[發明專利]電場寫入電阻讀出固態存儲元器件、存儲器及其讀寫方法

有效

• 申請號: 201210510232.2
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103065679A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 高琛;楊遠俊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02;G11C11/22;H01L45/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種存儲元器件，其特征在于，包括相互緊鄰的鐵電性壓電層(4)和電阻層(2)，其中

所述鐵電性壓電層(4)在外加電場作用下能產生應變，且具有多個剩余應變態，每個所述剩余應變態分別對應一個信息位；

所述電阻層(2)的電阻態隨著所述鐵電性壓電層(4)的應變而變化，從而具有對應于所述鐵電性壓電層(4)多個所述剩余應變態的多個電阻態，通過測量所述多個電阻態可讀取所述信息位。

2.如權利要求1所述的存儲元器件，其特征在于，所述鐵電性壓電層(4)由鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇以及鈦酸鉍鈉形成的鐵電陶瓷、固溶體、單晶中的任何一種構成。

3.如權利要求2所述的存儲元器件，其特征在于，所述鐵電性壓電層(4)的厚度為幾微米至幾百微米的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體。

4.如權利要求1所述的存儲元器件，其特征在于，所述電阻層(2)由其電子結構對應變敏感的材料構成。

5.如權利要求4所述的存儲元器件，其特征在于，所述電阻層(2)為氧化物、具有壓阻效應的Pt、Pt/Ir合金、Pt/W合金、Ni、Ni/Fe合金、Ni/Cu合金、Ni/Mn合金、Ni/Cr合金或具有壓阻效應的半導體薄膜。

6.如權利要求5所述的存儲元器件，其特征在于，所述電阻層(2)為錳氧化物(R_1-xA_x)MnO₃，其中R是稀土元素，A堿土金屬，0＜x＜1。

7.如權利要求6所述的存儲元器件，其特征在于，所述電阻層(2)為幾納米到幾百納米厚的La_2/3Sr_1/3MnO₃薄膜。

8.如權利要求1所述的存儲元器件，其特征在于，該存儲元器件還包括底電極層(3)和頂電極層(12)，并且

所述底電極層(3)、鐵電性壓電層(4)、電阻層(2)和頂電極層(12)依次疊置，

所述底電極層(3)和頂電極層(12)用于施加所述外加電場。

9.如權利要求8所述的存儲元器件，其特征在于，所述底電極層(3)和頂電極層(12)由非磁性的導體材料構成。

10.如權利要求9所述的存儲元器件，其特征在于，所述頂電極層(12)在平行所述疊層的平面上被圖案化，以使該頂電極層(12)分成多個電極區。

11.如權利要求10所述的存儲元器件，其特征在于，所述電阻層(2)的上方非電極區，即是未被頂電極層(12)遮蓋的部分，在該未遮蓋的部分設置保護層(6)，所述保護層(6)用于保護所述電阻層(2)。

12.如權利要求8所述的存儲元器件，其特征在于，在所述底電極層(3)的一側還包括一個基片層(11)，其用于對所述存儲元器件進行力學支撐。

13.一種存儲器，其特征在于，包括如權利要求1至13中任一項所述的存儲元器件。

14.如權利要求13所述的存儲器，其特征在于，包括由多個如權利要求1至13中任一項所述的存儲元器件組成的矩形陣列、多組信息讀寫電路、和用于選擇性寫入和讀出某一固態存儲元器件功能的多個晶體管。

15.一種信息寫入方法，用于將信息寫入如權利要求1至12所述的任一項所述的存儲元器件，其特征在于，包括如下步驟：

使大小為所述鐵電性壓電層(4)的材料的飽和極化電場的寫入電場施加在所述鐵電性壓電層(4)上，接著將寫入電場變化至0，將此時所述鐵電性壓電層(4)的剩余應變態作為信息值“0”；

將所述寫入電場變化為所述鐵電性壓電層(4)的矯頑場的0.9～0.98倍，再將該寫入電場變化為0，將此時的剩余應變態稱作為信息值“1”，所述矯頑場與所述飽和極化電場的正負符號不同。

16.一種信息寫入方法，用于將信息寫入如權利要求1至12所述的任一項所述的存儲元器件，其特征在于，還包括如下步驟：

使大小為所述鐵電性壓電層(4)的材料的正飽和極化電場的寫入電場施加在所述鐵電性壓電層(4)上，接著將寫入電場變化至0，將此時所述鐵電性壓電層(4)的剩余應變態作為信息值“0”；

將所述寫入電場變化為所述鐵電性壓電層(4)的負矯頑場的0.9～0.98倍，再將該寫入電場變化為0，將此時所述鐵電性壓電層(4)的剩余應變態成作為信息值“1”；

使大小為所述鐵電性壓電層(4)的材料的負飽和極化電場的寫入電場施加在所述鐵電性壓電層(4)上，接著將寫入電場變化至0，將此時所述鐵電性壓電層(4)的剩余應變態也作為信息值“0”；

將所述寫入電場變化為所述鐵電性壓電層(4)的正矯頑場的0.9～0.98倍，再將該寫入電場變化為0，將此時所述鐵電性壓電層(4)的剩余應變態成作為信息值“2”。