本發(fā)明屬于鐵電存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器及其操作方法。

背景技術(shù)：

鐵電材料具有較高的自發(fā)極化強(qiáng)度可應(yīng)用于鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器fram(ferroelectricrandomaccessmemory),鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器是利用鐵電電疇是否翻轉(zhuǎn)，是否與體材料形成導(dǎo)電通道來存儲(chǔ)邏輯信息（“1”和“0”），通過是否有導(dǎo)電通道來讀取存儲(chǔ)的邏輯信息是“1”還是“0”，有導(dǎo)電通道為邏輯信息“1”，沒有導(dǎo)電通道為邏輯信息“0”。

非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器是根據(jù)鐵電疇的反轉(zhuǎn)來存儲(chǔ)信息，鐵電疇的反轉(zhuǎn)速度可高達(dá)0.2ns，因此非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度也可以非常高，寫的速度可以接近讀的速度，這就使非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的整個(gè)讀寫速度非常高。電疇反轉(zhuǎn)的電壓由面內(nèi)結(jié)構(gòu)的刻蝕的線條寬度或者上下結(jié)構(gòu)的薄膜的厚度決定，面內(nèi)結(jié)構(gòu)的刻蝕的線條寬度窄或者上下結(jié)構(gòu)的薄膜的厚度薄都會(huì)降低存儲(chǔ)器的寫電壓和讀電壓，也會(huì)提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度。因此，非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器具有讀寫速度高、驅(qū)動(dòng)電壓低和存儲(chǔ)密度高等優(yōu)點(diǎn)。有望成為新一代廣泛使用的存儲(chǔ)器。

目前市場(chǎng)上的1t1c鐵電存儲(chǔ)器也是利用電疇的極化方向來存儲(chǔ)信息，在讀取的過程中采用電荷積分的方法，對(duì)串聯(lián)的參考電容的電壓進(jìn)行讀取，電壓讀取之后會(huì)使鐵電電容的電疇極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，因此是破壞性的讀取，讀取之后，需要把信息重新寫入，因此讀取的速度降低，而且功耗增大。另外，1t1c電路的讀取參考電容的電壓必須大于20mv，如果電壓太小，讀取信息的可靠性就不高，因此要求鐵電電容器的面積大，存儲(chǔ)電荷多，或者參考電容的尺寸要小，參考電容的尺寸是由mos器件的尺寸決定，所以很難變小，因此存儲(chǔ)密度就很難提高。

而市場(chǎng)上已有的非破壞性讀出鐵電存儲(chǔ)器是用鐵電薄膜層替代mosfet里的柵介質(zhì)層，這種存儲(chǔ)器成為fefet。它是通過鐵電材料的極化來控制源漏溝道電流，他可以在非常小的電壓下實(shí)現(xiàn)非破壞性的讀取。讀寫速度非?？?，功耗較低，集成密度較高，而且是非破壞性讀出。但是作為柵介質(zhì)層的鐵電材料保持性能很差，而一般存儲(chǔ)器要求至少保存時(shí)間為10年，因此很難作為存儲(chǔ)器被大量推廣使用。

因此，綜上所述，對(duì)于鐵電存儲(chǔ)器需要尋找非破壞性讀取以降低功耗和提高讀取速度，存儲(chǔ)器的讀取信息要可靠，而且需要保持性能久的鐵電存儲(chǔ)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種讀寫速度高、讀出電流大、保持時(shí)間久的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器。

本發(fā)明提供的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，包括面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)和上下電容器結(jié)構(gòu)兩種，即該非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的每個(gè)存儲(chǔ)單元既可以做成一個(gè)面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)，又可以用于面外上下電容器結(jié)構(gòu)；兩種結(jié)構(gòu)中，鐵電材料的極化方向都分別垂直于電容器面內(nèi)左右電極或面外上下電極。當(dāng)在兩個(gè)電極上施加與體鐵電的電疇極化方向相反的足夠大的寫電壓時(shí)，電極所對(duì)區(qū)域的鐵電疇自發(fā)極化方向會(huì)沿電場(chǎng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，電極間電疇極化方向會(huì)與周邊體電疇極化方向相反，在兩電疇間形成疇壁，該疇壁通常是導(dǎo)電通道。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，讀取信息時(shí)通過導(dǎo)電通道的讀電流與導(dǎo)電疇壁周長成正比，導(dǎo)電疇壁周長越長，讀電流越大。本發(fā)明基于此原理增加導(dǎo)電疇壁周長以提高非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器導(dǎo)電疇壁的讀出電流。

本發(fā)明提供的這兩種非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器具有讀寫速度高，讀出電流大，保持時(shí)間久等特點(diǎn)，高的讀電流會(huì)提高讀取信息的速度和可靠性，這種存儲(chǔ)器有望成為新一代商業(yè)化的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器。

本發(fā)明提供的面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，如圖1所示，包括：基底材料（100），鐵電薄膜層（104），鐵電薄膜層（104）表面刻蝕的長條形鐵電單元（103），以及左電極（101）和右電極（102）；其中，鐵電薄膜層（104）是面內(nèi)極化的薄膜，鐵電極化有兩個(gè)方向，這兩種極化方向平行于薄膜表面并且相互反平行（如圖1的黑色實(shí)箭頭或黑色虛箭頭方向），長條鐵電單元（103）垂直于面內(nèi)極化方向；左電極（101）和右電極（102）為讀寫電極對(duì)，左電極（101）和右電極（102）分別由n個(gè)叉指電極組成，稱為左電極（101）的分支電極（1011-101n）和右電極（102）的分支電極（1021-102n）,兩組分支電極一一對(duì)應(yīng)，形成小的電極對(duì)，n大于等于1小于等于100；所述左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n的n個(gè)分支連接在一起組成一個(gè)存儲(chǔ)bit，n個(gè)分支對(duì)所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元（105）在長條形鐵電單元（103）上。

本發(fā)明提供的上下電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，如圖2所示，包括:基底材料（201）；下電極（2031）和上電極（2032）；在兩層電極中間的鐵電薄膜層（202）；鐵電薄膜層（202）是面外極化的薄膜，鐵電極化有兩個(gè)方向，這兩種極化方向相互反平行且垂直于薄膜表面（如圖2的黑色實(shí)箭頭或黑色虛箭頭方向）；所述下電極（2031）和上電極（2032）為讀寫電極對(duì)，下電極（2031）和上電極（2032）分別由m行、n列叉指電極組成，稱為下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極；下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極所對(duì)應(yīng)的鐵電材料構(gòu)成存儲(chǔ)單元（204），總的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)為m*n個(gè)，組成m行，n列的存儲(chǔ)器陣列；m和n均為大于等于1小于等于100。

本發(fā)明中，以上兩種結(jié)構(gòu)的鐵電存儲(chǔ)器的基底材料可選自si、sio2或linbo3、srtio3等等。

本發(fā)明中，以上兩種結(jié)構(gòu)的鐵電存儲(chǔ)器的鐵電薄膜層材料可選自離子摻雜改性的鐵酸鉍bifeo3、鋯鈦酸鉛(pb,zr)tio3、鈮酸鋰linbo3、鉭酸鋰litao3等單晶薄膜或外延薄膜。

實(shí)驗(yàn)制作一，面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器單元，結(jié)構(gòu)與圖1的示意圖相似，是面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)非揮發(fā)存儲(chǔ)器，但是左電極的分支電極只有（1011）和右電極的分支電極只有（1021），即n為1。圖3是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的掃描電鏡(sem)圖，左分支電極（1011）和右分支電極（1021）對(duì)分別與中間刻蝕出來的鐵電存儲(chǔ)單元（103）兩側(cè)接觸，形成一個(gè)存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)器單元（103）刻蝕的寬度是150nm，高度是65nm，左右兩個(gè)分支電極的寬度是150nm。在該存儲(chǔ)單元左右電極上加12v電壓，用原子力顯微鏡（pfm）測(cè)量加電壓不同時(shí)間的振幅成像圖（圖4a-d）和相位成像圖（圖4e-h），在相位圖4e-h中，存儲(chǔ)單元被極化的部分相位為180o，周邊未極化的相位為0o，對(duì)應(yīng)的振幅圖4a-d中被極化部分與周邊未被極化部分形成黑色的疇壁導(dǎo)電通道，每一個(gè)被反轉(zhuǎn)的電疇與周邊未被反轉(zhuǎn)的電疇形成3個(gè)疇壁導(dǎo)電通道，1個(gè)是與底面未反轉(zhuǎn)的電疇形成的疇壁導(dǎo)電通道，被反轉(zhuǎn)電疇的2個(gè)側(cè)面會(huì)與側(cè)邊未被反轉(zhuǎn)電疇形成另2個(gè)疇壁導(dǎo)電通道。圖4a沒有加電壓，所以沒有電疇被反轉(zhuǎn)，從4b-4d加電壓的時(shí)間逐漸增加，加電壓使極化反轉(zhuǎn)的時(shí)間越長，被反轉(zhuǎn)的電疇面積就越大，并且可能會(huì)形成多疇。圖5是測(cè)量圖4a-d對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的電流-電壓（i-v）曲線，讀電壓設(shè)置為0-5v，當(dāng)沒有電疇被反轉(zhuǎn)形成疇壁導(dǎo)電通道時(shí)，測(cè)量的圖5a所對(duì)應(yīng)的電流為零，隨著被反轉(zhuǎn)的電疇的面積增大和疇的數(shù)量增多，測(cè)量的電流-電壓（i-v）曲線中電流越大，設(shè)電極和被反轉(zhuǎn)電疇的接觸面的疇壁導(dǎo)電通道的周長為導(dǎo)電疇壁周長，經(jīng)計(jì)算，疇壁導(dǎo)電流與導(dǎo)電疇壁周長成正比，即導(dǎo)電疇壁周長越大，導(dǎo)電通道流過的電流就越大。可基于此原理，提出本發(fā)明的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器。

本發(fā)明提出的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，有較高的讀寫速度，較大的讀電流，可靠的讀取信息。無論是上下電容器結(jié)構(gòu)還是面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)，制作簡(jiǎn)單，成本低。

下面對(duì)本發(fā)明的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，在進(jìn)一步具體描述。

面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，如圖1，該面內(nèi)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器包括：

基底材料（100）。

鐵電薄膜層（104）和在薄膜表面刻蝕出的長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）；以及設(shè)置在所述長條形鐵電單元（103）兩側(cè)的左電極（101）和右電極（102），所述左電極（101）和右電極（102）為讀寫電極對(duì)，因?yàn)閷?duì)于同樣寬度的電極，用多個(gè)分支電極代替單個(gè)寬度的電極，當(dāng)存儲(chǔ)器存入信息形成疇壁導(dǎo)電通道后，每一對(duì)分支電極都會(huì)形成3個(gè)疇壁導(dǎo)電通道，因此電極分支越多，形成的疇壁導(dǎo)電通道就越多，導(dǎo)電疇壁周長就越大，當(dāng)讀取存入的信息時(shí)的讀電流就越大，所以左電極（101）和右電極（102）是用叉指狀多分支結(jié)構(gòu)，左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n一一對(duì)應(yīng)，形成小的電極對(duì)，這樣會(huì)使讀電流增大。

所述鐵電薄膜層為面內(nèi)極化的薄膜，刻蝕的長條鐵電單元（103）垂直于薄膜極化方向，所述長條鐵電單元（103）的極化方向與體鐵電薄膜一樣。

在所述的左電極（101）和右電極（102）之間對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元（103）設(shè)置寬度（d），使得在所述的左電極（101）和右電極（102）上加的寫電壓可以使存儲(chǔ)單元（103）的極化方向完全反轉(zhuǎn)。

可選的，所述鐵電長條形存儲(chǔ)單元（103）的寬度（d）大于或等于5nm小于或等于1um。

在所述的左電極（101）和右電極（102）以及左電極（101）和右電極（102）所對(duì)應(yīng)的中間的鐵電長條形單元的高度相同，都為h。

可選的，所述左電極（101）和右電極（102）以及鐵電長條形存儲(chǔ)單元（103）的高（h）大于或等于5nm小于或等于300nm。

在所述的左電極（101）和右電極（102）都有n個(gè)分支，左電極（101）的分支1011-101n和右電極（102）的分支1021-102n一一對(duì)應(yīng)，每一個(gè)分支的寬度為w，相鄰分支之間的距離為g。

可選的，所述的左電極（101）和右電極（102）有n個(gè)分支，n可以為任意正整數(shù)。

可選的，所述的左電極（101）的分支1011-101n和右電極（102）的分支1021-102n的電極寬度為w，w大于或等于5nm小于或等于1um。

可選的，所述的左電極（101）的分支1011-101n和右電極（102）的分支1021-102n的相鄰分支之間的間距為g，g大于或等于10nm小于或等于500nm。

本發(fā)明還提供該非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的寫/讀操作方法：

所述長條鐵電單元（103）兩側(cè)設(shè)置一對(duì)電極，左電極（101）和右電極（102）。在所述的左電極（101）和右電極（102）之間偏置一寫信號(hào)，該信號(hào)電壓大于或等于鐵電存儲(chǔ)單元的矯頑電壓，所述左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（105）的極化方向被反轉(zhuǎn)或未被反轉(zhuǎn)（如圖6（a），當(dāng)在左電極（101）和右電極（102）之間所加電壓形成的電場(chǎng)與體鐵電薄膜層（104）的極化方向相反時(shí)，所述左電極（101）的分支1011-101n和右電極（102）的分支1021-102n對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（105）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)；反之，如圖6(b)，當(dāng)在左電極（101）和右電極（102）之間所加電壓形成的電場(chǎng)與體鐵電薄膜層（104）的極化方向一致時(shí)，所述左電極（101）的分支1011-101n和右電極（102）的分支1021-102n對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（105）的極化方向不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)），所述左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（105）與鐵電薄膜層（104）接觸底面以及與刻蝕的長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）的接觸側(cè)面（除去鐵電存儲(chǔ)單元（105）部分）形成或未形成的疇壁導(dǎo)電通道（106）（如圖6（a）虛線所示），當(dāng)形成疇壁導(dǎo)電通道的時(shí)候，存儲(chǔ)信息“1”，當(dāng)未形成疇壁導(dǎo)電通道的時(shí)候，存儲(chǔ)信息“0”。另外，這個(gè)寫電壓信號(hào)也有另一個(gè)作用，因?yàn)閷戨妷捍笥阼F電存儲(chǔ)單元（105）的矯頑電壓，所以可以把原來存儲(chǔ)的信息擦除，不用再另外加一個(gè)擦除電壓，不需要先把信息擦除，再寫入，操作簡(jiǎn)單，提高了存儲(chǔ)器的操作速度。

在所述左電極（101）和右電極（102）之間偏置一讀信號(hào)時(shí)（偏置的讀電壓信號(hào)小于鐵電存儲(chǔ)單元（105）的矯頑電壓），如果左電極（101）和右電極（102）對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元（105）與體鐵電薄膜層（104）以及長條形鐵電單元（103）（除去鐵電單元（105）部分）之間的極化方向相反，則在存儲(chǔ)單元（105）與體鐵電薄膜層（104）以及長條形鐵電單元（103）（除去鐵電單元（105）部分）之間形成了疇壁導(dǎo)電通道（106），因此在疇壁導(dǎo)電通道（106）上加上讀電壓會(huì)有大電流流過，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，讀電流與導(dǎo)電疇壁周長成正比，導(dǎo)電疇壁周長越大，讀取信號(hào)時(shí)的讀電流就越大，讀取信息的速度就越高，可靠性也越高，因此分支越多，疇壁導(dǎo)電通道數(shù)量也越多，導(dǎo)電疇壁周長就越大，讀取信息的速度就越快，可靠性就越高。

本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)是上下電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，如圖2，該上下電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器包括：

基底材料（201）。

鐵電薄膜層（202）以及設(shè)置在鐵電薄膜層上下面的下電極（2031）和上電極（2032），所述下電極（2031）和上電極（2032）形成電極對(duì)，對(duì)于一個(gè)上下電容器結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器單元，上下電極所對(duì)的鐵電存儲(chǔ)單元電疇被反轉(zhuǎn)后與4個(gè)側(cè)面周邊未被反轉(zhuǎn)的電疇形成4個(gè)疇壁導(dǎo)電通道，疇壁導(dǎo)電通道越多，導(dǎo)電疇壁周長越大，讀取信息的讀電流就越大，因此用m行n列個(gè)電容器結(jié)構(gòu)的單元連接組成一個(gè)bit的存儲(chǔ)器，下電極（2031）和上電極（2032）分別有m行n列分支電極連接組成，這樣會(huì)增加導(dǎo)電疇壁周長，提高讀電流的大小。

所述的鐵電薄膜層（202）是面外極化的薄膜，極化方向垂直于薄膜表面。

所述的鐵電薄膜層厚度設(shè)置為h1，在下電極（2031）和上電極（2032）之間偏置寫電壓時(shí)，能使存儲(chǔ)單元（204）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。

可選的，所述的鐵電薄膜層的厚度h1大于等于5nm小于等于300nm。

所述的下電極（2031）和上電極（2032）的厚度設(shè)置為h2。

可選的，所述的下電極（2031）和上電極（2032）厚度均為h2，h2大于等于1nm，小于h1；

所述的下電極（2031）和上電極（2032）的分支所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器陣列有m行，n列。

可選的，下電極（2031）和上電極（2032）的分支所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器陣列m和n均大于等于1小于等于100，總的單元個(gè)數(shù)為m*n個(gè)。

所述的下電極（2031）和上電極（2032）的分支以及下電極（2031）分支和上電極（2032）分支所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）的邊長設(shè)置為a。

可選的，下電極（2031）和上電極（2032）的分支以及下電極（2031）分支和上電極（2032）分支所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）的邊長a大于等于5nm小于等于300nm。

所述的下電極（2031）分支和上電極（2032）分支所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）存儲(chǔ)單元的高度是h2-h1。

所述的相鄰鐵電存儲(chǔ)單元（204）或者相鄰的下電極（2031）分支或上電極（2032）分支之間的距離為l。

可選的，相鄰鐵電存儲(chǔ)單元（204）或者相鄰的下電極（2031）分支或上電極（2032）分支之間的距離為l，l大于等于10nm小于等于500nm。

本發(fā)明還提供該非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的寫/讀操作方法：

所述的鐵電薄膜層（202）上下兩側(cè)設(shè)置一對(duì)電極，下電極（2031）和上電極（2032）。在所述的下電極（2031）和上電極（2032）上偏置一寫信號(hào)，該信號(hào)電壓大于或等于鐵電存儲(chǔ)單元（204）的矯頑電壓，所述的下電極（2031）分支電極和上電極（2032）的分支電極所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）的極化方向被反轉(zhuǎn)或未被反轉(zhuǎn)（如圖7（a），當(dāng)在下電極（2031）和上電極（2032）之間所加電壓形成的電場(chǎng)與體鐵電薄膜層（202）的極化方向相反時(shí)，所述下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)；反之，如圖7（b），當(dāng)在下電極（2031）和上電極（2032）之間所加電壓形成的電場(chǎng)與體鐵電薄膜層（202）的極化方向一致時(shí)，所述下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）的極化方向不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)），所述的下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）與體鐵電薄膜層（202）（除去下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極所對(duì)應(yīng)的鐵電存儲(chǔ)單元（204）部分）接觸側(cè)面上形成或未形成如圖7（a）虛線所示的疇壁導(dǎo)電通道（205），當(dāng)形成疇壁導(dǎo)電通道的時(shí)候，存儲(chǔ)信息“1”，當(dāng)未形成疇壁導(dǎo)電通道的時(shí)候，存儲(chǔ)信息“0”。另外，這個(gè)寫電壓信號(hào)也有另一個(gè)作用，因?yàn)閷戨妷捍笥阼F電存儲(chǔ)單元（204）的矯頑電壓，所以可以把原來存儲(chǔ)的信息擦除，不用再另外加一個(gè)擦除電壓，不需要先把信息擦除了，再寫入，操作簡(jiǎn)單，提高了存儲(chǔ)器的操作速度。

在所述的下電極（2031）和上電極（2032）之間偏置一讀信號(hào)時(shí)（偏置的讀電壓信號(hào)小于鐵電存儲(chǔ)器單元（204）的矯頑電壓），如果下電極（2031）的分支電極和上電極（2032）的分支電極對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元（204）與體鐵電薄膜層（202）（除去存儲(chǔ)單元（204）部分）之間的極化方向相反，則在存儲(chǔ)單元（204）與體鐵電薄膜層（202）（除去存儲(chǔ)單元（204）部分）之間形成了疇壁導(dǎo)電通道（205），因此在導(dǎo)電通道（205）上會(huì)有大電流流過，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電疇壁周長越大，讀取信號(hào)時(shí)的讀電流就越大，讀取信息的速度就越高，可靠性也越高，因此分支電極越多，疇壁數(shù)量也越多，讀取信息的速度就越快，可靠性就越高。

本發(fā)明的讀操作方法不會(huì)對(duì)存儲(chǔ)信息有破壞，即當(dāng)撤去讀操作電壓后，存儲(chǔ)單元的極化方向保持加讀電壓信號(hào)之前的狀態(tài)不變。

本發(fā)明中，所述的面內(nèi)結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，不限于如圖1所述的結(jié)構(gòu)類型，例如在體鐵電薄膜層（104）上可以不刻蝕出長條形鐵電存儲(chǔ)器單元（103），而是在體鐵電薄膜層（104）上刻蝕出凹槽左電極（101）和右電極（102），然后將金屬層生長在左電極（101）和右電極（102）的凹槽里。

本發(fā)明中，所述的上下結(jié)構(gòu)的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，不限于如圖2所述的結(jié)構(gòu)類型，例如對(duì)于上下結(jié)構(gòu)分支電極對(duì)，如果采用規(guī)則圖形，對(duì)于相同的面積，正方形周長最大，所以對(duì)于規(guī)則圖形，所述的分支對(duì)電極采用正方形疇壁導(dǎo)電通道的周長較大，因此讀電流大。對(duì)于不規(guī)則封閉圖形，可以采用多齒狀結(jié)構(gòu)，例如齒輪狀結(jié)構(gòu)，也可以有較大的疇壁導(dǎo)電通道，提高讀電流。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)疇壁導(dǎo)電通道的周長越大，讀電流越大，因此除了以上方法也可以通過其他方式增加疇壁導(dǎo)電通道的周長來提高讀電流。

本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器在讀完存儲(chǔ)信息后，不用重新寫入，在重新寫入信息時(shí)，不需要擦除原來的信息，可以直接寫入，并且寫入速度非常快，可以高達(dá)10-9s。而且這種存儲(chǔ)器保持性能很好，保持時(shí)間可以超過十年。用多分支單元連接在一起，疇壁導(dǎo)電通道的周長增加，因此讀電流增大，讀取速度進(jìn)而也提高，讀取信息的可靠性增強(qiáng)。這兩種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器制備簡(jiǎn)單、成本低，而且尺寸可以做到很小，適合高密度集成，適用于高密度信息存儲(chǔ)器領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器上下電容器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是面內(nèi)結(jié)構(gòu)單個(gè)分支電極對(duì)的sem圖。

圖4是如圖3所示的存儲(chǔ)單元在加12v電壓不同時(shí)間的原子力顯微鏡（pfm）圖。

圖5是對(duì)應(yīng)的圖4a-4d的讀電流的電流-電壓（i-v）曲線圖。

圖6是圖1所示的面內(nèi)結(jié)構(gòu)鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器的一對(duì)左電極和右電極分支的寫“1”與讀“1”和寫“0”與讀“0”的操作原理示意圖。

圖7是圖2所示的上下結(jié)構(gòu)鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器的一對(duì)左電極和右電極分支的寫“1”與讀“1”和寫“0”與讀“0”的操作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明，本發(fā)明是基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果而提出的，下面將詳細(xì)介紹。

本發(fā)明之一是面內(nèi)電容器結(jié)構(gòu)非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

其主要包括基底材料（100），鐵電薄膜材料（104），刻蝕形成的鐵電存儲(chǔ)單元（103）以及左電極（101）與其分支電極1011-101n和右電極（102）與其分支電極1021-102n。

繼續(xù)如圖1所示，基底材料（100）可以是常用材料，例如可以用si、sio2，或者linbo3、gd2ti2o7、srtio3等等，在該發(fā)明中，為了與cmos工藝兼容，大規(guī)模生產(chǎn)，可優(yōu)選si基底。

繼續(xù)如圖1所示，鐵電薄膜層（104）可以通過多種方法長在基底（100）上，例如通過溶膠凝膠法、pvd濺射、cvd、pld或者離子鍵合剝離，鐵電薄膜層可以是任何一種單晶鐵電材料，例如鐵酸鉍bifeo3、鋯鈦酸鉛(pb,zr)tio3、鈮酸鋰linbo3、鉭酸鋰litao3。長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）是通過光學(xué)光刻或者電子束光刻將圖形轉(zhuǎn)移到體鐵電薄膜（104）上，然后通過干法刻蝕或者濕法腐蝕形成長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103），鐵電存儲(chǔ)單元（103）刻蝕的寬度d的范圍可大于或等于5nm小于或等于1um，間距越小，在左電極（101）和右電極（102）上所加的寫電壓和讀電壓就越小，使功耗減小，而且也可以提高存儲(chǔ)器的密度。鐵電存儲(chǔ)單元（103）刻蝕的深度h大于或等于5nm小于或等于300nm，深度越大，存儲(chǔ)單元（105）與長條鐵電存儲(chǔ)單元（103）（除去左電極（101）分支電極1011-101n和右電極（102）分支電極1021-102n所對(duì)的存儲(chǔ)單元（105）部分）接觸面形成的疇壁導(dǎo)電通道就越長，讀電流就越大，因此提高刻蝕高度也可以提高讀電流，但是刻蝕高度不宜太高，如果刻蝕高度太高，刻蝕的垂直度就不是很理想，因此左電極（101）分支電極1011-101n和右電極（102）分支電極1021-102n與刻蝕的長條鐵電單元接觸會(huì)不緊密，會(huì)影響鐵電存儲(chǔ)單元的正常工作。

繼續(xù)如圖1所示，左電極（101）與其分支電極1011-101n和右電極（102）與其分支電極1021-102n通過光學(xué)光刻或電子束光刻將圖形轉(zhuǎn)移到鐵電薄膜上，然后可以通過多種長金屬的方法將金屬長上去，例如可用pvd濺射、pld、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者電鍍的方法，可以生長但不限于pt、au、al、cu和in等等金屬。左電極（101）與其分支電極1011-101n和右電極（102）與其分支電極1021-102n的高度與長條鐵電存儲(chǔ)單元（103）的高度h相同，h大于或等于5nm小于或等于300nm。左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n的寬度w大于或等于5nm小于或等于1um，兩個(gè)分支之間的間距g大于或等于10nm小于或等于500nm。

圖6所示為圖1所示的面內(nèi)結(jié)構(gòu)鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器的一對(duì)左電極和右電極分支的寫“1”與讀“1”和寫“0”與讀“0”的操作原理示意圖。

在該面內(nèi)結(jié)構(gòu)非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器中，以如圖6所示的體鐵電材料（104）極化方向?yàn)槔f明，另一個(gè)反方向的極化原理與此一樣。如圖6（a）所示，體鐵電材料（104）和刻蝕的長條形鐵電存儲(chǔ)器（103）的極化方向一樣都向右。在第一次寫“1”操作時(shí)，在如圖1所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，右電極（102）是高電位，左電極（101）是低電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)與存儲(chǔ)單元（105）的極化方向相反，當(dāng)該電場(chǎng)大于等于中間存儲(chǔ)單元（105）的矯頑場(chǎng)時(shí)，如圖6（a）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（104）接觸低面以及長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）（除去存儲(chǔ)單元（105）部分）的接觸側(cè)面形成虛線所示的疇壁導(dǎo)電通道（106），即把信息“1”存入。在讀“1”操作時(shí)，在左電極（101）和右電極（102）上加讀電壓信號(hào)vread（讀電壓vread小于鐵電存儲(chǔ)單元（105）的矯頑電壓，即也小于寫電壓vwrite，不能使鐵電存儲(chǔ)單元（105）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)）時(shí)，因?yàn)楫牨趯?dǎo)電通道（106）的存在，會(huì)有較大的讀電流流過疇壁導(dǎo)電通道（106），因此讀取信息“1”，分支電極越多，讀電流也就會(huì)越大，讀取的信息就越快，越可靠。

如圖6（b）所示，體鐵電材料（104）和刻蝕的長條形鐵電存儲(chǔ)器（103）的極化方向一樣都向右。在第一次寫“0”操作時(shí)，在如圖1所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，左電極（102）是高電位，右電極（101）是低電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向與存儲(chǔ)單元（105）的極化方向一致，因此存儲(chǔ)單元（105）的極化方向不改變，如圖6（b）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向不發(fā)生反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（104）接觸底面以及長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）（除去存儲(chǔ)單元（105）部分）的接觸側(cè)面就不會(huì)形成疇壁導(dǎo)電通道（106），即寫入信息“0”。在讀“0”操作時(shí)，在左電極（101）和右電極（102）上加讀電壓信號(hào)vread（讀電壓vread小于鐵電存儲(chǔ)單元（105）的矯頑電壓，即也小于寫電壓vwrite，不能使鐵電存儲(chǔ)單元（105）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)）時(shí)，因?yàn)闆]有疇壁導(dǎo)電通道（106），所以電路是斷開的，讀電流幾乎為零，因此可讀取信息為“0”。

當(dāng)需要在該單元重新寫入信息時(shí)，可直接寫入，不需要擦除后再寫入，比如，如圖6（a）已存入信息“1”時(shí)，當(dāng)需要重新寫入信息“1”時(shí)，在如圖1所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，右電極（102）是高電位，左電極（101）是低電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖6（a）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向一致，因此該存儲(chǔ)單元（105）的極化方向不發(fā)生改變，仍存儲(chǔ)信息“1”；當(dāng)需要重新寫入“0”時(shí)，在左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite，左電極（102）是高電位，右電極（101）是低電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖6（a）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向相反，則存儲(chǔ)單元（105）的極化方向會(huì)被反轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)，與體鐵電薄膜材料（104）以及長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）（除去存儲(chǔ)單元（105）部分）的極化方向一致，如圖6（b）所示，未形成疇壁導(dǎo)電通道，則重新寫入信息“0”。如圖6（b）已存入信息“0”時(shí)，當(dāng)需要重新寫入信息“0”時(shí)，在如圖1所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，右電極（102）是低電位，左電極（101）是高電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖6（b）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向一致，因此該存儲(chǔ)單元（105）的極化方向不發(fā)生改變，仍存儲(chǔ)信息“0”；當(dāng)需要重新寫入“1”時(shí)，在左電極（101）和右電極（102）上加寫電壓信號(hào)vwrite，左電極（102）是低電位，右電極（101）是高電位，在左電極（101）的分支電極1011-101n和右電極（102）的分支電極1021-102n之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖6（b）所示的在左電極（101）和右電極（102）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（105）的極化方向相反，則存儲(chǔ)單元（105）的極化方向會(huì)被反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（104）以及長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）（除去存儲(chǔ)單元（105）部分）的極化方向相反，如圖6（a）所示，形成疇壁導(dǎo)電通道（106），則重新寫入信息“1”。

具體實(shí)施步驟如下：

步驟1：提供如圖1所示的基底（100），可以用si、sio2，或者linbo3、srtio3等等，為易于與半導(dǎo)體工藝兼容，可以采用si襯底。

進(jìn)一步，步驟2：生長鐵電薄膜層（104），鐵電薄膜層（104）可以選擇但不限于鐵酸鉍bifeo3、鋯鈦酸鉛(pb,zr)tio3、鈮酸鋰linbo3、鉭酸鋰litao3。鐵電薄膜層（104）可以通過但不限于溶膠凝膠法、pvd濺射、cvd、pld或者離子鍵合剝離的方法制備形成。

進(jìn)一步，步驟3：在體鐵電薄膜（104）上刻蝕形成長條形鐵電單元（103），鐵電存儲(chǔ)單元（103）可以通過光學(xué)光刻或者電子束光刻將圖形轉(zhuǎn)移到體鐵電薄膜層（104）上，然后通過干法刻蝕或者濕法刻蝕形成長條形鐵電存儲(chǔ)單元（103）。

進(jìn)一步，步驟4：在鐵電薄膜（104）上形成左電極（101）與其分支電極1011-101n和右電極（102）與其分支電極1021-102n對(duì)電極。左電極（101）與其分支電極1011-101n和右電極（102）與其分支電極1021-102n對(duì)電極可以通過光學(xué)光刻或者電子束光刻將圖形轉(zhuǎn)移到體鐵電薄膜層（104）上，通過多種長金屬的方法將金屬長上去，例如可用pvd濺射、pld、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者電鍍的方法，可以生長但不限于pt、au、al、cu和in等等金屬。

通過以上步驟，基本形成圖1所示的面內(nèi)結(jié)構(gòu)鐵電存儲(chǔ)器。

本發(fā)明的其中之一是上下結(jié)構(gòu)非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖2所示：

其主要包括基底材料（201），鐵電薄膜材料（202）以及下電極（2031）與其分支電極和上電極（2032）與其分支電極。

繼續(xù)如圖2所示，基底材料（201）可以是常用材料，例如可以用si、sio2，或者linbo3、gd2ti2o7、srtio3等等，在該發(fā)明中，為了與cmos工藝兼容，大規(guī)模生產(chǎn)，可優(yōu)選si基底。

繼續(xù)如圖2所示，鐵電薄膜層（202）可以通過多種方法長在基底（201）上，例如通過溶膠凝膠法、pvd濺射、cvd、pld或者離子鍵合剝離，鐵電薄膜層可以是任何一種單晶鐵電材料，例如鐵酸鉍bifeo3、鋯鈦酸鉛(pb,zr)tio3、鈮酸鋰linbo3、鉭酸鋰litao3。鐵電薄膜層（202）的厚度為h1，h1大于等于5nm小于等于300nm，薄膜厚度越小，在下電極（2031）和上電極（2032）上所加的寫電壓和讀電壓就越小，功耗也隨之縮小。

繼續(xù)如圖2所示，下電極（2031）以及與其分支電極是在長鐵電薄膜層（202）之前形成的，通過光學(xué)光刻或電子束光刻將圖形轉(zhuǎn)移到鐵電薄膜上，然后可以通過多種長金屬的方法將金屬長上去，例如可用pvd濺射、pld、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者電鍍的方法，可以生長但不限于pt、au、al、cu和in等等金屬。當(dāng)生長完上電極之后，再將鐵電薄膜層（202）上長在上面，再把上電極（2032）以及與其分支電極長在鐵電薄膜層（202）上面。下電極以及其分支電極和上電極（2032）以及其分支電極的高度為h2，h2大于等于5nm小于等于300nm。下電極（2031）分支和上電極（2032）分支都為正方形，邊長為a，a大于等于5nm小于等于300nm。下電極（2031）分支和上電極（2032）分支的相鄰分支之間的間距為l，l大于等于10nm小于等于500nm。下電極（2031）分支和上電極（2032）分支所對(duì)應(yīng)的鐵電材料（204）是存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元（204）表面尺寸和下電極（2031）分支與上電極（2032）分支的尺寸是對(duì)應(yīng)的，邊長也為a，存儲(chǔ)單元（204）的高度是h2-h1，相鄰存儲(chǔ)單元（204）的間距也為l。

圖7所示為圖2所示的上下結(jié)構(gòu)鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器的一對(duì)下電極和上電極分支的寫“1”與讀“1”和寫“0”與讀“0”的操作原理示意圖。

在該上下結(jié)構(gòu)非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器中，以如圖7所示的體鐵電薄膜材料（202）的極化方向?yàn)槔f明，另一個(gè)反方向的極化原理與此一樣。如圖7（a）所示，體鐵電材料（202）極化方向向上。在第一次寫“1”操作時(shí)，在如圖2所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，上電極（2032）是高電位，下電極（2031）是低電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的電場(chǎng)方向與存儲(chǔ)單元（204）的極化方向相反，當(dāng)該電場(chǎng)大于等于中間存儲(chǔ)單元（204）的矯頑場(chǎng)時(shí)，如圖7（a）所示的在下電極（2031）和上電極（2032）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（202）（除去存儲(chǔ)單元（204）部分）的接觸側(cè)面形成如圖7（a）虛線所示的疇壁導(dǎo)電通道（205），即把信息“1”存入。在讀“1”操作時(shí)，在下電極（2031）和上電極（2032）上加讀電壓信號(hào)vread（讀電壓vread小于鐵電存儲(chǔ)單元（204）的矯頑電壓，即也小于寫電壓vwrite，不能使鐵電存儲(chǔ)單元（204）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)）時(shí)，因?yàn)楫牨趯?dǎo)電通道（205）的存在，會(huì)有較大的讀電流流過疇壁導(dǎo)電通道（205），因此讀取信息“1”，分支電極越多，讀電流也就會(huì)越大，讀取的信息就越快，越可靠。

如圖7（b）所示，體鐵電材料（202）極化方向向右。在第一次寫“0”操作時(shí)，在如圖12所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，下電極（2031）是高電位，上電極（2032）是低電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，電場(chǎng)的方向與存儲(chǔ)單元（204）的極化方向一致，因此存儲(chǔ)單元（204）的極化方向不改變，如圖7（b）所示下電極（2031）和上電極（2032）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向不發(fā)生反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（202）（除去存儲(chǔ)單元（204）部分）的接觸側(cè)面就不會(huì)形成疇壁導(dǎo)電通道（205），即寫入信息“0”。在讀“0”操作時(shí)，在下電極（2031）和上電極（2032）上加讀電壓信號(hào)vread（讀電壓vread小于鐵電存儲(chǔ)單元（204）的矯頑電壓，即也小于寫電壓vwrite，不能使鐵電存儲(chǔ)單元（204）的極化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)）時(shí)，因?yàn)闆]有疇壁導(dǎo)電通道（205），所以電路是斷開的，讀電流幾乎為零，因此可讀取信息為“0”。

當(dāng)需要在該單元重新寫入信息時(shí)，可直接寫入，不需要擦除后再寫入，比如，如圖7（a）已存入信息“1”時(shí)，當(dāng)需要重新寫入信息“1”時(shí)，在如圖2所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，上電極（2032）是高電位，下電極（2031）是低電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖7（a）所示下電極（2031）和上電極（2032）分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向一致，因此該存儲(chǔ)單元（204）的極化方向不發(fā)生改變，仍存儲(chǔ)信息“1”；當(dāng)需要重新寫入“0”時(shí)，在下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，下電極（2032）是高電位，上電極（2031）是低電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖7（a）所示的在下電極（2031）和上電極（2032）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向相反，則存儲(chǔ)單元（204）的極化方向會(huì)被反轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)，與體鐵電薄膜材料（202）（除去存儲(chǔ)單元（105）部分）的極化方向一致，如圖7（b）所示，未形成疇壁導(dǎo)電通道，則重新寫入信息“0”。如圖7（b）已存入信息“0”時(shí)，當(dāng)需要重新寫入信息“0”時(shí)，在如圖2所示的非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器的下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite時(shí)，上電極（2032）是低電位，下電極（2031）是高電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支電極之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖7（b）所示的在下電極（2031）和上電極（2032）分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向一致，因此該存儲(chǔ)單元（204）的極化方向不發(fā)生改變，仍存儲(chǔ)信息“0”；當(dāng)需要重新寫入“1”時(shí)，在下電極（2031）和上電極（2032）上加寫電壓信號(hào)vwrite，下電極（2031）是低電位，上電極（2032）是高電位，在下電極（2031）分支電極和上電極（2032）分支之間產(chǎn)生偏置電場(chǎng)，該偏置電場(chǎng)的方向與如圖7（b）所示下電極（2031）和上電極（2032）的分支電極對(duì)所對(duì)的鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)單元（204）的極化方向相反，則存儲(chǔ)單元（204）的極化方向會(huì)被反轉(zhuǎn)，與體鐵電薄膜材料（202）（除去存儲(chǔ)單元（204）部分）的極化方向相反，如圖7（a）所示，形成疇壁導(dǎo)電通道（205），則重新寫入信息“1”。

具體實(shí)施步驟如下：

步驟1：提供如圖2所示的基底（201），可以用si、sio2，或者linbo3、srtio3等等，為易于與半導(dǎo)體工藝兼容，可以采用si襯底。

進(jìn)一步，步驟2：在基底材料（201）上形成下電極（2031）以及其分支電極，通過光學(xué)光刻或電子束光刻的方法將圖形轉(zhuǎn)移到基底（201）上，然后可以通過多種長金屬的方法將金屬長上去，例如可用pvd濺射、pld、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者電鍍的方法，可以生長但不限于pt、au、al、cu和in等等金屬。

進(jìn)一步，步驟3：生長鐵電薄膜層（202），鐵電薄膜層（202）可以選擇但不限于鐵酸鉍bifeo3、鋯鈦酸鉛(pb,zr)tio3、鈮酸鋰linbo3、鉭酸鋰litao3。鐵電薄膜層（202）可以通過但不限于溶膠凝膠法、pvd濺射、cvd、pld或者離子鍵合剝離的方法制備形成。

進(jìn)一步，步驟4：在鐵電薄膜（202）上形成上電極（2032）以及其分支電極。與下電極操作方法一樣，上電極（2032）以及其分支電極可以通過光學(xué)光刻或電子束光刻的方法將圖形轉(zhuǎn)移到鐵電薄膜（202）上，可以通過多種長金屬的方法將金屬長上去，例如可用pvd濺射、pld、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或者電鍍的方法，可以生長但不限于pt、au、al、cu和in等等金屬。

通過以上步驟，基本形成圖2所示的面內(nèi)結(jié)構(gòu)鐵電存儲(chǔ)器。

本發(fā)明的這兩種非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作簡(jiǎn)單，成本低，性能優(yōu)，有望在市場(chǎng)中大規(guī)模應(yīng)用。