71和/或读电极部分1073可以但不限于通过溅射、CVD、PLD等薄膜淀积方法制备形成。间隙109可以但不限于通过电子束加工、纳米压印或其他光刻方法获得。
[0086]这样，基本形成如图1所示实施例的铁电存储器，在该实施例中，读电极部分1071和读电极部分1073同时用于形成该存储器的上电极层。
[0087]进一步，步骤S950，在读电极对上覆盖如图12所示的绝缘介质层210。
[0088]进一步，步骤S960，沉积形成如图12所示的上电极层230，上电极层230可以是连续的金属层，其用于形成如图12所示实施例的铁电存储器20的上电极层，用于写操作过程。
[0089]至此，图12所示实施例的铁电存储器20基本形成。
[0090]因此，本发明实施例的铁电存储器相对传统的铁电电容结构的FRAM的制备过程来说，增加的工艺步骤少，制备过程并不复杂。
[0091]在以上描述中，使用方向性术语(例如“上”、“下”等)以及类似术语描述的各种实施方式的部件表示附图中示出的方向或者能被本领域技术人员理解的方向。这些方向性术语用于相对的描述和澄清，而不是要将任何实施例的定向限定到具体的方向或定向。
[0092]以上例子主要说明了本发明的铁电存储器及其操作方法和制备方法，尤其说明了读操作方法及原理。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
【主权项】
1.一种非破坏性读出铁电存储器，包括第一电极层(107)、第二电极层(103)和设置在所述第一电极层(107)与第二电极层(103)之间的铁电薄膜层(105)，其特征在于，所述第一电极层(107)中设置有将其分为至少两个部分的间隙(109)，所述铁电薄膜层(105)的电畴(1051，1053)的极化方向基本不垂直且基本不平行所述第一电极层(107)的法线方向； 其中，在所述第一电极层(107)中的邻接所述间隙(109)的两个部分之间偏置某一方向的读信号时，对应所述间隙(109)的部分所述铁电薄膜层(105)的电畴局部被反转而建立畴壁导电通道。
2.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述第一电极层中(107)的至少两个部分包括第一读电极部分和第二读电极部分，所述第一读电极部分和第二读电极部分组成读电极对，所述读信号被偏置在所述读电极对上。
3.如权利要求1或2所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，在所述第一电极层(107)和第二电极层(103)之间可操作地偏置写信号以使所述铁电薄膜层(105)中的电畴(1051，1053)的极化方向发生统一地翻转。
4.如权利要求1或2所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，还包括第三电极层(230)，所述第三电极层(230)与所述第二电极层(103)相对地设置； 其中，在所述第三电极层(230)与所述第二电极层(103)之间可操作地偏置写信号以使所述铁电薄膜层(105)中的电畴(1051，1053)的极化方向发生统一地翻转； 在所述第三电极层(230)与所述第一电极层(107)之间设置有绝缘介质层(210)。
5.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述间隙的间距(d)大于或等于2纳米且小于或等于500纳米，或者大于或等于5纳米且小于或等于100纳米； 所述间隙的宽度(w)大于或等于5纳米且小于或等于500纳米。
6.如权利要求1或2或5所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述间隙的间距(d)小于所述铁电薄膜层(105)的厚度或者所述铁电薄膜层(105)的厚度的二分之一。
7.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，还包括基底(100)，所述第一电极层(107)或第二电极层(103)设置在所述基底(100)之上。
8.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述铁电薄膜层(105)为铁酸铋BiFeO3、掺La的铁酸铋盐(Bi，La) FeO3、锆钛酸铅盐(Pb，Zr) 1103或者铌酸锂盐 LiNbO3。
9.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述铁电薄膜层(105)的厚度大于或等于5纳米且小于或等于500纳米。
10.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述第一电极层(107)的厚度大于或等于5纳米且小于或等于100纳米。
11.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，通过控制所述铁电薄膜层(107)生长的晶向，以至于所述铁电薄膜层(105)的电畴(1051，1053)的极化方向基本不垂直且基本不平行所述第一电极层(107)的法线方向。
12.如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器，其特征在于，所述间隙(109)中被填入或部分填入绝缘介质材料。
13.—种如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器的制备方法，其特征在于具体步骤包括: 提供基底并在基底上形成第二电极层(103); 形成铁电薄膜(105);以及 在所述铁电薄膜层(105)上形成带有所述间隙(109)的第一电极层(107)。
14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，还包括步骤: 在所述第一电极层(107)上沉积绝缘介质层(210);以及 在所述绝缘介质层(210 )上形成第三电极层(109 )。
15.一种如权利要求1所述的非破坏性读出铁电存储器的操作方法，其特征在于，在读操作时，在所述第一电极层(107)中的邻接所述间隙(109)的两个部分之间偏置某一方向的读信号，通过读取该两个部分之间的电流大小以判断对应所述间隙(109)的部分所述铁电薄膜层(105)的电畴是否局部被反转而建立畴壁导电通道，从而读出存储的逻辑信息; 在写操作时，在所述第一电极层(107)和第二电极层(103)之间偏置写信号以使所述铁电薄膜层(105)中的电畴(1051，1053)的极化方向发生统一地翻转。
16.如权利要求15所述的操作方法，其特征在于，所述非破坏性读出铁电存储器还包括第三电极层(230 )，所述第三电极层(230 )与所述第二电极层(103 )相对地设置； 其中，在写操作时，在所述第三电极层(230)与所述第二电极层(103)之间偏置写信号以使所述铁电薄膜层(105)中的电畴(1051，1053)的极化方向发生统一地翻转。
17.如权利要求16所述的操作方法，其特征在于，撤去所述读信号后，读操作过程中局部被反转的电畴基本回复至读操作前的极化方向，从而所述畴壁导电通道自动消除； 在所述读信号的读电压固定的情况下，建立所述畴壁导电通道时的开态电流(I)随所述间隙的间距(d)的减小而增大； 所述读信号的读电压越大，对应所述间隙(109)的部分所述铁电薄膜层(105)的电畴中被反转部分的占比越大； 所述读信号的读电压越大，形成的所述畴壁导电通道相对间隙(109)的表面的深度越深。
【专利摘要】本发明属于铁电存储技术领域，具体为一种非破坏性读出铁电存储器及其制备方法和操作方法。该非破坏性读出铁电存储器包括第一电极层、第二电极层和设置在第一电极层与第二电极层之间的铁电薄膜层，其中，第一电极层中设置有将其分为至少两个部分的间隙，铁电薄膜层的电畴的极化方向基本不垂直且基本不平行第一电极层的法线方向；其中，在第一电极层中的邻接间隙的两个部分之间偏置某一方向的读信号时，对应间隙的部分铁电薄膜层的电畴局部被反转而建立畴壁导电通道。本发明的铁电存储器可以实现电流方式的非破坏性读出，适合于高密度应用，并且制备简单、成本低。
【IPC分类】G11C11-22, H01L21-8247, H01L27-115
【公开号】CN104637949
【申请号】CN201510036586
【发明人】江安全, 耿文平, 江钧
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月24日