[發明專利]載流子流產生電子器件及方法

有效

• 申請號: 200880117163.0
• 申請日: 2008-11-12
• 公開（公告）號: CN101868828A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 托尼·范胡克;雷德弗里德勒·A·M·胡爾克斯;楊·W·斯洛特布曼
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明涉及包括用于產生載流子流發生器的電子器件。

本發明還涉及用于產生載流子流的方法。

背景技術

存在著許多電子器件利用載流子流的產生，例如電子或空穴，以改變材料的性能。例如在熔絲或反熔絲的情況下，這種性能的改變可以是永久性的或者可以是可逆的。利用可逆的性能改變的器件的示例包括顯示設備，其中電子流可以用于激發含磷物質從基態到電子激發態。這種電子器件的其他示例包括基于場發射器的器件和相變存儲器。

相變存儲器典型地包括例如硫族化合物(chalcogenide)的材料或半導體材料，可以在不同的固態如低電阻結晶態和高電阻非晶態之間轉換，在低電阻結晶態中材料的原子或分子采用高度有序的取向，在高電阻非晶態中材料的原子或分子隨機排序。典型地，通過相變材料暴露于電流造成由于其固有電阻使該材料加熱，實現熱致相變。可以通過熔化該材料并讓其冷卻下來觸發相變，典型地，造成材料采取非晶態，或者通過加熱非晶態至結晶激活溫度以上但在熔點以下，從非晶態變為結晶態從而觸發相變。

有關這種載流子流產生電子器件例如相變存儲器的一個問題是電子流的截面積通常受到用于制造該器件的光刻工藝的可以達到的最小尺寸的控制。這限制了可以實現的分辨率。具體地，在相變存儲器中，必須實現某一電流密度，從而觸發相變材料中的相變。這意味著在圍繞相變材料的電極的上方存在相對巨大的電勢差，導致相對高功率消耗。

在現有技術領域已經認識到這個問題。例如，在US專利申請No.US2004/0197947A1公開了一種相變存儲器單元，其中使用了具有負微分電阻(NDR)的材料。這種材料當暴露于足夠的電勢差時，顯示出一種絲狀傳導溝道(filamentary?conduction?channel)。該絲狀傳導允許加熱亞光刻尺寸的相變材料的一個區域。然而，基于NDR材料的器件的眾所周知的缺點是，采用標準的半導體制造工藝不易生產。

發明內容

本發明旨在提供一種包括載流子流發生器的電子器件，例如電子流，可以采用標準的半導體制造技術制造。

本發明還旨在提供一種用于產生載流子流的方法，使得可以實現采用標準的半導體制造技術制造的器件。

根據本發明的第一方面，提供一個電子器件，包括用于產生載流子流的發生器以及控制器，該發生器包括具有發射極區、集電極區和基極區的雙極晶體管，并且該基極區在發射極區和集電極區之間取向(oriented)，而控制器用于控制雙極晶體管暴露于超過其開路基極擊穿電壓(BV_CEO)的電壓，使得發射極區從比發射極區的表面區域更小的第一區域產生載流子流。

本發明基于以下認識，處于擊穿模式的雙極晶體管的已知的電流箍縮效應(current?pinch-in?effect)，引起亞光刻規模(sub-lithographic?scale)電子和/或空穴流的產生，可以在例如場發射器和相變存儲器的電子器件中得以利用。這還基于對以下公開文獻的認識：由Panko等人在IEEE?44*Annual?International?Reliability?Physics?Symposium，San?Jose，USA，2006，第512-515頁所著的“Time-To-Fail?Extraction?Model?for?the‘Mixed-Mode’Reliability?of?High-Performance?SiGe?Bipolar?Transistors”中，雙極晶體管可以在其擊穿狀態下長時間操作，在擊穿條件下對其性能沒有不利影響。因此，用于改變材料例如相變材料的物理狀態的亞光刻規模電子流源可以采用常規光刻制造工藝提供。雙極晶體管可以以反型模式操作，因為這個模式的電流箍縮更為顯著。在本發明中，反型模式操作包括雙極晶體管的正向偏置集電極-基極二極管和反向偏置基極-發射極二極管。本發明的電子器件典型地包括多個雙極晶體管，例如多個存儲器單元，每一個雙極晶體管配置為觸發材料性能的變化。

選擇雙極晶體管的摻雜分布，使得箍縮效應與設計在亞擊穿電壓狀態下操作的雙極晶體管相比得以增強。例如，選擇較低基極摻雜以增加基極區的電阻。由基極-集電極耗盡區中的高電場造成導致電流箍縮的雪崩機制。可以通過增加集電極區的摻雜濃度增強這個電場，因此進一步放大電流箍縮。在一個有利的實施例中，集電極區的摻雜分布包括橫向梯度，進一步在具有高摻雜濃度的區域集中箍縮的產生。橫向摻雜分布可以在集電極區的中心周圍是對稱的，并且可以包括鐘形(bell-shaped)的濃度分布。