铁电互补开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器与流程

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1.本公开涉集成电路领域，尤其涉及一种铁电互补开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器。

背景技术：

2.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。

技术实现要素：

3.本公开实施例所要解决的技术问题是，提供一种铁电互补开关器件、制备方法、控制方法及三维存储器。
4.本公开实施例一方面提供了一种铁电互补开关器件，其包括：
5.铁电层；
6.第一电极及第二电极，设置在所述铁电层上，且彼此独立，用于向所述铁电层施加电压；
7.层间绝缘层，设置在所述第一电极及所述第二电极上；
8.第一导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第一电极对应；
9.第二导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第二电极对应；
10.第一信号输送端及第二信号输送端，设置在所述第一导电层上；
11.第三信号输送端及第四信号输送端，设置在所述第二导电层上；
12.第一裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第一电极、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层，且所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端与第二信号输送端分别设置在所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分上；
13.第二裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层，且所述第二裂纹未贯穿所述铁电层，所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端与第四信号输送端分别设置在所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分上；
14.其中，改变施加在所述铁电层上的电压的方向控制所述第一裂纹及所述第二裂纹择一分离。
15.在一实施例中，所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，或/和，所述第二裂纹未贯穿所述铁电层。
16.在一实施例中，所述第一信号输送端与所述第二信号输送端沿第一横向排布在所述第一导电层上，所述第一裂纹沿第二横向延伸并贯穿所述第一导电层；所述第三信号输送端与所述第四信号输送端沿第一横向排布在所述第二导电层上，所述第二裂纹沿第二横向延伸并贯穿所述第二导电层；所述第一横向与所述第二横向相交。
17.在一实施例中，所述层间绝缘层还覆盖所述第一电极与所述第二电极之间的铁电层区域。
18.在一实施例中，所述层间绝缘层包括：
19.第一绝缘层，设置在所述第一电极上，所述第一导电层设置在所述第一绝缘层上；
20.第二绝缘层，设置在所述第二电极上，所述第二导电层设置在所述第二绝缘层上，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层彼此独立。
21.在一实施例中，所述层间绝缘层覆盖所述第一电极及所述第二电极的部分表面，在所述第一电极未被所述层间绝缘层覆盖的表面设置有第一导电端子，在所述第二电极未被所述层间绝缘层覆盖的表面，设置有第二导电端子。
22.在一实施例中，所述第一电极在所述铁电层上的正投影覆盖所述第一导电层在所述铁电层上的正投影。
23.在一实施例中，所述第二电极在所述铁电层上的正投影覆盖所述第二导电层在所述铁电层上的正投影。
24.在一实施例中，所述第一电极的材料与所述第一导电层的材料相同。
25.在一实施例中，所述第二电极的材料与所述第二导电层的材料相同。
26.在一实施例中，所述第一导电层上的其中一个信号输送端与所述第二导电层上的其中一个信号输送端电连接，构成所述铁电互补开关器件的信号输出端。
27.在一实施例中，所述第一导电层上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第一导电层上另一个信号输送端靠近所述第二导电层，所述第二导电层上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第二导电层上另一个信号输送端靠近所述第一导电层。
28.本公开实施例还提供一种铁电互补开关器件的制备方法，其包括：
29.提供衬底；
30.在所述衬底表面依次形成铁电层、第一电极、第二电极、层间绝缘层、第一导电层、第二导电层、及第一信号输送端、第二信号输送端、第三信号输送端与第四信号输送端，所述第一导电层与所述第一电极对应，所述第二导电层与所述第二电极对应，所述第一信号输送端及第二信号输送端设置在所述第一导电层上，所述第三信号输送端及第四信号输送端设置在所述第二导电层上；
31.形成第一裂纹及第二裂纹，所述第一裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层，且所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端与第二信号输送端分别设置在所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分上；所述第二裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第
四信号输送端之间的所述第二导电层，且所述第二裂纹未贯穿所述铁电层，所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端与第四信号输送端分别设置在所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分上。
32.在一实施例中，在形成所述第一裂纹及第二裂纹之前，所述铁电层具有设定的铁电畴极化方向，形成所述第一裂纹及第二裂纹的方法包括：
33.经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第一翻转电压，形成所述第一裂纹；
34.经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第二翻转电压，形成所述第二裂纹，所述第二翻转电压与所述第一翻转电压极性相反。
35.在一实施例中，在所述衬底上形成所述铁电层之后还包括如下步骤，对所述铁电层施加极化电压，使所述铁电层的铁电畴极化方向与所述极化电压的方向相同，形成所述设定的铁电畴极化方向。
36.本公开实施例还提供一种如上所述的铁电互补开关器件的控制方法，包括：经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压，控制所述第一裂纹的分离及第二裂纹的闭合，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电绝缘及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电导通；经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第二电压，控制所述第一裂纹的闭合及第二裂纹的分离，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电导通及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电绝缘，其中，所述第一电压与所述第二电压极性相反。
37.在一实施例中，将所述第一电压及第二电压对应电平作为输入信号，通过设置所述第一信号输送端及所述第三信号输送端的电平，实现逻辑电路功能。
38.本公开实施例再一方面还提供一种三维存储器，其包括如上所述的铁电互补开关器件。
39.本公开实施例提供的铁电互补开关器件能够通过第一电极及第二电极在铁电层上施加电压，从而在铁电层内产生面内电场，通过改变电压方向而改变所述面内电场的方向，以控制所述第一裂纹及所述第二裂纹择一分离，通过第一裂纹的闭合及分离实现第一导电层的电连接与电绝缘，通过第二裂纹的闭合及分离实现第二导电层的电连接与电绝缘，从而实现铁电互补开关器件的功能。相较于mosfet互补开关器件，本公开铁电互补开关器件具有更高的速度、更低的能耗和更小的芯片面积，且制造工艺简单，与fe-nand工艺兼容，成本低，经济效益大。并且，基于铁电-裂纹的铁电互补开关器件具有突变的开关行为和高的on/off电流比。另外，所述第一导电层及第二导电层全层作为导电通道，在第一裂纹及第二裂纹处，所述第一导电层及第二导电层被分离的两部分的金属接触界面(断裂面)接触面积大，使得接触电阻低，信号传输速度快。
附图说明
40.图1是本公开第一实施例提供的铁电互补开关器件的俯视示意图；
41.图2是沿图1所示c-c’线的截面示意图；
42.图3是本公开第一实施例提供的铁电互补开关器件的另一俯视示意图；
43.图4是沿图3所示c-c’线的截面示意图；
44.图5是本公开第一实施例提供的铁电互补开关器件暴露第一电极及第二电极时的扫描电镜图，其中(a)是未施加电压时的扫描电镜图，(b)是在第一电极及第二电极上施加第一电压时的扫描电镜图，(c)是在第一电极及第二电极上施加第二电压时的扫描电镜图；
45.图6a是本公开第二实施例提供的铁电互补开关器件的俯视示意图；
46.图6b是沿图6a所示c-c’线的截面示意图；
47.图7a是三角形循环电压的示意图；
48.图7b是脉冲循环电压的示意图；
49.图8是本公开实施例提供的铁电互补开关器件的制备方法的步骤示意图；
50.图9a～图9d是本发明实施例提供的铁电互补开关器件的制备方法的主要步骤形成的器件结构示意图；
51.图10是本公开一实施例提供的铁电互补开关器件构成的逻辑电路的示意图；
52.图11a是利用图10所示逻辑电路实现缓冲器功能的真值表；
53.图11b是利用图10所示逻辑电路实现非门电路功能的真值表；
54.图11c是利用图10所示逻辑电路实现与门电路功能的真值表；
55.图11d是利用图10所示逻辑电路实现或门电路功能的真值表。
具体实施方式
56.为了使本公开施例的目的、技术手段及其效果更加清楚明确，以下将结合附图对本公开施例作进一步地阐述。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本公开。基于本公开实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本公开保护的范围。
57.图1及图3是本公开第一实施例提供的铁电互补开关器件的俯视示意图，图2是沿图1所示c-c’线的截面示意图，图4是沿图3所示c-c’线的截面示意图，其中，图1是第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合的示意图，图3是第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合的示意图。
58.请参阅图1～图4，所述铁电互补开关器件包括铁电层10、第一电极20、第二电极30、层间绝缘层40、第一导电层50、第二导电层60、第一信号输送端70及第二信号输送端71、第三信号输送端80及第四信号输送端81。
59.所述第一电极20及第二电极30设置在所述铁电层10上，且彼此独立，用于向所述铁电层施加电压。所述层间绝缘层40设置在所述第一电极20及所述第二电极30上。所述第一导电层50设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第一电极20对应。所述第二导电层50设置在所述层间绝缘层40上，且与所述第二电极30对应。所述第一信号输送端70及第二信号输送端71设置在所述第一导电层50上。所述第三信号输送端80及第四信号输送端81设置在所述第二导电层60上。
60.第一裂纹a1自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图2中z方向)延伸并贯穿所述第一电极20、所述层间绝缘层40、及所述第一信号输送端70与第二信号输送端71之间的所述第一导电层50，所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端70与第二信号输送端71分别设置在所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分上。
61.第二裂纹a2自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图2中z方向)延伸并贯穿所述第二电极30、所述层间绝缘层40、及所述第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的所述第二导电层60，且所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端80与第四信号输送端81分别设置在所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分上。
62.其中，改变施加在所述铁电层10上的电压的方向可控制所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2择一分离。所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2择一分离是指，在同一时刻，所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2不能同时分离，两者仅能有一个分离。同样地，在同一时刻，所述第一裂纹a1及所述第二裂纹a2不能同时闭合，两者仅能有一个闭合。
63.在本公开的一实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2的其中至少一个可以贯穿铁电层10，其中，贯穿的方向可以包括z方向或y方向。在本公开的一些实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2可以均未贯穿铁电层10，贯穿的方向可以包括z方向或y方向，尤其地，第一裂纹a1和第二裂纹a2在y方向上均未贯穿铁电层10。
64.在沿垂直所述铁电层10的方向(如图2中z方向)，所述第一电极20及所述第二电极30位于所述铁电层10的上方，即所述第一电极20及所述第二电极30设置在所述铁电层10的上表面。所述第一电极20及所述第二电极30可为金属电极，例如pt、au、cu或ag等。在本实施例中，所述铁电层10设置在衬底100上，所述第一电极20及所述第二电极30设置在所述铁电层10上表面，所述衬底100用于支撑所述铁电互补开关器件。
65.所述第一电极20与所述第二电极30彼此独立是指，所述第一电极20与所述第二电极30彼此电气绝缘。在本公开一实施例中，所述第一电极20与所述第二电极30并行设置在所述铁电层10的表面，且所述第一电极20与所述第二电极30之间具有间隔。
66.进一步，所述第一电极20与所述第二电极30的材料可为金属间合金材料，例如mnpt或者fept。所述金属间合金材料的延展性较小，可使得所述第一裂纹a1及第二裂纹a2能够贯穿所述第一电极20及所述第二电极30，进而延伸并贯穿所述第一导电层50及第二导电层60。
67.所述层间绝缘层40位于所述第一电极20及所述第二电极30上，即所述层间绝缘层40形成在所述第一电极20及所述第二电极30上，所述层间绝缘层40不仅起到将所述第一电极20与第一导电层50及第二电极30与第二导电层60电隔离的作用，还能够电隔离所述第一电极20与所述第一信号输送端70及第二信号输送端71，以及电隔离所述第二电极30与所述第三信号输送端80及第四信号输送端81，以避免第一信号输送端70的输入信号作用于第一电极20，第三信号输送端80的输入信号作用于第二电极20，扰乱铁电互补开关器件的正常工作。所述层间绝缘层40包括但不限于氧化物层、氮化层、高k介质层等，例如，所述氧化物层可为氧化铝层。当所述铁电层10形成第一裂纹a1及第二裂纹a2时，所述第一裂纹a1及第二裂纹a2也会延伸贯穿所述层间绝缘层40，以延伸并贯穿所述第一导电层50及第二导电层60。
68.在本实施例中，所述层间绝缘层40还覆盖所述第一电极20与第二电极30之间的区域，即覆盖所述第一电极20与第二电极30之间暴露的铁电层10表面，以进一步保证所述第一电极20与所述第二电极30之间的电隔离。
69.所述第一导电层50位于所述层间绝缘层40上，且与所述第一电极20对应，即所述
第一导电层50形成在所述层间绝缘层40上，且与所述第一电极20所在的区域对应。铁电层10在第一电极20对应区域形成第一裂纹a1时，所述第一裂纹a1延伸并贯穿所述第一导电层50，以将所述第一导电层50分为两部分，该两部分电隔离。所述第二导电层60位于所述层间绝缘层40上，且与所述第二电极30对应，即所述第二导电层60形成在所述层间绝缘层40上，且与所述第二电极30所在的区域对应。铁电层10在第二电极30对应区域形成第二裂纹a2时，所述第二裂纹a2延伸并贯穿所述第二导电层60，以将所述第二导电层60分为两部分，该两部分电隔离。
70.进一步，所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料可为金属间合金材料，例如mnpt或者fept。所述金属间合金材料的延展性较小，可使得铁电层10形成第一裂纹a1及第二裂纹a2时，所述第一裂纹a1及第二裂纹a2能够延伸并贯穿所述第一导电层50与所述第二导电层60。
71.进一步，在本实施例中，所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料与所述第一电极20及第二电极30的材料相同，所述第一导电层50、所述第二导电层60与所述第一电极20及第二电极30的延展性相同，则便于选择适当的电压，以进一步保证所述第一裂纹a1及第二裂纹a2能够贯穿所述第一导电层50及所述第二导电层60。在本公开其他实施例中，所述第一导电层50的材料也可以与所述第一电极20的材料不同但延展性相近，以进一步避免所述第一裂纹a1仅贯穿所述第一电极20而不贯穿所述第一导电层50的情况发生；所述第二导电层60的材料也可以与所述第二电极30的材料不同但延展性相近，以进一步避免所述第二裂纹a2仅贯穿所述第二电极30而不贯穿所述第二导电层60的情况发生。
72.进一步，在本公开一实施例中，所述第一导电层50、第二导电层60、第一电极20、第二电极30的材料均相同，以减少电压控制的差别，避免造成铁电互补开关器件良率损失。
73.在本实施例中，所述第一信号输送端70作为所述铁电互补开关器件的电信号的第一输入端，所述第二信号输送端71作为所述铁电互补开关器件的电信号的第一输出端，而在另一实施例中，所述第一信号输送端70作为所述铁电互补开关器件的电信号的第一输出端，所述第二信号输送端71作为所述铁电互补开关器件的电信号的第一输入端。所述第一信号输送端71与所述第二信号输送端72沿第一横向(如图1中x方向)排布，在所述第一导电层50表面，所述第一裂纹a1沿第二横向(如图1中y方向)延伸，以将所述第一导电层50分隔为彼此独立的两部分，所述第一横向与所述第二横向相交。
74.在本实施例中，所述第三信号输送端80作为所述铁电互补开关器件的电信号的第二输入端，所述第四信号输送端81作为所述铁电互补开关器件的电信号的第二输出端，而在另一实施例中，所述第三信号输送端80作为所述铁电互补开关器件的电信号的第二输出端，所述第四信号输送端81作为所述铁电互补开关器件的电信号的第二输入端。所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81沿第一横向(如图1中x方向)排布，在所述第二导电层60表面，所述第二裂纹a2沿第二横向(如图1中y方向)延伸，以将所述第二导电层60分隔为彼此独立的两部分。
75.所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71彼此独立，两者不存在直接的电连接。所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81彼此独立，两者不存在直接的电连接。
76.进一步，在另一实施例中，所述第一导电层50上的其中一个信号输送端与所述第
二导电层60上的其中一个信号输送端电连接，构成所述铁电互补开关器件的信号输出端。进一步，为了简化版图设计，所述第一导电层50上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第一导电层50上另一个信号输送端靠近所述第二导电层60，所述第二导电层60上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第二导电层60上另一个信号输送端靠近所述第一导电层50。例如，所述第一导电层50上第二信号输送端71相对所述第一导电层50上第一信号输送端70靠近所述第二导电层60，所述第二导电层60上的所述第四信号输送端81相对所述第二导电层60上的第三信号输送端80靠近所述第一导电层50，则所述第二信号输送端71与所述第四信号输送端81电连接，构成所述铁电互补开关器件的信号输出端。
77.当第一电极20对应的第一裂纹a1闭合，第二电极30对应的第二裂纹a2分离时，外界需要通过所述铁电互补开关器件传输的电信号经所述第一信号输送端70输入，经所述第一导电层50传导，再经所述第二信号输送端71输出。当第一电极20对应的第一裂纹a1分离，第二电极30对应的第二裂纹a2闭合时，外界需要通过所述铁电互补开关器件传输的电信号经所述第三信号输送端80输入，经所述第二导电层60传导，再经所述第四信号输送端81输出。而由于所述层间绝缘层40的电隔离作用，外界需要通过所述铁电互补开关器件传输的电信号并不会传输至第一电极20及第二电极30，进而避免扰乱所述铁电互补开关器件的正常工作。
78.进一步，所述第一信号输送端70、所述第二信号输送端71、所述第三信号输送端80、所述第四信号输送端81可为金属端子，其材料包括但不限于pt、au、cu或ag等。在本实施例中，所述第一电极20及所述第二电极30的材料与所述第一信号输送端70、所述第二信号输送端71、所述第三信号输送端80及所述第四信号输送端81的材料相同。
79.进一步，在本实施例中，为了保证所述第一裂纹a1能够将所述第一导电层50分为完全断裂的两部分，在垂直所述铁电层10的方向上(如图2中z方向)，所述第一电极20在所述铁电层10上的正投影覆盖所述第一导电层50在所述铁电层10上的正投影，即所述第一导电层50在铁电层10上的正投影位于所述第一电极20在所述铁电层10上的正投影的范围内。若所述第一导电层50在铁电层10上的正投影位于所述第一电极20在所述铁电层10上的正投影的范围外，则可能会存在第一裂纹a1仅贯穿部分所述第一导电层50，而并未将所述第一导电层50分隔为完全断裂的两部分，从而不能够实现第一信号输送端70与第二信号输送端71之间的电隔离。
80.进一步，在本实施例中，为了保证所述第二裂纹a2能够将所述第二导电层60分为完全断裂的两部分，在垂直所述铁电层10的方向上(如图2中z方向)，所述第二电极30在所述铁电层10上的正投影覆盖所述第二导电层60在所述铁电层10上的正投影，即所述第二导电层60在铁电层10上的正投影位于所述第二电极30在所述铁电层10上的正投影的范围内。若所述第二导电层60在铁电层10上的正投影位于所述第二电极30在所述铁电层10上的正投影的范围外，则可能会存在第二裂纹a2仅贯穿部分所述第二导电层60，而并未将所述第二导电层60分隔为完全断裂的两部分，从而不能够实现第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的电隔离。
81.进一步，在本实施例中，所述层间绝缘层40覆盖所述第一电极20及所述第二电极30的部分表面，即所述层间绝缘层40并未覆盖所述第一电极20及第二电极30的全部表面，则所述第一电极20及所述第二电极30未被所述层间绝缘层40覆盖的表面可作为电连接面。
例如，在本公开一些实施例中，在所述第一电极20未被所述层间绝缘层40覆盖的表面，设置有第一导电端子22，所述第一导电端子22与电压工艺电路连接，电压工艺电路通过所述第一导电端子22向所述第一电极20施加电位。在所述第二电极30未被所述层间绝缘层40覆盖的的表面，设置有第二导电端子32，所述第二导电端子32与电压工艺电路连接，电压工艺电路通过所述第二导电端子32向所述第二电极30施加电位。在本公开另一些实施例中，也可不设置所述第一导电端子22及第二导电端子32，而是直接将电压工艺电路连接至所述第一电极20及第二电极30未被所述层间绝缘层40覆盖的表面。
82.图5是本公开第一实施例提供的铁电互补开关器件暴露第一电极及第二电极时的扫描电镜图，其中(a)是未施加电压时的扫描电镜图，(b)是利用探针probe在第一电极20及第二电极30上施加第一电压时的扫描电镜图，(c)是利用探针probe在第一电极20及第二电极30上施加第二电压时的扫描电镜图，从图(a)～(c)可以看出，在第一电极20及第二电极30上未施加电压时，第一电极20及第二电极30上均未形成裂纹，在第一电极20及第二电极30上施加第一电压，在第一电极20上形成了裂纹(如图中箭头crack-1所指示位置)，第二电极30未产生裂纹；在第一电极20及第二电极30上施加第二电压，在第二电极30上形成了裂纹(如图中箭头crack-2所指示位置)，第一电极20未产生裂纹。可见，本公共实施例提供的铁电互补开关器件能够实现互补开关的功能，且具有较高的可靠性。
83.在第一实施例中，所述层间绝缘层40为连续的一层，而在本公开其他实施例中，所述层间绝缘层也可为不连续的层。例如，请参阅图6a及图6b，其中，图6a是本公开第二实施例提供的铁电互补开关器件的俯视示意图，图6b是沿图6a所示c-c’线的截面示意图，在本公开第二实施例中，所述层间绝缘层包括第一绝缘层40a及第二绝缘层40b，所述第一绝缘层40a与所述第二绝缘层40b彼此独立，即所述第一绝缘层40a与所述第二绝缘层40b彼此不连接。所述第一绝缘层40a设置在所述第一电极20上，所述第一导电层50设置在所述第一绝缘层40上。所述第一绝缘层40a用于电隔离所述第一电极20与所述第一导电层50及所述第一信号输送端70、第二信号输送端71。所述第二绝缘层40b设置在所述第二电极30上，所述第二导电层60设置在所述第二绝缘层40b上。所述第二绝缘层40b用于电隔离所述第二电极30与所述第二导电层60及所述第三信号输送端80、第四信号输送端81。
84.本公开实施例还提供了铁电互补开关器件的控制方法。所述控制方法包括：经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压，控制所述第一裂纹的闭合及第二裂纹的分离，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电导通及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电绝缘；经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第二电压，控制所述第一裂纹的分离及第二裂纹的闭合，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电绝缘及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电导通，其中，所述第一电压与所述第二电压极性相反。
85.举例来说，请参阅图1及图2，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层10施加第一电压u1时，所述第一裂纹a1由闭合状态变为分离状态，所述第二裂纹a2由分离状态变为闭合状态，则所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71之间电绝缘，所述第二号输入端子80与所述第四信号输送端81之间电导通，所述第三信号输送端80接收的信号经所述第四信号输送端81输出。
86.请参阅图3及图4，经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层施加第二电压u2
时，所述第一裂纹a1由分离状态变为闭合状态，所述第二裂纹a2由闭合状态变为分离状态，则所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71之间电导通，所述第二号输入端子80与所述第四信号输送端81之间电绝缘，所述第一信号输送端70接收的信号经所述第二信号输送端71输出。
87.其中，所述第一电压u1与所述第二电压u2极性相反，即第一电压u1为正向电压，第二电压u2为负向电压，或者第一电压u1为负向电压，第二电压u2为正向电压。例如，在本实施例中，所述第一电压u1为自第一电极20至第二电极30方向(如图1中x方向)上的正向电压，第二电压u2为自第一电极20至第二电极30方向上的负向电压，而在另一些实施例中，第一电压u1为自第一电极20至第二电极30方向上的负向电压，第二电压u2为自第一电极20至第二电极30方向上的正向电压。
88.对于铁电层10而言，其铁电畴具有极化方向，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相反时，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，受到铁电层10内的缺陷及掺杂物等对畴壁的钉扎作用，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处裂纹会分离，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相同时，应力会消散，裂纹闭合。因此，在本公开实施例中，铁电互补开关器件通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加电压，所述电压在铁电层10内形成面内电场，而在第一电极20下方及第二电极30下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，且铁电层10中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，则会使得电场分量方向与铁电畴极化方向相反的铁电层区域的裂纹分离，电场分量方向与铁电畴极化方向相同的铁电层区域的裂纹闭合，因此，本公开实施例可通过改变施加在铁电层上的电压的极性，使铁电层不同区域的裂纹择一分离，实现铁电互补开关器件的功能。
89.例如，如图2所示，铁电层10的铁电畴的极化方向为指向铁电层10上表面(如图2中z方向)，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层10施加第一电压u1时，在第一电极20下方，所述第一电压u1在铁电层10内形成的面内电场e1在z方向的电场分量e1
z1
指向铁电层10下表面，在第二电极30下方，所述面内电场e1在z方向的电场分量e1
z2
指向铁电层10上表面，电场分量e1
z1
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向相反，电场分量e1
z2
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相同，则所述第一裂纹a1由闭合状态变为分离状态，所述第二裂纹a2由分离状态变为闭合状态。
90.再例如，如图4所示，铁电层10的铁电畴的极化方向为指向铁电层10上表面(如图4中z方向)，当经所述第一电极20与第二电极30向所述铁电层10施加的电压由第一电压u1变为极性相反的第二电压u2时，在第一电极20下方，所述第二电压u2在铁电层10内形成的面内电场e2在z方向的电场分量e2
z1
指向铁电层10上表面，在第二电极30下方，所述面内电场e2在z方向的电场分量e2
z2
指向铁电层10下表面，电场分量e2
z1
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相同，电场分量e2
z2
的方向与铁电层10的铁电畴极化方向d相反，则所述第一裂纹a1由分离状态变为闭合状态，所述第二裂纹a2由闭合状态变为分离状态。
91.可以理解的是，在本公开其他实施例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向也可指向铁电层10下表面，则第一裂纹a1与第二裂纹a2的分离状态及闭合状态互换。
92.所述第一裂纹a1能够自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图2中z方向)延伸并贯穿所述第一电极20、所述层间绝缘层40、及所述第一信号输送端70与第二信号
输送端71之间的所述第一导电层50，且所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分。当所述第一裂纹a1为分离状态时，所述第一导电层50的两部分分隔，不连接，从而实现所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71的电绝缘；当所述第一裂纹a1为闭合状态时，所述第一导电层50的两部分接触连接，从而实现所述第一信号输送端70与所述第二信号输送端71的电导通。
93.所述第二裂纹a2自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图4中z方向)延伸并贯穿所述第二电极30、所述层间绝缘层40、及所述第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的所述第二导电层60，且所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分。当所述第二裂纹a2为分离状态时，所述第二导电层60的两部分分隔，不连接，所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81不能够通过所述第二导电层60实现电连接，从而断开所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81之间的信号传输；当所述第二裂纹a2为闭合状态时，所述第二导电层60的两部分接触连接，所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81够通过所述第二导电层60实现电连接，从而使所述第三信号输送端80与所述第四信号输送端81能够进行信号传输。
94.需要说明的是，当铁电层10在第一电极20或者第二电极30对应区域产生一条裂纹之后，由于应力释放，其不会再对应区域产生第二条裂纹，因此，不会存在在同一电极对应区域产生多条裂纹的情况。
95.在一些实施例中，可经所述第一电极20及第二电极30向所述铁电层10施加循环电压来控制所述第一裂纹及第二裂纹的分离及闭合，例如，三角形循环电压及脉冲电压。图7a是三角形循环电压的示意图，其中，三角形循环电压的正向电压达到一数值时，例如峰值u
峰
，铁电畴翻转，产生应力，第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合，当三角循环电压的负向电压达到一数值时，例如谷值u
谷
，铁电畴再次被翻转，第一裂纹a1闭合，第二裂纹a2分离。图7b是脉冲循环电压的示意图，其为周期换向脉冲，当正脉冲电压u
正
达到一数值时，铁电畴翻转，产生应力，第一裂纹a1分离，第二裂纹a2闭合，当负脉冲电压u
负
达到一数值时，铁电畴再次被翻转，第一裂纹a1闭合，第二裂纹a2分离。
96.本公开实施例提供的铁电互补开关器件控制方法利用第一裂纹及第二裂纹的择一分离实现铁电互补开关器件的功能，比金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)互补开关具有更高的速度、更低的能耗和更小的芯片面积，且制造工艺简单，与fe-nand闪存(fe-not and flash)工艺兼容，成本低，经济效益大。并且，基于铁电-纳米裂纹的铁电互补开关器件具有突变的开关行为和高的on/off电流比。另外，所述第一导电层50及第二导电层60全层作为导电通道，在第一裂纹及第二裂纹处，所述第一导电层50及第二导电层60被分离的两部分的金属接触界面(断裂面)接触面积大，使得接触电阻低，信号传输速度快。
97.本公开实施例还提供了上述铁电互补开关器件的制备方法。图8是本公开实施例提供的铁电互补开关器件的制备方法的步骤示意图，请参阅图8，所述制备方法包括：步骤s801，提供衬底；步骤s802，在所述衬底表面依次形成铁电层、第一电极、第二电极、层间绝缘层、第一导电层、第二导电层、及第一信号输送端、第二信号输送端、第三信号输送端与第四信号输送端，所述第一导电层与所述第一电极对应，所述第二导电层与所述第二电极对应，所述第一信号输送端及第二信号输送端设置在所述第一导电层上，所述第三信号输送
端及第四信号输送端设置在所述第二导电层上；步骤s803，形成第一裂纹及第二裂纹，所述第一裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层，且所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端与第二信号输送端分别设置在所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分上；所述第二裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层，且所述第二裂纹未贯穿所述铁电层，所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端与第四信号输送端分别设置在所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分上。
98.图9a～图9d是本发明实施例提供的铁电互补开关器件的制备方法的主要步骤形成的器件结构示意图。
99.请参阅步骤s801及图9a，提供衬底100。
100.所述衬底100可以是si衬底、ge衬底、sige衬底、soi(siliconon insulator，绝缘体上硅)衬底或者goi(germanium on insulator，绝缘体上锗)衬底等。在本实施例中，所述衬底100优选为si衬底，用于支撑在其上的器件结构。
101.请参阅步骤s802及图9b，在所述衬底100表面依次形成铁电层10、第一电极20、第二电极30、层间绝缘层4、第一导电层50、第二导电层60、及第一信号输送端70、第二信号输送端71、第三信号输送端80与第四信号输送端81。所述第一导电层50与所述第一电极20对应，所述第二导电层60与所述第二电极30对应，所述第一信号输送端70及第二信号输送端71设置在所述第一导电层50上，所述第三信号输送端80及第四信号输送端81设置在所述第二导电层60上。
102.在一实施例中，可采用化学气相沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积及分子束外延等工艺在衬底100表面形成铁电材料层，再采用光刻及刻蚀等工艺图案化所述铁电材料层，以形成所述铁电层10。在本实施例中，所述铁电层10的材料为hfzrox，则其可适用于铪基互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)兼容铁电nand(fe-nand)闪存，以简化制备工艺。在本公开其他实施例中，所述铁电层10的材料也可为铌镁酸铅-钛酸铅(pmn-pt)、锆钛酸铅(pzt)、铌铟酸铅-钛酸铅(pin-pt)或者铌镁酸铅-锆钛酸铅-钛酸铅(pmn-pzt-pt)、batio3(bto)等。
103.在一实施例中，可采用化学气相沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积及分子束外延等工艺在所述铁电层10表面形成电极材料层，再采用光刻及刻蚀等工艺图案化所述电极材料层，以形成第一电极20及第二电极30。其中，所述第一电极20及第二电极30的材料可为金属间合金材料，例如mnpt或者fept。
104.在一实施例中，可采用化学气相沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积及分子束外延等工艺在所述第一电极20及第二电极30上形成层间绝缘材料层，再采用光刻及刻蚀等工艺图案化所述层间绝缘材料层，以形成层间绝缘层40。在本实施例中，所述层间绝缘层40可不仅覆盖所述第一电极20及第二电极30，还可覆盖所述铁电层10暴露的表面。所述层间绝缘层40包括但不限于氧化物层、氮化层、高k介质层等，例如，所述氧化物层可为氧化铝层。
105.在一实施例中，可采用化学气相沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积及分子束外延等
工艺在所述层间绝缘层40上形成导电材料层，再采用光刻及刻蚀等工艺图案化所述导电材料层，以形成第一导电层50及第二导电层60。所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料可为金属间合金材料，例如mnpt或者fept。所述第一导电层50及所述第二导电层60的延展性与所述第一电极20及所述第二电极30的延展性相同或者相近。进一步，在本实施例中，所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料与所述第一电极20及第二电极30的材料相同，在本公开其他实施例中，所述所述第一导电层50及所述第二导电层60的材料也可与所述第一电极20及第二电极30的材料不同但延展性相近。
106.可采用化学气相沉积、原子层沉积、脉冲激光沉积及分子束外延等工艺在所述第一导电层50及第二导电层60上形成信号传输材料层，再采用光刻及刻蚀等工艺图案化所述信号传输材料层，以形成第一信号输送端70、第二信号输送端71、第三信号输送端80及第四信号输送端81，第一信号输送端70与第二信号输送端71彼此独立，不直接连接，第三信号输送端80与第四信号输送端81彼此独立，不直接连接。
107.请参阅步骤s802、图9c及图9d，形成第一裂纹a1及第二裂纹a2。
108.所述第一裂纹a1自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图中z方向)延伸并贯穿所述第一电极20、所述层间绝缘层40、及所述第一信号输送端70与第二信号输送端71之间的所述第一导电层50，且所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端70与第二信号输送端71分别设置在所述第一导电层50被所述第一裂纹a1分隔为彼此独立的两部分上。
109.所述第二裂纹a2自所述铁电层10沿垂直所述铁电层10的方向(如图中z方向)延伸并贯穿所述第二电极30、所述层间绝缘层40、及所述第三信号输送端80与第四信号输送端81之间的所述第二导电层60，且所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端80与第四信号输送端81分别设置在所述第二导电层60被所述第二裂纹a2分隔为彼此独立的两部分上。
110.在本公开的一实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2的其中至少一个可以贯穿铁电层10，其中，贯穿的方向可以包括z方向或y方向。在本公开的一些实施例中，第一裂纹a1和第二裂纹a2可以均未贯穿铁电层10，贯穿的方向可以包括z方向或y方向，尤其地，第一裂纹a1和第二裂纹a2在y方向上均未贯穿铁电层10。
111.本公开实施例还提供一种形成所述裂纹的方法。其中，在形成所述第一裂纹a1及第二裂纹a2之前，所述铁电层内具有设定的铁电畴极化方向。形成所述裂纹的方法包括如下步骤：请参阅图9c，经所述第一电极20及所述第二电极30向所述铁电层10施加第一翻转电压u11，形成所述第一裂纹a1。请参阅图9d，经所述第一电极20及所述第二电极30向所述铁电层10施加第二翻转电压u22，形成所述第二裂纹a2，所述第二翻转电压u11与所述第一翻转电压u22极性相反。
112.对于铁电层10而言，其铁电畴具有极化方向，当施加在铁电层10上的电压形成的电场方向与铁电畴的极化方向相反时，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，受到铁电层10内的缺陷及掺杂物等对畴壁的钉扎作用，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处会形成裂纹。
113.在本公开实施例中，请继续参阅图9c，通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加第一翻转电压u11，所述第一翻转电压u11在铁电层10内形成面内电场e1。在第一电
极20下方及第二电极30下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，例如，在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z1
的方向与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z2
的方向相反。铁电层10中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，与另一个电场分量的方向相反，例如，铁电层10中铁电畴极化方向(与图中z方向同向)与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z2
的方向相同，与在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e1
z1
的方向相反，则在第一电极20下方，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处会形成第一裂纹a1。
114.在本公开实施例中，通过第一电极20及第二电极30在铁电层10上施加第二翻转电压u22，所述第二翻转电压u22在铁电层10内形成面内电场。在第一电极20下方及第二电极30下方，该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量的方向正好相反，例如，在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z1
的方向与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z2
的方向相反。铁电层10中铁电畴极化方向与其中一个电场分量的方向相同，与另一个电场分量的方向相反，例如，铁电层10中铁电畴极化方向(与图中z方向同向)与在第一电极20下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z1
的方向相同，与在第二电极30下方该面内电场沿垂直铁电层10方向的电场分量e2
z2
的方向相反，则在第二电极30下方，铁电层10中的铁电畴会发生翻转，会在铁电畴壁产生应力，则在应力集中处会形成第二裂纹a2，而第一电极20下方受到电场方向变化的影响，铁电层中的应力消散，已经形成的第一裂纹a1闭合。
115.在上述示例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向d指向铁电层10下表面，可以理解的是，在本公开其他实施例中，所述铁电层10的铁电畴的极化方向d也可指向铁电层10下表面，则第一裂纹a1与第二裂纹a2形成顺序互换。
116.本公开实施例还提供了形成所述设定的铁电畴极化方向的方法。所述方法包括：在形成第一裂纹a1及第二裂纹a2之前，对所述铁电层10施加极化电压，使所述铁电层的铁电畴极化方向与所述极化电压的方向相同，形成所述设定的铁电畴极化方向d。所述极化电压在所述铁电层10内形成垂直电场，以在铁电层内形成方向相同的铁电畴极化方向d。
117.对于铁电层10而言，在没有施加极化电压时，即无外加电场时，铁电畴在铁电层10中分布杂乱无章，而在施加极化电压时，即外加电场时，沿电场方向的铁电畴长大，逆电场方向的铁电畴消失，其他方向分布的铁电畴转到电场方向，最终形成与电场方向一致的铁电畴，即形成所述设定的铁电畴极化方向。在一些实施例中，所述极化电压形成的电场强度大于所述铁电畴的矫顽场，以进一步保证能够形成极化方向与电场方向一致的铁电畴。
118.本公开实施例提供的制备方法，能够制备具有互补开关功能的铁电互补开关器件，且制造工艺简单，与fe-nand工艺兼容，成本低，经济效益大。
119.本公开实施例还提供一种三维存储器。所述三维存储器包括如上所述的铁电互补开关器件。所述铁电互补开关器件在所述三维存储器能够代替cmos互补开关器件。下面举例说明所述铁电互补开关器件在三维存储器中的应用。
120.本公开一些实施例中，三维存储器利用所述铁电互补开关器件实现逻辑电路功能。
121.例如，图10是本公开一实施例提供的铁电互补开关器件构成的逻辑电路的示意
图，请同时参阅图1及图4，将施加在所述第一电极20与第二电极30上的所述电压对应的电平作为输入信号，自输入端in输入，将所述第二信号输送端71及第四信号输送端81共同作为输出端out，所述第一信号输送端70作为第一控制信号输入端d1，所述第三信号输送端80作为第二控制信号输入端d2，则可通过设置第一控制信号输入端d1与第二控制信号输入端d2的电平，实现逻辑电路功能。电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制，在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压及第二电压，实现第一裂纹及第二裂纹的择一分离，从而实现逻辑电路的功能。例如，需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，实现第一裂纹及第二裂纹的择一分离；或者，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平时，电压供应电路受需要输入至逻辑电路的输入信号的控制在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，实现第一裂纹及第二裂纹的择一分离。
122.图11a是利用图10所示逻辑电路实现缓冲器功能的真值表，请参阅图10及图11a，将所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平连接，即第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，所述输出端out输出信号的真值为“0”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，所述输出端out输出信号的真值为“1”，实现缓冲器电路功能。
123.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，为了实现缓冲电路的功能，所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接。
124.图11b是利用图10所示逻辑电路实现非门电路功能的真值表，请参阅图10及图11b，将所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接，即第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“1”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”。当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，所述输出端out输出信号真值为“1”，当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，所述输出端out输出信号真
值为“0”，输入至逻辑电路的输入信号经逻辑“非”后输出，实现非门电路功能。
125.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，为了实现非门电路的功能，所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平连接。
126.图11c是利用图10所示逻辑电路实现与门电路功能的真值表，请参阅图10及图11c，将所述第一信号输送端与低电平连接，所述第三信号输送端与高电平或者低电平连接，即所述第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”或者“1”。当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，不论所述第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”还是“1”，所述输出端out输出信号真值均为“0”；当需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，若第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“0”，则所述输出端out输出信号真值为“0”，若第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，则所述输出端out输出信号真值为“1”，输入至逻辑电路的输入信号与第二控制信号输入端d2输入信号经逻辑“与”后输出，实现与门电路功能。
127.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，所述第一信号输送端与高电平或者低电平连接，所述第三信号输送端与低电平连接，输入至逻辑电路的输入信号与第一控制信号输入端d1输入信号经逻辑“与”后输出，实现与门电路功能。
128.图11d是利用图10所示逻辑电路实现或门电路功能的真值表，请参阅图10及图11d，将所述第三信号输送端与高电平连接，所述第一信号输送端与高电平或者低电平连接，即所述第二控制信号输入端d2输入信号的真值为“1”，第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”或者“1”。当要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，其真值为“0”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第一电压，第一裂纹闭合，第二裂纹分离，输入端in的输入信号真值为“0”，则所述第一信号输送端与第二信号输送端导通，若第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”，则所述输出端out输出信号真值为“0”，若第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“1”，则所述输出端out输出信号真值为“1”；当要输入至逻辑电路的输入信号为高电平，其真值为“1”时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，第一裂纹分离，第二裂纹闭合，输入端in的输入信号真值为“1”，则所述第三信号输送端与第四信号输送端导通，不论所述第一控制信号输入端d1输入信号的真值为“0”还是“1”，所述输出端out输出信号真值均为“1”，输入至逻辑电路的输入信号与第一控制信号输入端d1输入信号经逻辑“或”后输出，实现或门电路功能。
129.可以理解的是，在另一实施例中，当需要输入至逻辑电路的输入信号为低电平，电
压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压，需要输入至逻辑电路的输入信号为高电平时，电压供应电路在所述第一电极20与第二电极30上施加第二电压时，所述第一信号输送端与高电平连接，所述第三信号输送端与低电平或高电平连接，输入至逻辑电路的输入信号与第二控制信号输入端d2输入信号经逻辑“或”后输出，实现或门电路功能。
130.所述三维存储器包括存储阵列(array)区域及外围电路(periphery)区域，所述存储阵列区域用于存储信息，而所述外围电路区域可以位于存储阵列区域的上方或者下方，也可以位于所述存储阵列区域的四周，外围电路区域用于控制对应的存储阵列区域。所述铁电互补开关器件可设置在所述外围电路区。
131.所述铁电互补开关器件还可以应用于其它的微电子器件中，比如，非易失闪存(nor flash)等，具体不作限制。
132.以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种铁电互补开关器件，其特征在于，包括：铁电层；第一电极及第二电极，设置在所述铁电层上，且彼此独立，用于向所述铁电层施加电压；层间绝缘层，设置在所述第一电极及所述第二电极上；第一导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第一电极对应；第二导电层，设置在所述层间绝缘层上，且与所述第二电极对应；第一信号输送端及第二信号输送端，设置在所述第一导电层上；第三信号输送端及第四信号输送端，设置在所述第二导电层上；第一裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第一电极、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层，所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端与第二信号输送端分别设置在所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分上；第二裂纹，自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层，所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端与第四信号输送端分别设置在所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分上；其中，改变施加在所述铁电层上的电压的方向可控制所述第一裂纹及所述第二裂纹择一分离。2.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，或/和，所述第二裂纹未贯穿所述铁电层。3.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一信号输送端与所述第二信号输送端沿第一横向排布在所述第一导电层上，所述第一裂纹沿第二横向延伸并贯穿所述第一导电层；所述第三信号输送端与所述第四信号输送端沿第一横向排布在所述第二导电层上，所述第二裂纹沿第二横向延伸并贯穿所述第二导电层；所述第一横向与所述第二横向相交。4.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述层间绝缘层还覆盖所述第一电极与所述第二电极之间的铁电层区域。5.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述层间绝缘层包括：第一绝缘层，设置在所述第一电极上，所述第一导电层设置在所述第一绝缘层上；第二绝缘层，设置在所述第二电极上，所述第二导电层设置在所述第二绝缘层上，所述第一绝缘层与所述第二绝缘层彼此独立。6.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述层间绝缘层覆盖所述第一电极及所述第二电极的部分表面，在所述第一电极未被所述层间绝缘层覆盖的表面设置有第一导电端子，在所述第二电极未被所述层间绝缘层覆盖的表面，设置有第二导电端子。7.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一电极在所述铁电层上的正投影覆盖所述第一导电层在所述铁电层上的正投影。8.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第二电极在所述铁电层上的正投影覆盖所述第二导电层在所述铁电层上的正投影。
9.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一电极的材料与所述第一导电层的材料相同。10.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第二电极的材料与所述第二导电层的材料相同。11.根据权利要求1所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一导电层上的其中一个信号输送端与所述第二导电层上的其中一个信号输送端电连接，构成所述铁电互补开关器件的信号输出端。12.根据权利要求11所述的铁电互补开关器件，其特征在于，所述第一导电层上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第一导电层上另一个信号输送端靠近所述第二导电层，所述第二导电层上构成所述信号输出端的信号输送端相对所述第二导电层上另一个信号输送端靠近所述第一导电层。13.一种铁电互补开关器件的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面依次形成铁电层、第一电极、第二电极、层间绝缘层、第一导电层、第二导电层、及第一信号输送端、第二信号输送端、第三信号输送端与第四信号输送端，所述第一导电层与所述第一电极对应，所述第二导电层与所述第二电极对应，所述第一信号输送端及第二信号输送端设置在所述第一导电层上，所述第三信号输送端及第四信号输送端设置在所述第二导电层上；形成第一裂纹及第二裂纹，所述第一裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第一信号输送端与第二信号输送端之间的所述第一导电层，且所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第一信号输送端与第二信号输送端分别设置在所述第一导电层被所述第一裂纹分隔为彼此独立的两部分上；所述第二裂纹自所述铁电层沿垂直所述铁电层的方向延伸并贯穿所述第二电极、所述层间绝缘层、及所述第三信号输送端与第四信号输送端之间的所述第二导电层，且所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分，所述第三信号输送端与第四信号输送端分别设置在所述第二导电层被所述第二裂纹分隔为彼此独立的两部分上。14.根据权利要求13所述的铁电互补开关器件的制备方法，其特征在于，所述第一裂纹未贯穿所述铁电层，或/和，所述第二裂纹未贯穿所述铁电层。15.根据权利要求13所述的铁电互补开关器件的制备方法，其特征在于，在形成所述第一裂纹及第二裂纹之前，所述铁电层具有设定的铁电畴极化方向，形成所述第一裂纹及第二裂纹的方法包括：经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第一翻转电压，形成所述第一裂纹；经所述第一电极及所述第二电极向所述铁电层施加第二翻转电压，形成所述第二裂纹，所述第二翻转电压与所述第一翻转电压极性相反。16.根据权利要求14所述的铁电互补开关器件的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成所述铁电层之后还包括如下步骤，对所述铁电层施加极化电压，使所述铁电层的铁电畴极化方向与所述极化电压的方向相同，形成所述设定的铁电畴极化方向。17.一种权利要求1～12任意一项所述的铁电互补开关器件的控制方法，其特征在于，包括：
经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压，控制所述第一裂纹的分离及第二裂纹的闭合，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电绝缘及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电导通；经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第二电压，控制所述第一裂纹的闭合及第二裂纹的分离，实现所述第一信号输送端与所述第二信号输送端的电导通及所述第三信号输送端与所述第四信号输送端的电绝缘，其中，所述第一电压与所述第二电压极性相反。18.根据权利要求17所述的铁电互补开关器件的控制方法，其特征在于，受输入信号控制，经所述第一电极与第二电极向所述铁电层施加第一电压或第二电压，通过设置所述第一信号输送端及所述第三信号输送端的电平，实现逻辑电路功能。19.一种三维存储器，其特征在于，包括如权利要求1～12任意一项所述的铁电互补开关器件。

技术总结

一种铁电互补开关器件能够通过第一电极及第二电极在铁电层上施加电压，从而在铁电层内产生面内电场，通过改变电压方向而改变所述面内电场的方向，以控制所述第一裂纹及所述第二裂纹择一分离，通过第一裂纹的闭合及分离实现第一导电层的电连接与电绝缘，通过第二裂纹的闭合及开启实现第二导电层的电与电绝缘，从而实现铁电互补开关器件的功能。本公开铁电互补开关器件具有更高的速度、更低的能耗和更小的芯片面积，且制造工艺简单，与Fe-NAND工艺兼容，成本低，经济效益大。经济效益大。经济效益大。