的铁电单元和铁电存储器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及存储器领域，具体涉及一种基于LaMn3Cr401;^^铁电单元和铁电存储 器。
【背景技术】
[0002] 非挥发性存储器具有在无电源供应时仍能保持数据信息，在数据存储领域具有广 泛的应用。铁电存储器（FeRAM)是一种利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储的存储器结 构。铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并 达到一种稳定状态，当外加电场移走后，中心原子会保持在该位置上。因此铁电存储器保持 数据不需要电压，也不需要周期性刷新，是一种非挥发性存储器。铁电存储器具有更快的读 写速度，更低的功耗以及几乎无限次的擦写次数，具有广泛应用前景。Pb(Zri_xTix) 03 (PZT) 和SrBi2Ta209 (SBT)薄膜是目前铁电存储器应用最多的两种铁电薄膜材料，使用新的铁电材 料是进一步改善铁电存储器性能的一个重要途径。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种基于LaMn3Cr4012的铁电单元以及制备方法，本发明 还提出了一种基于1^1]1 3〇4012的铁电存储器。
[0004] 第一方面，本发明提出了一种铁电存储单元，包括：下电极；形成于所述下电 极上的铁电介质层；以及形成于所述铁电介质层上的上电极；其中，所述铁电介质层为 LaMn3Cr4012 薄膜。
[0005] 优选地，所述铁电介质层的厚度为10nm-200nm。
[0006] 优选地，所述上电极为Pt、Al、Ni、Ti、Cu、Au、Poly-Si中的一种或者多种组成的合 金，所述下电极为Pt、Al、Ni、Ti、Cu、Au、Poly-Si中的一种或者多种组成的合金。
[0007] 优选地，所述铁电存储单元的工作温度低于170K。
[0008] 优选地，所述铁电介质层的极化和反铁磁有序耦合。
[0009] 优选地，磁场可调控铁电介质层的电极化强度。
[0010] 第二方面，本发明提出了一种基于所述铁电存储单元的铁电存储器，包括一个所 述铁电存储单元和一个金属-氧化物-半导体场效应晶体管，所述金属-氧化物-半导体 场效应晶体管的栅极连接字线，所述金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极连接位线， 所述金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极连接所述铁电存储单元的下电极，所述铁 电存储单元的上电极连接板线。
[0011] 第三方面，本发明提出了一种制备所述的铁电存储单元的方法，包括：
[0012] 在硅衬底上通过热氧化生成一层二氧化硅；
[0013] 在二氧化硅层上通过溅射或者电子束蒸发形成下电极；
[0014] 以LaMn3Cr4012为靶材，在下电极上通过脉冲激光沉积或者溅射形成铁电介质层；
[0015] 在铁电介质层上通过溅射或者电子束蒸发形成上电极。
[0016] 优选地，所述LaMn3Cr4012祀材的制备方法包括：
[0017] 将La203 (99. 99 % )、Mn203 (99. 99 % )和Cr203 (99. 99 % )按化学计量比 1:3:4 混合 均匀得到原料混合物；
[0018] 将所述原料混合物研磨30-90分钟；
[0019] 将研磨后的原料混合物装入金或铂金胶囊中密封；
[0020] 在六面顶压机中进行高压温高压合成，合成压力为6-10GPa，合成温度为 900-1100°C，保温30-60分钟后淬火至室温。
[0021] 优选地，所述金或钼金胶囊的直径为2-10_，长度为2-10_，壁厚为1-2_。
[0022] 本发明提出的基于LaMn3Cr4012的铁电存储器具有速度快、功耗低、耐腐蚀、寿命长 的特点并且与硅工艺兼容。
【附图说明】
[0023] 通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和 优点将更为清楚，在附图中：
[0024] 图1为LaMn3Cr4012材料的晶格结构图；
[0025] 图2为1^113(>4012材料的介电常数、磁化率以及电极化强度随温度变化曲线；
[0026] 图3为本发明提出的基于LaMn3Cr4012的铁电存储单元示意图；
[0027] 图4为本发明提出的一种基于LaMn3Cr4(V^电存储单元的1T1C的FeRAM结构图；
[0028] 图5为图4所示的FeRAM的等效电路图；以及
[0029] 图6为本发明提出的LaMn3Cr4012祀材的制备方法。
【具体实施方式】
[0030] 以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下 文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有 这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过 程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附 图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0031] 除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的"包括"、"包含"等类似 词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是"包括但不限于"的含 义。
[0032] 图1为LaMn3Cr4012材料的晶格结构图。如图1所示，LaMn3〇4012属于立方晶系， 空间群为Im-3,晶格常数为7.398/\。一个1^11113(>4012原胞包含2个La原子，6个Mn原子，8 个Cr原子和24个0原子，每个Cr原子连接6个0原子，位于由6个0原子围成的正八面 体的中心。在有外加电场的情况下，产生位置移动的是Cr原子。
[0033] 图2为1^113〇4012材料的介电常数、磁化率以及电极化强度随温度变化曲线。在 温度低于170K时，1^11113(>4012在正极化方向和反极化方向具有不同的电极化强度。如图2 的上半部分所示，在温度高于90K时，随着介电常数的测量中使用的交流电的频率从1兆赫 兹降到1千赫兹，LaMn3Cr4012的介电常数增大；温度在20K到90K之间时，LaMn3Cr4012的介 电常数不随交流电频率改变，其介电特性在广泛的频率区间内保持不变，是稳定的铁电材 料。此外，1^]?113(>4012还具有极化和反铁磁有序耦合的性质，磁场可调控铁电介质层的电极 化强度。
[0034] 图3为本发明提出的基于LaMn3Cr4012的铁电存储单元的示意图。基于LaMn3Cr4012 的铁电存储单元包括：上电极2、铁电介质层1以及下电极3。其中铁电介质层1形成于上 电极2和下电极3之间，为LaMn