CN108328565B - 一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法 - Google Patents

一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法，其中，基于可控纳米裂纹的器件包括铁电材料、金属间合金薄膜和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极，所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的上方或者下方。本发明的基于可控纳米裂纹的器件在断开状态下不存在漏点的风险，同时具有非易失性、可重复性、低功耗以及抗疲劳性，此外还具有巨大的开关比以及良好的稳定性，作为存储器具备长期保存数据的能力。

Description

一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，更具体地，涉及一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，集成电路上晶体管的特征尺寸不断趋近于物理极限，如果进一步减小器件尺寸，就会存在严重的漏电问题。而基于电-机械耦合的功能器件由于具有机械的“开”和“关”特性，因此就有效避免了“关”状态下漏电的问题。同时，相对于传统的半导体器件，微机电器件还存在开关比大、功耗低、结构及工艺简单等优点，这在开发高密度、低功耗、高稳定性的存储器、晶体管以及逻辑器件方面，具有巨大的发展潜力和应用价值。
目前，公开报道的微机电功能器件大多都是基于机械应力或电场力驱动的，虽然有效避免了器件漏电的问题，但存在开关速度慢、功耗高等缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于可控纳米裂纹的器件及其制备方法和控制方法，由此解决现有技术存在开关速度慢、功耗高、裂纹不可控的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于可控纳米裂纹的器件，包括铁电材料、金属间合金薄膜和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极，
所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的上方或者下方。
进一步地，铁电材料为PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt或者FePt，所述金属电极为Au、Pt、Cu或者Ag。
进一步地，铁电材料的厚度为0.1mm-1mm，所述金属间合金薄膜的厚度为10nm-50nm，所述金属电极的厚度为50nm-2μm。
进一步地，第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
(1)在铁电材料上表面通过磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或原子层沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻或电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；
(2)通过光刻、溅射或电子束蒸发的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；
(3)在铁电材料的下表面沉积第三金属电极，或者在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。
进一步地，铁电材料为PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt或者FePt，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极为Au、Pt、Cu或者Ag。
进一步地，铁电材料的厚度为0.1mm-1mm，所述金属间合金薄膜的厚度为10nm-50nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为50nm-2μm。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，所述器件包括：铁电材料、金属间合金薄膜和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极，
所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的上方或者下方；
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的下方时，通过在第三金属电极和第一金属电极两端或者在第三金属电极和第二金属电极两端施加垂直方向的循环电压，在金属间合金薄膜上产生裂纹，并进一步控制裂纹的开和闭；
进一步地，循环电压的幅值为120V-200V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为60V-120V且循环电压为正向时，裂纹闭合。
进一步地，裂纹的长度为10μm-20μm，所述裂纹的宽为30nm-70nm。
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加面内方向的循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并进一步控制裂纹的开和闭。
进一步地，循环电压的幅值为30V-50V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为20V-40V且循环电压为正向时，裂纹闭合。
进一步地，裂纹的长度为10μm-20μm，所述裂纹的宽为30nm-70nm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的基于可控纳米裂纹的器件在断开状态下不存在漏点的风险，同时具有非易失性、可重复性、低功耗以及抗疲劳性，此外还具有巨大的开关比以及良好的稳定性，作为存储器具备长期保存数据的能力。因此，这种基于可控纳米裂纹的器件未来可用于信息存储、电控开关、逻辑运算以及NEMS等方向。
(2)基于可控纳米裂纹的微机电器件，是利用电场驱动铁电体中铁电畴的翻转来实现纳米裂纹的开和闭，具有较快的反应时间，开关速度快，功耗低，具有巨大的研究意义和应用潜力。
(3)本发明选用的铁电材料为PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，功耗较低，选用的金属间合金薄膜为MnPt或者FePt，具有适当的脆性，使铁电材料中产生的纳米裂纹能够贯穿该薄膜使其断开，选用的金属电极延展性良好、导电性良好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件结构示意图；
图2(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第一张流程图；
图2(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第二张流程图；
图2(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第三张流程图；
图2(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第四张流程图；
图2(e)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第五张流程图；
图2(f)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第六张流程图；
图2(g)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第七张流程图；
图2(h)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的制备方法的第八张流程图；
图3是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件测试示意图；
图4(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件形貌图；
图4(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的未极化状态下金属间合金薄膜的形貌图；
图4(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的裂纹打开的形貌图；
图4(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的裂纹闭合的形貌图；
图4(e)是本发明实施例提供的图4(c)中虚线框的放大图；
图4(f)是本发明实施例提供的图4(d)中虚线框的放大图；
图5(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的循环电压随时间变化的曲线；
图5(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时电流随循环电压变化的曲线；
图6是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件的脉冲测试曲线；
图7是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的器件结构示意图；
图8(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第一张流程图；
图8(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第二张流程图；
图8(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第三张流程图；
图8(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第四张流程图；
图8(e)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第五张流程图；
图8(f)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的制备方法的第六张流程图；
图9是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的器件测试示意图；
图10(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的器件形貌图；
图10(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的未极化状态下金属间合金薄膜的形貌图；
图10(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的裂纹打开的形貌图；
图10(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的裂纹闭合的形貌图；
图11(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的循环电压随时间变化的曲线；
图11(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的电流随循环电压变化的曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种基于可控纳米裂纹的器件，包括铁电材料A、金属间合金薄膜B和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极C1、第二金属电极C2和第三金属电极D，所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的下方。
如图2(a)、2(b)、2(c)、2(d)、2(e)、2(f)、2(g)和2(h)所示，一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
(1)在铁电材料上表面通过磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或原子层沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻或电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；
(2)通过光刻、溅射或电子束蒸发的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；
(3)在铁电材料的下表面沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。
如图3所示，在产生纳米裂纹的过程中，只需在底电极D和顶电极C1(或C2)之间加一个三角形的循环电压U＝U1，在电压极性正负变换过程中，铁电材料中的铁电畴也会随之翻转，由于钉扎作用，会在铁电畴壁产生应力，从而产生裂纹。当产生纳米裂纹后，在第三金属电极(底电极)D和第一金属电极(顶电极)C1(或C2)之间加一个稍小的三角形的循环电压U＝U2，当电压极性正负变换时，可以驱动纳米裂纹的开闭。同时在顶电极C1和C2之间加一个恒定的电压U，检测纳米裂纹的开闭情况。
图4(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件形貌图；图4(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的未极化状态下金属间合金薄膜的形貌图；图4(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的裂纹打开的形貌图；图4(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的裂纹闭合的形貌图；图4(e)是本发明实施例提供的图4(c)中虚线框的放大图；图4(f)是本发明实施例提供的图4(d)中虚线框的放大图；可以看出，当第三金属电极位于铁电材料的下方时，通过在第三金属电极和第一金属电极或者第三金属电极和第二金属电极的两端施加循环电压，在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为120V-200V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为60V-120V且循环电压为正向时，裂纹闭合。裂纹的长度为10μm-20μm，所述裂纹的宽为50nm-55nm。
图5(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的循环电压随时间变化的曲线；图5(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时电流随循环电压变化的曲线；我们在C1(或C2)和D之间施加一个三角形的循环电压U2，用来调控纳米裂纹的开和闭状态。同时，我们在顶电极C1和C2之间加上一个U＝0.1V的恒定电压，同时测量两个电极之前的通道电流I，这样可以很直观的知道纳米裂纹的开闭情况。当裂纹打开时，电极C1、C2之间断路，此时电流I很小，当纳米裂纹合上时，电极C1和C2导通，此时电流很大，
如图6所示，在正负100V脉冲循环几十次之后，本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的下方时的器件的纳米裂纹仍然具有很好的开关特性，说明其抗疲劳性较好。
本发明通过在金属电极C1和D之间施加一个三角形的循环电压，首先会在与电极接触的铁电材料(A)上产生纳米裂纹，随后纳米裂纹会贯穿中间的MnPt金属间合金薄膜，使其断开。当中间产生1条纳米裂纹之后，由于应力释放不会再产生第二条裂纹。金属电极C1和C2附近也会产生裂纹，但是不会贯穿到电极上面，不影响器件工作。在金属电极C1和D之间施加一个三角形的循环电压U2，在金属电极C1和C2之间施加恒定电压U来检测通道电流I的大小。当电压为正向的时候，纳米裂纹会合上，此时通道电流I会很大；当电压为负向的时候，纳米裂纹会打开，此时通道电流I会很小。在金属电极C1和D之间施加一个正负脉冲P，同样在金属电极C1和C2之间施加恒定电压U来检测通道电流I的大小。当脉冲为正向时纳米裂纹会合上，此时通道电流I很大；当脉冲为负向时纳米裂纹会打开，此时通道电流I很小。根据检测漏电流I的高低变化，就可以实现简单的逻辑功能。
如图7所示，是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的器件结构示意图；一种基于可控纳米裂纹的器件，包括铁电材料A、金属间合金薄膜B和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极C1、第二金属电极C2和第三金属电极D1和D2，所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的上方，D1和D2位于第一金属电极和第二金属电极两端。
如图8(a)-图8(f)所示，一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
(1)在铁电材料上表面通过磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或原子层沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻或电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；
(2)通过光刻、溅射或电子束蒸发的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；
(3)在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。
如图9所示，在产生纳米裂纹的过程中，只需在第三金属电极D1和D2之间加一个三角形的循环电压U＝U3，在电压极性正负变换过程中，也会在铁电材料内部产生纳米裂纹。由于金属电极尖端距离最近，因而在两电极尖端中间的电场强度最大，因而会最先产生裂纹，使中间的金属间合金薄膜B断开。当产生一条裂纹后，由于应力释放的原因，也不会再产生其他裂纹了。当产生纳米裂纹后，在金属电极D1和D2之间施加一个电压幅值较U3稍小的三角形的循环电压U＝U4，当电压极性正负变换时，可以驱动纳米裂纹的开闭。同时在金属电极C1和C2之间加一个恒定的电压U，检测纳米裂纹的开闭情况。
图10(a)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的器件形貌图；图10(b)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的未极化状态下金属间合金薄膜的形貌图；图10(c)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的裂纹打开的形貌图；图10(d)是本发明实施例提供的第三金属电极位于铁电材料的上方时的裂纹闭合的形貌图；可以看出，当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并进一步控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为30V-50V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为20V-40V且循环电压为正向时，裂纹闭合。裂纹的长度为10μm-20μm，所述裂纹的宽为30nm-70nm。
如图11(a)，在金属电极D1和D2之间施加一个三角形的循环电压U4，用来调控纳米裂纹的开和闭状态。同时，我们在左右金属电极C1和C2之间加上一个U＝0.1V的恒定电压，同时测量两个电极之间的通道电流I，这样可以很直观的知道纳米裂纹的开闭情况。当裂纹打开时，电极C1、C2之间断路，此时电流I很小，当纳米裂纹合上时，电极C1和C2导通，此时电流很大，如图11(b)所示。连续测试五次，发现纳米裂纹的开闭比较稳定。
本发明中，通过在金属电极D1和D2之间施加一个三角形的循环电压，由于金属电极D1和D2距离最近的地方电场强度最大，因而会在离电极尖端最近的铁电材料A内部最先产生纳米裂纹，随后纳米裂纹会贯穿上面的合金间合金薄膜B，使其断开。同样的，当金属间合金薄膜B中间产生1条纳米裂纹之后，由于应力释放不会再产生第二条裂纹。为了保证器件的有效性，当金属电极C1和C2附近产生裂纹时，裂纹不会贯穿到上面的金属电极C1和C2，不影响器件工作。在金属电极D1和D2之间施加一个三角形的循环电压，在金属电极C1和C2之间施加恒定电压U来检测C1和C2之间通道电流I的大小。同样的，当D1和D2之间的电压U4为正向的时候，纳米裂纹会合上，此时通道电流I会很大；当电压U4为负向的时候，纳米裂纹会打开，此时通道电流I会很小。根据检测通道电流I的高低变化，就可以实现简单的逻辑功能。
优选地，在本发明中，铁电材料A选用(001)晶向的Pb(Mg1/3，Nb2/3)O3-30％PbTiO3(PMN-PT)铁电陶瓷。此外，还可以选用BaTiO3(BTO)、Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)、PIN-PT、PMN-PZT-PT等。
实施例1
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过磁控溅射生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过光刻的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的下表面沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。铁电材料为PMN-PT，金属间合金薄膜为MnPt，第一金属电极和第二金属电极为Pt，第三金属电极为Ag。所述铁电材料的厚度为0.5mm，所述金属间合金薄膜的厚度为35nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为100nm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的下方时，通过在第三金属电极和第一金属电极两端或者在第三金属电极和第二金属电极两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭；循环电压的幅值为120V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为100V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为10μm，所述裂纹的宽为52nm。
实施例2
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过分子束外延生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过溅射的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的下表面沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。所述铁电材料为BTO，所述金属间合金薄膜为FePt，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极分别为Au、Au、Cu。所述铁电材料的厚度为0.7mm，所述金属间合金薄膜的厚度为20nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为80nm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的下方时，通过在第三金属电极和第一金属电极两端或者在第三金属电极和第二金属电极两端施加循环电压在金属间合金薄膜中产生裂纹并控制裂纹的开和闭；循环电压的幅值为200V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为120V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为20μm，所述裂纹的宽为50nm。
实施例3
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过脉冲激光沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过电子束蒸发的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。所述铁电材料为PZT，所述金属间合金薄膜为MnPt，第一金属电极和第二金属电极为Pt，第三金属电极为Ag。所述铁电材料的厚度为0.1mm，所述金属间合金薄膜的厚度为10nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为50nm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为150V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为60V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为15μm，所述裂纹的宽为55nm。
实施例4
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过原子层沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过光刻的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。所述铁电材料为PIN-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt，第一金属电极和第二金属电极为Pt，第三金属电极为Ag。所述铁电材料的厚度为1mm，所述金属间合金薄膜的厚度为50nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为2μm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为50V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为40V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为14μm，所述裂纹的宽为53nm。
实施例5
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过磁控溅射生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过光刻的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。所述铁电材料为PMN-PZT-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt，第一金属电极和第二金属电极为Pt，第三金属电极为Ag。所述铁电材料的厚度为0.5mm，所述金属间合金薄膜的厚度为30nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为1μm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为30V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为20V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为13μm，所述裂纹的宽为54nm。
实施例6
一种基于可控纳米裂纹的器件的制备方法，包括：
在铁电材料上表面通过磁控溅射生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；通过光刻的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。所述铁电材料为PMN-PZT-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt，第一金属电极和第二金属电极为Pt，第三金属电极为Ag。所述铁电材料的厚度为0.5mm，所述金属间合金薄膜的厚度为30nm，所述第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极的厚度为1μm。
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压在金属间合金薄膜上产生裂纹并控制裂纹的开和闭。循环电压的幅值为40V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为30V且循环电压为正向时，裂纹闭合。所述裂纹的长度为13μm，所述裂纹的宽为54nm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，所述器件包括：铁电材料、金属间合金薄膜和金属电极，所述金属电极包括第一金属电极、第二金属电极和第三金属电极，
所述金属间合金薄膜位于铁电材料上方，所述第一金属电极和第二金属电极位于金属间合金薄膜的上方的两端，所述第三金属电极位于铁电材料的上方或者下方；
所述器件的控制方法包括：
当第三金属电极位于铁电材料的下方时，通过在第三金属电极和第一金属电极两端或者在第三金属电极和第二金属电极两端施加循环电压，在金属间合金薄膜上产生裂纹，并进一步控制裂纹的开和闭；
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，第三金属电极位于第一金属电极和第二金属电极的两端，通过在第三金属电极的两端施加循环电压，在金属间合金薄膜上产生裂纹，并进一步控制裂纹的开和闭。
2.如权利要求1所述的一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，当第三金属电极位于铁电材料的下方时，所述循环电压的幅值为120V-200V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为60V-120V且循环电压为正向时，裂纹闭合；
当第三金属电极位于铁电材料的上方时，所述循环电压的幅值为30V-50V且循环电压为负向时，裂纹产生并打开，所述循环电压的幅值为20V-40V且循环电压为正向时，裂纹闭合。
3.如权利要求1或2所述的一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，所述裂纹的长度为5μm-30μm，所述裂纹打开的宽度为20nm-70nm。
4.如权利要求1或2所述的一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，所述铁电材料为PMN-PT、BTO、PZT、PIN-PT或者PMN-PZT-PT，所述金属间合金薄膜为MnPt或者FePt，所述金属电极为Au、Pt、Cu或者Ag。
5.如权利要求1或2所述的一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，所述铁电材料的厚度为0.1mm-1mm，所述金属间合金薄膜的厚度为10nm-50nm，所述金属电极的厚度为50nm-2μm。
6.如权利要求1或2所述的一种基于可控纳米裂纹的器件的控制方法，其特征在于，所述器件的制备方法包括：
(1)在铁电材料上表面通过磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或原子层沉积生长金属间合金薄膜，对金属间合金薄膜进行光刻或电子束曝光后，将金属间合金薄膜刻蚀成条状结构；
(2)通过光刻、溅射或电子束蒸发的方法在金属间合金薄膜的两端沉积第一金属电极和第二金属电极；
(3)在铁电材料的下表面沉积第三金属电极，或者在铁电材料的上表面的第一金属电极和第二金属电极两端沉积第三金属电极，得到基于可控纳米裂纹的器件。
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CN109911838B (zh) * 2019-02-25 2021-01-19 华中科技大学 基于可控纳米裂纹实现的互补电阻开关器件及其控制方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6441417B1 (en) * 2001-03-28 2002-08-27 Sharp Laboratories Of America, Inc. Single c-axis PGO thin film on ZrO2 for non-volatile memory applications and methods of making the same
CN100428520C (zh) * 2003-05-08 2008-10-22 松下电器产业株式会社 电气开关及使用该电气开关的存储元件
KR100578212B1 (ko) * 2003-06-30 2006-05-11 주식회사 하이닉스반도체 엠티피 구조의 강유전체 캐패시터 및 그 제조 방법
KR100590536B1 (ko) * 2004-01-26 2006-06-15 삼성전자주식회사 반도체 장치의 커패시터, 이를 포함하는 메모리 소자 및커패시터 제조 방법
KR100601959B1 (ko) * 2004-07-28 2006-07-14 삼성전자주식회사 Ｉｒ-Ｒｕ 합금 전극 및 이를 하부 전극으로 사용한강유전체 캐패시터
CN101646115B (zh) * 2008-12-03 2012-05-30 中国科学院声学研究所 基于铁电pzt膜面内极化工作的硅微压电传声器及其制备方法
CN103065679B (zh) * 2012-12-03 2016-06-22 中国科学技术大学 电场写入电阻读出固态存储元器件、存储器及其读写方法
CN105990522A (zh) * 2015-01-28 2016-10-05 泓准达科技(上海)有限公司 一种柔性铁电存储器及其制备方法
CN105627905B (zh) * 2016-02-24 2019-06-18 清华大学 一种金属薄膜柔性应变传感器及其制备方法
CN106252509B (zh) * 2016-09-20 2019-06-18 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种基于有机铁电薄膜的电阻开关存储器及其制备方法
CN106992250B (zh) * 2017-04-11 2020-01-14 中国石油大学(华东) 一种基于铁电异质结的具有多值存储特性的非易失性阻变存储单元及其制备方法
CN107128873B (zh) * 2017-05-09 2019-04-16 北方工业大学 Mems微驱动器及其制作方法

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