一种数据存储结构

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1.本实用新型涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种数据存储结构。

背景技术：

2.存储器是现代电子设备中不可或缺的重要部件，特别是数字信息技术的发展将我们带入大数据时代，随时都在进行大量数据的采集，存储，搜索，共享与分析。自动驾驶汽车，飞机，物联网以及便携式可穿戴设备的快速发展使信息的快速存储、读取与处理变得至关重要，对高速、高密度且低功耗的存储器的需求也更加迫切。按照信息的存储方式，存储器分为易失性与非易失性两种。sram与dram为易失性存储器，它们读写速度快，但尺寸缩小受限，而且存储的信息在断电后会消失；而非易失性存储器在断电后仍能保持信息，在高密度的嵌入式存储中具有重要应用。
3.相变存储器(pcm)，磁阻式随机存储器(mram)，阻变式存储器(rram)，铁电存储器等主要非易失性存储器件具有较长的发展历史，在嵌入式存储领域得到了广泛的应用，并在近年来被应用于神经形态计算，存算一体化等领域。rram通常利用内部导电通道的形成与断裂来控制器件的开关特性，耗能低，结构简单，电阻变化范围较大，但导电通道的形成与断裂具有随机性，因此带来了可靠性及器件之间性能差异的问题；pcm利用相变材料在晶相与非晶相之间的电阻差异实现信息的非易失性存储，切换速度快，耐久性强，但需要较大的电流使晶相向非晶相转变，功耗大，而且涉及非晶态的稳定性问题，可能对高阻态的稳定性带来挑战；mram利用隧穿磁阻效应实现信息的存储，读取速度快，耐久性强，但需要较大的写入能量，且保持性能差。铁电存储器，利用铁电材料的非易失性极化实现信息的存储，具有读写速度快，功耗低，抗辐照，可靠性高等特点。虽然基于传统铁电材料的铁电存储器已经在嵌入式存储、射频身份识别等领域获得了实际的应用，但传统铁电材料在工艺兼容性与高密度集成方面的缺陷限制铁电存储技术的进一步发展。铁电氧化铪的出现再次掀起了铁电存储器的热潮，因为它具有良好的cmos兼容性与可扩展性，在厚度10nm以下仍能保持铁电性，在嵌入式存储领域具有良好的应用潜力。
4.铁电存储利用铁电材料的剩余极化来实现信息的非易失性存储，主要包括两种类型：铁电随机存取存储器(fe-ram)与铁电场效应晶体管(fe-fet)。fe-ram结构与传统的dram类似，只是用mim 铁电电容来取代普通的介质电容，断电后，数据仍能通过铁电材料的剩余极化得到保持，且预先存储的数据可被多次读取而不需要额外的刷新。但这种存储单元面积较大，需要减小mim铁电电容面积来提高集成密度，但这会使存储的电荷减少，影响信息的读取。为了提高存储密度，人们发展了面向fe-ram应用的三维结构铁电hzo电容器件，以提高单位面积储存电荷的能力；fe-fet直接将铁电材料集成到场效应晶体管中，利用铁电极化对晶体管的阈值电压进行调节，从而产生较大的存储窗口，实现信息的存储，并已在先进的工艺制程上制备了栅极长度为30nm与22nm的fe-fet。但fe-fet存在耐久性问题，一般在10
4-106次的擦写循环之后，存储窗口便会消失或击穿。虽然人们提出一些改善耐久性的方法，如在铁电层与栅氧化层之间插入额外的金属层可以提高擦写次数，但同时也会
带来栅漏电流问题；另外调控铁电层与氧化层的面积比，从而减小氧化层的分压也可以减弱氧化层的性能恶化，但其对耐久性的改善程度有限。因此，如何提升fe-fet的循环耐久性仍是亟待解决的问题。
5.铁电存储技术的另一个优势在于它可以实现多值存储。目前基于铁电氧化铪的多值存储的实现主要依赖于铁电氧化铪中众多铁电畴的逐步翻转。在连续脉冲的刺激下，铁电畴逐渐翻转且具有累积效应，利用这一特点对沟道进行连续调制，实现多值存储。多值存储不仅在多位存储方面具有重要意义，而且在神经形态计算方面也具有广阔的应用前景。fe-fet可作为突触，利用栅极脉冲使fe-fet中的铁电极化发生逐步翻转，从而实现对阈值电压的调制，影响沟道电导，沟道电导即类比为神经突触权重；矩阵-向量乘法(mvm)是神经网络中的基本操作，利用fe-fet可以实现存储信息的原位计算，对神经网络计算进行加速，在存算一体化方面具有巨大的应用潜力。然而，对于铁电氧化铪而言，连续脉冲或强电场的作用会使氧空位发生移动或产生新的氧空位，对铁电畴产生钉扎，从而使铁电性恶化，产生疲劳或老化效应；而且强电场的作用会使氧化铪发生击穿，使器件失效，且不具备自恢复能力；此外，这种多值存储的实现依赖于铁电氧化铪的多晶多畴特性，随着尺寸的缩小，铁电畴的数量也会减少甚至变为单畴，此时多值存储将很难实现。

技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种数据存储结构。
7.本实用新型提供一种数据存储结构，包括：第一电极、第二电极及位于所述第一电极和所述第二电极中间的铁电材料，所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极构成铁电电容，其中：所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。
8.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构还包括开关晶体管，所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极或所述第二电极连接；所述铁电电容和所述开关晶体管构成存储单元。
9.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、位线及多个所述存储单元；所述位线包括第一位线及第二位线；其中：所述字线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第二电极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第二电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第一电极；所述第二位线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的源极。
10.本实用新型还提供一种数据存储结构，包括：铁电场效应晶体管，其中：所述铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第一电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及第二电极；所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极依次相邻；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第二电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及所述第一电极；所述第二电极、所述铁电材料及所述第一电极依次相邻；所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述
第一电极的特性。
11.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、源极线、漏极线及多个所述铁电场效应晶体管；其中：所述字线连接多个所述铁电场效应晶体管的所述栅极，所述源极线连接多个所述铁电场效应晶体管的源极，所述漏极线连接多个所述铁电场效应晶体管的漏极。
12.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括两个相同的所述铁电场效应晶体管，所述两个相同的所述铁电场效应晶体管分别为第一铁电场效应晶体管和第二铁电场效应晶体管；其中：所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的漏极相连作为ml线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的栅极分别接sl线和sl线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的源极相连并接地，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的衬底通过隔离绝缘区隔开。
13.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述第一电极包括混合离子-电子导体电极或氧化物电极。
14.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述铁电材料包括铁电氧化铪。
15.本实用新型提供的数据存储结构，通过保证第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极，可以实现铁电材料中的氧空位的调控，从而实现饱和极化相关的多值存储、铁电性的可编程与自恢复，并可有效提高铁电材料的击穿电场。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之一；
18.图2是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之二；
19.图3是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之三；
20.图4是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之四；
21.图5是图4所示的数据存储结构作为突触器件的原理示意图；
22.图6是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之五；
23.图7是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之六；
24.图8为图7所示的数据存储结构的工作原理示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范
围。
26.下面结合图1-图8描述本实用新型的数据存储结构。
27.图1是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之一。如图 1所示，所述数据存储结构包括第一电极(10)、第二电极(20)及位于所述第一电极(10)和所述第二电极(20)中间的铁电材料(30)，所述第一电极(10)、所述铁电材料(30)及所述第二电极(20)构成铁电电容，其中：所述第一电极(10)具备所述第一电极(10)的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料(30)或返回至所述第一电极(10)的特性。
28.本实用新型提供的数据存储结构包括第一电极(10)、第二电极 (20)及位于第一电极(10)和第二电极(20)中间的铁电材料(30)，第一电极(10)、铁电材料(30)及第二电极(20)构成铁电电容。铁电电容为mim铁电电容结构，即新型导电电极-铁电材料-电极结构。第一电极(10)具备第一电极(10)的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料(30)或返回至第一电极(10)的特性，第一电极(10) 可以采用混合离子-电子导体电极、氧化物电极等，氧化物电极包括有机氧化物电极。混合离子-电子导体电极可以是常见的钙钛矿型结构的混合导体la
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等，也可以是新型的混合导体re
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coo3等。铁电材料(30)可以是具有掺杂元素的铁电氧化铪。铁电氧化铪材料的掺杂元素可以是zr,si,la, y,gd,al等元素。铁电材料中的掺杂元素和第二电极的存在可以使铁电材料具备铁电性。在实施例的介绍中，将较多地以铁电氧化铪为例进行介绍，并非用于限定本实用新型的保护范围。
29.第一电极(10)作为新型导电电极，可以作为氧源，在电压的作用下，氧离子可以被排出后注入铁电材料(30)中，或氧离子从铁电材料(30)中返回至第一电极(10)，相当于铁电材料(30)中氧空位的产生与消失。由于氧空位可以稳定铁电正交相并提高极化强度，因此电压控制氧空位的移动可以使铁电材料的极化强度增大或减小，从而实现多值存储。这种多值存储的实现基础并不是多个铁电畴的逐渐翻转，而是充分利用第一电极(10)对铁电材料(30)中氧空位的控制作用，这样即使在高密度集成的要求下减小铁电层面积，依然可以实现多值存储。另一方面，氧空位的可逆性移动也可以实现铁电材料(30)的铁电性能自恢复，提高铁电材料(30)的抗击穿特性；可以利用电压使氧空位形成的漏电通道断开，减小漏电流，提高击穿电场。施加电压时，可以将第一电极(10)接地，在第二电极(20)上施加电压，也可以将第二电极(20)接地，在第一电极(10)上施加电压。
30.在对第一电极(10)施加电压作用时，若为最大负向电压，可以得到逻辑0，若为最大正向电压，可以得到逻辑1。当施加电压在最大负向电压和最大正向电压之间的状态时，可以得到(0,1)之间的逻辑。其中，正向电压表示电压的施加方向与铁电材料的极化方向相同，负向电压表示电压的施加方向与铁电材料的极化方向相反。设置最大正负电压一方面考虑到击穿效应，另一方面考虑到极化结果存在阈值。
31.图2是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之二。如图 2所示，101为lsmo电极(一种第一电极)，102为铁电hzo(铁电氧化铪)，103为上电极tin(一种第二电极)，lsmo电极(101)、铁电hzo(102)和上电极tin(103)构成mim铁电电容结构。通过将lsmo电极(101)接地，并于上电极tin(103)施加正负电压，或将上电极tin(103)接地，于lsmo电极(101)上施加正负电压，可以分别使铁电hzo(102)产生向上或向下的极化，从而存储逻辑状态1和0。此外，通过在上电极tin(103)施加不同大小的正压，受电场力的影响，lsmo电极
(101)中的氧离子可以注入到铁电hzo (102)中或从铁电hzo(102)中排出并返回到lsmo电极(101) 中，相当于铁电hzo(102)中氧空位的产生与消失，从而使铁电 hzo(102)的极化强度得到调节，实现多值存储。另一方面，氧空位的可逆性移动也可以提高铁电氧化铪的抗击穿特性，使其击穿电场达5mv/cm及以上。
32.在具体操作方法上，对于mim结构的铁电电容，通过对第一电极(10)施加电压脉冲将铁电材料中的氧空位注入或排出，改变其极化强度，此时铁电电容会根据脉冲的不同存储不同的电荷。氧空位对极化强度的调控是多级可调的，故而该铁电电容可以实现多值存储。对第一电极(10)施加电压脉冲，可以通过直接施加或间接施加的形式实现。此外，由于电压对氧空位的调控是可逆的，因此铁电材料(30) 中由氧空位组成的漏电通道可以通过施加反向电压而关断，这就使得铁电层的击穿变得可逆——反向电压使氧空位排出铁电层，漏电通道断裂。因此铁电层的铁电性具有自恢复性，且抗击穿特性也得到了提升。
33.本实用新型提供的数据存储结构，通过保证第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极，可以实现铁电材料中的氧空位的调控，从而实现饱和极化相关的多值存储、铁电性的可编程与自恢复，并可有效提高铁电材料的击穿电场。
34.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构还包括开关晶体管，所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极或所述第二电极连接；所述铁电电容和所述开关晶体管构成存储单元。
35.铁电电容和开关晶体管相连接，可以形成用于数据存储的最小存储单元。铁电电容和开关晶体管相连接时，由开关晶体管的漏极连接铁电电容的第一电极(10)或第二电极(20)。
36.本实用新型提供的数据存储结构，通过由开关晶体管的漏极和铁电电容的第一电极或第二电极连接，形成了用于数据存储的最小单元。
37.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、位线及多个所述存储单元；所述位线包括第一位线及第二位线；其中：所述字线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第二电极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第二电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第一电极；所述第二位线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的源极。
38.可以由多个存储单元构成存储阵列，存储阵列的数据存储结构包括字线、第一位线、第二位线及多个存储单元；其中：字线连接多个存储单元的开关晶体管的栅极，用于控制开关晶体管的开启；开关晶体管的漏极和铁电电容的第一电极连接时，第一位线连接多个存储单元的铁电电容的第二电极；开关晶体管的漏极和铁电电容的第二电极连接时，第一位线连接多个存储单元的铁电电容的第一电极；第二位线连接多个存储单元的开关晶体管的源极；第一位线和第二位线用于通过施加电压改变铁电电容的极化状态。
39.图3是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之三。如图3所示，为基于上述铁电电容存储器件构建的部分存储阵列，每个存储单元由1个铁电电容(201)及1个开关晶体管(202)构成，第一字线(203)，位线(204)(包括第一位线和第二位线)用来完成存储器的写入与读取。
40.铁电电容器的极化状态决定了这个单元的逻辑状态，向下极化状态表示逻辑0，向上的不同的极化状态表示区间(0，1]之间的逻辑，具体状态数量可根据性能要求设置。
41.在写入期间，地址数据输入到第一字线(203)和位线(204)，选中目标存储单元，第一字线(203)上的电压控制开关晶体管(202) 的开启，而位线(204)上的电压负责改变铁电电容(201)的极化状态，先施加负向极大电压擦除原本的状态，再施加不同大小的正向电压就能通过氧空位的移动写入不同的极化状态。
42.在读取期间，与写入状态相同，先通过地址数据选中目标存储单元，第一字线(203)上的电压打开开关晶体管(202)，而位线(204) 上施加足够大的负向电压，若原本电容的极化状态为向下状态(逻辑 0)，则铁电电容(201)不翻转；若原本电容的极化状态为向上状态 (逻辑(0，1])，则铁电电容(201)发生翻转。由于不同的极化状态的翻转电流大小不同，可以根据位线(204)上的翻转电流大小读取出铁电电容(201)的极化状态，从而判断该单元存储的多值逻辑。由于该读取操作会破坏原本存储的状态，在完成读取操作后需对该存储单元进行预充操作，即通过判断读取出的状态，重新将原状态写入该存储单元。
43.本实用新型提供的数据存储结构，实现了基于铁电晶体管1t1c (1晶体管和1电容器)单元的多值存储阵列，该存储阵列利用lsmo 电极调控氧空位从而改变铁电电容的极化状态的原理实现了多值存储，具有优良的抗击穿特性和循环耐久特性，且由于极化状态的非易失特性，该存储阵列享有低功耗和快速擦写的良好性能。
44.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括铁电场效应晶体管，其中：所述铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第一电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及第二电极；所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极依次相邻；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第二电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及所述第一电极；所述第二电极、所述铁电材料及所述第一电极依次相邻；所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。
45.在具体器件结构上，本实用新型的多态存储器件可以是新型导电电极-铁电材料-电极结构的铁电电容(mim)，也可以是新型导体电极-铁电材料-金属电极-栅氧化物-半导体结构晶体管(mfmis-fet) 或新型导体电极-铁电材料-栅氧化物-半导体结构晶体管(mfis-fet)。对于mfmis-fet或mfis-fet，铁电材料中的氧空位由栅电压控制，氧空位影响极化强度，进而影响晶体管的阈值电压，由于极化强度可以在氧空位的影响下具有多个稳定值，因此该铁电晶体管可以实现基于氧空位的多值存储。
46.本实用新型提供的数据存储结构，第一电极和铁电材料是不可或缺的，采用mfis-fet结构，可以省略第二电极。在数据存储结构为 mfis-fet时，铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料。
47.采用mfmis-fet结构时，第一电极、第二电极及铁电材料均包含，并且第一电极和第二电极均可以作为栅极。因此，采用 mfmis-fet结构时，铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极，铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料及第二电极；第一电极、铁电材料及第二电极依次相邻。或，铁电场效应晶体管的栅极包括第二电极，铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料及第一电极；第二电极、铁电材料及第一电极依次相邻。
48.第一电极具备第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极的特性。
49.图4是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之四。如图 4所示，301为tin栅极，302为栅极介质层铁电hzo，303为下电极lsmo，304为al2o3插层，305为n型掺杂源极，306为n型掺杂漏极，307为p型si，构成mfmis-fet铁电晶体管结构。通过在 tin栅极(301)施加正电压或负电压，可以分别使栅极介质层铁电 hzo(302)产生向上或向下的极化，从而影响沟道中载流子的产生和耗尽，控制晶体管常开状态和常关状态的切换，实现逻辑状态0和 1的存储。此外，通过在栅极施加正压或负压，受电场力的影响，lsmo 插层电极可以为氧源，其中的氧离子可以被排出并注入到铁电氧化铪中或从铁电氧化铪返回，相当于氧空位的产生与消失，从而使铁电氧化铪的极化强度得到调节。调节的极化强度产生不同的电场，影响沟道中的载流子，从而改变晶体管沟道的电阻，实现多值存储。
50.图5是图4所示的数据存储结构作为突触器件的原理示意图。如图5所示，可以构建为基于铁电氧化铪的mfmis-fet突触器件，用 mfmis-fet中的tin栅极(301)模拟突触前端，n型掺杂漏极(306) 模拟突触后端，沟道电阻模拟突触权重。通过在tin栅极(301)施加连续正电压或负电压脉冲，受电场力的影响，lsmo插层电极可以为氧源，其中的氧离子可以被排出或注入到铁电氧化铪中，相当于氧空位的产生与消失，从而使铁电氧化铪的极化强度得到调节，进而连续可调地影响沟道的电阻大小，实现突触的可塑性。与通过部分极化实现突触可塑性的铁电晶体管突触不同，此突触器件的沟道电阻的变化和脉冲电压的大小可构成良好的线性关系，因而十分有利于仿神经计算的硬件实现，以实现深度学习。
51.本实用新型提供的数据存储结构，通过保证第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极，可以实现铁电材料中的氧空位的调控，从而实现饱和极化相关的多值存储、铁电性的可编程与自恢复，并可有效提高铁电材料的击穿电场。
52.根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括字线、源极线、漏极线及多个所述铁电场效应晶体管；其中：所述字线连接多个所述铁电场效应晶体管的所述栅极，所述源极线连接多个所述铁电场效应晶体管的源极，所述漏极线连接多个所述铁电场效应晶体管的漏极。
53.可以由多个铁电场效应晶体管构成存储阵列，存储阵列的数据存储结构包括字线、源极线、漏极线及多个铁电场效应晶体管；其中：字线连接多个铁电场效应晶体管的栅极，通过在字线上对栅极施加不同大小的正压或负压，可以使铁电晶体管偏置在不同的极化状态。源极线连接多个铁电场效应晶体管的源极，漏极线连接多个铁电场效应晶体管的漏极。
54.图6是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之五。如图 6所示，为铁电晶体管存储器件构建的部分存储阵列，每个存储单元由一个铁电晶体管(401)构成，第二字线(402)连接铁电晶体管(401) 的栅极，一条源极线(403)作为电压输入端，另一条漏极线(404) 作为电流输出端。
55.铁电晶体管(401)的沟道电阻决定了这个存储单元的逻辑状态。对栅极施加不同大小的正压或负压，可使铁电晶体管(401)偏置在不同的极化状态。在栅压为0v时(读取时)测得的沟道电阻即表示区间[0，1]之间的逻辑，具体状态数量可根据性能要求设置。
[0056]
在写入期间，地址数据输入到源极线(403)、漏极线(404)和第二字线(402)，选中
目标存储单元，源极线(403)与漏极线(404) 接地，而第二字线(402)上的电压负责改变铁电晶体管(401)的存储状态。具体操作为：先施加负向极大电压擦除原本的状态，再施加不同大小的正向电压或负向电压，通过氧空位的移动写入不同的极化状态，改变沟道阻值。
[0057]
在读取期间，与写入状态相同，先通过地址数据选中目标存储单元，在源极线上(403)施加电压，在漏极线(404)上提取电流，就能读取一整列的数据。
[0058]
本实用新型提供的数据存储结构，实现了基于mfmis-fet铁电晶体管单元的多值存储阵列，该存储阵列利用lsmo电极调控氧空位从而改变铁电晶体管的极化状态进而调控沟道的原理实现了多值存储，具有优良的抗击穿特性和循环耐久特性，且由于其非易失特性、非破坏性读取及简单的结构，该存储阵列享有低功耗、快速擦写、高密度集成的优势。
[0059]
根据本实用新型提供的一种数据存储结构，所述数据存储结构包括两个相同的所述铁电场效应晶体管，所述两个相同的所述铁电场效应晶体管分别为第一铁电场效应晶体管和第二铁电场效应晶体管；其中：所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的漏极相连作为ml线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的栅极分别接sl线和线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的源极相连并接地，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的衬底通过隔离绝缘区隔开。
[0060]
图7是本实用新型提供的数据存储结构的结构示意图之六。如图 7所示，基于混合导体电极铁电晶体管组成的模拟型内容可寻址存储器(analog-content addressable memory,a-cam)单元结构，该单元结构包括两个n型铁电晶体管t1与t2，形成于si基底上的p型有源区(601)之中。t1包括n型掺杂区源极(602)和n型掺杂区漏极 (603)、栅介质层hfo2(604)、lsmo混合导体浮栅层(605)，铁电hfzro4层(606)和tin栅极(607)，其中铁电hfzro4层(606)、混合导体层lsmo(605)和栅介质层hfo2(604)共同构成其栅极堆叠。t2与t1的结构相同，其n型掺杂区源极(608)通过互连线 w1(609)与t1的n型掺杂区源极(602)相连并接地，n型掺杂区漏极(610)通过互连线w2(611)与t1的n型掺杂区漏极(603) 相连并作为match line(ml)，t1的栅极(607)与t2的栅极(612) 分别接sl线与线，其中线所加电压v
sl
为所需要搜索的数据所对应的电压，由v
sl
经反相器后得到。t1与t2的衬底之间通过隔离绝缘区(616)隔开。
[0061]
图8为图7所示的数据存储结构的工作原理示意图。如图8所示，工作原理为：当v
sl
小于由t1决定的电压β时，t1截止，ml保持为高电平；当v
sl
大于β时，t1导通，ml放电至低电平，这样得到 v
sl
的上限值β。t2具有相同的操作，其开关由控制，因此可以得到v
sl
的下限值α，当v
sl
小于α时，t2导通，ml放电；否则 t2截止，ml保持为高电平。这样，当输入电压位于α与β之间时， t1与t2均处于截止态，这时ml保持为高电平，表示“match”；当输入电压小于α或大于β时，t1与t2至少有一个导通，ml放电至低电平。这样，即得到一个存储范围α～β。可由多个单元结构组成阵列，并利用lsmo栅电极在电压的作用下对氧空位的调控作用，改变铁电hzo的极化强度，从而调节铁电晶体管的阈值电压，即可得到不同的存储区间α1～β1，α2～β2，α3～β3，α4～β4……
，并可在这些区间内进行数据存储与搜索，区间的数目决定可搜索数据的位数，如存在8个分立的存储区间，则可执行3位数据的寻址。β表示t1的阈值电压，α与t2的阈值电压及电路实施过程中所用到的反相器有关。
[0062]
本实用新型提供的数据存储结构，通过利用两个相同的铁电场效应晶体管构建模拟型内容可寻址存储器单元结构，并通过利用lsmo 栅电极在电压的作用下对氧空位的调控作用，改变铁电hzo的极化强度，调节铁电晶体管的阈值电压，可得到不同的存储区间，实现多位数据寻址。
[0063]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0064]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0065]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种数据存储结构，其特征在于，包括：第一电极、第二电极及位于所述第一电极和所述第二电极中间的铁电材料，所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极构成铁电电容，其中：所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。2.根据权利要求1所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构还包括开关晶体管，所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极或所述第二电极连接；所述铁电电容和所述开关晶体管构成存储单元。3.根据权利要求2所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构包括字线、位线及多个所述存储单元；所述位线包括第一位线及第二位线；其中：所述字线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的栅极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第一电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第二电极；所述开关晶体管的漏极和所述铁电电容的所述第二电极连接时，所述第一位线连接多个所述存储单元的所述铁电电容的所述第一电极；所述第二位线连接多个所述存储单元的所述开关晶体管的源极。4.一种数据存储结构，其特征在于，包括：铁电场效应晶体管，其中：所述铁电场效应晶体管的栅极包括第一电极、所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括铁电材料；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第一电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及第二电极；所述第一电极、所述铁电材料及所述第二电极依次相邻；或，所述铁电场效应晶体管的栅极包括所述第二电极，所述铁电场效应晶体管的栅极堆叠包括所述铁电材料及所述第一电极；所述第二电极、所述铁电材料及所述第一电极依次相邻；所述第一电极具备所述第一电极的氧离子在电压的作用下注入到所述铁电材料或返回至所述第一电极的特性。5.根据权利要求4所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构包括字线、源极线、漏极线及多个所述铁电场效应晶体管；其中：所述字线连接多个所述铁电场效应晶体管的所述栅极，所述源极线连接多个所述铁电场效应晶体管的源极，所述漏极线连接多个所述铁电场效应晶体管的漏极。6.根据权利要求4所述的数据存储结构，其特征在于，所述数据存储结构包括两个相同的所述铁电场效应晶体管，所述两个相同的所述铁电场效应晶体管分别为第一铁电场效应晶体管和第二铁电场效应晶体管；其中：所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的漏极相连作为ml线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的栅极分别接sl线和sl线，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的源极相连并接地，所述第一铁电场效应晶体管和所述第二铁电场效应晶体管的衬底通过隔离绝缘区隔开。

技术总结

本实用新型提供一种数据存储结构，该数据存储结构包括：第一电极、第二电极及位于第一电极和第二电极中间的铁电材料，第一电极、铁电材料及第二电极构成铁电电容，其中：第一电极具备第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极的特性。本实用新型提供的数据存储结构，通过保证第一电极的氧离子在电压的作用下注入到铁电材料或返回至第一电极，可以实现铁电材料中的氧空位的调控，从而实现饱和极化相关的多值存储、铁电性的可编程与自恢复，并可有效提高铁电材料的击穿电场。穿电场。穿电场。