[發(fā)明專利]包括電池以及其電阻受電池電極中活性物種濃度變化控制的可變電阻器的固態(tài)結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200780046269.1
• 申請(qǐng)日: 2007-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101558526A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·A·H·尼森;P·H·L·諾滕;J·H·G·奧普赫特維爾德;R·H·W·皮南伯格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/04
• 分類號(hào): H01M10/04;H01M10/34;H01M10/40;H01C10/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龔海軍;劉 紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固態(tài)可變電阻器。本發(fā)明還涉及一種包括這種固態(tài)可變電阻器的電子器件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于制造固態(tài)可變電阻器的方法。

背景技術(shù)

目前，在IC設(shè)計(jì)中利用了可能的集成電阻器的許多變化。但是，根據(jù)電路，通常所希望的不是電阻器具有恒定值，而是這種電阻器具有可變的可控制值。目前，能夠利用MOSFET作為可調(diào)電阻器或可變電阻器。在這些器件中，柵電壓能夠調(diào)節(jié)跨越半導(dǎo)體溝道的電阻值。在大部分MOSFET中，很難精確地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體溝道的精確的電阻。經(jīng)常僅使用低(“導(dǎo)通”狀態(tài))和高(“截止”狀態(tài))電阻狀態(tài)。這與下面的事實(shí)有直接關(guān)系，所述事實(shí)即在低于MOSFET的閾值電壓的情況下，半導(dǎo)體溝道不傳導(dǎo)任何電流(高電阻)，而在高于該閾值電壓的情況下，該電阻按指數(shù)方式下降。

目前，能夠制造不同類型的MOSFET。在這些類型的MOSFET中有功率MOSFET。盡管功率MOSFET得到廣泛使用，但是操作這些器件所需要的電壓相當(dāng)高。通常，對(duì)于達(dá)到當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平的功率MOSFET來(lái)說(shuō)，需要高于10V的柵電壓以便能夠確信該MOSFET完全“接通”(低電阻)。這一特征不僅要求很高的控制電壓而且導(dǎo)致在該MOSFET結(jié)構(gòu)中功率大量耗散，這導(dǎo)致高溫。

先前在專利WO2005/027245A2中描述了全固態(tài)可再充電的薄膜鋰-離子電池的新概念(3D集成)。通常，這些電源能夠用于許多應(yīng)用，如可植入設(shè)備、傳感器以及自主式(autonomous)器件。但是，在發(fā)明人看來(lái)，這些電池疊層也能夠有利地用在完全可調(diào)節(jié)的電阻器的制造中。在此，電阻的調(diào)節(jié)基于基質(zhì)材料中活性物種(active?species)的電化學(xué)插入/取出(deinsertion)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)這一認(rèn)識(shí)，本發(fā)明提供一種固態(tài)可變電阻器，其包括沉積在襯底上的第一電池電極層、沉積在所述第一電池電極層上的固體電解質(zhì)層、沉積在該固體電解質(zhì)層上的第二電池電極層、以及兩個(gè)電阻器接觸，這兩個(gè)電阻器接觸均與所述電極層之一接觸。

在此，電阻器由在兩個(gè)電阻器接觸之間存在的電極材料形成。在該材料中，形成各接觸之間的通路(path)，其電阻隨著存儲(chǔ)材料(storage?material)中活性物種的濃度或密度而發(fā)生變化，所述電極由存儲(chǔ)材料形成。

但是，可調(diào)節(jié)電阻器的確提供了與用作可變電阻器的現(xiàn)有(功率)MOSFET相比的許多優(yōu)點(diǎn)。第一，由于電阻的調(diào)節(jié)基于材料中活性物種的電化學(xué)插入/取出，因此其工作電壓取決于所選擇的間插材料(intercalation?material)，并且能夠低到0.5至1V。

第二，由于用作傳導(dǎo)通路的材料的電化學(xué)摻雜完全是可逆的，因此在調(diào)節(jié)其電阻過(guò)程中幾乎沒(méi)有耗散功率(如熱)。這將導(dǎo)致以下事實(shí)：使熱擊穿的機(jī)會(huì)更小并且該器件的甚至高溫操作也是可能的。

第三，由于能夠以非常精確的方式(恒電壓地(potentiostatically)且恒電流地(galvanostatically))進(jìn)行傳導(dǎo)通路的摻雜，因此能夠非常精確地調(diào)節(jié)該材料的電阻。根據(jù)所選擇的從如金屬的情形(低電阻)到半傳導(dǎo)情形(高電阻)的范圍的間插材料，能夠在若干數(shù)量級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)。因此，利用本文獻(xiàn)中公開(kāi)的可調(diào)節(jié)電阻器實(shí)現(xiàn)了寬范圍的電阻值。

優(yōu)選地，電阻器接觸與陽(yáng)極電極層接觸。在該實(shí)施例中，該陽(yáng)極電極層事實(shí)上起電阻器的作用，該電阻器的電阻值取決于在所述陽(yáng)極電極中活性物種的濃度。能夠?qū)?shí)際濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，正如在陰極電極層中活性物種的濃度那樣。但是，與通常在陰極電極中使用的材料相比，適合在陽(yáng)極電極中使用的材料在電阻隨著少量電荷轉(zhuǎn)移到該電極或者從該電極轉(zhuǎn)移少量電荷而發(fā)生較大變化方面是更有利的。因此，使用陽(yáng)極電極是更具有吸引力的。

但是，也可以利用電阻器接觸與陰極電極層接觸。該實(shí)施例在一些情況下可能是有利的，如其中控制信號(hào)的相反極性更容易得到的情況。

根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，第一電池層是陽(yáng)極電池層，第二層是陰極電池層。在此，陽(yáng)極電極層直接沉積在襯底上，使其更容易提供并連接電阻器接觸。

根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一電池層是陰極電池層，第二層是陽(yáng)極電池層。從生產(chǎn)技術(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，這些特征可能一般是有利的。

在電極中充電和放電過(guò)程的效應(yīng)在與電極層和電解質(zhì)層之間的分離平面基本上垂直的方向上發(fā)生。為了使電阻器接觸之間的電阻盡可能均勻，如果在電阻器接觸之間的通路上活性物種的濃度或密度基本上是均勻的則是有利的。如果通過(guò)基本上平行于將電極層和電解質(zhì)層分開(kāi)的平面而延伸的通路將各接觸分開(kāi)，那么這就能夠?qū)崿F(xiàn)。