的鐵電單元和鐵電存儲(chǔ)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種基于LaMn3Cr401;^^鐵電單元和鐵電存儲(chǔ) 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 非揮發(fā)性存儲(chǔ)器具有在無(wú)電源供應(yīng)時(shí)仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)信息，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域具有廣 泛的應(yīng)用。鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM)是一種利用鐵電晶體的鐵電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器結(jié) 構(gòu)。鐵電效應(yīng)是指在鐵電晶體上施加一定的電場(chǎng)時(shí)，晶體中心原子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，并 達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)外加電場(chǎng)移走后，中心原子會(huì)保持在該位置上。因此鐵電存儲(chǔ)器保持 數(shù)據(jù)不需要電壓，也不需要周期性刷新，是一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。鐵電存儲(chǔ)器具有更快的讀 寫(xiě)速度，更低的功耗以及幾乎無(wú)限次的擦寫(xiě)次數(shù)，具有廣泛應(yīng)用前景。Pb(Zri_xTix) 03 (PZT) 和SrBi2Ta209 (SBT)薄膜是目前鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用最多的兩種鐵電薄膜材料，使用新的鐵電材 料是進(jìn)一步改善鐵電存儲(chǔ)器性能的一個(gè)重要途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于LaMn3Cr4012的鐵電單元以及制備方法，本發(fā)明 還提出了一種基于1^1]1 3〇4012的鐵電存儲(chǔ)器。
[0004] 第一方面，本發(fā)明提出了一種鐵電存儲(chǔ)單元，包括：下電極；形成于所述下電 極上的鐵電介質(zhì)層；以及形成于所述鐵電介質(zhì)層上的上電極；其中，所述鐵電介質(zhì)層為 LaMn3Cr4012 薄膜。
[0005] 優(yōu)選地，所述鐵電介質(zhì)層的厚度為10nm-200nm。
[0006] 優(yōu)選地，所述上電極為Pt、Al、Ni、Ti、Cu、Au、Poly-Si中的一種或者多種組成的合 金，所述下電極為Pt、Al、Ni、Ti、Cu、Au、Poly-Si中的一種或者多種組成的合金。
[0007] 優(yōu)選地，所述鐵電存儲(chǔ)單元的工作溫度低于170K。
[0008] 優(yōu)選地，所述鐵電介質(zhì)層的極化和反鐵磁有序耦合。
[0009] 優(yōu)選地，磁場(chǎng)可調(diào)控鐵電介質(zhì)層的電極化強(qiáng)度。
[0010] 第二方面，本發(fā)明提出了一種基于所述鐵電存儲(chǔ)單元的鐵電存儲(chǔ)器，包括一個(gè)所 述鐵電存儲(chǔ)單元和一個(gè)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述金屬-氧化物-半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接字線，所述金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極連接位線， 所述金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極連接所述鐵電存儲(chǔ)單元的下電極，所述鐵 電存儲(chǔ)單元的上電極連接板線。
[0011] 第三方面，本發(fā)明提出了一種制備所述的鐵電存儲(chǔ)單元的方法，包括：
[0012] 在硅襯底上通過(guò)熱氧化生成一層二氧化硅；
[0013] 在二氧化硅層上通過(guò)濺射或者電子束蒸發(fā)形成下電極；
[0014] 以LaMn3Cr4012為靶材，在下電極上通過(guò)脈沖激光沉積或者濺射形成鐵電介質(zhì)層；
[0015] 在鐵電介質(zhì)層上通過(guò)濺射或者電子束蒸發(fā)形成上電極。
[0016] 優(yōu)選地，所述LaMn3Cr4012祀材的制備方法包括：
[0017] 將La203 (99. 99 % )、Mn203 (99. 99 % )和Cr203 (99. 99 % )按化學(xué)計(jì)量比 1:3:4 混合 均勻得到原料混合物；
[0018] 將所述原料混合物研磨30-90分鐘；
[0019] 將研磨后的原料混合物裝入金或鉑金膠囊中密封；
[0020] 在六面頂壓機(jī)中進(jìn)行高壓溫高壓合成，合成壓力為6-10GPa，合成溫度為 900-1100°C，保溫30-60分鐘后淬火至室溫。
[0021] 優(yōu)選地，所述金或鉬金膠囊的直徑為2-10_，長(zhǎng)度為2-10_，壁厚為1-2_。
[0022] 本發(fā)明提出的基于LaMn3Cr4012的鐵電存儲(chǔ)器具有速度快、功耗低、耐腐蝕、壽命長(zhǎng) 的特點(diǎn)并且與硅工藝兼容。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和 優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：
[0024] 圖1為L(zhǎng)aMn3Cr4012材料的晶格結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖2為1^113(>4012材料的介電常數(shù)、磁化率以及電極化強(qiáng)度隨溫度變化曲線；
[0026] 圖3為本發(fā)明提出的基于LaMn3Cr4012的鐵電存儲(chǔ)單元示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明提出的一種基于LaMn3Cr4(V^電存儲(chǔ)單元的1T1C的FeRAM結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖5為圖4所示的FeRAM的等效電路圖；以及
[0029] 圖6為本發(fā)明提出的LaMn3Cr4012祀材的制備方法。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下 文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有 這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過(guò) 程、流程、元件和電路并沒(méi)有詳細(xì)敘述。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附 圖都是為了說(shuō)明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0031] 除非上下文明確要求，否則整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中的"包括"、"包含"等類(lèi)似 詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說(shuō)，是"包括但不限于"的含 義。
[0032] 圖1為L(zhǎng)aMn3Cr4012材料的晶格結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，LaMn3〇4012屬于立方晶系， 空間群為Im-3,晶格常數(shù)為7.398/\。一個(gè)1^11113(>4012原胞包含2個(gè)La原子，6個(gè)Mn原子，8 個(gè)Cr原子和24個(gè)0原子，每個(gè)Cr原子連接6個(gè)0原子，位于由6個(gè)0原子圍成的正八面 體的中心。在有外加電場(chǎng)的情況下，產(chǎn)生位置移動(dòng)的是Cr原子。
[0033] 圖2為1^113〇4012材料的介電常數(shù)、磁化率以及電極化強(qiáng)度隨溫度變化曲線。在 溫度低于170K時(shí)，1^11113(>4012在正極化方向和反極化方向具有不同的電極化強(qiáng)度。如圖2 的上半部分所示，在溫度高于90K時(shí)，隨著介電常數(shù)的測(cè)量中使用的交流電的頻率從1兆赫 茲降到1千赫茲，LaMn3Cr4012的介電常數(shù)增大；溫度在20K到90K之間時(shí)，LaMn3Cr4012的介 電常數(shù)不隨交流電頻率改變，其介電特性在廣泛的頻率區(qū)間內(nèi)保持不變，是穩(wěn)定的鐵電材 料。此外，1^]?113(>4012還具有極化和反鐵磁有序耦合的性質(zhì)，磁場(chǎng)可調(diào)控鐵電介質(zhì)層的電極 化強(qiáng)度。
[0034] 圖3為本發(fā)明提出的基于LaMn3Cr4012的鐵電存儲(chǔ)單元的示意圖?；贚aMn3Cr4012 的鐵電存儲(chǔ)單元包括：上電極2、鐵電介質(zhì)層1以及下電極3。其中鐵電介質(zhì)層1形成于上 電極2和下電極3之間，為L(zhǎng)aMn