[发明专利]一种铁电阻变存储器及其写入方法、读取方法和制备方法

说明书

本发明公开了一种铁电阻变存储器及其写入方法、读取方法和制备方法。该铁电阻变存储器包括依次堆叠设置的衬底层、底电极、开关层和顶电极；所述开关层包括铁电层以及与所述铁电层相邻设置的至少一层半导体层；所述铁电层在电场所用下发生极化，用于改变所述开关层的势垒。本发明通过在开关层增设至少一层半导体层且半导体层与铁电层相邻设置，相当于增加了一层可变势垒层，增大了在电场作用下开关层高低阻态的电阻比，即增大了铁电阻变存储器的存储窗口，进而实现了铁电阻变存储器的高密度存储，解决铁电阻变存储器存储窗口较小的问题。

技术领域

本发明实施例涉及半导体和存储器件领域，尤其涉及一种铁电阻变存储器及其写入方法、读取方法和制备方法。

背景技术

铁电材料具有两个稳定的极化态，而且在外加电场的作用下铁电翻转速率非常快，尤其随着现代薄膜技术的发展，铁电材料得到广泛的研究和应用。铁电阻变存储器(Ferromagnetic Random Access Memory，简称FRAM或FeRAM)是最早的商业化的非易失存储器，主要是利用铁电材料的两个极化态在外加电场作用下翻转分别编码布尔代数中的0和1，来实现信息存储。

现阶段FRAM的典型结构为：顶电极-铁电材料-底电极，其中，由于顶电极和底电极通常采用金属或者半金属材料，从而顶电极和底电极的费米能级的位置相当；同时，在施加正电压和施加负电压时，费米能级的位置不变，顶电极和底电极上的屏蔽电荷密度差异较小，而其屏蔽电荷密度一定程度上决定高低阻态的电阻比，由此导致FRAM高低阻态的电阻比较小，通常小于10³，使得FRAM存储窗口较小。

发明内容

本发明提供一种铁电阻变存储器及其写入方法、读取方法和制备方法，增大了在电场作用下开关层高低阻态的电阻比，增大了铁电阻变存储器的存储窗口，解决了现阶段铁电阻变存储器存储窗口小，存储密度低的问题。

第一方面，本发明实施例提出一种铁电阻变存储器，该铁电阻变存储器包括依次堆叠设置的衬底层、底电极、开关层和顶电极；

所述开关层包括铁电层以及与所述铁电层相邻设置的至少一层半导体层；

所述铁电层在电场所用下发生极化，用于改变所述开关层的势垒。

第二方面，本发明实施例提出一种铁电阻变存储器的写入方法，该铁电阻变存储器包括依次堆叠设置的衬底层、底电极、开关层和顶电极；

所述开关层包括铁电层以及与所述铁电层相邻设置的至少一层半导体层；

所述铁电阻变存储器的写入方法包括：

获取所述铁电阻变存储器的写入指令；

根据所述写入指令向所述铁电层施加电压信号，以使所述铁电层发生极化，改变所述开关层的势垒；

根据所述势垒获取所述开关层的第一电阻值；

根据所述第一电阻值对所述铁电阻变存储器进行写入操作。

第三方面，本发明实施例提出一种铁电阻变存储器的读取方法，该铁电阻变存储器包括依次堆叠设置的衬底层、底电极、开关层和顶电极；

所述开关层包括铁电层以及与所述铁电层相邻设置的至少一层半导体层；

所述铁电阻变存储器的读取方法包括：

获取所述铁电阻变存储器的读取指令；

根据所述读取指令向所述开关层施加电流信号，获取所述开关层的第二电阻值；

根据所述第二电阻值对所述铁电阻变存储器进行读取操作。

第四方面，本发明实施例提出一种铁电阻变存储器的制备方法，该方法包括：提供一衬底层；

在所述衬底层一侧制备底电极；