【技术实现步骤摘要】
本专利技术特别涉及一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件及其制备方法，属于电子器件。
技术介绍
1、人工智能（ai）、大数据（big data）、云计算（cloud computing）、物联网（internetof things）等先进技术，这些关键技术的发展都依赖于电子信息产业特别是信息存储与处理技术的发展。
2、计算机作为信息存储与处理技术的核心，然而，目前计算机采用的是处理器与存储器相分离的“冯诺依曼”架构。这一架构的核心特征之一是存储和处理分离。计算机内存用于存储数据和程序，而处理器则用于执行操作和操作数据。这种分离性质为计算机提供了灵活性和通用性，允许程序按需加载和执行。并且“冯诺依曼”计算机通常采用存储器层次结构，从高速缓存到主存和辅助存储设备，实现了多层次的数据存储。这一层次结构使得数据可以在不同速度和容量的存储器之间移动，以实现高效的数据访问和处理。在冯诺依曼计算机中，指令和数据共享相同的存储和总线系统。这意味着指令可以像数据一样在存储器中存储和传输，从而允许计算机执行各种操作，包括对指令进行操作。该架构虽然具有许多优点，但也存在一些缺陷和限制，如：（1）存储问题：冯诺依曼计算架构中，存储器和处理器之间的数据传输通常通过共享的总线进行。这导致了数据传输速度的瓶颈，尤其在处理大规模数据时，数据传输效率低下（2）能效问题：由于计算机的存储器和处理器之间频繁的数据传输，能效问题也突显出来。这种数据传输需要消耗大量的能量，导致计算机的能效较低。（3）复杂性：冯诺依曼计算机程序通常是按顺序执行的，这使得
3、受人脑存算一体、并行处理启发而构建的包含突触与神经元的神经形态计算架构,被认为是突破“冯诺依曼瓶颈”的有效途径。神经形态计算的早期成功很大程度上依赖于传统的电子器件，特别是硅基互补金属-氧化物-半导体(cmos)晶体管的脉冲神经网络，如ibm的truenorth芯片和欧盟人脑计划的spinnaker项目。与传统的电子器件相比，新兴电子器件如忆阻器，在神经元构建、非易失性储存等方面有着巨大优势。
4、忆阻器通常由金属-介质-金属（metal-insulator-metal，mim）的夹层结构组成，包含2层电极和1层忆阻功能层，其电学特性往往与电极层和功能层密切相关。依据不同的工作机理，广义上的忆阻器主要包含以下几种类型：阻变随机存储器（resistive randomaccess memory，rram），相变存储器（phase-change memory，pcm），磁随机存储器（magneticrandom access memory，mram），铁电存储器（ferroelectric memory）。
5、忆阻器的工作原理基于材料内部的电荷分布或离子迁移现象。当电流通过忆阻器时，材料内部会发生电荷重新分布或离子迁移，导致电阻状态发生变化。这一变化与流经的总电荷量（或电流时间积分）成比例，即忆阻器的阻值由其历史电流决定。断电后，电荷或离子分布保持不变，因此忆阻器“记住”了最后的电阻状态。
6、忆阻器的发展促进了神经形态计算的硬件级实现。忆阻器用电导模拟突触权重，通过欧姆定律和基尔霍夫电流定律实现向量矩阵乘法(vmm)操作，应用于神经网络计算。但是因为本征的电流焦耳热效应，这个过程中不可避免地会产生巨大的热量消耗。此外，随着器件尺寸的缩小，该电流驱动器件中的热耗散问题无疑会进一步影响器件的性能，这是实现大规模存算一体硬件的重要挑战。
7、基于电荷原理的器件是解决上述挑战的有效途径。忆容器件基于电容原理，信息以电荷而不是电流的形式交互，因此具有更低的功耗。
8、目前传统的非易失性铁电忆容器件大多采用pzt等传统钙钛矿氧化物材料与hf0.5zr0.5o2材料体系来实现，通过将铁电材料集成在两个电极中间形成铁电电容器从而达到存储的目的，或者将铁电层引入场效应晶体管从而实现非易失性铁电忆容器件。可以通过选用不同功函数的金属电极去调控势垒，或在一侧使用半导体作为电极，这样的非易失性铁电忆容器件通过使用不同功函数的电极和改变极化状态去调控界面处势垒，使铁电忆容器件在不同极化状态下交流小电压测得的电容值有明显变化从而达到存储效果。
9、然而，这种采用采用pzt等传统钙钛矿氧化物材料与hf0.5zr0.5o2 材料作为铁电材料的非易失性铁电忆容器件，由于铁电氧化物的晶体结构中存在大量的氧空位，而且几乎所有铁电氧化物都无法与主流半导体制造工艺兼容。因此在成本与性能等方面存在一些缺点，主要包括以下几点：（1）费用高昂：由于这种非易失性铁电忆容器件中的铁电材料使用的是铁电氧化物，而几乎所有铁电氧化物都难以与主流的半导体制造工艺兼容，所以要开发新型配套制造工艺，因此制造成本较高。（2）器件稳定性：铁电氧化物中存在大量氧空位，而在铁电材料与电极的界面处存在的大量氧空位会发生界面效应，从而影响存储器件的数据保存时间的长短，因此器件稳定性相对较差。（3）能耗问题：非易失性铁电存储器件大多都是忆阻器件，通常是用电导值或直流电流大小来表示信息状态，因为线路和器件的焦耳热导致能量损耗较大。（4）环境问题：传统铁电材料中如pzt这种含铅的材料在制备与生产过程中对环境产生污染，对人体产生伤害，造成铅中毒。因此，研究和开发无铅压电铁电材料具有十分重要的科学意义和环境效应。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、本专利技术实施例的第一个方面提供了一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其包括：依次层叠设置的第一电极、第一铁电层、绝缘层、第二铁电层和第二电极，所述第一铁电层、所述第二铁电层的两侧形成不同的异质结，通过改变所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的极化方向，使所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的界面处的势垒高度及势垒宽度发生变化，而使器件内部的电荷发生变化，从而实现信息存储。
4、本专利技术实施例的第二个方面提供了一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其包括：依次制作层叠设置的第一电极、第一铁电层、绝缘层、第二铁电层和第二电极，所述第一铁电层、所述第二铁电层的两侧形成不同的异质结，通过改变所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的极化方向，使所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的界面处的势垒高度及势垒宽度发生变化，而使器件内部的电荷发生变化，从而实现信息存储。
5、与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
6、本专利技术基于铁电极化、电容原理与界面调控三种原理提供了一种非易失性铁电忆容器件，采用兼容主流半导体制造工艺的ⅲ-ⅴ族铁电氮化物薄膜作为铁电层，大大降低了制备成本，也减少了集成工艺的复杂度与成本；
7、本专利技术实施例提供的一种基于mfifm结构的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于，包括：依次层叠设置的第一电极、第一铁电层、绝缘层、第二铁电层和第二电极，所述第一铁电层、所述第二铁电层的两侧形成不同的异质结，通过改变所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的极化方向，使所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的界面处的势垒高度及势垒宽度发生变化，而使器件内部的电荷发生变化，从而实现信息存储。
2.根据权利要求1所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述第一铁电层和所述第二铁电层的材质均包括Ⅲ-Ⅴ族铁电氮化物；
3.根据权利要求1所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述绝缘层的厚度为1nm~3nm；
4.根据权利要求1所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述第一电极、所述第二电极为金属电极或半导体电极；
5.根据权利要求1所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于，还包括具有六方结构的基片，所述第一电极层叠设置在所述基片上；
6.一种基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容
7.根据权利要求6所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其特征在于，包括：采用直流磁控溅射的方式形成第一电极，采用脉冲激光沉积的方式在所述第一电极上形成依次层叠的第一铁电层、绝缘层、第二铁电层，采用直流磁控溅射的方式在第二铁电层上形成第二电极，从而堆叠结构，以及，对所述堆叠结构进行图案化处理，从而形成多个非易失性铁电忆容器件单元。
8.根据权利要求6所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其特征在于：所述第一铁电层和所述第二铁电层的材质均包括Ⅲ-Ⅴ族铁电氮化物；
9.根据权利要求6所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其特征在于：所述绝缘层的厚度为1nm~3nm；
10.根据权利要求6所述的基于MFIFM结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其特征在于：所述第一电极、所述第二电极为金属电极或半导体电极；
...【技术特征摘要】
1.一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于，包括：依次层叠设置的第一电极、第一铁电层、绝缘层、第二铁电层和第二电极，所述第一铁电层、所述第二铁电层的两侧形成不同的异质结，通过改变所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的极化方向，使所述第一铁电层和/或所述第二铁电层的界面处的势垒高度及势垒宽度发生变化，而使器件内部的电荷发生变化，从而实现信息存储。
2.根据权利要求1所述的基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述第一铁电层和所述第二铁电层的材质均包括ⅲ-ⅴ族铁电氮化物；
3.根据权利要求1所述的基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述绝缘层的厚度为1nm~3nm；
4.根据权利要求1所述的基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于：所述第一电极、所述第二电极为金属电极或半导体电极；
5.根据权利要求1所述的基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件，其特征在于，还包括具有六方结构的基片，所述第一电极层叠设置在所述基片上；
6.一种基于mfifm结构的非易失性铁电忆容器件的制备方法，其特征在于，包括：依次制作层叠设置的第一电极、第一铁电层、绝缘层...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋春萍，李程鹏，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。