基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法

本发明属于微电子器件制造，具体涉及一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法。

背景技术：

1、铁电存储器是非易失性存储器的一种，因具有读写速度快、写入寿命长、断电状态数据不丢失、严苛环境工作和功耗小等优势，在航空航天和军工领域成为研究重点。铌酸锂是一种多功能铁电晶体材料，因其优异的非线性效应和电光效应使得铌酸锂薄膜被用于制备各种光调控器件，被誉为“光学硅”。近年来，铌酸锂畴壁的导电性能的提升表明了铌酸锂在微电子器件制造领域有一定的发展前景。芯片级铌酸锂薄膜的商业化产业结合微纳加工技术促进了铌酸锂同质型光电集成的发展。

2、现有技术中，基于铌酸锂薄膜制备铁电存储器的相关报道较少，基于此，发明人期望设计一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法，存储器单元结构由下至上依次由衬底、金属薄膜i、铌酸锂薄膜层和金属薄膜ii堆砌组成，极化强度ps方向位于面内；该制备方法具体包括如下步骤：

4、s1、写入阶段，记为“1”阶段；

5、铌酸锂薄膜层初始极化强度ps方向向右；采用探针施加正压的方案一或探针施加负压的方案二；

6、方案一：当探针被施加电压为正压，接触铌酸锂表面时，要求探针位于金属薄膜ii的右侧，此时位于探针左侧的铌酸锂因探针电场分布存在与其初始极化强度方向ps相反的分量，导致探针左侧的铌酸锂极化强度ps方向偏转180°，出现极化区域；畴壁为极化强度ps方向不同的相邻区域的交界面，此时畴壁被写入铌酸锂薄膜的下方，与金属薄膜ii下表面和金属薄膜i上表面接触；因畴壁具有优于体畴的导电能力，此时金属薄膜ii与金属薄膜i上下可导电；

7、方案二：当探针被施加电压为负压，接触铌酸锂表面时，要求探针位于金属薄膜ii的左侧，此时位于探针右侧的铌酸锂因探针电场分布存在与其初始极化强度ps方向相反的分量，导致探针右侧的铌酸锂极化强度ps方向偏转180°，出现极化区域；畴壁被写入铌酸锂薄膜的下方，与金属薄膜ii下表面和金属薄膜i上表面接触；因畴壁具有优于体畴的导电能力，此时金属薄膜ii与金属薄膜i上下可导电；

8、s2、擦除阶段，记为“0”阶段；

9、针对方案一形成的“1”状态，探针需施加负压接触极化区域或者周边区域实现畴壁擦除，进而将其转变为“0”状态。对畴壁进行擦除时，因探针的电场分布存在与极化区域极化强度ps方向相反的分量，极化区域的极化强度ps再次发生偏转，使得金属薄膜ii下方的畴壁被擦除或者偏离金属薄膜ii，金属薄膜ii与金属薄膜i上下不导电；

10、针对方案二形成的“1”状态，探针需施加正压接触极化区域或者周边区域实现畴壁擦除，进而将其转变为“0”状态。对畴壁进行擦除时，因探针的电场分布存在与极化区域极化强度ps方向相反的分量，极化区域的极化强度ps再次发生偏转，使得金属薄膜ii下方的畴壁被擦除或者偏离金属薄膜ii，金属薄膜ii与金属薄膜i上下不导电；

11、s3、读取阶段；

12、撤去探针，读取金属薄膜ii和金属薄膜i之间的导电状态；设导电状态为“1”，不导电状态为“0”；

13、“1”读取：畴壁具有优于铌酸锂本体材料的导电性，畴壁与金属薄膜i和金属薄膜ii上下接触时，金属薄膜ii和金属薄膜i上下之间认为导电状态；

14、“0”读取：当畴壁擦除后或者远离金属薄膜ii足够远时，则金属薄膜i与金属薄膜ii之间为不导电状态。

15、进一步地，在写入阶段和擦除阶段中，探针被施加电压与铌酸锂接触时，探针/铌酸锂/金属薄膜ii为开路状态；探针/铌酸锂/金属薄膜i为开路状态；接入探针的电源不接入金属薄膜i或者金属薄膜ii形成回路。

16、进一步地，在写入阶段和擦除阶段中，探针能够替换为任意导电物体制备成的薄膜。

17、进一步地，在写入阶段中，制备出的导电畴壁与金属薄膜ii或金属薄膜i不严格接触时，依旧具有良好的导电能力；导电范围内，导电畴壁与金属薄膜i或者金属薄膜ii存在一定的距离。

18、进一步地，在读取阶段中，读取信息比如电流为上下贯穿铌酸锂层厚度，存储单元“1”读取结构由金属薄膜ii/畴壁/金属薄膜i上下堆砌组成；存储单元“0”读取结构由金属薄膜ii/铌酸锂体/金属薄膜i上下堆砌组成。

19、进一步地，在擦除阶段中，探针接触的区域在极化区域内，或者在极化区域周边区域。

20、进一步地，在擦除阶段中，存储单元写入与擦除结构由探针/铌酸锂组成；若去除金属薄膜i或者金属薄膜ii，畴壁的制备与擦除过程仍旧能够通过被施加电压的探针完成。

21、进一步地，在擦除阶段中，当探针接触于“1”极化区域内，极化区域会部分被擦除；当探针接触于“1”极化区域外时，“1”极化区域全部被擦除，会在探针周边其他区域出现新的极化区域。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明提供一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法，该制备方法设计科学合理，制备的铁电存储器能够充分利用铌酸锂畴壁其在导电性能提升方面的优点，本发明方法促进了铌酸锂同质型光电集成的发展。

24、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

技术特征：

1.基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法，其特征在于，存储器单元结构由下至上依次由衬底、金属薄膜i、铌酸锂薄膜层和金属薄膜ii堆砌组成，极化强度ps方向位于面内；该制备方法具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在写入阶段和擦除阶段中，探针被施加电压与铌酸锂接触时，探针/铌酸锂/金属薄膜ii为开路状态；探针/铌酸锂/金属薄膜i为开路状态；接入探针的电源不接入金属薄膜i或者金属薄膜ii形成回路。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在写入阶段和擦除阶段中，探针能够替换为任意导电物体制备成的薄膜。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在写入阶段中，制备出的导电畴壁与金属薄膜ii或金属薄膜i不严格接触时，依旧具有良好的导电能力；导电范围内，导电畴壁与金属薄膜i或者金属薄膜ii存在一定的距离。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在读取阶段中，读取信息比如电流为上下贯穿铌酸锂层厚度，存储单元“1”读取结构由金属薄膜ii/畴壁/金属薄膜i上下堆砌组成；存储单元“0”读取结构由金属薄膜ii/铌酸锂体/金属薄膜i上下堆砌组成。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在擦除阶段中，探针接触的区域在极化区域内，或者在极化区域周边区域。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在擦除阶段中，存储单元写入与擦除结构由探针/铌酸锂组成；若去除金属薄膜i或者金属薄膜ii，畴壁的制备与擦除过程仍旧能够通过被施加电压的探针完成。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在擦除阶段中，当探针接触于“1”极化区域内，极化区域会部分被擦除；当探针接触于“1”极化区域外时，“1”极化区域全部被擦除，会在探针周边其他区域出现新的极化区域。

技术总结
本发明属于微电子器件制造技术领域，具体涉及一种基于铌酸锂薄膜的铁电存储器的制备方法，存储器单元结构由下至上依次由衬底、金属薄膜I、铌酸锂薄膜层和金属薄膜II堆砌组成，极化强度Ps方向位于面内；制备方法步骤如下：S1、写入阶段；畴壁被写入铌酸锂薄膜的下方，与金属薄膜II下表面和金属薄膜I上表面接触；S2、擦除阶段，对畴壁进行擦除；S3、读取阶段；撤去探针，读取金属薄膜II和金属薄膜I之间的导电状态。本发明方法设计科学合理，制备的铁电存储器能够充分利用铌酸锂畴壁其在导电性能提升方面的优点，本发明方法促进了铌酸锂同质型光电集成的发展。

技术研发人员：钱月照,钱以森
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5