[发明专利]一种新型铁电场效应晶体管单元及其写入和读取方法

说明书

本发明属于信息存储技术领域，具体涉及一种新型铁电场效应晶体管单元及其写入和读取方法。包括依次衬底、铁电层、沟道层、左电极、中电极、右电极，铁电层位于衬底和沟道层之间，铁电层两侧分别为左电极和右电极，沟道层两侧分别为中电极和右电极，铁电层为单层或多层的二维层状铁电材料，沟道层为单层或多层的二维层状半导体材料，沟道层材料的载流子迁移率大于铁电层材料的载流子迁移率。本发明降低了现有技术中使用复杂CMOS技术制备铁电场效应晶体管的难度，并且可以应用于柔性电子中，能有效提高铁电晶体管的集成密度、降低功耗，易于实现小型化。

技术领域

本发明属于信息存储技术领域，具体涉及一种新型铁电场效应晶体管单元及其写入和读取方法。

背景技术

铁电存储器是一种非常具有应用前景的新型非易失性存储器，根据器件结构和工作原理可以分为两大类：铁电电容存储器和铁电场效应晶体管存储器。铁电场效应晶体管存储器不仅单元体积更小同时能非破坏性读出，比铁电电容存储器预期具有更高的存储密度和更低的功耗，是铁电存储器的未来发展方向。但传统钙钛矿结构的锆钛酸铅、钽酸锶铋等铁电材料与CMOS工艺兼容性差、存储容量低、制备温度高、有污染等原因，使得铁电存储器的制备需要特殊的生产线来进行，极大地限制了铁电存储器的广泛应用，铁电场效应晶体管存储器为实现商业化应用。尤其是目前柔性电子设备对于柔性电子器件，甚至是全透明的电子器件提出了强烈的需求，如何使铁电存储器能够适应科技的发展，使其性能提高，成为一个关键的问题。其中，首要需要解决的是，如何使非常具有发展前景的铁电晶体管能够适应普通CMOS工艺，或者能够使其以更为简单的工艺成功制备。其次，如何进一步简化其器件结构。再者，如何进一步减小其体积，进一步降低其能耗。最后，如何使其实现柔性化、全透明化，拓展它的应用。这些问题的解决，能够极大地促进铁电晶体管的应用，使得其满足工业生产的要求，实现商业化应用。

发明内容

本发明提供一种新型铁电场效应晶体管单元及其写入和读取方法，以降低铁电场效应晶体管的制备难度，简化了铁电场效应晶体管结构，能够使用平面电场在铁电场效应晶体管中写入、读取数据，可用于柔性、全透明的铁电场效应晶体管存储器件，极大地促进铁电晶体管的应用，使得其满足工业生产的要求。

第一方面，提供一种新型铁电场效应晶体管单元， 依次包括衬底、铁电层、沟道层、左电极、中电极、右电极，其特征在于，所述铁电层位于衬底和沟道层之间，所述铁电层的两侧分别为左电极和右电极，所述沟道层的两侧分别为中电极和右电极。

所述铁电层在面内电场作用下改变其面内极化方向时，会引起铁电层面外极化方向的改变。

作为本发明第一方面的优选方式，所述铁电层为单层或者多层的二维层状铁电材料，厚度为0.4nm-50nm，可以是In₂Se₃、Al₂S₃、Al₂Se₃、Al₂Te₃、Ga₂S₃、Ga₂Se₃、Ga₂Te₃、In₂S₃、In₂Te₃中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料，或者为掺Co、Fe、Mn等元素的In₂Se₃、Al₂S₃、Al₂Se₃、Al₂Te₃、Ga₂S₃、Ga₂Se₃、Ga₂Te₃、In₂S₃、In₂Te₃中的一种或者几种材料构成的单层或者多层二维层状铁电材料。