專利名稱：一種多位鐵電存儲(chǔ)器及其電壓施加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多位鐵電存儲(chǔ)器及其電壓施加方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場中占有重要地位，據(jù)調(diào)查，僅DRAM (Dynamic RandomAccess Memory)和Flash兩種就占有整個(gè)市場的15%。隨著便攜式電子設(shè)備的逐步普及，不揮發(fā) 存儲(chǔ)器的市場也越來越大，目前Flash占不揮發(fā)存儲(chǔ)器市場的90%。但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的 進(jìn)步，F(xiàn)lash遇到了越來越多的技術(shù)瓶頸，隧穿氧化層不能隨著集成電路工藝的發(fā)展無限制 地減薄，據(jù)ITRS 2007報(bào)道，F(xiàn)lash將很難逾越32nm工藝節(jié)點(diǎn)。解決這個(gè)問題的思路是研發(fā) 新一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器，主要有磁存儲(chǔ)器(MRAM)，相變存儲(chǔ)器(PCM)，電阻存儲(chǔ)器(ReRAM)和 鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)，其中鐵電存儲(chǔ)器最先實(shí)現(xiàn)商品化，具有很強(qiáng)商業(yè)潛質(zhì)。鐵電存儲(chǔ)器利用鐵電材料具有的自發(fā)極化，且自發(fā)極化矢量可以在外電場作用下 反轉(zhuǎn)的性質(zhì)而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能?，F(xiàn)有技術(shù)公開的鐵電存儲(chǔ)器一般采用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)系列的材 料，例如鋯鈦酸鉛，即Pb (Zr，Ti) 03的合金(以下簡稱PZT)。此材料的主要特征是具有鐵 電性，即電極化強(qiáng)度與外電場之間具有電滯回線的關(guān)系。這種特性使之非常適于做存儲(chǔ)器， 其剩余極化的兩個(gè)狀態(tài)分別對應(yīng)著存儲(chǔ)器的“0”和“ 1，，態(tài)，并可通過改變外電場的方向來 改變存儲(chǔ)狀態(tài)或通過外圍電路來傳感其極化狀態(tài)，讀取信息。傳統(tǒng)的鐵電存儲(chǔ)單元通常采用堆棧形式的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。以ITlC結(jié)構(gòu)為例， 其形成方法一般是現(xiàn)在硅襯底10上形成晶體管的柵極12、柵極介電層14以及源極/漏極 區(qū)16之后，再覆蓋上一層介電層20，然后在介電層20中形成接觸窗插塞22連接到源極/ 漏極區(qū)16的一端，最后在接觸窗插塞22上形成鐵電存儲(chǔ)單元。傳統(tǒng)的鐵電存儲(chǔ)單元是以 “平面方式”由下向上堆棧，在第一電極24上形成鐵電薄膜26，并且在鐵電薄膜26上形成 第二電極28。此種鐵電存儲(chǔ)單元為了維持足夠的電容量，必須提供足夠的平面面積，以保持 儲(chǔ)存資料的長久性。因此，為了實(shí)現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度，一方面，可以增加鐵電存儲(chǔ)單 元的集成密度；另一方面，可以在單個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)。顯然，通過前一種方法來增加鐵電存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度時(shí)，存在如下缺點(diǎn)隨著鐵電 存儲(chǔ)單元集成密度的不斷增加，相對地，鐵電存儲(chǔ)單元的可用面積將不斷縮小，這樣往往會(huì) 造成電容量不足的問題。而采用后一種方法可以在不減小原有鐵電存儲(chǔ)單元可用面積的前 提下有效地提高存儲(chǔ)密度，從而大大地降低了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種多位鐵電存儲(chǔ)器及其電壓施加 方法，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器多位存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)，以提高存儲(chǔ)密度，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提出的多位鐵電存儲(chǔ)器通過構(gòu)建一層凹凸有致具有多種不同厚度的臺(tái)階 狀鐵電薄膜材料，并通過組合不同臺(tái)階厚度的鐵電薄膜來實(shí)現(xiàn)在單個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)多位 數(shù)據(jù)的多位存儲(chǔ)功能。其特征在于包括步驟
3
(1)在硅襯底上淀積第一金屬電極薄膜材料；(2)在第一金屬電極上制備一層凹凸有致具有不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜材料；(3)在鐵電薄膜上淀積第二金屬電極薄膜材料。本發(fā)明中，在第一電極上制備一層凹凸有致具有不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜的方 法包括納米壓印，機(jī)械壓印和先進(jìn)的光刻及蝕刻技術(shù)。本發(fā)明中，鐵電薄膜材料包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶以及聚偏 二氟乙烯基鐵電材料；所述的第一金屬電極包括鉬，釕，銥，鉻金合金以及氧化銥；所述的 第二金屬電極包括鉬，釕，銥，鉻金合金以及氧化銥。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供所述的多位鐵電存儲(chǔ)器的電壓施加方法，由于不同 厚度的鐵電薄膜需施加不同大小的外電壓才能實(shí)現(xiàn)極化反轉(zhuǎn)，η種不同厚度的鐵電薄膜依 次對應(yīng)η種不同大小的外電壓。以η = 2為例，η ^ 2時(shí)依次類推，具體步驟包括(1)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較高正向電壓V2，使得兩個(gè)不同臺(tái)階厚 度處的鐵電薄膜都反向極化，，此狀態(tài)對應(yīng)第一存儲(chǔ)狀態(tài)；(2)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較低反向電壓-VI，使得臺(tái)階厚度較小 處的鐵電薄膜反轉(zhuǎn)成正向極化，臺(tái)階厚度較大處的鐵電薄膜反向極化保持，此狀態(tài)對應(yīng)第 二存儲(chǔ)狀態(tài)；(3)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較高負(fù)向電壓-V2，使得兩個(gè)不同臺(tái)階 厚度處的鐵電薄膜都正向極化，此狀態(tài)對應(yīng)第三存儲(chǔ)狀態(tài)；(4)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較低的正向電壓Vl，使得臺(tái)階厚度較小 處的鐵電薄膜反轉(zhuǎn)成反向極化，臺(tái)階厚度較大處的鐵電薄膜正向極化保持，此狀態(tài)對應(yīng)第 四存儲(chǔ)狀態(tài)；本發(fā)明提供的電壓施加方法，對應(yīng)η種不同厚度的鐵電薄膜可以實(shí)現(xiàn)2"個(gè)存儲(chǔ)狀 態(tài)(η彡2)。本發(fā)明所提供的多位鐵電存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)及其電壓施加方法可以有效地提高存儲(chǔ) 密度，降低生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)具有ITlC平面結(jié)構(gòu)的鐵電存儲(chǔ)器。圖2A-2D為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1 (具有兩個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元)的制備過程 剖面示意圖。圖3為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2 (具有η > 2個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元)的剖面示意 圖。圖4Α 4D為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的電壓施加方法示意圖。圖5為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1采用本發(fā)明所提供的電壓施加方法得到的鐵電材料 電滯回線。圖6為某一配比下的PZT材料在以9伏電壓下該鐵電材料電疇反轉(zhuǎn)極化大小為參 考，得到的該鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)極化百分比和外加電壓的關(guān)系圖。圖中標(biāo)號(hào)說明100硅襯底，102第一金屬電極，104兩階鐵電薄膜，104-1第一臺(tái) 階處的鐵電薄膜，104-2第二臺(tái)階處的鐵電薄膜，106第二金屬電極，200硅襯底，202第一金屬電極，204η階鐵電薄膜，204-1第一臺(tái)階處的鐵電薄膜，204-2第二臺(tái)階處的鐵電薄膜， 204-η第η階處的鐵電薄膜，206第二金屬電極。
具體實(shí)施例方式下文結(jié)合圖示在參考實(shí)施例中更具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例，但 不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于在此闡述的實(shí)施例。在圖中，為了方便說明，放大了層和區(qū)域的厚度， 所示大小并不代表實(shí)際尺寸。參考圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅 限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得 到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點(diǎn)，但在本發(fā)明實(shí)施例中，均以矩形表示，圖中的表示是 示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1參考圖2，所示為具有兩個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元的剖面示意圖。第一金屬電極102 形成于硅襯底100上，第一金屬電極可以為鉬，釕，銥，鉻金合金以及氧化銥。第一金屬電極 102上通過納米壓印，機(jī)械壓印或先進(jìn)的光刻及蝕刻技術(shù)制備一層具有兩個(gè)臺(tái)階的鐵電薄 膜104，較薄的第一臺(tái)階部分標(biāo)為104-1，較厚的第二臺(tái)階部分標(biāo)為104-2，兩個(gè)臺(tái)階的厚度 可以根據(jù)鐵電薄膜的厚度與極化強(qiáng)度及施加電壓的大小進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整，以獲得最佳的存 儲(chǔ)狀態(tài)。臺(tái)階鐵電薄膜材料可以為鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶以及聚偏二氟 乙烯基鐵電材料。在鐵電薄膜104上形成第二金屬電極106可以為鉬，釕，銥，鉻金合金以 及氧化銥。實(shí)施例2參考圖3，所示為具有η (η >2)個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元的剖面示意圖。圖3與圖 2的唯一區(qū)別是，圖3中的鐵電薄膜臺(tái)階數(shù)要高于圖2中的鐵電薄膜臺(tái)階數(shù)。各個(gè)臺(tái)階的厚 度可以根據(jù)鐵電薄膜的厚度與矯頑電壓的關(guān)系進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整，以獲得最佳的存儲(chǔ)狀態(tài)。實(shí)施例3參考圖2Α 2D。圖2Α為第一金屬電極102形成于硅襯底100之后的橫截面圖。所選擇的Si襯底 100為低阻型(111)硅片，先用丙酮超聲去掉表面有機(jī)物，再用濃H2S04 Η202 = 1 1加 熱至100度左右，并保持5到10分鐘，之后再用去離子水沖干甩干，再講硅片放入水HF =10 1的溶液中浸泡20分左右，去除表面氧化物，之后用去離子水沖干甩干，再講硅片 放入ΝΗ40Η Η202 Η20 = 1 2 5體積比的I號(hào)溶液煮沸5分鐘，之后用去離子水沖 干甩干，再將硅片放入HCL Η202 Η20 = 1 2 8體積比的II號(hào)液中煮沸10分鐘， 之后用去離子水沖干甩干；在清洗好的硅片上淀積第一金屬電極材料102，如鉬，釕，銥，鉻 金合金以及氧化銥。圖2Β為在第一金屬電極102上制備一層鐵電薄膜材料104后的橫截面圖，鐵電薄 膜材料可以為鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶以及聚偏二氟乙烯基鐵電材料。本 實(shí)例使用溶膠_凝膠法制備鋯鈦酸鉛鐵電薄膜。按一定的化學(xué)計(jì)量比，以乙酸鉛、甲醇、鈦 酸丁酯、丙醇鋯、乙酸為原材料，通過水浴加熱混合制成鋯鈦酸鉛溶膠先體。以3000r/min， 在第一金屬電極102上，用旋涂機(jī)旋涂鋯鈦酸鉛溶膠先體30秒，而后其在175攝氏度的熱
5板上加熱3分鐘，最后在350攝氏度的熱板上加熱5分鐘，從而得到一層鐵電薄膜。用同樣 的方法，獲得第二層鐵電薄膜之后，在快速熱退火爐中以650攝氏度退火15分鐘。在第二 層鐵電薄膜上，用旋涂機(jī)以3000r/min旋涂鋯鈦酸鉛容膠先體30秒，等待3分鐘，獲得第三 層鐵電薄膜，如此往復(fù)旋涂6次。之后在50攝氏度熱板上加熱5分鐘，從而最終得到鐵電 薄膜104。圖2C為將制備好的鐵電薄膜104加工成較薄的104-1臺(tái)階和較厚的104_2臺(tái)階 兩個(gè)不同厚度的鐵電薄膜后的橫截面圖，加工方法可以為納米壓印，機(jī)械壓印和先進(jìn)的光 刻及蝕刻技術(shù)。本實(shí)例采用納米壓印方法來加工形成圖2C所示的鐵電薄膜104表面凹凸 形貌。具體為采用一定線寬和周期的光柵結(jié)構(gòu)的硅模板來壓印鐵電薄膜104，在一定壓力下 維持15分鐘后，取下硅模板，就形成如圖2C所示的鐵電薄膜104的表面凹凸形貌。接著將 帶有凹凸形貌的鐵電薄膜104進(jìn)行加熱退火，即完成鐵電薄膜的表面形貌加工。圖2D為在臺(tái)階狀鐵電薄膜上形成第二金屬電極106后的橫截面圖。第二金屬電 極材料102包括鉬，釕，銥，鉻金合金以及氧化銥。實(shí)施例4參考圖4A 4D。圖4A 4D為依據(jù)本發(fā)明的具有2個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元的電壓施加方法示意 圖。由于鐵電材料本身在沒有外加電壓存在下有剩余極化，鐵電薄膜上下表面將根據(jù) 異性相吸原理吸附正負(fù)電荷，對外則不表現(xiàn)出電位差，當(dāng)以一定電壓施于鐵電材料兩表面 電極上時(shí)，鐵電薄膜材料內(nèi)部的電疇將反轉(zhuǎn)，此時(shí)表面吸附的電荷將被排斥而流向于外圍 電路，從而給予外圍電路電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)讀取和寫入的存儲(chǔ)功能.未經(jīng)本發(fā)明加工過的鐵 電材料，其電疇將在一定電壓下迅速反轉(zhuǎn)，以某一配比下的鐵電薄膜材料PZT為例，對一定 厚度的該鐵電薄膜從1伏電壓至9伏的電壓下測量，以9伏電壓下該P(yáng)ZT鐵電材料電疇反 轉(zhuǎn)極化大小為參考，可以得到鐵電薄膜電疇在4V電壓下，只有11. 47%的反轉(zhuǎn)極化百分比， 而5V電壓下鐵電薄膜電疇的反轉(zhuǎn)極化百分比已經(jīng)達(dá)到87% (如圖6所示)。即當(dāng)外加電壓 低于矯頑電壓時(shí)，鐵電薄膜電疇只發(fā)生極少量的極化反轉(zhuǎn)；而當(dāng)外加電壓高于矯頑電壓時(shí)， 鐵電薄膜電疇將大部分極化反轉(zhuǎn)。而不同厚度的鐵電薄膜對應(yīng)著不同的矯頑電壓，因此可 以通過構(gòu)建凹凸有致具有不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜材料來實(shí)現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器的多位存儲(chǔ) 功能。以兩階臺(tái)階鐵電薄膜為例，將薄膜兩側(cè)電極電壓加到一定，設(shè)為V2，整個(gè)鐵電薄膜 電疇將反向極化，此定義為存儲(chǔ)狀態(tài)(00)。外加電壓-VI，則較薄鐵電薄膜的電疇將反轉(zhuǎn)成 正向極化，而較厚鐵電薄膜的電疇保持反向極化，此定義存儲(chǔ)狀態(tài)(01)。外加電壓-V2，兩 個(gè)不同臺(tái)階厚度處的鐵電薄膜都正向極化，此時(shí)此定義存儲(chǔ)狀態(tài)(11)。外加電壓VI，則較 薄鐵電薄膜的電疇將反轉(zhuǎn)成反向極化，而較厚鐵電薄膜的電疇保持正向極化，此定義存儲(chǔ) 狀態(tài)(10)。由于未經(jīng)本發(fā)明方法加工過的鐵電薄膜材料其極化反轉(zhuǎn)在一個(gè)電壓下完成，設(shè) 為V，此時(shí)鐵電介質(zhì)材料存儲(chǔ)只有兩個(gè)狀態(tài)(V和-ν)，那么經(jīng)由本發(fā)明構(gòu)造過的鐵電介質(zhì)薄 膜將有由原來的兩態(tài)變?yōu)樗膫€(gè)狀態(tài)(V2，-VI，-V2，VI)。這樣就可以用來定義四個(gè)存儲(chǔ)態(tài) (00，01，11，10)，從而實(shí)現(xiàn)在同一單元下4位存儲(chǔ)。實(shí)施例5
下面以依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(具有2個(gè)臺(tái)階的鐵電存儲(chǔ)單元)為例，集合具體的圖 示來說明的實(shí)現(xiàn)鐵電四個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)的電壓施加方法。圖4A為在第一金屬電極102和第二金屬電極106之間施加一個(gè)較高正向電壓 V2，第一金屬電極102接地，第二金屬電極106接正向電壓V2。在此正向電壓下，第一臺(tái)階 104-1和第二臺(tái)階104-2處的鐵電薄膜都反向極化，此狀態(tài)對應(yīng)第一存儲(chǔ)狀態(tài)；圖4B為在第一金屬電極102和第二金屬電極106之間施加一個(gè)較低負(fù)向電 壓-VI，第一金屬電極102接地，第二金屬電極106接負(fù)向電壓-VI。較薄的第一臺(tái)階104-1 處的鐵電薄膜電疇將反轉(zhuǎn)成正向極化，而較厚的第二臺(tái)階104-2處的鐵電薄膜保持反向極 化，此狀態(tài)對應(yīng)第二存儲(chǔ)狀態(tài)；圖4C在第一金屬電極102和第二金屬電極106之間施加一個(gè)較高負(fù)向電壓_V2， 第一金屬電極102接地，第二金屬電極106接負(fù)向電壓-V2。在此負(fù)向電壓下，第一臺(tái)階 104-1和第二臺(tái)階104-2處的鐵電薄膜都反轉(zhuǎn)成正向極化，此狀態(tài)對應(yīng)第三存儲(chǔ)狀態(tài)；圖4D為在第一金屬電極102和第二金屬電極106之間施加一個(gè)較低正向電壓VI， 第一金屬電極102接地，第二金屬電極106接正向電壓VI。較薄的第一臺(tái)階104-1處的鐵 電薄膜電疇將反轉(zhuǎn)成反向極化，而較厚的第二臺(tái)階104-2處的鐵電薄膜保持正向極化，此 狀態(tài)對應(yīng)第四存儲(chǔ)狀態(tài)；由于未經(jīng)本發(fā)明方法加工過的鐵電薄膜材料其極化反轉(zhuǎn)在一個(gè)電壓下完成，設(shè)為 V，此時(shí)鐵電介質(zhì)材料存儲(chǔ)只有兩個(gè)狀態(tài)(V和-v)，那么經(jīng)由本發(fā)明構(gòu)造過的鐵電介質(zhì)薄膜 將有由原來的兩態(tài)變?yōu)樗膫€(gè)狀態(tài)(V2，-V1，-V2，V1)。這樣就可以用來定義四個(gè)存儲(chǔ)態(tài)(00， 01，11，10)，從而實(shí)現(xiàn)在同一單元下4位存儲(chǔ)。實(shí)施例6圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例采用本發(fā)明所提供的電壓施加方法得到的鐵電 材料電滯回線。加外電壓V2，整個(gè)鐵電薄膜電疇將反向極化，對應(yīng)鐵電薄膜表面電荷狀態(tài)Q(00)， 即第一存儲(chǔ)狀態(tài)(00)。外加電壓-VI，則較薄鐵電薄膜的電疇將反轉(zhuǎn)成正向極化，而較厚 鐵電薄膜的電疇保持反向極化，對應(yīng)鐵電薄膜表面電荷狀態(tài)Q(01)，此定義存儲(chǔ)狀態(tài)(01)。 外加電壓-V2，兩個(gè)不同臺(tái)階厚度處的鐵電薄膜都正向極化，對應(yīng)鐵電薄膜表面電荷狀態(tài) Q(ll)，此定義存儲(chǔ)狀態(tài)(11)。外加電壓VI，則較薄鐵電薄膜的電疇將反轉(zhuǎn)成反向極化，而 較厚鐵電薄膜的電疇保持正向極化，對應(yīng)鐵電薄膜表面電荷狀態(tài)Q(10)，此定義存儲(chǔ)狀態(tài) (10)。從而得到定義的四個(gè)存儲(chǔ)態(tài)(00,01,11,10).實(shí)施例7圖6為某一配比下傳統(tǒng)的PZT材料在以9伏電壓下該鐵電材料電疇反轉(zhuǎn)極化大小 為參考，得到的鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)極化百分比和外加電壓的關(guān)系圖。結(jié)果顯示，鐵電薄膜電 疇在4V電壓下，只有11. 47%的反轉(zhuǎn)極化百分比，而5V電壓下鐵電薄膜電疇的反轉(zhuǎn)極化百 分比已經(jīng)達(dá)到87%。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種多位鐵電存儲(chǔ)器，含有硅襯底，其特征在于，所述硅襯底上有第一金屬電極薄膜材料、臺(tái)階狀鐵電薄膜材料和第二金屬電極薄膜材料，通過構(gòu)建凹凸有致具有多種不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜材料，來實(shí)現(xiàn)在單個(gè)鐵電存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)的多位存儲(chǔ)功能，其包括(1)在硅襯底上淀積第一金屬電極薄膜材料；(2)在第一金屬電極上制備一層凹凸有致具有不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜材料；(3)在鐵電薄膜上淀積第二金屬電極薄膜材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多位鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于所述在第一金屬電極上制備 凹凸有致具有不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜的方法選自納米壓印，機(jī)械壓印或先進(jìn)的光刻及 蝕刻技術(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多位鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于所述凹凸有致的臺(tái)階狀 鐵電薄膜具有η ^2種不同厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多位鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于所述鐵電薄膜材料選自 鋯鈦酸鉛、鈦酸鍶鉍、鈦酸鉍鑭、鈦酸鋇鍶或聚偏二氟乙烯基鐵電材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多位鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一金屬電極是鉬， 釕，銥，鉻金合金或氧化銥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多位鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第二金屬電極是鉬， 釕，銥，鉻金合金或氧化銥。
7.一種實(shí)現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器多位存儲(chǔ)的電壓施加方法，其特征在于，η種不同厚度的鐵電 薄膜依次對應(yīng)η種不同大小的外電壓，其中η > 2，其包括下述步驟(1)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較高正向電壓V2，使得兩個(gè)不同臺(tái)階厚度處 的鐵電薄膜都反向極化，此狀態(tài)對應(yīng)第一存儲(chǔ)狀態(tài)；(2)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較低反向電壓-VI，使得臺(tái)階厚度較小處的 鐵電薄膜反轉(zhuǎn)成正向極化，臺(tái)階厚度較大處的鐵電薄膜反向極化保持，此狀態(tài)對應(yīng)第二存 儲(chǔ)狀態(tài)；(3)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較高負(fù)向電壓-V2，使得兩個(gè)不同臺(tái)階厚度 處的鐵電薄膜都正向極化，此狀態(tài)對應(yīng)第三存儲(chǔ)狀態(tài)；(4)在第一電極和第二電極之間施加一個(gè)較低的正向電壓VI，，使得臺(tái)階厚度較小處 的鐵電薄膜反轉(zhuǎn)成反向極化，臺(tái)階厚度較大處的鐵電薄膜正向極化保持，此狀態(tài)對應(yīng)第四 存儲(chǔ)狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓施加方法，其特征在于，所述η種不同厚度的鐵電薄膜實(shí) 現(xiàn)2η個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多位鐵電存儲(chǔ)器及其電壓施加方法。本發(fā)明利用鐵電薄膜材料只有在外電場達(dá)到矯頑場時(shí)電疇才會(huì)發(fā)生極化反轉(zhuǎn)的特性，構(gòu)建一層凹凸有致具有多種不同厚度的臺(tái)階狀鐵電薄膜材料，每一階臺(tái)階對應(yīng)一種厚度，進(jìn)而分別對應(yīng)一定的矯頑電壓，通過施加不同的外電壓來極化反轉(zhuǎn)相應(yīng)臺(tái)階厚度的鐵電薄膜。可以在單個(gè)存儲(chǔ)單元中通過組合不同臺(tái)階厚度的鐵電薄膜來實(shí)現(xiàn)多位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。采用本發(fā)明方法加工的多位存儲(chǔ)器件可以極大地提高存儲(chǔ)密度，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G11C11/22GK101882463SQ20091022181
公開日2010年11月10日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者萬海軍, 仇志軍, 劉冉, 沈臻魁, 陳志輝 申請人:復(fù)旦大學(xué)