CN103065679B - 电场写入电阻读出固态存储元器件、存储器及其读写方法 - Google Patents
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Abstract
电场写入电阻读出固态存储元器件、存储器及其读写方法，本发明涉及一种新型非易失性固态存储元器件和存储器，以及相应的写入和读出方法。本发明的固态存储元器件包括底电极层、形成在底电极层之上的铁电性压电层、紧邻铁电性压电层并位于其上的电阻层、位于电阻层上的顶电极层。铁电性压电层作为信息的存储层，在电场作用下具有两个或多个应变态，并且其使电阻层具有两个或者多个非易失性电阻态，使电阻层作为信息的读出层。本发明的固态存储元器件利用电场将信息写入，而且能被非破坏性地读出，具有功耗低、非易失性、存储速度快以及存储密度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于信息存储技术领域，具体涉及非易失性固态存储元器件及存储器，特别是非易失性的电场写入、电阻读出的的固态存储元器件、存储器及其信息写入和读出方法。
背景技术
信息存储技术是现代电子工业发展中的重要环节。同时，实现高密度、低功耗、非易失性以及高速存储是人们梦寐以求的目标。为此，人们发展了多种存储器件，主要包括：利用光读写的光存储介质，如CD和DVD等；利用磁场读写的磁性介质存储器件，如硬盘；利用磁写电读的磁阻存储器件，如磁阻随机存储器件(MRAM)；运用电写电读技术的电存储器，如动态随机存储存取器(DRAM)、铁电随机存储器(FeRAM)、自旋转移力矩-磁阻存储器(STT-MRAM)、闪存(FlashMemory)以及固态存储器(SolidStateDriver，SSD)等。
在上述存储技术中，基于磁场写入读出技术的计算机硬盘是应用最广泛和最成熟的存储器件。尽管巨磁阻磁头的大规模应用提高了硬盘的存储密度，但是，磁头的机械运动限制了存储速度，另外，信息写入需要较大的电流诱导强磁场来完成磁畴的翻转，大大增加了信息写入的功耗。基于电写电读技术的电存储器的闪存也是目前应用较为广泛的存储器件，但是，一方面闪存的写入和读出速度慢，另一方面闪存的存储密度较小，因此，闪存一般用作简易的移动存储设备。目前，基于闪存的SSD是最受人瞩目的存储器件。SSD的突出优点是读出速度快，另外，SSD没有读写头，不需要转动，所以固态存储器拥有抗震性强的优点。但是，SSD成本较高、写入功耗较大以及写入速度较慢等缺点，大容量存储中仍然使用硬盘进行数据存储。
上述存储技术要么采用电流产生的强磁场实现信息写入(典型代表：硬盘)，要么利用电压调控存储单元电荷的多少来进行信息写入和读出(典型代表：固态存储器)，因此这些存储技术在写入信息时的功耗很大，写入较慢，这些缺点限制了他们的整体存储性能。
因此，利用电场写入信息来有效降低写入功耗，同时采用无机械读取头的电阻读出来提高读出速度的存储技术目前正成为高密度、低功耗、非易失性以及高速存储器件研究的重点内容。而在提高存储密度方面，除了进一步缩小记录单元的尺寸，在同一记录单元上利用多种状态来存储更多的信息量也是发展的方向。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提出一种非易失性和高密度的存储元器件和存储器，以降低信息写入和读出的功耗，提高信息写入速度。
(二)技术方案
为达到以上目的，本发明提出一种存储元器件，包括相互紧邻的铁电性压电层(4)和电阻层(2)，其中所述铁电性压电层(4)在外加电场作用下能产生应变，且具有多个剩余应变态，每个所述剩余应变态分别对应一个信息位；所述电阻层(2)的电阻态随着所述铁电性压电层(4)的应变而变化，从而具有对应于所述铁电性压电层(4)多个所述剩余应变态的多个电阻态，通过测量所述多个电阻态可读取所述信息位。
根据本发明的一种具体实施方式，所述铁电性压电层(4)由铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡以及钛酸铋钠形成的铁电陶瓷、固溶体、单晶中的任何一种构成。
根据本发明的一种具体实施方式，所述铁电性压电层(4)的厚度为500μm的铌镁酸铅-钛酸铅晶体。
根据本发明的一种具体实施方式，所述电阻层(2)由其电子结构对应变敏感的材料构成。
根据本发明的一种具体实施方式，所述电阻层(2)为氧化物、具有压阻效应的Pt、Pt/Ir合金、Pt/W合金、Ni、Ni/Fe合金、Ni/Cu合金、Ni/Mn合金、Ni/Cr合金或具有压阻效应的半导体薄膜。
根据本发明的一种具体实施方式，所述电阻层(2)为锰氧化物(R1-xAx)MnO3，其中R是稀土元素，A碱土金属，0＜x＜1。
根据本发明的一种具体实施方式，所述电阻层(2)为80nm厚的La2/3Sr1/3MnO3薄膜。
根据本发明的一种具体实施方式，该存储元器件还包括底电极层(3)和顶电极层(12)，并且所述底电极层(3)、铁电性压电层(4)、电阻层(2)和顶电极层(12)依次叠置，所述底电极层(3)和顶电极层(12)用于施加所述外加电场。
根据本发明的一种具体实施方式，所述底电极层(3)和顶电极层(12)由非磁性的导体材料构成。
根据本发明的一种具体实施方式，所述顶电极层(12)在平行所述叠层的平面上被图案化，以使该顶电极层(12)分成多个电极区。
根据本发明的一种具体实施方式，所述电阻层(2)的上方非电极区，即是未被顶电极层(12)遮盖的部分，在该未遮盖的部分设置保护层(6)，所述保护层(6)用于保护所述电阻层(2)。
根据本发明的一种具体实施方式，在所述底电极层(3)的一侧还包括一个基片层(11)，其用于对所述存储元器件进行力学支撑。
本发明还提出一种存储器，包括所述的存储元器件。
根据本发明的一种具体实施方式，存储器还包括由所述的存储元器件组成的矩形阵列、多组信息读写电路、和用于选择性写入和读出某一固态存储元器件功能的多个晶体管。
本发明还提出一种信息写入方法，用于将信息写入所述的存储元器件，包括如下步骤：使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态作为信息值“0”；将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时的剩余应变态成作为信息值“1”，所述矫顽场与所述饱和极化电场的正负符号不同。
本发明还提出一种信息写入方法，用于将信息写入所述的存储元器件，该方法还包括如下步骤：使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的正饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态作为信息值“0”；将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的负矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态称作为信息值“1”；使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的负饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态也作为信息值“0”；将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的正矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态称作为信息值“2”。
(三)有益效果
本发明提出的电写电读的存储元器件和存储器，不需要磁存储器件的写入电流磁场，因此降低了写入功耗，也避免了写入电流磁场对其它存储单元的影响，可以缩小存储单元的尺寸和间距，从而提高存储密度；
而且，本发明适用于三个信息位的存储，因此在相同数量存储单元的情况下增加了50％的信息存储量。
再者，本发明相比于闪存具有写入和读出功耗小、写入速度快的优点。
附图说明
图1是本发明的固态存储元器件的基本结构示意图；
图2是本发明的固态存储元器件的整体结构示意图；
图3是本发明的固态存储器的基本结构示意图；
图4是对于本发明的固态存储器利用写入电场写入信息的示意图；
图5是对于本发明的固态存储器的信息读出示意图；
图6是本发明的实施例1的固态存储元器件的结构示意图；
图7是本发明的实施例1的利用电场调控压电层应变态的图表；
图8是本发明的实施例1的利用电场调控电阻层电阻态的图表；
图9是本发明的实施例1的由写入电场脉冲序列调控电阻层电阻态的图表；
图10是本发明的实施例2的利用电场调控压电层三个应变态的图表；
图11是本发明的实施例2的利用电场调控压电层三个应变态的图表；
图12是本发明的实施例2的由写入电场脉冲序列调控电阻层三个电阻态的图表。
附图标记说明：
1存储元器件
2电阻层
3底电极层
4铁电性压电层
5信息写入装置
6保护层
7、8顶电极端子
9底电极端子
10信息读出装置
11基片层
12顶电极层
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
研究发现，应变或者应力可以有效调控材料的晶格(声子)与电子、自旋、轨道等的相互作用，从而达到调控材料的电、磁、光等物理特性的目的。例如，人们已经利用应变来调控半导体薄膜、超导体、庞磁电阻薄膜、金属材料、铁电体、铁氧体材料以及多铁性材料等的电磁学性能等。产生应变或者应力的方式主要有：机械作用力、热效应、设计特殊形状的材料诱导应变以及薄膜材料的外延关系诱导应变等。最近，德国莱布尼兹研究所的K.等人提出了另外一种诱导应变的方法：在晶格参数可实时调整的压电材料衬底上生长外延、多晶和非晶薄膜等，通过压电衬底的逆压电效应将应变传递到近邻的薄膜中，从而，薄膜应变随之发生相应的改变，达到电场调控材料电磁性能的目的。
基于上述思想，我们提出一种电场写入存储信息、电阻读出存储信息的新型存储元器件，具有降低写入和读出功耗低、提高存储密度、加快存储存取速度以及非易失性等优点。
图1是本发明的固态存储元器件的结构示意图。如图1所示，存储元器件具有叠层结构，自下而上分别叠置有底电极层3、铁电性压电层4、电阻层2、和顶电极层12，其中，底电极层3连接有一个底电极端子9，顶电极层连接有顶电极端子7、8。该存储元器件具有场效应管类似的电极结构，我们用1代表这一元器件。
底电极层3和顶电极层12由非磁性的导体材料构成，优选为非磁性的良导体材料，例如但不限于Ag、Al、Pt、Cr/Cu和Cr/Au等。而且，底电极层3和顶电极层可以由相同材料构成，也可以用其他不同种类的导电材料构成。
根据本发明的一个具体实施方式，底电极层3厚度可以为几十纳米至微米量级，例如，根据本发明的一种实施方式，其可采用300nm厚的Au作为电极。
根据本发明，如图1所示，顶电极层12在平行所述叠层结构的平面上被图案化，从而使顶电极层12分成多个电极区，例如形成双电极或四电极，即分别形成两个或四个电极区。采用四电极需要占据较多的空间，不利于存储密度的提高，且四电极制备比双电极复杂，因此本发明优选为形成两个电极区。图1中显示了当顶电极层12具有双电极的形态，即在电阻层2的两端分别形成两个顶电极，其分别与顶电极端子7、8相连接。顶电极层12的厚度可以为几十纳米至微米量级，例如本发明中的一实施方式为采用300nm厚的Au作为顶电极。
铁电性压电层4可以是由铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡以及钛酸铋钠等形成的铁电陶瓷、固溶体、单晶中的任何一种构成。铁电性压电层4的厚度可以为几微米至几百微米，例如本发明的的一种具体实施方式采用500μm厚的铌镁酸铅-钛酸铅晶体作为铁电性压电层。
对于电阻层2的材料的选择，原则上选用其电子结构对应变敏感的材料。根据本发明，电阻层2优选但不局限于以下材料：氧化物(如锰氧化物(R1-xAx)MnO3(0＜x＜1)，其中，R是La、Ce等稀土元素，A是Ca、Sr等碱土金属)、具有压阻效应的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、具有压阻效应的半导体薄膜(如Si以及Si/Ge合金等)，等等。电阻层2的厚度可以为几纳米到几百纳米，例如本发明中的一实施方式为采用80nm厚的La2/3Sr1/3MnO3薄膜。
与顶电极层12相连的两个顶电极端子7、8和与底电极层3相连的底电极端子9可由半导体工业所熟知的布线工艺来制备，可选择Al作为电极之间互联材料，通过热蒸发等工艺形成的Al薄膜与电极形成良好的欧姆接触，以便进行电阻测量。顶电极端子7和顶电极端子8在功能上没有区别，其角色可互换。
如图2所示，根据本发明的一种具体实施方式，顶电极层12被图案化而成为多个电极区，在电阻层2的上方非电极区，即是未被顶电极层12遮盖的部分，在该部分设置保护层6，保护层6用于保护电阻层。保护层6可以由SiO2、Al2O3以及MgO等常见绝缘体材料形成，其厚度一般不小于几十纳米，例如50nm。
如图2所示，根据本发明的一种具体实施方式，在底电极层3的一侧还具有一个基片层11，其用于对存储元器件进行力学支撑。基片层11可以是半导体工业普遍采用的非晶SiO2薄膜/Si基片，基片层11与底电极层3直接相连，其厚度为几百微米，例如270μm。当具有基片层11时，图2中的端子9与图1中的位置不同，这只是为了显示清楚而做的一种示意性的表示，不构成对本发明的限制。本发明中只要端子9与底电极3有物理连接即可。
本发明的存储元器件的工作原理：在写入电场作用下，铁电性压电层4能产生非易失性应变，该应变传递到电阻层2，非易失性地调控了所述电阻层2的电子结构，从而调制了所述电阻层2的电阻率，实现了可电场写入和电阻读出的存储元器件。下面具体说明。
如前所述，所述铁电性压电层4形成在所述底电极层3之上，在进行信息写入操作时，写入电场通过顶电极12和底电极3(端子7、8和9作电极引线)施加在铁电性压电层4上，铁电性压电层4在所述写入电场作用下产生逆压电响应——即产生应变，这种应变可以作为一种信息写入的方式。由于这种应变在电场撤除后不会完全消失，使得写入信息具有非易失的特性。电阻层2形成在铁电性压电层4之上，由此，铁电性压电层4的应变(或称为原位应变)能够传递到与之紧邻的电阻层2。本发明的所述电阻层2具有对应变敏感的电子结构，从而在施以写入电场产生的应变作用下，其电阻态将发生改变，由此，测量其电阻态，可以读出所写入到所述存储元器件中的信息。
在本发明中，根据所述电阻态数量的不同，存储元器件中存储的信息可以是二值信息，也可以是三值信息。也就是说，如果写入信息后可测量的电阻态数为两个，则为二值信息，可测量的电阻态为三个，则为三值信息，二值信息可以表示为“0”和“1”，三值信息可以表示为“0”、“1”和“2”。
以上已描述了本发明的固态存储元器件的结构和信息写入和读出原理。基于如上所述的固态存储元器件，本发明还提供一种固态存储器，其包含多个上述固态存储元器件组成的矩形阵列、多组信息读写电路、还包括实现选择性写入和读出某一固态存储元器件功能的多个晶体管(采用存储行业熟知的结构和布线方法形成晶体管)，从而具有独立的信息读写功能。固态存储器可以采用半导体工业所熟知的薄膜沉积、刻蚀、光刻以及布线方法来构建存储阵列。
图3示出了本发明的含单个存储元器件的固态存储器的结构示意图。如图3所示，除了上述固态存储元器件之外，该固态存储器还包括一个信息写入装置5。所述信息写入装置5通过底电极端子9和顶电极端子7、8分别与底电极3和顶电极层12电学相连。所述信息写入装置5用于把所需写入的信息转化为写入电场或电场脉冲序列，经底电极层3和顶电极12施加在铁电性压电层4上。
具体地，我们利用附图4和5详细说明信息的写入与读出。首先，所需写入的信息经信息写入装置5转化为写入电场或电场脉冲序列，所述写入电场由底电极层3和顶电极层12施加在铁电性压电层4上，如附图4所示。定义Es为铁电性压电层材料的饱和极化电场，可以为正，也可以为负，在此以正电场为例说明。饱和极化电场Es的大小使得能够饱和极化铁电性压电层4。
首先，将大小为Es的写入电场施加在铁电性压电层4上，此时，所述铁电性压电层4的应变处于饱和状态。
紧接着，把写入电场由+Es减小到0(Es＞0)，此时铁电性压电层4的应变态相应的发生改变，成为剩余应变态。本发明将此时的剩余应变态定义为信息值“0”，且铁电性压电层4的所有应变以此为参照点。此时的存储器的状态如附图4左下插图所示，图中单向箭头表示铁电性压电层4的铁电畴的电极化方向。由图中可见，此时所有铁电畴的电极化全部向下，铁电性压电层4处于压应变状态。到此，我们将信息“0”写入铁电性压电层4。
接下来，写入电场(为负)减小到矫顽场-Ec附近(该矫顽场-Ec与饱和极化电场Es的正负符号不同，此时的写入电场强度略大于-Ec，一般选择-0.9Ec～-0.98Ec以保证可观的剩余应变量。Ec＞0)，该写入电场将退极化铁电性压电层4，部分铁电畴将发生翻转，即铁电极化方向朝上，此时，写入电场诱导一较大的相反方向的正应变；
然后，增大写入电场至0，铁电畴将维持在退极化状态，与此同时，张应变减小，但仍然维持一可观的剩余应变，本发明将此时的剩余应变态定义为信息值“1”，如附图4右上插图所示。图中的双向箭头表示张应变。至此，将信息“1”写入铁电性压电层4。
重复上述步骤可实现所述二值剩余应变状态表示的信息值“0”和“1”之间的翻转，从而编码不同的存储信息。
下面介绍写入信息的读出。如图3所示，本发明的固态存储器还包括一个信息读出装置10。所述信息读出装置10通过顶电极端子7、8与电阻层2电学互连。附图5是本发明的固态存储器所存储信息的读出示意图。如附图5右上和左下插图所示，电阻层2的电阻基本上跟随应变-写入电场的变化而变化。因此，所述信息读出装置10通过检测与铁电性压电层4的两种剩余应变态相对应的两种电阻态，即可读出被写入的信息。如图所示，两种电阻态一为高阻态RH，对应信息位“1”；一为低阻态RL，对应信息位“0”。
以上说明了饱和极化电场Es为正电场时的情形，称之为正向扫描方式。基于类似的原理，也可以实现利用负向扫描方式来实现二值信息的写入和读出。并且，根据本发明，还能够结合正向扫描方式和负向扫描方式实现三个信息位的写入和读出。
三个信息位可以分别表示为信息位“0”、“1”、“2”，与两个信息位“0”和“1”类似的写入和读出原理，利用负的饱和极化电场-Es(Es＞0)也能实现信息的写入和读出，称之为负向扫描方式。如图10所示，负向扫描电场可获得应变态“2”，而且该应变比正向扫描获得的剩余应变“1”要大。经研究表明，写入电场扫描历史的不同，使得铁电畴翻转亦不同，从而获得不同的剩余应变态“1”和“2”。相应地，电阻层2的电阻可被应变所调控，因此，图11获得了两个不同的电阻态“1”和“2”；另外，无论电场扫描从+Es降低到0电场还是电场扫描从-Es增加到0电场，由于剩余应变在这两种扫描方式下变化不大，电阻层2的剩余电阻也变化不大，即所述的“0”态。
下面通过具体实施例来进一步描述本发明，以使本发明的原理、技术方案和技术效果更加清楚。
实施例1
实施例1是一种二态固态存储元器件，参见附图6，在该实施例中，利用磁控溅射工艺在(011)取向的铌镁酸铅-钛酸铅(0.7Pb(Mg2/3Nb1/3)O3-0.3PbTiO3，简称：PMN-0.3PT，尺寸：5mm×5.5mm×0.55mm)固溶体单晶衬底上生长80nm厚的锰氧化物薄膜La2/3Sr1/3MnO3(简称：LSMO)，PMN-0.3PT作为铁电性压电层4，LSMO作为电阻层2；以Au作底电极层3和顶电极层12，写入电场(V)经电极互连极化PMN-0.3PT衬底，诱导产生铁电性压电层4的原位剩余应变；相应地，LSMO在<100>方向的剩余电阻态被信息读出装置读出。
图7是本发明的实施例1的利用电场调控压电层应变态的图表。如图7所示，在该实施例1中，当写入时，先用正的饱和电场极化PMN-0.3PT铁电性压电层4，然后进行电场扫描。当电场降低并经过零点时，产生一剩余应变态，将其作为信息位“0”，如附图7的“0”标记所示；当电场扫描到一个负的矫顽场-Ec附近时，增加电场至0，即可获得剩余应变态“1”。至此，该实施例的存储元器件完成了两非易失性应变态“0”和“1”，即完成了“0”、“1”信息的写入。
附图8是电阻以及电阻变化率随写入电场的变化关系。我们发现电阻和电阻变化率定性地依赖于附图7的应变-写入电场曲线；而且，我们获得了两种与剩余应变相对应的电阻态“0”、“1”。由此，我们可以通过测量电阻态读出所写入存储元器件中的“0”或“1”信息。
最后，我们演示电阻态“0”、“1”在写入电场脉冲序列作用下的来回翻转。如附图9上半部分所示，写入电场为一脉冲序列，下半部分是相应的电阻态。我们发现电阻态“0”、“1”随着写入电场脉冲相应变换，表明信息可连续的写入、擦除和读出。
实施例2
进一步地，基于铁电性压电材料的应变对所加电场历史的依赖性，我们利用实施例1中提出的LSMO/PMN-0.3PT异质结实施了一种三态固态存储器。在该实施例中，我们采用实施例1的样品。
附图10所示是面内整体应变随着写入电场的变化关系。应变分别从正(黑白圆形线条)和负(方块形线条)写入电场开始扫描，经过两不同的电场扫描方式，产生了三个剩余电阻态“0”、“1”和“2”。具体地，与实施例1类似，首先进行写入电场的正向扫描，我们可获得“0”和“1”态；然后，减小写入电场(达到-Es)使铁电性压电层饱和极化，负向扫描，增大写入电场并经过零点时，产生一剩余应变态，将其作为信息位“0”，如附图11的“0”标记所示；当电场扫描到一个矫顽场+Ec附近(0.9Ec～0.98Ec)时，减小电场降低到0，即可获得剩余应变态“2”(如图10所示)。至此，该实施例的存储元器件完成了两非易失性应变态“0”和“2”，即完成了“0”、“2”信息的写入。
紧接着，我们在附图10所示的扫描电场下，测量电阻-写入电场之间的关系曲线，如附图11所示，电阻变化行为定性地依赖于附图10中的行为，从而获得电阻态“2”，该电阻态对应着写入信息。经过上述两个完整的电场扫描后，我们完成了三态信息的“0”、“1”和“2”写入和读出。
同样，实验证明“0”、“1”和“2”态之间可以实现翻转。附图12上半部分是写入电场脉冲序列，下半部分是相应的电阻态。我们发现电阻态“0”、“1”和“2”可在写入电场脉冲作用下相互转换，从而实现三态信息的写入和读出。
实验证明，和现有几种典型非易失性存储技术相比，本发明的电写电读存储元器件和存储器由于没有磁存储器件的写入电流磁场，降低了写入功耗，也避免了写入电流磁场对其它存储单元的影响，可以缩小存储单元的尺寸和间距，从而提高存储密度；而且，常用的存储器件都是二态的，一个存储单元只能存储“0”、“1”两种状态，而本发明的电写电读存储元器件可以是三态的，一个存储单元可以存储“0”、“1”、“2”三种状态，相同数量存储单元的情况下增加了50％的信息存储量。另外，与目前应用较多的闪存相比，本发明的写入和读出功耗小，而且写入速度快。因此，本发明具有写入和读出功耗低、存储密度高、速度快以及非易失性等优点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种存储元器件，其特征在于，包括相互紧邻的铁电性压电层(4)和电阻层(2)，其中
所述铁电性压电层(4)在外加电场作用下能产生应变，且具有多个剩余应变态，每个所述剩余应变态分别对应一个信息位；
所述电阻层(2)为单层，其由电子结构对应变敏感的材料构成，且其电阻态随着所述铁电性压电层(4)的应变而变化，从而具有对应于所述铁电性压电层(4)多个所述剩余应变态的多个电阻态，通过测量所述多个电阻态可读取所述信息位。
2.如权利要求1所述的存储元器件，其特征在于，所述铁电性压电层(4)由铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡以及钛酸铋钠形成的铁电陶瓷、固溶体、单晶中的任何一种构成。
3.如权利要求2所述的存储元器件，其特征在于，所述铁电性压电层(4)的厚度为几微米至几百微米的铌镁酸铅-钛酸铅晶体。
4.如权利要求1所述的存储元器件，其特征在于，所述电阻层(2)为氧化物、具有压阻效应的Pt、Pt/Ir合金、Pt/W合金、Ni、Ni/Fe合金、Ni/Cu合金、Ni/Mn合金、Ni/Cr合金或具有压阻效应的半导体薄膜。
5.如权利要求4所述的存储元器件，其特征在于，所述电阻层(2)为锰氧化物(R1-xAx)MnO3，其中R是稀土元素，A碱土金属，0<x<1。
6.如权利要求5所述的存储元器件，其特征在于，所述电阻层(2)为几纳米到几百纳米厚的La2/3Sr1/3MnO3薄膜。
7.如权利要求1所述的存储元器件，其特征在于，该存储元器件还包括底电极层(3)和顶电极层(12)，并且
所述底电极层(3)、铁电性压电层(4)、电阻层(2)和顶电极层(12)依次叠置，
所述底电极层(3)和顶电极层(12)用于施加所述外加电场。
8.如权利要求7所述的存储元器件，其特征在于，所述底电极层(3)和顶电极层(12)由非磁性的导体材料构成。
9.如权利要求8所述的存储元器件，其特征在于，所述顶电极层(12)在平行所述依次叠置的底电极层(3)、铁电性压电层(4)、电阻层(2)和顶电极层(12)的平面上被图案化，以使该顶电极层(12)分成多个电极区。
10.如权利要求9所述的存储元器件，其特征在于，所述电阻层(2)的上方非电极区，即是未被顶电极层(12)遮盖的部分，在该未被顶电极层(12)遮盖的部分设置保护层(6)，所述保护层(6)用于保护所述电阻层(2)。
11.如权利要求7所述的存储元器件，其特征在于，在所述底电极层(3)的一侧还包括一个基片层(11)，其用于对所述存储元器件进行力学支撑。
12.一种存储器，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的存储元器件。
13.一种存储器，其特征在于，包括由多个如权利要求1至11中任一项所述的存储元器件组成的矩形阵列、多组信息读写电路、和用于选择性写入和读出某一固态存储元器件功能的多个晶体管。
14.一种信息写入方法，用于将信息写入如权利要求1至11所述的任一项所述的存储元器件，其特征在于，包括如下步骤：
使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态作为信息值“0”；
将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时的剩余应变态称作为信息值“1”，所述矫顽场与所述饱和极化电场的正负符号不同。
15.一种信息写入方法，用于将信息写入如权利要求1至11所述的任一项所述的存储元器件，其特征在于，还包括如下步骤：
使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的正饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态作为信息值“0”；
将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的负矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态成作为信息值“1”；
使大小为所述铁电性压电层(4)的材料的负饱和极化电场的写入电场施加在所述铁电性压电层(4)上，接着将写入电场变化至0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态也作为信息值“0”；
将所述写入电场变化为所述铁电性压电层(4)的正矫顽场的0.9～0.98倍，再将该写入电场变化为0，将此时所述铁电性压电层(4)的剩余应变态成作为信息值“2”。
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