及所述第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的所述第二导电层60，且所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分。当所述第二裂纹a2为分离状态时，所述第二导电层60的两部分分隔，不连接，所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81不能够通过所述第二导电层60实现电连接，从而断开所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81之间的信号传输；当所述第二裂纹a2为闭合状态时，所述第二导电层60的两部分接触连接，所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81够通过所述第二导电层60实现电连接，从而使所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81能够进行信号传输。
86.需要说明的是，当铁电层10在第一桥21或者第二桥31对应区域产生一条裂纹之后，由于应力释放，其不会再对应区域产生第二条裂纹，因此，不会存在在同一电极对应区域产生多条裂纹的情况。
87.在一些实施例中，可经所述第一电极20及第二电极30向所述铁电层10施加循环电压来控制所述第一裂纹及第二裂纹的分离及闭合，例如，三角形循环电压及脉冲电压。图10a 是三角形循环电压的示意图，其中，三角形循环电压的正向电压达到一数值时，例如峰值u 峰
，铁电畴翻转，产生应力，第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合，当三角循环电压的负向电压达到一数值时，例如谷值u
谷
，铁电畴再次被翻转，第一裂纹a1闭合，第二裂纹 a2分离。图10b是脉冲循环电压的示意图，其为周期换向脉冲，当正脉冲电压u
正
达到一数值时，铁电畴翻转，产生应力，第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合，当负脉冲电压u 负
达到一数值时，铁
和第二裂纹a2可以均未贯穿铁电层10，贯穿的方向可以包括z方向或y方向，尤其地，第一裂纹a1和第二裂纹a2在y方向上均未贯穿铁电层10。
103.对于铁电层10而言，其铁电畴具有极化方向，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相反时，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，受到铁电层10内的缺陷及掺杂物等对畴壁的钉扎作用，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处会形成裂纹。因此，本公开实施例还提供一种形成所述裂纹的方法。形成所述裂纹的方法包括如下步骤：
104.对所述铁电层10施加极化电压，使所述铁电层10的铁电畴极化方向与所述极化电压的方向相同，形成所述设定的铁电畴极化方向d。所述极化电压在所述铁电层10内形成垂直电场，以在铁电层10内形成方向相同的铁电畴极化方向d。对于铁电层10而言，在没有施加极化电压时，即无外加电场时，铁电畴在铁电层10中分布杂乱无章，而在施加极化电压时，即外加电场时，沿电场方向的铁电畴长大，逆电场方向的铁电畴消失，其他方向分布的铁电畴转到电场方向，最终形成与电场方向一致的铁电畴，即形成所述设定的铁电畴极化方向。在一些实施例中，所述极化电压形成的电场强度大于所述铁电畴的矫顽场，以进一步保证能够形成极化方向与电场方向一致的铁电畴。
105.请参阅图12c，经所述第一电极20及所述第二电极30向所述铁电层10施加第一翻转电压u11，形成所述第一裂纹a1。请参阅图12d，经所述第一电极20及所述第二电极30 向所述铁电层10施加第二翻转电压u22，形成所述第二裂纹a2，所述第二翻转电压u11 与所述第一翻转电压u22极性相反。
106.在本公开实施例中，请继续参阅图12c及图5，通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加第一翻转电压u11，所述第一翻转电压u11在铁电层10内形成面内电场e1。在第一电极20下方及第二电极20下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，例如，在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z1
的方向与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z2
的方向相反。铁电层10中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，与另一个电场分量的方向相反，例如，铁电层10中铁电畴极化方向(与图中z方向同向)与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z2
的方向相同，与在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z1
的方向相反，则在第一电极20下方，铁电层10 中的铁电畴会发生翻转，会在铁电畴壁产生应力，而第一桥21对应区域电场强度最强，应力最集中，则在此处会形成第一裂纹a1。
107.在本公开实施例中，请继续参阅图12d及图8，通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加第二翻转电压u22，所述第二翻转电压u22在铁电层10内形成面内电场。在第一电极20下方及第二电极30下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，例如，在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z1
的方向与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z2
的方向相反。铁电层10中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，与另一个电场分量的方向相反，例如，铁电层10中铁电畴极化方向(与图中z方向同向)与在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z1
的方向相同，与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z2
的方向相反，则在第二电极30下方，铁电层10 中的铁电畴会发生翻转，会
在铁电畴壁产生应力，而第二桥31对应区域电场强度最强，应力最集中，则在此处会形成第二裂纹a2，而第一电极20下方受到电场方向变化的影响，铁电层中的应力消散，已经形成的第一裂纹a1闭合。
108.在上述示例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向d指向铁电层10下表面，可以理解的是，在本公开其他实施例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向d也可指向铁电层 10下表面，则第一裂纹a1与第二裂纹a2形成顺序互换。
109.本公开实施例提供的制备方法，能够制备具有互补开关功能的铁电开关器件，且制造工艺简单，与fe-nand工艺兼容，成本低，经济效益大。
110.本公开实施例还提供一种三维存储器。所述三维存储器包括如上所述的铁电开关器件。所述铁电开关器件在所述三维存储器能够代替cmos互补开关器件。下面举例说明所述铁电开关器件在三维存储器中的应用。
111.本公开一些实施例中，三维存储器利用所述铁电开关器件实现逻辑电路功能。
112.例如，图13是本公开一实施例提供的铁电开关器件构成的逻辑电路的示意图，请同时参阅图1～图2，将施加在所述第一电极20与第二电极30上的所述电压对应的电平作为输入信号，自输入端in输入，将所述第二信号输送端71及第四信号输送端81共同作为输出端out，所述第一信号输送端70作为第一控制信号输入端d1，所述第三信号输送端80 作为第二控制信号输入端d2，则可通过设置第一控制信号输入端d1与第二控制信号输入端d2的电平，实现逻辑电路功能。
113.电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制，在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压及第二电压，实现第一裂纹a1及第二裂纹a2的择一分离，从而实现逻辑电路的功能。例如，需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，实现第一裂纹a1及第二裂纹a2的择一分离；或者，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，实现第一裂纹a1及第二裂纹a2的择一分离。
114.图14a是利用图13所示逻辑电路实现缓冲器功能的真值表，请参阅图13及图14a，将所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平连接，即第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，所述输出端out输出信号的真值为“0”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，所述输出端out输出信号的真值为“1”，实现缓冲器电路功能。
115.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，为了实现缓冲电路的功能，所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接。
116.图14b是利用图13所示逻辑电路实现非门电路功能的真值表，请参阅图13及图14b，将所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接，即第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“1”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”。当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，所述输出端out输出信号真值为“1”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，所述输出端out输出信号真值为“0”，输入至逻辑电路的输入信号经逻辑“非”后输出，实现非门电路功能。
117.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，为了实现非门电路的功能，所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平连接。
118.图14c是利用图13所示逻辑电路实现与门电路功能的真值表，请参阅图13及图14c，将所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平或者低电平连接，即所述第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”或者“1”。当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，不论所述第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”还是“1”，所述输出端out输出信号真值均为“0”；当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，若第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”，则所述输出端out输出信号真值为“0”，若第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，则所述输出端out输出信号真值为“1”，输入至逻辑电路的输入信号与第二控制信号输入端d2输入信号经逻辑“与”后输出，实现与门电路功能。
119.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，所述第一信号输送端与高电平或者低电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接，输入至逻辑电路的输入信号与第一控制信号输入端d1输入信号经逻辑“与”后输出，实现与门电路功能。
120.图14d是利用图13所示逻辑电路实现或门电路功能的真值表，请参阅图13及图14d，将所述第三信号输送端与高电平连接，所述第一信号输送端与高电平或者低电平连接，即所述第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”或者“1”。当要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，若第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，则所述输出端out输出信号真值为“0”，若第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“1”，则所述输出端out输出信号真值为“1”；当要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，不论所述第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”还是“1”，所述输出端out输出信号真值均为“1”，输入至逻辑电路的输入信号与第一控制信号输入端d1输入信号经逻辑“或”后输出，实现或门电路功能。
121.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平或高电平连接，输入至逻辑电路的输入信号与第二控制信号输入端d2输入信号经逻辑“或”后输出，实现或门电路功能。
122.所述三维存储器包括存储阵列(array)区域及外围电路(periphery)区域，所述存储阵列区域用于存储信息，而所述外围电路区域可以位于存储阵列区域的上方或者下方，也可以位于所述存储阵列区域的四周，外围电路区域用于控制对应的存储阵列区域。所述铁电开关器件可设置在所述外围电路区。
123.所述铁电开关器件还可以应用于其它的微电子器件中，比如，非易失闪存(nor flash) 等，具体不作限制。
124.以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。