[發(fā)明專利]一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211568188.0
• 申請(qǐng)日: 2022-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN115589774B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周久人;劉艷;劉寧;韓根全;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)杭州研究院
• 主分類號(hào): H10N97/00
• 分類號(hào): H10N97/00;H10B53/30
• 代理公司: 杭州匯和信專利代理有限公司 33475
• 代理人: 吳琰

1.一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，包括自下而上依次設(shè)置的底電極（1）、半導(dǎo)體層（2）、鐵電介質(zhì)層（3）、頂電極（4）；

所述半導(dǎo)體層（2）的耗盡層電容狀態(tài)代表了鐵電存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)信息；

所述頂電極（4）施加電壓，半導(dǎo)體層（2）中的載流子數(shù)量受光照調(diào)控與鐵電介質(zhì)層（3）中的極化電荷相互響應(yīng)，并改變半導(dǎo)體層（2）的耗盡層電容狀態(tài)；

所述半導(dǎo)體層（2）選用P型半導(dǎo)體時(shí)，

當(dāng)向頂電極（4）施加正向電壓，在無光照情況下，半導(dǎo)體層（2）無法提供足夠多的載流子與鐵電介質(zhì)層內(nèi)的極化電荷響應(yīng)，此時(shí)鐵電介質(zhì)層（3）中大部分的極化電荷不能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，極化狀態(tài)不發(fā)生改變；有光照情況下，半導(dǎo)體層（2）內(nèi)部載流子濃度會(huì)提升，半導(dǎo)體層（2）中的載流子與鐵電介質(zhì)層內(nèi)的極化電荷響應(yīng)，極化電荷翻轉(zhuǎn)，極化狀態(tài)發(fā)生改變，半導(dǎo)體層（2）的耗盡層電容呈低電容狀態(tài)，此時(shí)光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的邏輯狀態(tài)為“0”；

當(dāng)向頂電極（4）施加負(fù)向電壓，在有光照或無光照的情況下，半導(dǎo)體層（2）內(nèi)都具有足夠多的空穴與鐵電介質(zhì)層（3）內(nèi)部的極化電荷發(fā)生響應(yīng)，極化電荷充分翻轉(zhuǎn)，極化狀態(tài)發(fā)生充分改變，半導(dǎo)體層（2）的耗盡層電容呈高電容狀態(tài)，此時(shí)光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的邏輯狀態(tài)為“1”。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，所述底電極（1）和頂電極（4）的材料采用金屬鎢、金屬鈦、金屬銅、金屬鋁、金屬鉑、金屬銥、金屬釕、氮化鎢、氮化鈦、氮化鉭、氧化銥、氧化釕、碳化鎢、碳化鈦、硅化鎢、硅化鈦和硅化鉭中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，所述半導(dǎo)體層（2）采用 Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs 和 SiC 中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器，其特征在于，所述鐵電介質(zhì)層（3）的材料采用Hf_0.5Zr_0.5O₂、Hf_0.3Zr_0.7O₂、HYO、HZO、HSO、HAO、BFO、PZT、BST、ZrO₂、Al₂O₃、ZnSnO₃中的任意一種。

5.一種基于權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

1）制作半導(dǎo)體層（2）；

2）利用淀積工藝，在半導(dǎo)體層（2）上方淀積一層鐵電材料，形成鐵電介質(zhì)層（3）；

3）利用濺射工藝或淀積工藝，在鐵電介質(zhì)層（3）上方生長一層電極材料，形成頂電極（4）；

4）利用濺射工藝或淀積工藝，在半導(dǎo)體層（2）下方生長一層電極材料，形成底電極（1），完成光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的制備。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，步驟3）和步驟4）中所述的濺射工藝，是先對(duì)反應(yīng)腔體抽真空，直至反應(yīng)腔體中的真空壓強(qiáng)到達(dá)0.02托，再在濺射功率為350W、氬氣壓力為5毫托條件下進(jìn)行濺射形成頂電極（4）或底電極（1）。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光控電容型鐵電存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，使用分子泵或冷泵對(duì)反應(yīng)腔體進(jìn)行抽真空。