[发明专利]一种光控电容型铁电存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种光控电容型铁电存储器，其特征在于，包括自下而上依次设置的底电极（1）、半导体层（2）、铁电介质层（3）、顶电极（4）；

所述半导体层（2）的耗尽层电容状态代表了铁电存储器的存储信息；

所述顶电极（4）施加电压，半导体层（2）中的载流子数量受光照调控与铁电介质层（3）中的极化电荷相互响应，并改变半导体层（2）的耗尽层电容状态；

所述半导体层（2）选用P型半导体时，

当向顶电极（4）施加正向电压，在无光照情况下，半导体层（2）无法提供足够多的载流子与铁电介质层内的极化电荷响应，此时铁电介质层（3）中大部分的极化电荷不能发生翻转，极化状态不发生改变；有光照情况下，半导体层（2）内部载流子浓度会提升，半导体层（2）中的载流子与铁电介质层内的极化电荷响应，极化电荷翻转，极化状态发生改变，半导体层（2）的耗尽层电容呈低电容状态，此时光控电容型铁电存储器的逻辑状态为“0”；

当向顶电极（4）施加负向电压，在有光照或无光照的情况下，半导体层（2）内都具有足够多的空穴与铁电介质层（3）内部的极化电荷发生响应，极化电荷充分翻转，极化状态发生充分改变，半导体层（2）的耗尽层电容呈高电容状态，此时光控电容型铁电存储器的逻辑状态为“1”。

2.根据权利要求1所述的一种光控电容型铁电存储器，其特征在于，所述底电极（1）和顶电极（4）的材料采用金属钨、金属钛、金属铜、金属铝、金属铂、金属铱、金属钌、氮化钨、氮化钛、氮化钽、氧化铱、氧化钌、碳化钨、碳化钛、硅化钨、硅化钛和硅化钽中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种光控电容型铁电存储器，其特征在于，所述半导体层（2）采用 Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs 和 SiC 中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种光控电容型铁电存储器，其特征在于，所述铁电介质层（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中的任意一种。

5.一种基于权利要求1-4任意一项所述的光控电容型铁电存储器的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

1）制作半导体层（2）；

2）利用淀积工艺，在半导体层（2）上方淀积一层铁电材料，形成铁电介质层（3）；

3）利用溅射工艺或淀积工艺，在铁电介质层（3）上方生长一层电极材料，形成顶电极（4）；

4）利用溅射工艺或淀积工艺，在半导体层（2）下方生长一层电极材料，形成底电极（1），完成光控电容型铁电存储器的制备。

6.根据权利要求5所述的一种光控电容型铁电存储器的制备方法，其特征在于，步骤3）和步骤4）中所述的溅射工艺，是先对反应腔体抽真空，直至反应腔体中的真空压强到达0.02托，再在溅射功率为350W、氩气压力为5毫托条件下进行溅射形成顶电极（4）或底电极（1）。

7.根据权利要求5所述的一种光控电容型铁电存储器的制备方法，其特征在于，使用分子泵或冷泵对反应腔体进行抽真空。