[發(fā)明專利]CEM切換裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780051577.7
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN109643757A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·G·里德;L·施弗倫;J·塞爾內(nèi)斯卡;C·P·阿爾奧喬
• 申請（專利權(quán)）人: 阿姆有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 王海寧

本文公開的主題涉及一種用于制造切換裝置(350)的方法，該切換裝置包含關(guān)聯(lián)電子材料(360，362，364)。在實施方案中，描述了可用于避免原本傾向于在關(guān)聯(lián)電子材料和導(dǎo)電基底(370)和/或?qū)щ姼采w層(380)之間形成的電阻層的工藝。

本公開涉及包含關(guān)聯(lián)電子材料(CEM)的切換裝置(switching device)以及用于制造所述切換裝置的方法。

電子切換裝置存在于各種電子設(shè)備類型中，例如計算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、蜂窩電話、平板設(shè)備、個人數(shù)字助理等，其中它們可以用作存儲器和/或邏輯裝置。

在考慮特定電子切換裝置是否適合于這種功能時，設(shè)計者感興趣的因素可包括物理尺寸、存儲密度、操作電壓、阻抗范圍和/或功耗。其它感興趣的因素可包括制造成本、制造便利、可擴(kuò)展性和/或可靠性。

對表現(xiàn)出較低功率和/或較高速度的存儲器和/或邏輯裝置看起來存在不斷增加的驅(qū)動。包含CEM的切換裝置處在這種驅(qū)動的前沿，不僅因為它們可表現(xiàn)出低功率和/或高速度，而且因為它們通常是可靠的并且容易且廉價地制造。

本公開描述了用于制造基于CEM的改良切換裝置的方法。例如，CEM切換裝置可以例如在存儲器和/或邏輯器件中用作關(guān)聯(lián)電子隨機(jī)存取存儲器(CERAM)，其可以與各種電子電路類型一起使用，例如存儲器控制器、存儲器陣列、濾波器電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、光學(xué)儀器、鎖相環(huán)電路、微波和毫米波收發(fā)器等。

與其它切換裝置相比，CEM切換裝置可以表現(xiàn)出快速的導(dǎo)體至絕緣體的轉(zhuǎn)變，因為通過電子關(guān)聯(lián)而不是通過分別見于相變存儲器器件和電阻RAM器件中的固態(tài)結(jié)構(gòu)相變或形成纖絲來實現(xiàn)切換。

特別地，CEM切換裝置的快速導(dǎo)體至絕緣體轉(zhuǎn)變可以是響應(yīng)于量子力學(xué)現(xiàn)象，這不同于分別在相變和電阻RAM器件中發(fā)現(xiàn)的熔化/凝固或纖絲形成。在相對導(dǎo)電狀態(tài)和相對絕緣狀態(tài)之間(或在第一阻抗?fàn)顟B(tài)和第二阻抗?fàn)顟B(tài)之間)的CEM切換裝置的量子力學(xué)轉(zhuǎn)變可以按幾種方式發(fā)生。

可根據(jù)莫特(Mott)轉(zhuǎn)變來理解在相對絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài)和相對導(dǎo)電/較低阻抗?fàn)顟B(tài)之間的CEM的量子力學(xué)轉(zhuǎn)變。根據(jù)莫特轉(zhuǎn)變，如果滿足莫特轉(zhuǎn)變條件，則材料可以從相對絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài)切換到相對導(dǎo)電/較低阻抗?fàn)顟B(tài)。莫特準(zhǔn)則可由(n_c)^1/3a≈0.26定義，其中n_c表示電子濃度，并且其中“a”表示玻爾半徑。如果達(dá)到閾值載流子濃度，使得滿足莫特準(zhǔn)則，則認(rèn)為發(fā)生莫特轉(zhuǎn)變。響應(yīng)于莫特轉(zhuǎn)變的發(fā)生，CEM裝置的狀態(tài)從相對較高電阻/較高電容狀態(tài)(例如，絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài))變?yōu)橄鄬^低電阻/較低電容狀態(tài)(例如，導(dǎo)電/較低阻抗?fàn)顟B(tài))。

可以通過電子的局域化來控制莫特轉(zhuǎn)變。如果載流子(如電子)被局域化，則認(rèn)為載流子之間的強(qiáng)庫侖相互作用使CEM的能帶分裂從而產(chǎn)生相對絕緣(相對較高阻抗)的狀態(tài)。如果電子不再局域化，則弱庫侖相互作用可能占主導(dǎo)，這可能引起能帶分裂的消除，這可進(jìn)而產(chǎn)生與相對較高阻抗?fàn)顟B(tài)顯著不同的金屬(傳導(dǎo))能帶(相對較低的阻抗?fàn)顟B(tài))。

從相對絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài)到相對導(dǎo)電/較低阻抗?fàn)顟B(tài)的切換除了電阻的變化之外還可以引起電容的變化。例如，CEM切換可以表現(xiàn)出可變的電阻以及可變電容的性能。換而言之，CEM切換的阻抗特征可包括電阻分量和電容分量。例如，在金屬狀態(tài)中，CEM切換可包括可以接近于零的相對低的電場，并且因此可以表現(xiàn)出實質(zhì)上低的電容，其同樣可以接近零。

類似地，在相對絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài)下(其可以由較高密度的束縛或關(guān)聯(lián)電子引起)，外部電場可以能夠穿透CEM，因此至少部分地基于存儲在CEM內(nèi)的附加電荷，CEM可以表現(xiàn)出較高的電容。因此，例如，在CEM切換中從相對絕緣/較高阻抗?fàn)顟B(tài)到相對導(dǎo)電/較低阻抗?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變可導(dǎo)致電阻和電容兩者的變化。