[發明專利]一種基于可控納米裂紋的器件及其制備方法和控制方法

有效

• 申請號: 201810133187.0
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108328565B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 游龍;羅強;郭喆;洪正敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種基于可控納米裂紋的器件及其制備方法和控制方法，其中，基于可控納米裂紋的器件包括鐵電材料、金屬間合金薄膜和金屬電極，所述金屬電極包括第一金屬電極、第二金屬電極和第三金屬電極，所述金屬間合金薄膜位于鐵電材料上方，所述第一金屬電極和第二金屬電極位于金屬間合金薄膜的上方的兩端，所述第三金屬電極位于鐵電材料的上方或者下方。本發明的基于可控納米裂紋的器件在斷開狀態下不存在漏點的風險，同時具有非易失性、可重復性、低功耗以及抗疲勞性，此外還具有巨大的開關比以及良好的穩定性，作為存儲器具備長期保存數據的能力。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，更具體地，涉及一種基于可控納米裂紋的器件及其制備方法和控制方法。

背景技術

隨著微電子技術的發展，集成電路上晶體管的特征尺寸不斷趨近于物理極限，如果進一步減小器件尺寸，就會存在嚴重的漏電問題。而基于電-機械耦合的功能器件由于具有機械的“開”和“關”特性，因此就有效避免了“關”狀態下漏電的問題。同時，相對于傳統的半導體器件，微機電器件還存在開關比大、功耗低、結構及工藝簡單等優點，這在開發高密度、低功耗、高穩定性的存儲器、晶體管以及邏輯器件方面，具有巨大的發展潛力和應用價值。

目前，公開報道的微機電功能器件大多都是基于機械應力或電場力驅動的，雖然有效避免了器件漏電的問題，但存在開關速度慢、功耗高等缺陷。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于可控納米裂紋的器件及其制備方法和控制方法，由此解決現有技術存在開關速度慢、功耗高、裂紋不可控的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于可控納米裂紋的器件，包括鐵電材料、金屬間合金薄膜和金屬電極，所述金屬電極包括第一金屬電極、第二金屬電極和第三金屬電極，

所述金屬間合金薄膜位于鐵電材料上方，所述第一金屬電極和第二金屬電極位于金屬間合金薄膜的上方的兩端，所述第三金屬電極位于鐵電材料的上方或者下方。

進一步地，鐵電材料為PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，所述金屬間合金薄膜為MnPt或者FePt，所述金屬電極為Au、Pt、Cu或者Ag。

進一步地，鐵電材料的厚度為0.1mm-1mm，所述金屬間合金薄膜的厚度為10nm-50nm，所述金屬電極的厚度為50nm-2μm。

進一步地，第三金屬電極位于鐵電材料的上方時，第三金屬電極位于第一金屬電極和第二金屬電極的兩端。

按照本發明的另一方面，提供了一種基于可控納米裂紋的器件的制備方法，包括：

(1)在鐵電材料上表面通過磁控濺射、分子束外延、脈沖激光沉積或原子層沉積生長金屬間合金薄膜，對金屬間合金薄膜進行光刻或電子束曝光后，將金屬間合金薄膜刻蝕成條狀結構；

(2)通過光刻、濺射或電子束蒸發的方法在金屬間合金薄膜的兩端沉積第一金屬電極和第二金屬電極；

(3)在鐵電材料的下表面沉積第三金屬電極，或者在鐵電材料的上表面的第一金屬電極和第二金屬電極兩端沉積第三金屬電極，得到基于可控納米裂紋的器件。

進一步地，鐵電材料為PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，所述金屬間合金薄膜為MnPt或者FePt，所述第一金屬電極、第二金屬電極和第三金屬電極為Au、Pt、Cu或者Ag。

進一步地，鐵電材料的厚度為0.1mm-1mm，所述金屬間合金薄膜的厚度為10nm-50nm，所述第一金屬電極、第二金屬電極和第三金屬電極的厚度為50nm-2μm。