[发明专利]一种铁电二极管储存器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铁电二极管储存器，包括依序层叠设置的单晶衬底、氧化物底电极、和BFO铁电薄膜，若干金属电极相互间隔地设置在所述BFO铁电薄膜表面；所述BFO铁电薄膜为外延铁电薄膜；单个所述金属电极的面积小于0.3平方微米；本发明还提供一种铁电二极管储存器的制备方法。相对于现有技术，本发明通过巧妙的结构设计，在BFO外延铁电薄膜表面设置多个金属电极，并且将单个金属电极的面积减小至0.30平方微米以下，实现将单个金属电极的面积设计成微米级以下，获得高储存密度的铁电二极管储存器单元。

技术领域

本发明涉及铁电储存技术领域，特别是涉及一种铁电二极管储存器及其制备方法。

背景技术

随着物联网、云计算、人工智能等新兴技术的不断发展，全球每年产生的数据量呈现井喷式增长，对数据储存的需求也日益增加。在众多新型储存器中，铁电储存器(FRAM)由于其潜在的高速、低工作电压和低功耗成为国际上固态存储器件研究的一个热点。铁电储存器是一种基于铁电材料可反转的自发极化的储存器件，其正、负极朝向的极化即对应数据0和1，但是，铁电储存器在读取信息过程中会破坏原有极化状态，需要再次写入，增加了操作的复杂性，同时，若电路要识别铁电储存器极化反转产生的电流，通常要求铁电储存器电容单元的面积必须达到微米级以上，这对铁电储存器的密度造成了限制。

因此，近期人们提出了一种非破坏性读取的铁电阻变储存器，即铁电二极管储存器(FDM)，铁电二极管储存器以(一个)金属电极-铁电层-底电极结构为基本储存单元，其中，铁电层选取铁酸铋(BiFeO₃，简称BFO)铁电薄膜，该BFO铁电薄膜表现出半导体特性，并分别在与金属电极及底电极接触的界面形成肖特基势垒；通过外加电场调控铁电薄膜的极化状态，改变界面处的肖特基势垒的高度和宽度，进而对二极管电流的调节来实现信息的储存读取，它能够实现非易失性存储、非破坏性读出，是非常具有发展潜力的新型储存器。但是，现有技术中铁电二极管储存器储存密度低，其应用受到限制。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铁电二极管储存器及其制备方法，其具有高储存密度。

本发明是基于以下发明构思实现的：一种铁电二极管储存器，包括依序层叠设置的单晶衬底、氧化物底电极、和BFO铁电薄膜，若干金属电极相互间隔地设置在所述BFO铁电薄膜表面；所述BFO铁电薄膜为外延铁电薄膜；单个所述金属电极的面积小于0.3平方微米。

相对于现有技术，本发明通过巧妙的结构设计，在BFO外延铁电薄膜表面设置多个间隔排列的金属电极，并且将单个金属电极的面积减小至小于0.3平方微米，即将单个金属电极的面积减小至微米级以下，当单个金属电极的面积越小时，单位面积上电极的数量越多，获得的铁电二极管储存器单元阵列的密度越高，储存密度也越高。

进一步地，单个所述金属电极的面积为0.1-0.2平方微米。

进一步地，所述BFO铁电薄膜的厚度为10-40nm。本发明的铁电二极管储存器要求BFO铁电薄膜能够利用其铁电极化调控阻态，因此需要选择合适的BFO铁电薄膜的薄膜厚度，厚度在10-40nm之间的铁电薄膜能够实现利用铁电极化从而调控阻态。

进一步地，所述单晶衬底为晶体取向为(001)的LaAlO₃、(La,Sr)(Al,Ta)O₃和SrTiO₃的任意一种。在晶体取向(001)方向上生长的BFO铁电薄膜为外延铁电薄膜，其面外方向为(001)，该取向也是BFO铁电薄膜极化约为60μC/cm²，可有效地对阻态进行调控。

进一步地，所述金属电极为Co、Ag和Au的任意一种。

进一步地，所述氧化物底电极为SrRuO₃、LaNiO₃和La_0.7Sr_0.3MnO₃的任意一种。