本發明涉及新型存儲材料與微電子器件領域，具體涉及一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元及其制備方法。
背景技術：
1、鐵電隨機存取存儲器(feram)是一種非易失性存儲材料，具有高速讀寫能力、低操作電壓、高集成度和低功耗等特點。它被視為未來替代dram的有效方案之一。
2、與當前利用電荷存儲原理dram相比，非易鐵性存儲器因其無需利用電壓保持存儲狀態和無需定時刷新存儲內容的特點有著更廣的應用前景，但受限于當前的材料技術，市面主流的非易失性存儲器普遍具有讀寫速度慢，寫入功耗較高等缺點，難以替代甚至超越當前dram。
3、通過使用鐵電薄膜取代傳統的dram介質材料，可以利用鐵電材料的不同極化方向來實現多個穩定態(如“00”，“01”，“10”，“11”)。將穩定存儲態從兩個提升到多個，使得feram能夠同時具備dram的快速響應速度和nand的高存儲密度優勢。由于鐵電極化強度可隨電壓變化，因此可以利用低于完全極化翻轉的電壓來實現不完全極化的多態存儲。
4、同時需滿足dram的低壓讀寫和等同于dram的耐久性。但由于鉿基鐵電薄膜里的缺陷存在以及其不穩定性，極化連續的鐵電薄膜由于缺陷的不穩定性和隨機性固定電壓下的極化量會隨著翻轉次數的增加而衰減，難以形成高耐久性的多穩態極化。
5、因此，引入鉿鋯氧薄膜的相組份(鐵電相o-phase、反鐵電相t-phase)調控方法使得鐵電電容形成多個穩態極化電流峰實現多穩態存儲成為目前亟需實現的目標。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的上述缺陷和不足，本發明旨在提供一種新型超低功耗多態無損讀取鐵電憶容器及其制備方法，以解決上述技術問題。
2、為實現以上目的，本發明提供一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其包括：
3、第一電極、第二電極，二者之間設置有多態鐵電層；
4、所述多態鐵電層包括鉿鋯氧固溶體以及摻雜元素。
5、本發明的進一步改進在于，多態鐵電層中，摻雜元素為第ii族元素鈣(ca)、鍶(sr)或鋇(ba)；或者第iii族元素鈧(sc)、釔(y)、鋁(al)、鎵(ga)以及銦(in)；或者摻雜鑭系元素鑭(la)、鈰(ce)、鐠(pr)、釹(nd)、钷(pm)、釤(sm)、銪(eu)、釓(gd)、鋱(tb)、鏑(dy)、鈥(ho)、鉺(er)、銩(tm)、鐿(yb)、镥(lu)。摻雜的鉿鋯氧固溶體中，氧化鉿和氧化鋯的比例為0.1～10；摻雜元素濃度為0.1％～20％。
6、本發明的進一步改進在于，所述第一電極以及所述第二電極的厚度為2～50nm。
7、本發明的進一步改進在于，所述第一電極和第二電極的材料為釕、鉬、鈦、金、銀、鎳、鉑、鎢、鋁、銦、錫、鉻的任一種，或者上述材料的合金、氮氧化物、金屬氧化物半導體中的任一種。
8、本發明的進一步改進在于，所述多態鐵電層的厚度為1.5～30nm。
9、本發明還提供一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元的制備方法，用于制備商述的摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其包括以下步驟：
10、s1：在半導體的表面生長絕緣材料作為絕緣介質層。本步驟中，可通過溶膠-凝膠、旋涂、化學氣相沉積、熱氧化、真空蒸鍍、磁控濺射、脈沖激光沉積、原子層沉積或分子束外延等方法生長絕緣材料。
11、s2：在絕緣介質層表面制備第一電極；本步驟中，采用旋涂、磁控濺射、原子層沉積或真空蒸鍍等方法沉積導電介質作為第一電極。
12、s3：在第一電極表面制備多態鐵電層；本步驟中，通過溶膠-凝膠、旋涂、化學氣相沉積、熱氧化、真空蒸鍍、磁控濺射、脈沖激光沉積、原子層沉積或分子束外延等方法制備多態鐵電層。
13、s4：在多態鐵電層上制備第二電極；本方法中，可通過旋涂、磁控濺射、原子層沉積或真空蒸鍍等方法沉積導電介質作為第二電極。
14、s5：對器件進行高溫退火處理，在摻雜元素與電極應力的共同作用下使得多態鐵電層的材料發生相轉變形成鐵電相、反鐵電相、非鐵電相的混合晶體。
15、本發明的進一步改進在于，步驟s5中，高溫退火處理的溫度為350～650℃。
16、摻雜比例、電極應力、溫度調節的共同作用，可對多態的穩定性，存儲器寫電壓點位進行調節滿足驅動電路需求。方法具有相混合空間位置更均勻，缺陷聚集少，從而有效降低操作電壓和提升存儲器耐久性。
17、本發明的優點如下：
18、(1)本發明的多態存儲器包括電極層、以及多態鐵電層。多態鐵電層具有穩定的多態用于存儲多比特數據，并能在不同存儲態之間進行快速切換；電極層用于提供電場驅動力同時調控應力和電極-鐵電界面層的氧空位空間分布；在通過參雜元素控制元素的分布和濃度和電極的共同作用調整材料相組份與鐵電層內的氧空位間分布；同時優化極化態的穩定性與每個比特極化態的驅動電場強度。這種調控方法能夠優化晶格穩定性與極化穩定性，提高存儲器的重寫性能和長期穩定性。
19、(2)數據耐久性可以做到1e11，接近當前dram的耐久性指標。
20、(3)器件均勻一至性可滿足陣列的需求，可應用于大規模存儲器。
21、(4)可完全兼容當前cmos工藝，不需要引入額外的摻雜元素和工藝設備。
1.一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于包括：
2.根據權利要求1所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于，所述多態鐵電層中，摻雜的元素包括：第ii族元素鈣、鍶或鋇；或者第iii族元素鈧、釔、鋁、鎵以及銦；或者摻雜鑭系元素鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。
3.根據權利要求2所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于，所述多態鐵電層中，鉿鋯氧固溶體中氧化鉿和氧化鋯的比例為0.1～10；摻雜元素濃度為0.1％～20％。
4.根據權利要求1所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于，所述第一電極以及所述第二電極的厚度為2～50nm。
5.根據權利要求1所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于，所述第一電極和第二電極的材料為釕、鉬、鈦、金、銀、鎳、鉑、鎢、鋁、銦、錫、鉻的任一種，或者上述材料的合金、氮氧化物、金屬氧化物半導體中的任一種。
6.根據權利要求1所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于，所述多態鐵電層的厚度為1.5～30nm。
7.一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元的制備方法，用于制備權利要求1至6中任一所述的摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元，其特征在于包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的一種摻雜鉿鋯氧多比特鐵電存儲單元的制備方法，其特征在于，步驟s5中，高溫退火處理的溫度為350～650℃。