【技术实现步骤摘要】
本申请涉及存储，尤其涉及一种存储单元、其制作方法、存储器及电子设备。
技术介绍
1、铁电存储器具有较低的读写电压、较低的功耗、小的器件尺寸、高的读写速度、良好的循环性能、以及较好的抗辐照和非易失性等优点，有望用于构建新一代的非易失性存储器。与传统铁电材料相比，铪基铁电材料不仅具有优越的微缩特性，还可以克服传统铁电材料与互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)工艺不兼容、尺寸微缩困难、难以实现高密度集成等技术难点和瓶颈，所以铪基铁电器件有望成为未来新型铁电存储器的核心单元。
2、然而，在铪基铁电存储器的存储层中，为了能够使氧化铪材料展现出铁电性，一般可以向氧化铪中引入氧空位，如果存在较多的氧空位时，氧空位可以捕获积累电子、引入内建电场、对某个极化方向的电畴产生钉扎效应、甚至可能会导致存储层被击穿，导致铪基铁电存储器的可靠性变差。
技术实现思路
1、本申请提供一种存储单元、其制作方法、存储器及电子设备，用以提高铪基铁电存储器的可靠性，提高铁电存储器的性能。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种存储单元，该存储单元可以包括：第一导电层、功能层、以及设于第一导电层和功能层之间的介质层；介质层可以包括：叠层设置的铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层。铁电层的制作材料可以但不限于包括氧化铪材料，单纯的氧化铪材料很难具有铁电性，在引入第一掺杂层，且第一掺杂层中的金属元素的亥姆霍兹自由能低于铁电层中的金属元素
3、应理解，铁电层的制作材料除了可以包括氧化铪材料之外，还可以包括其他具有类似于氧化铪材料特性的材料，在此并不限定。其中氧化铪材料特性指的是：单纯的氧化铪材料很难展现出铁电性，在引入氧空位或引入第一掺杂层时，即可使得氧化铪展现出铁电性。
4、对于引入的第一掺杂层和第二掺杂层而言：第一掺杂层可以设置有多层，且相邻两个第一掺杂层之间设置有铁电层，第二掺杂层也可以设置有多层，且相邻两个第二掺杂层之间也设置有铁电层，并且第一掺杂层和第二掺杂层之间设置有铁电层，这样可以通过铁电层将第一掺杂层和第二掺杂层间隔开，还可以通过铁电层将各第一掺杂层和各第二掺杂层间隔开，实现介质层中铁电均匀分布。在铁电层也具有多层时，铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层可以交替堆叠或者非交替堆叠，只要满足不同第一掺杂层之间、不同第二掺杂层之间、以及第一掺杂层和第二掺杂层之间均设置有铁电层即可，对于铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层的具体堆叠方式，可以根据实际需要进行设计，在此并不限定。
5、示例性的，第一掺杂层中的金属元素除了满足亥姆霍兹自由能的要求之外，还可以满足以下要求：第一掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径之差不小于阈值，即第一掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径差异较大，这样在引入第一掺杂层中的金属时，引起的铁电层中材料的晶格畸变较大，对铁电层中材料的结晶影响较大，从而更有利于铁电层的形式。或者第一掺杂层中的金属元素的价态低于铁电层中的金属元素的价态，这样第一掺杂层中的金属与氧结合的稳定性较低，进而容易引入较多的氧空位，同样对铁电层中材料的结晶影响较大，从而更有利于铁电层的形式。又或者第一掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径之差不小于阈值、以及第一掺杂层中的金属元素的价态低于铁电层中的金属元素的价态，这样可以从引起铁电层中的材料发生晶格畸变和引入氧空位两个角度，促进铁电层的形成。此时，第一掺杂层中的金属元素可以但不限于包括：镧、铈、钼、锆、硅、钆、钇等中的至少一种。应理解，一种金属可能具有多种价态，但只要其中一种价态低于铁电层中的金属元素的价态，则可以认为该种金属符合价态低于铁电层中的金属元素的价态的要求。
6、并且，以铁电层的制作材料包括氧化铪材料为例，氧化铪材料具有多种相结构，其中最常见的是t相、o相和m相，铁电相属于o相的一种，在热处理过程中，氧化铪随着升温可以形成t相，之后在降温过程中转变为o相或m相。在第一掺杂层中包括一种金属元素时，该种金属元素可以促使氧化铪稳定在o相而展现出铁电性以形成铁电层。或者，第一掺杂层包括多种金属元素时，这些金属元素中的部分金属元素(记为a类金属元素)用于促使氧化铪稳定在o相而展现出铁电性以形成铁电层，所以a类金属元素的作用包括促使铁电层的形成，这些金属元素中的另一部分金属元素(记为b类金属元素)则用于促使氧化铪形成t相，以降低热处理温度，降低结晶所需的热预算，所以b类金属元素的作用包括降低铁电层形成过程中所需的热处理温度，从而可以在得到铁电层、提高介质层的可靠性时，还可以降低形成铁电层时的热预算。其中，a类金属元素可以但不限于包括：镧、铈、钼等中的至少一种，b类金属元素可以但不限于包括：锆、硅、钆、钇等中的至少一种。
7、同样地，第二掺杂层中的金属元素除了满足亥姆霍兹自由能的要求之外，还可以满足以下要求：第二掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径之差小于阈值，即第二掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径较接近，这样在引入第二掺杂层中的金属时，引起的铁电层中材料的晶格畸变较小，对铁电层中材料的结晶影响较小，并且产生缺陷能级较浅，可以对累积的电子进行疏导，避免电子的聚集。或者第二掺杂层中的金属元素的价态不低于铁电层中的金属元素的价态，这样第二掺杂层中的金属与氧结合的相对比较稳定，较难引入氧空位或引入的氧空位较少，并且产生缺陷能级较浅，可以对累积的电子进行疏导，避免电子的聚集。又或者第二掺杂层中的金属元素与铁电层中的金属元素的原子半径之差小于阈值，以及第二掺杂层中的金属元素的价态不低于铁电层中的金属元素的价态。此时，第二掺杂层中的金属元素可以但不限于包括：钛和铌中的至少一种。应理解，一种金属可能具有多种价态，但只要其中一种价态不低于铁电层中的金属元素的价态，则可以认为该种金属符合价态不低于铁电层中的金属元素的价态的要求。
8、其中，阈值可以根据对存储单元的存储窗口和可靠性的要求等因素进行设置，例如可以将阈值设置为10pm，在此并不限定。应理解，在存储单元的存储窗口内，铁电的极化状态较强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种存储单元，其特征在于，包括：第一导电层、功能层、以及设于所述第一导电层和所述功能层之间的介质层，所述介质层包括：叠层设置的铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层；所述第一掺杂层中的金属元素的亥姆霍兹自由能低于所述铁电层中的金属元素的亥姆霍兹自由能，所述第二掺杂层中的金属元素的亥姆霍兹自由能不低于所述铁电层中的金属元素的亥姆霍兹自由能。
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层中的金属元素与所述铁电层中的金属元素的原子半径之差小于阈值，和/或所述第二掺杂层中的金属元素的价态不低于所述铁电层中的金属元素的价态。
3.如权利要求1或2所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层设置有多层，相邻两个所述第二掺杂层之间设置有所述铁电层。
4.如权利要求1-3任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层包括：钛和铌中的至少一种。
5.如权利要求1-4任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层中的金属元素与所述铁电层中的金属元素的原子半径之差不小于所述阈值，和/或所述第一掺杂层中的金属元素的价态低于所述铁电层中的金属元素
6.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层设置有多层，相邻两个所述第一掺杂层之间设置有所述铁电层。
7.如权利要求1-6任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层包括：镧、铈、钼、锆、硅、钆、钇中的至少一种。
8.如权利要求1-7任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层和所述第二掺杂层之间设置有所述铁电层。
9.如权利要求1-8任一项所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元包括存储电容，所述功能层为第二导电层。
10.如权利要求1-8任一项所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元包括晶体管，所述功能层为所述晶体管中的沟道，所述第一导电层为所述晶体管中的栅极。
11.如权利要求1-10任一项所述的存储单元，其特征在于，所述铁电层的制作材料包括氧化铪材料。
12.一种用于制作如权利要求1-11任一项所述的存储单元的方法，其特征在于，包括：
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述功能层上堆叠形成铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层，包括：
14.一种存储器，其特征在于，包括：存储阵列以及与所述存储阵列耦合的控制器，所述存储阵列中包括多个如权利要求1-11任一项所述的存储单元，所述多个存储单元按照阵列方式部署；
15.一种电子设备，其特征在于，包括：电路板和如权利要求14所述的存储器，其中所述存储器设置于所述电路板之上。
...【技术特征摘要】
1.一种存储单元，其特征在于，包括：第一导电层、功能层、以及设于所述第一导电层和所述功能层之间的介质层，所述介质层包括：叠层设置的铁电层、第一掺杂层和第二掺杂层；所述第一掺杂层中的金属元素的亥姆霍兹自由能低于所述铁电层中的金属元素的亥姆霍兹自由能，所述第二掺杂层中的金属元素的亥姆霍兹自由能不低于所述铁电层中的金属元素的亥姆霍兹自由能。
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层中的金属元素与所述铁电层中的金属元素的原子半径之差小于阈值，和/或所述第二掺杂层中的金属元素的价态不低于所述铁电层中的金属元素的价态。
3.如权利要求1或2所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层设置有多层，相邻两个所述第二掺杂层之间设置有所述铁电层。
4.如权利要求1-3任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第二掺杂层包括：钛和铌中的至少一种。
5.如权利要求1-4任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层中的金属元素与所述铁电层中的金属元素的原子半径之差不小于所述阈值，和/或所述第一掺杂层中的金属元素的价态低于所述铁电层中的金属元素的价态。
6.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一掺杂层设置有多层，相邻两个所述第一掺杂层之间设置有所述铁电层。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：谭万良，李宇星，马文龙，许俊豪，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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