《極化調製p-n結電流的高密度鐵電二極體存儲器》是依託復旦大學，由江安全擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：極化調製p-n結電流的高密度鐵電二極體存儲器
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：江安全
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前商業化非揮發鐵電薄膜存儲器採用了一個電晶體和一個鐵電電容(1T/1C)的存儲單元結構以及破壞性的讀取方式，限制了器件的高密度集成和可靠性提高。為了克服以上困難，我們提出了基於鐵電半導體的p-n結電流進行高密度信息非揮發性存儲和非破壞性讀取的二極體存儲器。該二極體電流具有單嚮導通特性，其電流大小會隨著電疇的重新取向而發生變化。當讀電壓小於電疇反轉電壓時，正反方向的p-n結電流比大於100；擦寫電壓小於5V，最快的擦寫時間取決於電疇的最終翻轉時間(1-2ps)，可擦寫次數取決於電疇的極化疲勞次數。通過極化調製的p-n結電流的存儲理念不同於基於缺陷運動所引起的導電通道反覆形成或破裂的其他電阻存儲器，具有更高的擦寫速度和數據存儲的可靠性。
結題摘要
非揮發鐵電存儲器單元採用了一個電晶體和一個鐵電電容器(1T1C)的結構,具有數據讀寫速度快、擦寫電壓低和讀寫次數高等優點。但是該存儲器採用了電荷積分的讀出方法，隨著存儲密度的提高，每個鐵電單元中的讀出電荷減少，導致了信號識別困難。為此，我們提出了新型鐵電存儲器電流讀出技術，採用電疇極化方向來調製鐵電二極體疇壁電流，從而實現信息的非破壞性讀取和器件的高密度集成。在薄膜生長方面，我們控制BiFeO3薄膜的生長氧氣壓低於10Pa，運用脈衝雷射沉積技術生長出鐵酸鉍薄膜，通過調節生長溫度、氣壓、雷射能量等，在SiTiO3、DyScO3 、LaAlO3 等單晶襯底上外延生長具有原子層平整度的SrRuO3、BiFeO3等鈣鈦礦型氧化物薄膜。在器件集成方面，我們發明了利用鐵電薄膜表面產生帶電納米疇壁電流，採用電流讀出模式讀出存儲器所存儲的電疇邏輯信息，製備工藝與CMOS工藝兼容，器件單元尺寸可以縮小到50nm以下，讀出電流可達1－10nA, 即讀出電流密度可達103A/cm2，開關電流比大於100，可擦寫次數大於108，讀寫電壓正比於納米存儲單元尺寸，最小可達1.5V。在測量技術研究方面，我們改進了電疇反轉速度的測量技術， 採用不同溫度下電疇翻轉電流和矯頑場變化關係，從電疇反轉電流隨時間變化曲線中，直接外推出電疇最短反轉時間為0.47ps，對應著鐵電存儲器最短讀寫時間；證明了以上時間不隨電疇成核區域和薄膜厚度的變化，即從試驗中證明了電疇成核速度限制了電疇反轉速度的模型，為鐵電理論的發展作出了重要的貢獻。發明了電脈衝測量技術，可以直接測量納秒量級的電疇翻轉電流，然後轉化為鐵電電滯回線，實時記錄在納秒量級時間範圍內鐵電電滯回線，完成漏電薄膜的疲勞、保持、印刻效應等測量，電滯回線測量最短時間可以縮短到5ns。
