铁电存储阵列及其制备方法、存储器、电子设备与流程

本技术涉及存储，尤其涉及铁电存储阵列及其制备方法、存储器、电子设备。

背景技术：

1、铁电存储器作为一种新型存储器，其功耗和速率等性能较传统的动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)均有较大提升。

2、铁电存储器包括多个阵列排布的铁电存储阵列。铁电存储阵列包括：晶体管和铁电器件，铁电器件作为铁电存储阵列的核心部件，可以基于铁电效应存储信息。铁电存储阵列的存储性能与铁电器件相关。

3、电子设备在物联网、人工智能、大数据分析等领域的推广与应用需要进行大量的数据快速采集、传输与分析，因此存储器的存储性能在其中起到重要作用。随着这些领域的发展，对铁电存储器的存储性能提出了更高的要求。铁电存储器的存储性能与存储器集成的铁电存储阵列的数量相关，铁电存储器集成的铁电存储阵列的数量越多，铁电存储器的存储性能越大。

4、为了集成更多的铁电存储阵列，铁电存储器内铁电存储阵列的排布形式向紧密堆叠及向三维化的方向发展。这样的排布方式使铁电存储阵列中的铁电器件产生和接受到更多的热量，并且铁电器件内部的热量更难以散去。致使铁电器件内部温度升高，铁电器件内部温度的升高对铁电存储阵列的存储性能与稳定性有着不良的影响。

技术实现思路

1、本技术公开一种铁电存储阵列及其制备方法、存储器、电子设备。铁电存储阵列包括：第一热电臂和第二热电臂形成的热电器件。热电器件的嵌入铁电器件内，可以控制载流子在第一热电臂和第二热电臂之间的迁移方向，使得载流子吸收铁电器件内的热量，达到铁电器件降温的目的。

2、本技术第一方面提供一种铁电存储阵列，铁电存储阵列包括：衬底、一层或多层第一电极、第一柱状孔、铁电层、第二电极、第一热电臂、第二热电臂。一层或多层第一电极层叠设置在衬底上，相邻的第一电极绝缘；第一柱状孔贯穿一层或多层第一电极；第一热电臂嵌入第一柱状孔；第二热电臂嵌入第一热电臂，第一热电臂与第二热电臂具有不同的费米能级，第一热电臂和第二热电臂电连接；第二电极设置于第一热电臂和一层或多层第一电极之间，铁电层设置于第二电极和一层或多层第一电极之间。

3、本实现方式中，第一电极、铁电层和第二电极形成铁电器件，第一热电臂和第二热电臂形成热电器件。第一热电臂与第二热电臂具有不同的费米能级，可以通过控制载流子的移动方向使得载流子从低费米能级的一侧向高费米能级一侧迁移，使得载流子在第一热电臂和第二热电臂连接处吸收热量，进而达到铁电器件降温的目的。

4、本技术公开的铁电存储阵列中，热电器件设置于铁电器件的第一柱状孔中。热电器件与铁电器件具有较短的物理距离，热量在铁电器件与热电器件之间的传递效率较高，铁电器件的散热效率较高。铁电器件的散热效率较高，一方面可以抑制铁电材料(铁电层采用的材料)晶体缺陷的生成；另一方面有助于铁电材料维持在铁电相。进而保证铁电存储阵列具有较好的存储性能与稳定性。

5、本实现方式公开的铁电存储阵列中，铁电器件利用第一柱状孔容纳热电器件，无需额外的在铁电器件的内设置用于容纳热电器件的凹槽，铁电存储阵列的结构简单。

6、铁电器件利用第一柱状孔容纳热电器件，铁电存储阵列的结构紧凑，铁电存储阵列可以设计成较小的尺寸。本实现方式公开的铁电存储阵列可以为铁电存储阵列的高密度、三维排布提供结构支持。

7、每层第一电极可以与铁电层、第二电极形成一个铁电器件。相邻的第一电极之间绝缘，可以实现每个铁电器件的独立控制。

8、结合第一方面的第一种实现方式，第一热电臂围设形成凹槽；铁电存储阵列件还包括：第一绝缘层，第一绝缘层设置于凹槽的内壁；第二热电臂填充于第一绝缘层限定的柱状孔内。

9、本实现方式中，第一热电臂围设形成凹槽，第一绝缘层设置于凹槽的内壁，第一热电臂的底部未被第一绝缘层覆盖，第二热电臂底部与第一热电臂的底部电连接，即第一热电臂与第二热电臂连接处位于临近衬底的一侧。载流子可以较多的吸收铁电器件临近衬底一侧产生的热量，进而改善铁电器件临近衬底一端的散热性能。

10、结合第一方面的第二种实现方式，第一热电臂采用半导体材料，第二热电臂采用半导体材料；铁电存储阵列还包括：导体结构，导体结构填充于第一绝缘层限定的柱状孔内；导体结构的一端与第一热电臂电连接，导体结构的另一端与第二热电臂电连接。

11、本实现方式中，第一热电臂和第二热电臂可以通过导体结构连接，与半导体材料制备出的第一热电臂/第二热电臂相比较，导体结构的具有较大的电导率，导体结构的引入可以使得较多的载流子在第一热电臂和第二热电臂之间迁移，即有较多的载流子用于吸收铁电器件内部的热量，铁电器件的散热效率较高。

12、结合第一方面的第三种实现方式，导体结构在第一热电臂上的投影落在铁电层在第一热电臂上的投影内。

13、本实现方式中，导体结构在第一热电臂上的投影区域落在铁电层在第一热电臂上投影的区域内。即第一热电臂与第二热电臂的连接处落在铁电层在第一热电臂上投影的区域内。第一热电臂与第二热电臂的连接处与铁电层之间的物理距离较短，载流子吸收热量发生在连接处，热量在连接处与铁电层之间的传递效率较高，载流子在连接处可以吸收较多铁电层的热量，铁电层的散热效率较高，铁电存储阵列的存储性能与稳定性较佳。

14、结合第一方面的第四种实现方式，第一热电臂靠近衬底的一侧嵌入或贯穿衬底。

15、本实现方式公开的铁电存储阵列中，第一热电臂靠近衬底的一侧嵌入或贯穿衬底。将第一热电臂靠近衬底的一侧嵌入或贯穿衬底，可以延长第一热电臂的尺寸，使得第一热电臂具有较大的空间容纳导体结构。导体结构具有较大的尺寸，较大尺寸的导体结构可以使得较多的载流子在第一热电臂和第二热电臂之间迁移，即有较多的载流子用于吸收铁电器件内部的热量，铁电器件的散热效率较高。

16、结合第一方面的第五种实现方式，第一热电臂采用半导体材料，第二热电臂采用半导体材料；第一热电臂围设形成第二柱状孔；热电器件还包括：导电层，导电层设置于第二柱状孔的内壁；第二热电臂填充于导电层限定的柱状孔内。

17、本实现方式中，第一热电臂和第二热电臂可以通过导电层连接。导电层的具有较大的电导率，导电层的引入可以使得较多的载流子在第一热电臂和第二热电臂之间迁移，即有较多的载流子用于吸收铁电器件内部的热量，铁电器件的散热效率较高。

18、结合第一方面的第六种实现方式，还包括：第二绝缘层，第二绝缘层设置在第一热电臂和第二电极之间。

19、本实现方式中，第二绝缘层设置在第一热电臂和第二电极之间，即第二绝缘层位于铁电器件与热电器件之间，可以实现铁电器件与热电器件之间的电隔离。使得铁电器件和热电器件可以独立被控制。

20、结合第一方面的第七种实现方式，第一热电臂的一部分嵌入第一柱状孔，第一热电臂的另一部分凸出第一柱状孔；第二热电臂嵌入第一热电臂凸出第一柱状孔的部分。

21、本实现方式中，第一热电臂的一部分嵌入第一柱状孔，第一热电臂的另一部分凸出第一柱状孔，即第一热电臂的一部分嵌入铁电器件，第一热电臂的另一部分凸出铁电器件。因此，铁电器件的温度改变会在第一热电臂两端形成温差。

22、第二热电臂嵌入第一热电臂凸出第一柱状孔的部分。第二热电臂两端与铁电器件的距离不同，因此，铁电器件的温度改变会在第二热电臂两端形成温差。

23、铁电器件的温度升高，会导致第一热电臂/第二热电臂的两端形成温差。温差使得第一热电臂凸出铁电器件的一端与第二热电臂凸出铁电器件的一端之间产生热电压。热电压与铁电器件内部的温度相关，可以通过对热电压的监测实现对铁电器件内部的温度的监测。

24、可以通过对铁电器件内部的温度监测的结果控制热电器件内载流子的迁移方向，进而实现对铁电器件内部温度的控制。

25、结合第一方面的第八种实现方式，第一热电臂的一部分嵌入第一柱状孔，第一热电臂的另一部分凸出第一柱状孔；第二热电臂贯穿第一热电臂凸出第一柱状孔的部分，并且嵌入第一热电臂嵌入第一柱状孔的部分。

26、本实现方式中，第一热电臂的一部分嵌入第一柱状孔，第一热电臂的另一部分凸出第一柱状孔，即第一热电臂的一部分嵌入铁电器件，第一热电臂的另一部分凸出铁电器件。因此，铁电器件的温度改变会在第一热电臂两端形成温差。

27、第二热电臂贯穿第一热电臂凸出第一柱状孔的部分，并且嵌入第一热电臂嵌入第一柱状孔的部分。第二热电臂两端与铁电器件的距离不同，因此，铁电器件的温度改变会在第二热电臂两端形成温差。

28、铁电器件的温度升高，会导致第一热电臂/第二热电臂的两端形成温差。温差使得第一热电臂凸出铁电器件的一端与第二热电臂凸出铁电器件的一端之间产生热电压。热电压与铁电器件内部的温度相关，可以通过对热电压的监测实现对铁电器件内部的温度的监测。

29、可以通过对铁电器件内部的温度监测的结果控制热电器件内载流子的迁移方向，进而实现对铁电器件内部温度的控制。

30、结合第一方面的第九种实现方式，第一热电臂采用的包括：导体材料、半导体材料；第二热电臂采用的包括：导体材料、半导体材料。

31、本实现方式中，如果第一热电臂和第二热电臂可采用半导体材料。半导体材料具有较高的塞贝克系数。铁电材料内部的温度变化时，可以在监测到较大的响应信号，本实现方式在铁电器件的温度监测方面具有较大的灵敏度。

32、结合第一方面的第十种实现方式，第一热电臂采用p型半导体材料，第二热电臂采用n型半导体材料。

33、本技术第二方面提供一种铁电存储阵列的制备方法，包括：形成一层或多层第一电极，一层或多层第一电极层叠设置在衬底上，相邻的第一电极绝缘；形成第一柱状孔，第一柱状孔贯穿一层或多层第一电极；形成第一热电臂、第二热电臂、第一电极及第二电极，第一热电臂嵌入第一柱状孔；第二热电臂嵌入第一热电臂，第一热电臂和第二热电臂电连接；第二电极设置于第一热电臂和一层或多层第一电极之间；铁电层设置于第二电极和一层或多层第一电极之间；第一热电臂与第二热电臂具有不同的费米能级。

34、结合第二方面的第一种实现方式，形成第一热电臂、第二热电臂、第一电极及第二电极的步骤包括：形成铁电层，铁电层设置于第一柱状孔的内壁；形成第二电极，第二电极设置于铁电层限定的柱状孔的内壁；形成第一热电臂，第一热电臂嵌入第二电极层限定的柱状孔，并且第一热电臂围设形成凹槽；形成第一绝缘层，第一绝缘层设置于凹槽的内壁；形成第二热电臂，第二热电臂填充于第一绝缘层限定的柱状孔内。

35、结合第二方面的第二种实现方式，第一热电臂采用半导体材料，第二热电臂采用半导体材料，形成第一热电臂、第二热电臂、第一电极及第二电极的步骤包括：形成铁电层，铁电层设置于第一柱状孔的内壁；形成第二电极，第二电极设置于铁电层限定的柱状孔的内壁；形成第一热电臂，第一热电臂嵌入第二电极层限定的柱状孔，并且第一热电臂围设形成凹槽；形成第一绝缘层，第一绝缘层设置于凹槽的内壁；形成第二热电臂，第二热电臂填充于第一绝缘层限定的柱状孔内。

36、结合第二方面的第三种实现方式，制备方法还包括：形成第二绝缘层，第二绝缘层设置在第二电极与第一热电臂之间。

37、其中，第二方面任一种可能实现方式中所带来的技术效果可以参见上述第一方面不同的实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

38、本技术第三方面还公开一种存储器，包括：控制器至少一个第一方面的铁电存储阵列。

39、其中，第三方面任一种可能实现方式中所带来的技术效果可以参见上述第一方面不同的实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

40、本技术第四方面还公开一种电子设备，包括：pcb和第二方面公开的存储器，pcb与存储器连接。

41、其中，第四方面任一种可能实现方式中所带来的技术效果可以参见上述第三方面不同的实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。