专利名称：非晶硅/铁电陶瓷复合薄膜及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是具有光电转换功能的非晶硅/铁电陶瓷复合薄膜及其用途，属于微电子学和光电子技术领域。
当前，世界各国所研制的硅集成电路与铁电陶瓷薄膜复合，已制成16K存储器，但铁电转换电场是由电讯号控制，如果能用光讯号控制，实现光电转换，从而可进一步扩大这类复合薄膜的应用，可用于各类光电开关、光存储器、光电传感器等。
本发明的目的在于提供一种具有光电转换功能的全新的非晶硅/铁电陶瓷复合薄膜以及由此类薄膜制备成的多种光电器件。这类复合薄膜提供全新的光控偏置电场，由外界光讯号控制铁电陶瓷薄膜中剩余极化Pr的极性转向，从而实现光电转换。
本发明的独特之处是利用非晶硅的良好光电导性，为铁电薄膜提供光控偏置电场，从而实现光电转换。具体地说，本发明提供的复合薄膜是由衬底、铁电陶瓷薄膜、非晶硅薄膜以及电极组成。其结构示意图如
图1所示。
图中1为衬底;2为掺杂PZT型铁电陶瓷薄膜(或BaSrTiO3);3为非晶硅薄膜;4、5、6均为电极。衬底1由通常的Si/SiO2组成。铁电陶瓷薄膜2的具体组成为Pb(ZrxTi1-x)O3，其中X可按实际需要制成的不同器件的技术要求在0.4-0.6范围内任意调节，其电阻率控制在107～109Ω-cm，厚度为0.2-1μm，由通常的射频磁控溅射工艺制备，亦可采用其它铁电材料，如BaSrTiO3，其电阻率和厚度要求均与PZT型铁电陶瓷薄膜接近。非晶硅薄膜3，是a-Si∶H，由通常的射频辉光放电硅烷热分解法沉积，其暗电阻率为108～1010Ω-cm，在AMI光照射下电阻率可下降4个数量级，达104～105Ω-cm，薄膜厚度控制是由电阻决定的，原则是其电阻与PZT薄膜(或BaSrTiO3薄膜)的电阻相匹配。金属电极4、5是由pt、Au、Al、Ni、Cr、Ni-Cr金属或合金组成，由射频溅射或电子束蒸发沉积而成。6为进光顶电极，选用透明导电玻璃ITO，也是用射频溅射或电子束蒸发沉积工艺制成。
本发明提供的非晶硅/铁电陶瓷薄膜，具有光电转换功能，工作原理是在复合薄膜二端施加偏压V，顶电极6处进光。在暗电场下，a-Si∶H的暗电阻Rsi 比PZT等陶瓷薄膜的电阻Rp大得多，即Rsi >>Rp，此时外加偏压基本全部加在a-Si∶H上，即Vsi ≈V外加，Vp≈0。光照后(如AMI强度)，由于a-Si∶H的电阻率下降4个数量级，从而使a-Si∶H的亮电阻比PZT或BaSrTiO3的电阻低得多，即Rsi <<Rp，此时外加偏压基本上全部加在PZT或BaSrTiO3上，即Vsi ≈0，Vp≈V外加。亦即复合薄膜受光照后，外加偏压由a-Si∶H转移到PZT或BaSrTiO3，这一光控偏置电场使PZT中剩余极化Pr的极性转向，从而具有光电转换功能，具体试验数据列于表1。从表1可清楚地看出，在外加电压1-3伏范围内，照光前后电压降是不同的，也即本发明提供的非晶硅/铁电陶瓷薄膜具有较好的光电转换功能，且转换速率快(<10-9/秒)、写入功率低(<1mw/mm2)、重复擦写次数高(～1012次)、存储密度高并可永久储存等特点，其性能上与硅集成电路/铁电陶瓷薄膜复合的存储器相当，最大不同之处在于本发明提供的复合薄膜具有光电转换功能，是光控制的。从而扩大了其应用的面，可制成光电开关、光存储器、光电传感器等光电集成器件，且可与硅集成电路组合成多功能光电集成电路。
权利要求
1.一种具有光电转换功能的非晶硅/铁电陶瓷复合薄膜，其特征在于(1)结构上复合薄膜是由衬底1、掺杂PZT或BaSrTiO3铁电陶瓷薄膜2、非晶硅薄膜3以及电极4、5、6组成；(2)掺杂PZT铁电薄膜2为Pb(ZrxTi1-x)O3，X可由0.4-0.6范围内变化，厚度为0.2-1μm，或BaSrTiO3；(3)非晶硅薄膜3为a-Si∶H，其厚度控制在其电阻与PZT或BaSrTiO3匹配范围内；(4)电极4、5、是金属电极，如Pt，Au，Al，Ni，Cr，Ni-Cr合金；(5)电极6由透明导电玻璃ITO；(6)衬底1是由Si/SiO2组成。
2.按权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于PZT或BaSrTiO3铁电陶瓷薄膜2和非晶硅薄膜3是分别由通常的射频磁控溅射法和射频辉光放电硅烷热分解沉积方法制备。
3.按权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于电极4、5、6是由射频溅射或电子束蒸发沉积方法制备的。
4.用权利要求1所述的复合薄膜可制备成光电开关、光存储器、光电传感器等光电集成器件以及与硅集成电路复合的多功能光电集成电路。
全文摘要
本发明涉及的是具有光电转换功能的非晶硅/铁电陶瓷复合薄膜、制备及其应用，属于微电子学和光电子学领域。本发明提供的复合薄膜是由衬底i，掺杂PZT铁电陶瓷薄膜或BaSrTiO用本发明提供的复合薄膜可制成多种光电集成器件，如光电开关、光存储器、光电传感器，并可与硅集成电路组合成多功能光电集成电路。
文档编号H01L31/02GK1110432SQ94112118
公开日1995年10月18日 申请日期1994年4月12日 优先权日1994年4月12日
发明者吴道怀, 俞大畏, 陈慧婷, 周章, 王永令 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所