專利名稱：開關(guān)元件、驅(qū)動開關(guān)元件的方法、可重寫的邏輯集成電路以及存儲元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電化學(xué)反應(yīng)的開關(guān)元件、一種驅(qū)動該開關(guān)元件的方法、一種FPL(場可編程邏輯可重寫邏輯集成電路)電路以及一個使用該開關(guān)元件的存儲元件。
背景技術(shù)：
存儲器集成電路的具有非易失功能的開關(guān)元件即使當(dāng)它們的電源被關(guān)掉時也能夠保持開或關(guān)，開關(guān)元件包括作為第一常規(guī)示例的一個反熔絲元件和作為第二常規(guī)示例的EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)。
基于電化學(xué)反應(yīng)用于執(zhí)行非易失功能的開關(guān)元件包括作為第三常規(guī)示例的一個計時器(或者一個電化學(xué)時間開關(guān)裝置)和作為第四常規(guī)示例的一個PCRAM(可編程導(dǎo)體隨機(jī)訪問存儲器)。
作為第一常規(guī)示例的反熔絲元件是具有雙態(tài)(即，電學(xué)上開和關(guān)狀態(tài))的一個開關(guān)元件，并且能夠按照電氣或物理過程不可逆轉(zhuǎn)地從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻油顟B(tài)。作為第一常規(guī)示例的反熔絲元件在美國專利No.5,070,384和美國專利No.5,387,812中被公開。反熔絲元件通常形成在兩個互連之間。當(dāng)在互連之間選擇性地施加一個高壓時反熔絲元件被編程(從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻油顟B(tài))，電互連所述互連。即使在電壓關(guān)閉之后，反熔絲元件依然保持在接通狀態(tài)。
在美國專利No.4,203,158中公開的作為第二常規(guī)示例的EEPROM具有布置在控制柵極和晶體管通道層之間的一個浮動?xùn)艠O。當(dāng)浮動?xùn)艠O儲存電荷時，即當(dāng)它被充電時，或者當(dāng)浮動?xùn)烹姌O放出電荷時，即當(dāng)它被放電時，晶體管的門限電壓改變。通過以流經(jīng)氧化膜的隧道電流的形式把電子射入浮動?xùn)艠O中或者從浮動?xùn)艠O中放出電子浮動?xùn)艠O來充電或放電浮動?xùn)艠O。由于浮動?xùn)艠O被一個絕緣膜包裹，所以儲存在其中的電荷在EEPROM被切斷之后未被丟失。因此，EEPROM具有非易失能力。
近年來，反熔絲元件和EEPROMs被使用于FPL電路中，F(xiàn)PL電路是那些能夠?qū)τ诿總€應(yīng)用改變硬件配置的集成電路。FPL電路的一個示例在日本公開專利公布No.8-78532中被公開。所公開的FPL電路有多個邏輯電路塊、互連所述邏輯電路塊的互連以及用于改變互連連接的反熔絲元件。反熔絲元件被使用作為編程元件。用戶選擇的反熔絲元件連接互連。因此，對于選擇反熔絲元件連接互連元件，F(xiàn)PL電路提供一個不同的硬件配置。FPL電路提供許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈儽華SIC(特定應(yīng)用集成電路)更多用途并且能夠在短周轉(zhuǎn)時間內(nèi)很便宜地制成，并且正在定位一個迅速發(fā)展的市場。
作為第三常規(guī)示例的計時器具有一個由直流電源、負(fù)荷以及第一和第二內(nèi)部電極組成的一個閉環(huán)。第一和第二內(nèi)部電極的一部分浸入電解液中并被電鍍，而第一和第二內(nèi)部電極之一被切斷，設(shè)置計時器的時間。作為第三常規(guī)示例的計時器在日本公開實(shí)用新型公布No.2-91133中被公開。
在美國專利No.6,348,365中公開的作為第四常規(guī)示例的電子元件是利用銀鍺化物/硒化物的一個PCRAM，銀鍺化物/硒化物是作為用于傳導(dǎo)離子的材料的一種銀離子傳導(dǎo)的離子傳導(dǎo)材料(名詞″離子傳導(dǎo)的材料″與使用于本說明書中的″離子導(dǎo)體″具有相同的含意)。
附圖的圖1是示出在美國專利No.6,348,365中公開的PCRAM結(jié)構(gòu)的示意截面圖。如圖1所示，絕緣材料81、傳導(dǎo)材料82和絕緣材料83接連著布置在半導(dǎo)體襯底87上，而絕緣材料83部分地具有一個凹進(jìn)去的結(jié)構(gòu)(凹槽結(jié)構(gòu))。離子傳導(dǎo)材料86和金屬材料84被布置在凹進(jìn)去的結(jié)構(gòu)中，而電極85被布置在金屬材料84和絕緣材料83上。當(dāng)在電極85和傳導(dǎo)材料82之間施加一個電壓時，被稱為樹枝狀晶體(dendrite)的一個電流通路在離子傳導(dǎo)材料86的表面上產(chǎn)生，從而把電極85和傳導(dǎo)材料82彼此電連接。當(dāng)施加一個反向電壓時，樹枝狀晶體把電極85和傳導(dǎo)材料82彼此電絕緣。
作為第一常規(guī)示例的反熔絲元件是主要在FPL電路中使用的一個開關(guān)元件。由于接通阻抗(它是在反熔絲元件處于接通狀態(tài)時反熔絲元件的阻抗)很小(大約50Ω)，所以反熔絲元件有一個小的信號延遲時間。可是，由于反熔絲元件不是可重編程的，所以它有問題。因此，當(dāng)FPL電路被編程時，在它處于運(yùn)行中時它不滿足用于調(diào)試程序以及改變程序的需要。
雖然作為第二常規(guī)示例的EEPROM是可重編程的，但是它的集成水平目前很低并且它的接通阻抗是好幾個kΩ的一個大值，因?yàn)樗籑OS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管的阻抗限制。雖然EEPROM被廣泛使用作為非易失性存儲器，但是它的集成水平被絕緣膜的寬度所限制，使其難以進(jìn)一步集成EEPROM。另外，當(dāng)EEPROM使用于FPL電路中時，由于接通阻抗大，它容易引起信號延遲。
作為第三常規(guī)示例的計時器是用于測量直到電極被電鍍過程溶解為止時的時間的設(shè)備，電鍍過程是以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)。計時器無法操作為用于在開和關(guān)狀態(tài)之間切換的一個開關(guān)元件。
作為第四常規(guī)示例的電子元件基本上是應(yīng)用電化學(xué)反應(yīng)的一個兩端子開關(guān)。兩端子開關(guān)在開和關(guān)狀態(tài)之間的切換由開關(guān)兩端子之間施加的一個電壓來控制。當(dāng)在開和關(guān)狀態(tài)之間發(fā)生切換時，一個電流流經(jīng)開關(guān)，并且開關(guān)消耗大量的電功率。開關(guān)需要厚的互連并且還需要具有大驅(qū)動功率的一個晶體管，其中厚的互連能夠抵抗引起開和關(guān)狀態(tài)之間的切換所需要的電流。即使開關(guān)本身可以被集成，也難以集成互連和外設(shè)電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種開關(guān)元件、一種驅(qū)動該開關(guān)元件的方法和一個FPL電路以及一個使用開關(guān)元件的存儲元件，其中開關(guān)元件能夠被高度集成、即使當(dāng)開關(guān)元件被切斷時也能夠保持接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之中任何一個狀態(tài)、當(dāng)它處于接通狀態(tài)時具有一個低阻抗，并可以被編程為導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)兩者之一。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件具有能夠在其中傳導(dǎo)金屬離子的一個離子導(dǎo)體，與離子導(dǎo)體接觸布置的第一電極和第二電極，和與離子導(dǎo)體接觸布置并包括金屬離子的第三電極，其中，第一電極和第二電極之間的極間距離L1、第一電極和第三電極之間的極間距離L2以及第二電極和第三電極之間的極間距離L3滿足按照所述表達(dá)式的條件L1＜L2×2和L1＜L3×2。
根據(jù)本發(fā)明，金屬可以凝結(jié)在第一電極和第二電極之間，并且通過控制施加到第三電極的電壓，可以溶解凝結(jié)的金屬。開關(guān)元件可以在第一電極和第二電極被電互連的狀態(tài)與第一電極和第二電極沒有電互連的狀態(tài)之間切換。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第一電極和第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少。如果第一電極和第二電極之間的極間距離是0.5μm或更少，那么根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件可以被合并到各個集成電路中。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件可以被布置在覆蓋著絕緣膜或絕緣襯底的一個襯底上。根據(jù)這種布置的一個方面，第一電極和第二電極可以被布置在襯底上以使它們彼此分開，并且第一電極和第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少，離子導(dǎo)體可以被布置來覆蓋第一電極和第二電極，并且第三電極可以被布置在離子導(dǎo)體上。根據(jù)另一方面，第三電極可以被布置在襯底上，離子導(dǎo)體可以被布置在第三電極上，第一電極和第二電極可以彼此空間分開地被布置在離子導(dǎo)體上，并且第一電極和第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少。根據(jù)另一方面，第一電極可以被布置在襯底上，離子導(dǎo)體可以被布置在第一電極上，第二電極和第三電極可以被布置在離子導(dǎo)體上，并且第一電極和第二電極之間的極間距離可以等于或大于離子導(dǎo)體的膜厚度。對于這些方面之中任何一個，與半導(dǎo)體元件結(jié)合的一個集成電路可以很容易形成。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，所述第一電極和所述第二電極之間的電特性通過把一個電壓施加到所述第三電極來控制。所述電特性可以表示電傳導(dǎo)性。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，所述第一電極和所述第二電極可以被電互連以便通過施加一個電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)，所述電壓相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是正的，并且所述第一電極和所述第二電極可以彼此絕緣以便通過施加一個電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)，所述電壓相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是負(fù)的。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第二電極可以包括基于電化學(xué)反應(yīng)可溶解到離子導(dǎo)體中的一個金屬。在這種情況下，所述第一電極和所述第二電極可以被電互連以便通過施加一個相對于所述第一電極為正的電壓到所述第二電極或者施加一個相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是正的電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)；并且所述第一電極和所述第二電極可以彼此絕緣以便通過施加一個相對于所述第一電極是負(fù)的電壓到所述第二電極或者施加一個相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是負(fù)的電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第一電極、第二電極和第三電極中至少一個在它與離子導(dǎo)體接觸保持的一個表面上具有一個尖的部分。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，所述離子導(dǎo)體包括一個硫化物(calcogenide)材料或金屬離子玻璃或者金屬離子非晶半導(dǎo)體，所述硫化物材料包括屬于周期表6B組中的一個元素。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，離子導(dǎo)體和第三電極分別由銅硫化物和銅制成或者分別由銀硫化物和銀制成；和第一電極和第二電極與離子導(dǎo)體接觸保持的部分由諸如鉑、鋁、金、鈦、鎢、釩、鈮、鉭、鉻或鉬之類的金屬、金屬氮化物、或者金屬硅化物、或者它們的組合制成。
驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的方法具有基于施加到所述第三電極上的電壓和/或電壓被施加到所述第三電極上的時間來控制所述電特性的步驟。
驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的方法具有如下步驟取決于施加到第三電極上的極性，選擇性地把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)中；和通過停止把電壓施加到第三電極上來把開關(guān)元件保持在接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)引起所述開關(guān)元件在所述接通狀態(tài)和所述關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時，可以測量第一電極和第二電極之間的傳導(dǎo)性，并且基于傳導(dǎo)性的變化可以控制施加到所述第三電極上的電壓。
一個根據(jù)本發(fā)明的可重寫邏輯集成電路合并了根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件作為編程開關(guān)。
一個具有存儲單元的根據(jù)本發(fā)明的存儲裝置，所述存儲單元每一個都包括根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件和或者一個金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管或者一個二極管。存儲單元可以包括一個金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，開關(guān)元件具有連接到金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管漏極的第二電極、連接到第一位線的第一電極、以及連接到第一字線的第三電極；和金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可以具有連接到不同于第一位線的第二位線上的一個源極以及連接到不同于所述第一字線的第二字線上的一個柵極。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件是利用了電化學(xué)反應(yīng)的開關(guān)元件，并且具有能夠在其中傳導(dǎo)使用于電化學(xué)反應(yīng)中的金屬離子的一個離子導(dǎo)體，與離子導(dǎo)體接觸布置并且彼此空出一個預(yù)確定距離的第一電極和第二電極，以及與離子導(dǎo)體接觸布置的第三電極，當(dāng)使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時由于金屬離子用于凝結(jié)第一電極和第二電極之間的一個金屬，并且當(dāng)使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時溶解凝結(jié)的金屬以便把第一電極和第二電極彼此電斷開。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，離子導(dǎo)體中的金屬離子通過電化學(xué)反應(yīng)被吸引到第一電極和第二電極，在這些電極的表面上凝結(jié)金屬以便利用在這些電極之間凝結(jié)的金屬把第一電極和第二電極電互連。當(dāng)用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，在第一電極和第二電極之間凝結(jié)的金屬作為金屬離子被溶解到離子導(dǎo)體中，把第一電極和第二電極彼此電斷開。在接通狀態(tài)，由于第一電極和第二電極通過金屬互連，所以使得第一電極和第二電極之間的阻抗較小。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，當(dāng)開關(guān)元件已經(jīng)被帶入接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)之后停止對第三電極的電壓施加時，開關(guān)元件保持在那個狀態(tài)中。
根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)在開關(guān)元件已經(jīng)被帶入接通狀態(tài)中之后沒有電壓施加到所述第三電極上時，第一電極和第二電極通過凝結(jié)的金屬保持電互連。即使當(dāng)在開關(guān)元件已經(jīng)被帶入處于關(guān)閉狀態(tài)中之后沒有電壓施加到所述第三電極上時，第一電極和第二電極保持電斷開。因此，開關(guān)元件是反映非易失性的，保持接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)中的信息。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件是利用了電化學(xué)反應(yīng)的開關(guān)元件，并且具有能夠在其中傳導(dǎo)使用于電化學(xué)反應(yīng)中的金屬離子的一個離子導(dǎo)體，與離子導(dǎo)體接觸布置的第一電極，與離子導(dǎo)體接觸布置并且與第一電極空出一個預(yù)確定距離的第二電極，當(dāng)使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第二電極時由于金屬離子用于凝結(jié)一個金屬以便把第二電極電連接到第一電極，并且當(dāng)使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)的一個電壓被施加到第二電極時溶解凝結(jié)的金屬以便把第二電極與第二電極電斷開，和與離子導(dǎo)體接觸布置的第三電極，當(dāng)相對于第一電極為正的一個電壓被施加到第三電極時用于增加在第一電極和第二電極之間流動的電流，當(dāng)相對于第一電極為負(fù)的一個電壓被施加到第三電極時用于減少在第一電極和第二電極之間流動的電流。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第二電極時，離子導(dǎo)體中的金屬離子通過電化學(xué)反應(yīng)被吸引到第一電極和第二電極，在這些電極的表面上凝結(jié)金屬以便利用在這些電極之間凝結(jié)的金屬把第一電極和第二電極電互連。當(dāng)相對于所述第一電極為正的一個電壓被施加到第三電極時，第一電極和第二電極之間凝結(jié)的金屬量增加，這增加了在它們之間流動的電流。當(dāng)相對于所述第一電極為負(fù)的一個電壓被施加到第三電極時，第一電極和第二電極之間凝結(jié)的金屬量減少，這減少了在它們之間流動的電流。當(dāng)用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，在第一電極和第二電極之間凝結(jié)的金屬作為金屬離子被溶解到離子導(dǎo)體中，把第一電極和第二電極彼此電斷開。因此，接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)能夠通過把電壓施加到第二電極上來控制，電流的幅值能夠通過把電壓施加到第三電極上來控制。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件是利用了電化學(xué)反應(yīng)的開關(guān)元件，并且具有能夠在其中傳導(dǎo)使用于電化學(xué)反應(yīng)中的金屬離子的一個離子導(dǎo)體，與離子導(dǎo)體接觸布置的第一電極，與離子導(dǎo)體接觸布置并且與第一電極空出一個預(yù)確定距離的第二電極，當(dāng)一個預(yù)定電壓被施加到第二電極一個預(yù)定時間時由于金屬離子用于凝結(jié)金屬，和與離子導(dǎo)體接觸布置的第三電極，當(dāng)相對于第一電極為正的一個電壓被施加到第三電極時用于增加在第一電極和第二電極之間流動的電流，當(dāng)在預(yù)定電壓已被施加到第二電極上所述預(yù)定時間之后一個用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的電壓被施加到第三電極時由于金屬離子用于凝結(jié)金屬以便電互連第一電極和第二電極。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在在第一電極和第二電極通過電化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)的金屬互連之前電壓已被施加到第二電極上之后用于使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，第一電極和第二電極彼此電連接。因此，當(dāng)?shù)谝浑姌O和第二電極彼此電連接時，防止流動一個過大的電流，并且開關(guān)元件消費(fèi)的電功率降低。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第三電極可以包括用于提供金屬離子給離子導(dǎo)體的材料，第一電極和第二電極與離子導(dǎo)體接觸保持的部分可以由不與離子導(dǎo)體起反應(yīng)的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明，由于通過電化學(xué)反應(yīng)從第三電極提供金屬離子給離子導(dǎo)體，所以離子傳導(dǎo)性提高，這提高了開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的速度。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第三電極和第二電極可以包括用于提供金屬離子給離子導(dǎo)體的材料，而第一電極與離子導(dǎo)體接觸保持的部分可以由不與離子導(dǎo)體起反應(yīng)的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明，由于通過電化學(xué)反應(yīng)從第三電極提供金屬離子給第二電極，所以離子傳導(dǎo)性提高，這提高了開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的速度。
在根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件中，第一電極和第二電極可以在與第三電極的平面模型并行的一個平面中形成，第一電極和第二電極中的至少一個可以具有一個有尖部分的平面模型，并且第一電極和第二電極之間的最短距離可以由從電極之一的尖部到另一電極的距離來表示。
根據(jù)本發(fā)明，由于電極之間的最短距離等于從電極之一的尖部到另一電極的距離，所以當(dāng)銅至少在所述尖部附近凝結(jié)時具有尖部的電極被電連接到另外一個電極。因此，不需要過多的銅被凝結(jié)，這使得開關(guān)元件以一個較高的速度從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。因?yàn)樗黾獠扛浇慕饘倏梢匀芙庥糜诎验_關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)中，所以也允許開關(guān)元件以較高的速度從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。
將達(dá)到上述目的的根據(jù)本發(fā)明的可重寫邏輯集成電路結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的上述開關(guān)元件的任何一個作為編程開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，通過使開關(guān)元件使用作為處于接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)的編程元件可以自由地建立一個邏輯電路。
將達(dá)到上述目的的根據(jù)本發(fā)明的存儲裝置具有根據(jù)本發(fā)明的上述開關(guān)元件的任何一個以及一個晶體管，用于讀取表示開關(guān)元件處于接通狀態(tài)還是處于關(guān)閉狀態(tài)的信息。根據(jù)本發(fā)明，在開關(guān)元件基于一個電化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)被帶入接通狀態(tài)或者關(guān)閉狀態(tài)中之后，即使沒有電壓施加到所述第三電極上時，所述開關(guān)元件也保持在那個狀態(tài)中。存儲裝置因此能被使用作為一個非易失性存儲器。
因此根據(jù)本發(fā)明，這里提供一個開關(guān)元件，通過把一個預(yù)定電壓應(yīng)用到第三電極和第二電極中的至少一個上，所述開關(guān)元件能夠被設(shè)置為希望的接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)，并且當(dāng)它處于接通狀態(tài)時它是非易失性的并且具有較小阻抗。此外，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的開關(guān)元件是一個簡單而精密的構(gòu)造，它能夠以一個比在此以前小得多的設(shè)計而被制成。
如果根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件被合并在一個FPL電路中，那么該FPL電路是可重編程的并且能夠以高速操作。
如果根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件被使用作為存儲裝置中的信息存儲裝置，那么該存儲裝置可用作為具有高讀寫速度的非易失性存儲器。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的開關(guān)元件是一個簡單而精密的構(gòu)造，該存儲裝置能夠被制成為一個高度集成的高速存儲器裝置。
利用根據(jù)本發(fā)明的制造工藝，使用用于制造半導(dǎo)體集成電路的傳統(tǒng)技術(shù)，所述開關(guān)元件能夠被堅實(shí)而精確地制成。因此，能夠以很低的成本生產(chǎn)所述開關(guān)元件以及合并了開關(guān)元件的FPL電路和存儲裝置。


圖1是作為第四常規(guī)示例的電子元件的示意截面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3A是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的電氣特性的曲線圖；圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的電氣特性的曲線圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的電化學(xué)反應(yīng)的視圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6A是示出源極和漏極的平面模型示例的平面圖；圖6A是示出源極和漏極的平面模型另一示例的平面圖；圖7是柵極電壓的反饋控制順序的流程圖；圖8A是根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)元件的另一結(jié)構(gòu)的截面圖；
圖8B是根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)元件的另一結(jié)構(gòu)的截面圖；圖8A是根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)元件的還有另一個結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)元件的電氣特性曲線圖，其中，離子導(dǎo)體由陽極極化產(chǎn)生的銅硫化物制成；圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施例的開關(guān)元件的電氣特性曲線圖，其中，離子導(dǎo)體由激光燒蝕產(chǎn)生的銅硫化物制成；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件被應(yīng)用到FPL電路上時開關(guān)元件結(jié)構(gòu)截面圖；和圖13是包括根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件和金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一個存儲裝置的電路圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件其特征如下控制施加到第三電極上的電壓以便凝結(jié)第一電極和第二電極之間的凝結(jié)金屬從而電互連第一電極和第二電極，即，實(shí)現(xiàn)接通狀態(tài)。在第一電極和第二電極之間凝結(jié)的金屬被溶解以便斷開第一電極和第二電極，即實(shí)現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。即使電壓不再被施加到第三電極上，則這些狀態(tài)的每一個都還被保持。
下面將描述本發(fā)明的配置。在如下描述以及圖2、3A、3B、5、6A、6B、8A、8B、8C、9、10、11和12中，第一電極對應(yīng)于源極，第二電極對應(yīng)于漏極，而第三電極對應(yīng)于柵極。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件具有被布置在襯底5上并且彼此相隔一個預(yù)定距離的源極1和漏極2，與源極1和漏極2接觸布置并且包括電化學(xué)反應(yīng)的金屬離子的離子導(dǎo)體4，以及被布置在離子導(dǎo)體4上的柵極3，其中襯底5包括覆蓋著硅氧化膜作為絕緣膜的硅襯底。柵極3用來根據(jù)施加到柵極3上的電壓幅值來控制源極1和漏極2之間的傳導(dǎo)性。源極1、漏極2和柵極3彼此電絕緣。
柵極3包括用于基于電化學(xué)反應(yīng)提供金屬離子給離子導(dǎo)體4的材料。源極電極1和漏極電極2與離子導(dǎo)體4接觸保持的部分由不與離子導(dǎo)體4起電化反應(yīng)的材料制成。因此，源極1和漏極2不提供金屬離子給離子導(dǎo)體4。
下面將描述如此構(gòu)造的開關(guān)元件的操作。
當(dāng)相對于源極1和漏極2為正的一個電壓被施加到柵極電極3上時，金屬在源極1和漏極2上凝結(jié)，由于金屬離子的減少反應(yīng)，源極1和漏極2彼此位置接近。凝結(jié)在極間縫隙6中的金屬電互連源極1和漏極2，于是開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)，其中通過極間縫隙6，源極1和漏極2彼此相隔預(yù)定的距離。當(dāng)相對于源極1和漏極2為負(fù)的一個電壓被施加到柵極3上時，凝結(jié)在極間縫隙6中的金屬被使氧化成為金屬離子，它們?nèi)芙獾诫x子導(dǎo)體4中。金屬現(xiàn)在從極間縫隙6中去掉，使得開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。極間縫隙6表示源極1和漏極2之間的最短距離。
即使電壓不再被施加到柵極3上，則開關(guān)元件的開和關(guān)狀態(tài)也被保持。在接通狀態(tài)達(dá)到之后，金屬取決于電壓被施加到柵極3上的時間以及所施加的電壓而凝結(jié)或溶解，這使得施加到柵極到3上的電壓控制源極1和漏極2之間的傳導(dǎo)性。
如果源極1和漏極2之間的極間距離被表示為L1，源極1和柵極3之間的極間距離被表示為L2，漏極2和柵極3之間的極間距離被表示為L3，那么源極1、漏極2和柵極3可以被定位以便滿足根據(jù)如下表達(dá)式(1)的條件L1＜L2×2和L1＜L3×2 (1)對于被構(gòu)造來滿足根據(jù)表達(dá)式(1)的條件的開關(guān)元件，當(dāng)從源極1和漏極2中產(chǎn)生金屬時，在源極和漏極通過產(chǎn)生的金屬電互連之前源極和柵極或者漏極和柵極基本上被阻止電互連。
源極1、漏極2和柵極3可以被定位來滿足根據(jù)如下表達(dá)式(2)的條件L1＜L2×1和L1＜L3×1 (2)對于被構(gòu)造來滿足根據(jù)表達(dá)式(2)的條件的開關(guān)元件，當(dāng)從源極和漏極任何一個中產(chǎn)生金屬時，在源極和漏極通過產(chǎn)生的金屬電互連之前源極和柵極或者漏極和柵極基本上被阻止電互連。如果源極1和漏極2之間的導(dǎo)電性由施加到柵極3上的電壓控制，則滿足根據(jù)表達(dá)式(2)條件的布置使其能夠提高被施加到柵極3上的電壓的可變界限。
此外，源極1、漏極2和柵極3可以被定位來滿足根據(jù)如下表達(dá)式(3)的條件
L1＜L2×1/2和L1＜L3×1/2(3)對于被構(gòu)造來滿足根據(jù)表達(dá)式(3)滿足的開關(guān)元件，通過從源極和/或漏極中產(chǎn)生的金屬可靠地阻止源極和柵極或者漏極和柵極被電互連。
源極1和漏極2之間的極間距離L1越小，則施加到柵極3上的電壓就越低，這允許開關(guān)元件消耗較少的電功率并且還允許開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間更快地切換。如果極間距離L1是0.5μm或更少，那么根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件可以被合并到各個集成電路中?？墒?，如果極間距離L1太小，當(dāng)電壓被施加在源極和漏極之間時流動的泄漏電流增加。極間距離L1可以如此設(shè)置以使泄漏電流將是源極和漏極之間流動的電流的1/10或更少。
下面將描述如圖2所示的開關(guān)元件的電氣特性。
圖3A和3B是示出開關(guān)元件的電氣特性的曲線圖。在圖3A和3B中，橫軸表示柵極電壓，它是施加到如圖2所示開關(guān)元件的柵極3上的電壓，而縱軸表示漏極電流，它是在源極1和漏極2之間流動的電流。
在用于如圖3A所示進(jìn)行測量的開關(guān)元件中，離子導(dǎo)體4包括銅硫化物水溶液，源極1和漏極2由不可溶解到離子導(dǎo)體4中的鉑(Pt)制成，而柵極3由能夠與離子導(dǎo)體4起電化反應(yīng)的銅(Cu)制成。
如圖3A所示，當(dāng)在漏極2和源極1之間施加一個恒定電壓并且在柵極3和源極1之間的電位差反復(fù)變化，漏極2和源極1之間的傳導(dǎo)性出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象。下面將詳細(xì)描述滯后傳導(dǎo)性。
在沒有施加的電壓的初始狀態(tài)中，開關(guān)元件處于關(guān)閉狀態(tài)中并且?guī)缀鯖]有漏極電流流動。當(dāng)施加到柵極3上的柵極電壓在關(guān)閉狀態(tài)中從0V正向改變?yōu)?0.3V時，大約1.2mA的漏極電流流動，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓在接通狀態(tài)中負(fù)改變?yōu)?0.16V時，幾乎沒有漏極電流流動，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。因此，當(dāng)柵極電壓在范圍約從-0.16V到+0.3V的范圍中時，沒有切換轉(zhuǎn)移發(fā)生，并且開關(guān)元件穩(wěn)定地保持在接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)中。通過反復(fù)地變化柵極從而使開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變多少次都是可能的。
下面將描述如圖3A所示開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的原因。
圖4是說明銅由于電化學(xué)反應(yīng)的凝結(jié)和分解的視圖。
如圖4所示，一個金電極和一個銅電極浸入硫酸銅和硫酸的混合溶液形式的離子導(dǎo)體中，并且一個電壓從電壓源被施加給作為正電極的銅電極和作為負(fù)電極的金電極。由于混合溶液是氧化亞銅溶液，所以銅電極的銅作為銅離子被溶解到離子導(dǎo)體中，并且銅凝結(jié)在金電極上。銅因此通過這樣一個電化學(xué)反應(yīng)被凝結(jié)和溶解。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件利用如圖4所示的電化學(xué)反應(yīng)。如圖4所示的銅電極對應(yīng)于如圖2所示的柵極3，并且如圖4所示的金電極對應(yīng)于如圖2所示的源極1和漏極2。
將相對于如圖2所示的開關(guān)元件描述如圖4所示的電化學(xué)反應(yīng)。
當(dāng)銅通過上述電化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)在源極1和漏極2的表面上時，極間縫隙6被填充，電互連源極1和漏極2從而使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。如圖3A所示在開關(guān)元件已經(jīng)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)之后當(dāng)使得施加的柵極電壓大于+0.3V時，柵極的漏極電流增加。這意味著源極1和漏極2之間的傳導(dǎo)性隨著凝結(jié)的銅量的增加而增加。
當(dāng)凝結(jié)在極間縫隙6中的銅通過電化學(xué)反應(yīng)溶解到離子導(dǎo)體4中時，銅從極間縫隙6中移走，電斷開源極1和漏極2，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。
下面將描述在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間的切換速度。
當(dāng)從柵極3中溶解的銅離子移動到源極1或漏極2的表面并且與電子耦合時，銅被凝結(jié)，電互連源極1和漏極2。當(dāng)填充源極1和漏極2之間的極間縫隙6的銅溶解時，源極1和漏極2彼此電斷開。在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間的切換速度因此由金屬離子在離子導(dǎo)體4中移動的速度和電化學(xué)反應(yīng)速率來確定。金屬離子在離子導(dǎo)體4中移動的速度取決于離子傳導(dǎo)性和柵極電壓。
下面將描述如圖3B所示展現(xiàn)電氣特性的開關(guān)元件。
在用于如圖3B所示進(jìn)行測量的開關(guān)元件中，離子導(dǎo)體4包括銅硫化物水溶液，源極1由鉑(Pt)制成，而柵極3和漏極2由能夠與離子導(dǎo)體4起電化反應(yīng)的銅(Cu)制成。
如圖3B所示，當(dāng)在漏極2和源極1之間施加一個恒定電壓并且在柵極3和源極1之間的電位差反復(fù)變化，漏極2和源極1之間的傳導(dǎo)性陳現(xiàn)磁滯現(xiàn)象。下面將詳細(xì)描述滯后傳導(dǎo)性。
在沒有施加的電壓的初始狀態(tài)中，開關(guān)元件處于關(guān)閉狀態(tài)中并且?guī)缀鯖]有漏極電流流動。當(dāng)施加到柵極3上的柵極電壓在關(guān)閉狀態(tài)中從0V正向改變?yōu)?0.75V時，大約2mA的漏極電流流動，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓在接通狀態(tài)中負(fù)改變?yōu)?0.4V時，幾乎沒有漏極電流流動，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。因此，當(dāng)柵極電壓在范圍約從-0.4V到+0.75V的范圍中時，沒有切換轉(zhuǎn)移發(fā)生，并且開關(guān)元件穩(wěn)定地保持在接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)中。通過反復(fù)地變化柵極從而使開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變多少次都是可能的。
在如圖3A和3B所示用于進(jìn)行測量的開關(guān)元件的布置中，由于漏極由能夠與離子導(dǎo)體4起電化反應(yīng)的銅制成，所以通過在漏極和源極之間施加一個電壓可以使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。
在上面的示例中，離子導(dǎo)體4包括硫酸銅和硫酸的混合水溶液形式的電解液?？墒?，其它形式的離子導(dǎo)體4也產(chǎn)生如上所述的相同效果。離子導(dǎo)體一般說來劃分成兩種類型，即液態(tài)的和固態(tài)的。液態(tài)的離子導(dǎo)體是上述的電解液，而固態(tài)的離子導(dǎo)體是金屬離子在其中能夠象在溶液中那樣自由移動的一個固態(tài)電解質(zhì)。如果開關(guān)元件被合并到集成電路中，那么固態(tài)的離子導(dǎo)體適合使用在該開關(guān)元件中。具體地說，銀離子和銅離子展現(xiàn)一個適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性，例如銀硫化物或銅硫化物。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)像硫酸銅和硫酸混合水溶液中的銅離子一樣，銀硫化物中的銀離子以及銅硫化物中的銅離子基于接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移而展現(xiàn)一個切換現(xiàn)象。除了包括屬于周期表組6B的元素在內(nèi)的硫化物之外，銀離子和銅離子在其中移動的已知材料包括金屬離子的玻璃以及金屬離子的非晶半導(dǎo)體。
基于上述工作原理的元素至今在本領(lǐng)域是未知的，本發(fā)明者已經(jīng)首次設(shè)計并驗(yàn)證了這些元素的機(jī)理。
第一實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件，下面將描述一個采用固態(tài)電解質(zhì)作為離子導(dǎo)體的開關(guān)元件。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖5所示，開關(guān)元件10具有被布置在襯底15上的柵極13、被布置在柵極13上的離子導(dǎo)體14、以及被布置在離子導(dǎo)體4上的源極11和漏極12，其中襯底15包括覆蓋著作為絕緣膜的硅氧化膜。源極11和漏極12被布置在一個平面內(nèi)，它們之間有一個規(guī)定的100nm或更少的縫隙。源極11、漏極12和柵極13彼此電絕緣。
柵極13包括用于基于電化學(xué)反應(yīng)提供金屬離子給離子導(dǎo)體14的材料。優(yōu)選地，離子導(dǎo)體14將包括一個具有盡可能小的電子傳導(dǎo)性的固態(tài)電解質(zhì)，因?yàn)殡娮觽鲗?dǎo)性越大則當(dāng)開關(guān)元件10處于關(guān)閉狀態(tài)時流動的泄漏電流越大。源極11和漏極12與離子導(dǎo)體14接觸保持的部分由不與離子導(dǎo)體14起電化反應(yīng)的材料制成。因此，源極11和漏極12不提供金屬離子給離子導(dǎo)體14，雖然它們保持與離子導(dǎo)體14接觸。
不與離子導(dǎo)體14起反應(yīng)的材料包括諸如鉑、鋁、金、鈦、鎢、釩、鈮、鉭、鉻或鉬之類的金屬等等。幾乎不起化學(xué)反應(yīng)和電離的材料可以是上述金屬的氮化物或諸如上述金屬的硅化物之類的硅復(fù)合物(硅化物)。源極11和漏極12與離子導(dǎo)體14接觸保持的部分不需要由共同的材料制成，但是它們每一個都可以用任意上述金屬和復(fù)合物之一制成。
下面將描述源極11和漏極12的平面模型。
圖6A和6B是示出源極11和漏極12平面模型示例的平面圖。
在圖6A中，源極11和漏極12的平面模型在外形上是矩形，并且這兩個電極之間的縫隙被定義在它們的兩個平行側(cè)面之間。
在圖6B中，源極11和漏極12的平面模型在外形上是多邊形，并且在這兩個電極之間的表示它們之間最短距離的縫隙被定義在模型各自的頂點(diǎn)的之間。在這種情況下，由于源極11和漏極12通過凝結(jié)在模型頂點(diǎn)之間的銅電互連，所以不需要過度地凝結(jié)銅，并且開關(guān)元件被允許比如圖6A所示的源極11和漏極12的平面模型更快地轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。當(dāng)凝結(jié)的銅被溶解以便電斷開源極11和漏極12時，開關(guān)元件也更快轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。雖然源極1和漏極2之間的縫隙被示出為定義在圖6B中它們的模型的頂點(diǎn)之間，但是一個頂點(diǎn)可以替換成該模型的一個側(cè)面。這樣一個修改仍然考慮允許開關(guān)元件比如圖6A所示的平面模型更快地轉(zhuǎn)變到開和關(guān)狀態(tài)。這兩個電極在外形上不需要是多邊形，但是電極之中任何一個可以具有像上述頂點(diǎn)那樣的一個尖部。
下面將描述具有上述結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件的操作。
源極11接地，+0.1V的電壓被施加到漏極12，并且一個正電壓被施加到柵極13。源極1和漏極2之間流動的漏極電流被觀察，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。在開關(guān)元件已經(jīng)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)之后，當(dāng)施加到柵極13的柵極電壓增加時，漏極電流增加。當(dāng)一個負(fù)電壓被施加到柵極13時，漏極電流減少，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。
為了使開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，施加?xùn)艠O電壓的時間周期或者所施加的電壓可以根據(jù)如下反饋控制過程被控制以便把源極11和漏極12之間的阻抗均衡到一個期望的目標(biāo)阻抗圖7是用于控制柵極電壓的反饋控制過程的流程圖。在一個實(shí)驗(yàn)中，由個人計算機(jī)(下文稱作PC)執(zhí)行反饋控制過程。PC具有用于根據(jù)程序執(zhí)行預(yù)定處理的CPU(中央處理單元)和用于儲存程序的存儲器。
如圖7所示，當(dāng)一個預(yù)定電壓被施加到柵極3(步驟S101)時，PC讀取充當(dāng)漏極電流的輸出電流(步驟S102)，由所施加的電壓值和讀出的輸出電流值確定兩個電極之間的阻抗，并把確定的阻抗與一個預(yù)置目標(biāo)阻抗進(jìn)行比較(步驟S103)。PC把施加到柵極13上的電壓值、電壓被施加到柵極13上的時間、以及確定的阻抗作為數(shù)據(jù)儲存在存儲器中。
如果在步驟S103確定的阻抗與一個預(yù)定范圍內(nèi)的目標(biāo)阻抗相符，那么PC結(jié)束電壓的施加(步驟S104)。如果在步驟S103確定的阻抗沒有落于預(yù)定范圍內(nèi)，那么控制返回到施加電壓的步驟S101。
根據(jù)如圖7所示的流程圖執(zhí)行一個處理周期所需要的時間大約是100ms。可是，如果使用一個專用電路，那么執(zhí)行一個處理周期所需要的時間可以降低到100ns或更短。
通過因此反饋施加到柵極的電壓值，不但使開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間可靠地轉(zhuǎn)變，而且開關(guān)元件的接通阻抗及其關(guān)閉阻抗(當(dāng)它處于關(guān)閉狀態(tài)中時開關(guān)元件的阻抗)能夠被更精確地確定。
下面將描述制造上述結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件的過程。
在半導(dǎo)體襯底上形成厚度為300nm的硅氧化膜之后，通過真空蒸鍍在硅氧化膜上形成厚度為150nm的銅膜。然后，通過平版印刷術(shù)在銅膜上形成具有預(yù)定模型的保護(hù)層，然后沒有覆蓋保護(hù)層的銅膜的區(qū)域通過離子磨碎被移走，從而形成柵極13。因此，通過陽極極化在柵極13上形成厚度為100nm的銅硫化物的離子導(dǎo)體14。
下面將詳細(xì)描述陽極極化。在包含0.025mol/L鈉硫化物的水溶液中，包括銅作為要被硫化的金屬的柵極13被使用作為陽極而金電極被使用作為陰極。當(dāng)一個電壓被施加在柵極13和金電極之間時，水溶液中的硫離子被吸引到陽極，而柵極13的表面上的銅由于一個電化學(xué)反應(yīng)變成了銅硫化物。同時通過測量離子電流監(jiān)視硫化過程，離子導(dǎo)體14形成一個期望膜厚度。
在形成離子導(dǎo)體14之后，通過噴涂在離子導(dǎo)體14上形成厚度為10nm的鈦膜，然后通過真空蒸鍍在鈦膜上形成厚度為100nm的金膜。在通過平版印刷術(shù)在金膜上形成具有預(yù)定模型的一個保護(hù)層之后，該組合被干蝕刻來形成源極11和漏極12。其后，保護(hù)層被去掉。當(dāng)源極11和漏極12形成時，它們之間定義了具有100nm或更少尺寸的一個極間縫隙。
雖然在上面的示例中通過噴涂形成鈦膜，但是它也可以通過真空蒸鍍來形成。卸除(Lift-off)可以被使用代替干蝕刻來形成源極11和漏極12。
除了陽極極化之外的方法可以被使用來形成銅硫化物。例如，銅可以在200度或更高的溫度在氣態(tài)與硫起反應(yīng)來形成銅硫化物?？商娲兀粋€銅硫化物膜可以通過激光燒蝕來產(chǎn)生。
根據(jù)本實(shí)施例，在覆蓋著硅氧化膜的襯底15上形成開關(guān)元件?？墒?，根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)元件可以在絕緣膜上形成并且在襯底表面上互連形成，其中此絕緣膜覆蓋MOS晶體管。這是因?yàn)榧词乖诮^緣膜上形成開關(guān)元件，它基本上不影響金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的特性和互連，因?yàn)樵谥圃扉_關(guān)元件的過程中熱處理在400度或更低的溫度上執(zhí)行。在開關(guān)元件上形成的絕緣膜上形成另一開關(guān)元件也是可能的。因此，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件允許合并了該開關(guān)元件的一個電路被高度集成。
如圖5所示的開關(guān)元件的結(jié)構(gòu)只有說明性的。不偏離本發(fā)明的范圍的其它結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件是可能的。開關(guān)元件的其它結(jié)構(gòu)如圖8A到8C所示。
在圖8A中，開關(guān)元件是一個凹進(jìn)去的結(jié)構(gòu)，在其中如圖5所示的開關(guān)元件的離子導(dǎo)體與柵極被嵌入在絕緣層26中。一個開口被定義在覆蓋著硅氧化膜的襯底25上面，并且柵極23和離子導(dǎo)體24接連著布置在開口中。源極21和漏極22被布置在離子導(dǎo)體24上。源極21和漏極22之間的縫隙或距離與如圖5所示的相同。對于所述凹進(jìn)去的結(jié)構(gòu)，如果形成多個開關(guān)元件，則電絕緣相鄰開關(guān)元件的絕緣層26具有互相齊平橫臥的上表面，允許互連連接到源極21和漏極22在絕緣層26上以便是平坦的并因此更不容易被破壞。
在圖8B中，如圖8A所示的開關(guān)元件中的柵極、源極和漏極被縱向顛倒。這種布置其特征在于離子導(dǎo)體34也被布置在源極31和漏極32之間的縫隙中。
在圖8C中，源極41和柵極43被布置在一個互連層中，并且漏極42被布置在不同的一個互連層中，所述不同于上述互連層的一個互連層通過離子導(dǎo)體44而被定位。漏極42和源極41之間的縫隙大小可以由離子導(dǎo)體44的膜厚度來確立。
圖9示出了根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)元件的電氣特性，其中銅硫化物由陽極極化產(chǎn)生。源極11接地，+0.1V的電壓被施加到漏極12，并且一個正電壓被施加到柵極13。源極和漏極之間流動的漏極電流被觀察，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。當(dāng)一個負(fù)電壓被施加到柵極時，漏極電流減少，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。然后，在開關(guān)元件已經(jīng)轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)之后，當(dāng)一個正柵極電壓被施加時，在源極和漏極之間流動的電流增加。
圖10示出了根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)元件的電氣特性，其中銅硫化物通過激光燒蝕產(chǎn)生。源極11接地，+0.01V的電壓被施加到漏極12，并且一個正電壓被施加到柵極13。源極和漏極之間流動的漏極電流被觀察，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。當(dāng)一個負(fù)電壓被施加到柵極時，漏極電流減少，使開關(guān)元件轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)。然后，在開關(guān)元件已經(jīng)轉(zhuǎn)變到關(guān)閉狀態(tài)之后，當(dāng)一個正柵極電壓被施加時，在源極和漏極之間流動的電流增加。
第二實(shí)施例本實(shí)施例其特征在于第一實(shí)施例中的漏極由與柵極材料相同的材料形成。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的布置。
圖11是根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)元件結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖11所示，開關(guān)元件50具有被布置在覆蓋著絕緣膜的襯底55上的柵極53、被布置在柵極53上的離子導(dǎo)體54、以及被布置在離子導(dǎo)體54上的源極51和漏極52。源極51、漏極52和柵極53彼此電絕緣。
源極51和漏極52被布置在一個平面內(nèi)。柵極53和漏極52包括用于基于電化學(xué)反應(yīng)提供金屬離子給離子導(dǎo)體54的材料。源極51和離子導(dǎo)體54中的每一個由與第一實(shí)施例的材料相同的材料制成，并且將不在下面詳細(xì)描述。
下面將描述基于源極51和漏極52的兩極開關(guān)元件的操作。
當(dāng)源極51接地并且一個正電壓被施加到漏極52時，由于凝結(jié)在源極51和漏極52之間的銅產(chǎn)生一個金屬絲，電互連源極51和漏極52以便把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)。在開關(guān)元件已被帶入接通狀態(tài)中之后，一個負(fù)電壓被施加到漏極52，把源極51和漏極52之間的金屬絲溶解到離子導(dǎo)體54中，斷開源極51和漏極52以便把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)。
在本領(lǐng)域中已經(jīng)公開了類似于上述兩極開關(guān)元件的一個布置的操作(應(yīng)用物理文集，Vol.82，No.18，第3032到3034頁)。本實(shí)施例在于漏極電流的幅值由柵極53控制。
下面將描述上述布置的開關(guān)元件的操作。
在電壓被施加到漏極52以便把源極51和漏極52與金屬絲互連之后，從而如上所述把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)中，一個正電壓被施加到柵極53，這減少了接通阻抗并且增加了漏極電流。接通阻抗降低和漏極電流增加的原因如下當(dāng)源極51和漏極52被互連而開關(guān)元件被帶入接通狀態(tài)時，因?yàn)榻油ㄗ杩贡唤档停噪妷焊蝗菀妆皇┘拥铰O52，從而不增加凝結(jié)的銅量?？墒?，當(dāng)一個正電壓被施加到柵極53時，它在源極51和漏極52之間凝結(jié)更多的銅，從而減少接通阻抗。
在開關(guān)元件已被帶入接通狀態(tài)中之后，當(dāng)一個負(fù)電壓被施加到柵極53時，漏極電流被降低，因此去掉了金屬絲從而增加接通阻抗并且進(jìn)一步把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)一個特定示例，如果接通阻抗具有10Ω的數(shù)值而漏極電壓具有0.1V的數(shù)值，那么漏極電流具有一個10mA的數(shù)值。在具有精密互連寬度的半導(dǎo)體集成電路中當(dāng)前10mA的數(shù)值很高，傾向于燒掉互連(除非它們足夠厚)，并且由于互連中的原子的運(yùn)動(電遷移)而傾向于斷掉互連。當(dāng)開關(guān)元件處于接通狀態(tài)時一個電壓被施加到柵極53時，控制接通阻抗以便防止一個過大的漏極電流流動是可能的。
當(dāng)一個預(yù)定正電壓被施加到漏極電流52一個預(yù)定時間周期時剛巧一個金屬絲互連源極51和漏極52之前，一個電壓被施加到柵極53以便把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)中。在這個時候，施加到柵極53的電壓可以很小，從而解決兩極開關(guān)元件的問題，其中當(dāng)開關(guān)元件被帶入接通狀態(tài)中時一個太大的漏極電流流動。必須預(yù)先檢查施加到漏極52的預(yù)定正電壓以及剛好在金屬絲互連源極51和漏極52之前時它被施加的預(yù)定時間周期，并且還必須設(shè)置定時以便把電壓施加到柵極53。
在本實(shí)施例中，一個電壓可以被施加在源極51和漏極52之間，或者一個電壓可以被施加到柵極53以便電互連源極51和漏極52。
下面將描述制造根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的過程。制造過程中和第一實(shí)施例相同的的那些步驟在下面將不被詳細(xì)描述。
在象第一實(shí)施例那樣形成柵極53和離子導(dǎo)體54之后，通過噴涂形成一個厚度為10nm的鈦膜，并且通過真空蒸鍍形成一個厚度為100nm的金膜。然后，通過平版印刷術(shù)在金膜上形成具有預(yù)定模型的保護(hù)層，然后所述組合被干蝕刻來形成源極51并且保護(hù)層被去掉。其后，通過真空蒸鍍形成一個厚度為100nm的銅膜。然后，通過平版印刷術(shù)在銅膜上形成具有預(yù)定模型的保護(hù)層。其后，沒有覆蓋著保護(hù)層的銅膜區(qū)域通過離子磨碎而被去掉，從而形成漏極52，并且保護(hù)層被去掉。源極51和漏極52之間的縫隙具有100nm或更少的尺寸。
雖然在上面的示例中通過噴涂形成鈦膜，但是它也可以通過真空蒸鍍來形成。卸除(可以被使用代替干蝕刻來形成源極51和漏極52。象第一實(shí)施例那樣，除了陽極極化之外的方法可以被使用來形成銅硫化物。
根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)元件只有說明性的。不偏離本發(fā)明的范圍的其它結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件是可能的。除了漏極用與柵極相同的材料制造之外，在上面相對于第一實(shí)施例描述的結(jié)構(gòu)、布局和制造方法可以被應(yīng)用到本實(shí)施例。
第三實(shí)施例
下面將描述合并了根據(jù)本發(fā)明開關(guān)元件的FPL電路布置。
象背景技術(shù)中描述的那樣，F(xiàn)PL電路具有多個邏輯電路塊，互連所述邏輯電路塊的一些互連，以及用于改變互連連接的反熔絲元件。根據(jù)本實(shí)施例，代替作為反熔絲元件，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件被使用作為編程元件。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件被應(yīng)用到FPL電路上時開關(guān)元件結(jié)構(gòu)截面圖。
除了圖8A中的源極21被替換成互連A61以及圖8A中的漏極22被替換成互連B62之外，如圖12所示的結(jié)構(gòu)類似于如圖8A所示得第一實(shí)施例。
下面將描述如圖12所示的開關(guān)元件的操作。
互連A61、B62接地，并且一個正電壓被施加到柵極63或者一個負(fù)電壓被施加到互連A61、B62并且柵極63接地，在互連A61、B62之間凝結(jié)銅以便把互連A61、B62彼此電連接?；ミBA61、B62接地，并且一個負(fù)電壓被施加到柵極63或者一個正電壓被施加到互連A61、B62并且柵極63接地，溶解在互連A61、B62之間凝結(jié)的銅以便把互連A61、B62彼此電斷開。
使用在FPL電路中的開關(guān)元件可以是如圖8A所示的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)或者是第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
下面將描述制造如圖12所示開關(guān)元件的過程。制造過程中和第一及第二實(shí)施例相同的的那些步驟在下面將不被詳細(xì)描述。
在已經(jīng)形成邏輯電路塊和外設(shè)電路的襯底上形成絕緣層65。然后，具有一個定義在其中的開口的絕緣層64形成在絕緣層65上，并且柵極63和離子導(dǎo)體24接連著形成在所述開口中。其后，互連A61、B62分別代替如圖8A所示的源極21和漏極22而被形成。
在一個實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明開關(guān)元件的FPL電路能夠至少執(zhí)行好幾百萬個重寫周期。由于開關(guān)元件的接通阻抗很小，所以由FPL電路引起的任何信號延遲很小。FPL電路比使用常規(guī)反熔絲元件的FPL電路好——因?yàn)樗强芍貙懙?，并且比使用EEPROM的FPL電路好——因?yàn)樗鹨粋€較小的信號延遲。
第四實(shí)施例下面將描述采用根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件作為信息存儲手段的存儲裝置布置。
圖13是使用根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)元件的一個存儲裝置的電路圖。
如圖13所示，存儲裝置包括具有存儲單元陣列的存儲器陳列70、位線73a到73z、字線74a到74y以及字線75a到75y。像其它存儲單元一樣，存儲單元76具有單元選擇金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管71和開關(guān)元件72。每一個位線和每一個字線分別連接到解碼器電路和驅(qū)動電路(未示出)。位線由相鄰的存儲單元共享。存儲器陣列70和包括解碼器電路與驅(qū)動器電路在內(nèi)的外設(shè)電路(未示出)組成一個集成存儲電路。
在存儲單元76中，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有一個連接到位線73a的源極和連接到字線74a的柵極。開關(guān)元件72具有連接到位線73b的源極和連接到字線75a的柵極。開關(guān)元件72的漏極連接到金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管71的漏極。
下面將描述如此構(gòu)造的存儲裝置的操作。儲存的信息″1″、″0″中，儲存的信息″1″由開關(guān)元件的接通狀態(tài)表示，而儲存的信息″0″由開關(guān)元件的關(guān)閉狀態(tài)表示。開關(guān)元件所需要來在關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的電壓，即柵極電壓和施加到源極上的電壓之間的差值被表示為Vt，并且金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管71的工作電壓被表示為VR。
為了把″1″寫在存儲單元76中，電壓Vt被施加到連接到存儲單元76的開關(guān)元件72的柵極上的字線75a上，并且0V的電壓被施加到連接到開關(guān)元件72的源極上的位線73b上。電壓Vt/2被施加到字線75b一直到75y上以及位線73a、73c一直到73z上。如上相對于第一實(shí)施例和第二實(shí)施例所述，開關(guān)元件72被帶入接通狀態(tài)中，把儲存的信息″1″寫在其中。在這個時候，沒有儲存的信息被寫入除了開關(guān)元件72之外的其它開關(guān)元件中，并且這些其它開關(guān)元件保持在施加電壓之前的一個狀態(tài)。
為了把″0″寫在存儲單元76中，被施加到連接到存儲單元76的開關(guān)元件72的柵極上的字線75a上的電壓Vt被設(shè)置為0V，并且電壓Vt被施加到連接到開關(guān)元件72的源極上的位線73b上。電壓Vt/2被施加到字線75b一直到75y上以及位線73The、73c一直到73z上。如上相對于第一實(shí)施例和第二實(shí)施例所述，開關(guān)元件72被帶入處于關(guān)閉狀態(tài)中，把儲存的信息″0″寫在其中。除了開關(guān)元件72之外的其它開關(guān)元件保持在施加電壓之前的一個狀態(tài)。
為了從存儲單元76中讀取儲存的信息，電壓VR被施加到字線74a以便導(dǎo)通金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管71，并且施加到其它字線的電壓被設(shè)置為0V，并且位線73a、73b之間的阻抗被確定。這個阻抗表示金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管71的接通阻抗和開關(guān)元件72的阻抗的組合。如果這個合成阻抗太大而不能被測量，那么開關(guān)元件72可以被判斷為處于關(guān)閉狀態(tài)，表示存儲單元76中儲存的信息為″0″。如果合成阻抗小于一個預(yù)定值，那么開關(guān)元件72可以被判斷為處于接通狀態(tài)中，表示存儲單元76中儲存的信息為″1″。
每一存儲單元中的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可以替換成一個二極管。
本發(fā)明不限制為上述實(shí)施例，而是各種變化和修改可以進(jìn)行并且應(yīng)該被翻譯為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)元件，包括能夠在其中傳導(dǎo)金屬離子的一個離子導(dǎo)體；與所述離子導(dǎo)體接觸布置的第一電極和第二電極， 和與所述離子導(dǎo)體接觸布置并包括所述金屬離子的第三電極；其中，所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離L1、所述第一電極和所述第三電極之間的極間距離L2以及所述第二電極和所述第三電極之間的極間距離L3滿足按照所述表達(dá)式的條件L1＜L2×2和L1＜L3×2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)元件，其中所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少。
3.一種可以被布置在覆蓋著絕緣膜或絕緣襯底的一個襯底上的開關(guān)元件，包括能夠在其中傳導(dǎo)金屬離子的一個離子導(dǎo)體；與所述離子導(dǎo)體接觸布置的第一電極和第二電極， 和第三電極，它與所述離子導(dǎo)體接觸布置并且包括基于電化學(xué)反應(yīng)可溶解到所述離子導(dǎo)體中的一個金屬；其中，所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離L1、所述第一電極和所述第三電極之間的極間距離L2以及所述第二電極和所述第三電極之間的極間距離L3滿足按照所述表達(dá)式的條件L1＜L2×2和L1＜L3×2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)元件，其中所述第一電極和所述第二電極可以彼此空間分開地被布置在所述襯底上，并且所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少；所述離子導(dǎo)體被布置來覆蓋所述第一電極和所述第二電極；和所述第三電極被布置在所述離子導(dǎo)體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)元件，其中所述第三電極被布置在所述襯底上；所述離子導(dǎo)體被布置在所述第三電極上；和所述第一電極和所述第二電極可以彼此空間分開地被布置在離子導(dǎo)體上，并且所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離可以是0.5μm或更少。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)元件，其中所述第一電極被布置在所述襯底上；所述離子導(dǎo)體被布置在所述第一電極上；和所述第二電極和所述第三電極被布置在所述離子導(dǎo)體上，并且所述第一電極和所述第二電極之間的極間距離等于或大于所述離子導(dǎo)體的膜厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述第一電極和所述第二電極之間的電特性通過把一個電壓施加到所述第三電極來控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的開關(guān)元件，其中所述電特性表示電傳導(dǎo)性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述第一電極和所述第二電極被電互連以便通過施加一個電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)，所述電壓相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是正的；和所述第一電極和所述第二電極彼此絕緣以便通過施加一個電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)，所述電壓相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是負(fù)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述第二電極包括基于電化學(xué)反應(yīng)可溶解到所述離子導(dǎo)體中的一個金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的開關(guān)元件，其中所述第一電極和所述第二電極被電互連以便通過施加一個相對于所述第一電極為正的電壓到所述第二電極或者施加一個相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是正的電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入接通狀態(tài)；和所述第一電極和所述第二電極彼此絕緣以便通過施加一個相對于所述第一電極是負(fù)的電壓到所述第二電極或者施加一個相對于所述第一電極和所述第二電極中的至少一個是負(fù)的電壓到所述第三電極來把開關(guān)元件帶入關(guān)閉狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極中至少一個在它與所述離子導(dǎo)體接觸保持的一個表面上具有一個尖的部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述離子導(dǎo)體包括一個硫化物材料或金屬離子玻璃或者金屬離子非晶半導(dǎo)體，所述硫化物材料包括屬于周期表6B組中的一個元素。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述離子導(dǎo)體和所述第三電極分別由銅硫化物和銅制成或者分別由銀硫化物和銀制成；和所述第一電極和所述第二電極與所述離子導(dǎo)體接觸保持的部分由諸如鉑、鋁、金、鈦、鎢、釩、鈮、鉭、鉻或鉬之類的金屬、金屬氮化物、或者金屬硅化物、或者它們的組合制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的開關(guān)元件，其中所述離子導(dǎo)體和所述第三和第二電極分別由銅硫化物和銅制成或者分別由銀硫化物和銀制成；和所述第三電極與所述離子導(dǎo)體接觸保持的部分由諸如鉑、鋁、金、鈦、鎢、釩、鈮、鉭、鉻或鉬之類的金屬、金屬氮化物、或者金屬硅化物、或者它們的組合制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一個的開關(guān)元件，其中所述離子導(dǎo)體包括電解液。
17.一種驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求7的開關(guān)元件的方法，包括如下步驟基于施加到所述第三電極上的電壓和/或電壓被施加到所述第三電極上的時間周期來控制所述電特性。
18.一種驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求9的開關(guān)元件的方法，包括如下步驟取決于施加到所述第三電極上的極性，選擇性地把所述開關(guān)元件帶入所述接通狀態(tài)和所述關(guān)閉狀態(tài)中；和通過停止把電壓施加到所述第三電極上來把所述開關(guān)元件保持在所述接通狀態(tài)或所述關(guān)閉狀態(tài)。
19.一種驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求11的開關(guān)元件的方法，包括如下步驟取決于施加到所述第三電極上的極性，選擇性地把所述開關(guān)元件帶入所述接通狀態(tài)和所述關(guān)閉狀態(tài)中；和通過停止把電壓施加到所述第三電極上來把所述開關(guān)元件保持在所述接通狀態(tài)或所述關(guān)閉狀態(tài)。
20.一種驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求9的開關(guān)元件的方法，包括如下步驟當(dāng)引起所述開關(guān)元件在所述接通狀態(tài)和所述關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時測量所述第一電極和所述第二電極之間的傳導(dǎo)性；和基于傳導(dǎo)性的變化控制施加到所述第三電極上的電壓。
21.一種驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求11的開關(guān)元件的方法，包括如下步驟當(dāng)引起所述開關(guān)元件在所述接通狀態(tài)和所述關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時測量所述第一電極和所述第二電極之間的傳導(dǎo)性；和基于傳導(dǎo)性的變化控制施加到所述第三電極上的電壓。
22.一種合并根據(jù)權(quán)利要求7的開關(guān)元件作為編程開關(guān)的可重寫邏輯集成電路。
23.一種具有存儲單元的存儲裝置，所述存儲單元每一個都包括根據(jù)權(quán)利要求7的開關(guān)元件和或者金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或者二極管。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的存儲裝置，其中所述存儲單元包括金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；所述開關(guān)元件具有連接到金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管漏極的所述第二電極、連接到第一位線的第一電極、以及連接到第一字線的第三電極；和所述金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有連接到不同于第一位線的第二位線上的一個源極以及連接到不同于所述第一字線的第二字線上的一個柵極。
全文摘要
一個開關(guān)元件，包括用于傳導(dǎo)使用于電化學(xué)反應(yīng)中的金屬離子的一個離子導(dǎo)體，在接觸離子導(dǎo)體的同時彼此分開一個規(guī)定距離提供的第一電極和第二電極，和與離子導(dǎo)體接觸提供的第三電極。當(dāng)引起切換到接通狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，一個金屬被第一電極與第二電極之間的金屬離子沉淀，從而電連接第一和第二電極。當(dāng)引起切換到關(guān)閉狀態(tài)的一個電壓被施加到第三電極時，沉淀的金屬溶解，因此，從而電斷開第一和第二電極。
文檔編號H01L27/10GK1706046SQ200480001389
公開日2005年12月7日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者阪本利司, 川浦久雄, 砂村潤 申請人:日本電氣株式會社