專利名稱：具有帶有不同開關(guān)閾值的本征二極管的可開關(guān)結(jié)的制作方法
具有帶有不同開關(guān)閾值的本征二極管的可開關(guān)結(jié)
背景技術(shù)：
納米級電子裝置預(yù)示了許多優(yōu)點，包括明顯減小的特征尺寸和針對自組裝和針對其它相對廉價的、基于非光刻的制造方法的潛力。納米線交叉桿(crossbar)陣列能夠用來形成多種電子電路和器件，包括超高密度非易失性存儲器?？梢栽趦蓚€納米線相互重疊的交叉點處的納米線之間插入結(jié)元件?？梢詫⑦@些結(jié)元件編程以保持兩個或更多傳導(dǎo)狀態(tài)。例如，結(jié)元件可以具有第一低電阻狀態(tài)和第二較高電阻狀態(tài)?？梢酝ㄟ^選擇性地設(shè)置納米線陣列內(nèi)的結(jié)元件的狀態(tài)來將數(shù)據(jù)編碼到這些結(jié)元件中。增加結(jié)元件的穩(wěn)健性和穩(wěn)定性能夠提供顯著的操作和制造優(yōu)點。


通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將是顯而易見的，附圖一起以示例的方式舉例說明本發(fā)明的特征；并且在附圖中
圖I是納米線交叉桿架構(gòu)的一個說明性實施例的透視 圖2是根據(jù)本文所述原理的一個實施例的結(jié)合了結(jié)元件的納米線交叉桿架構(gòu)的等距視 圖3A和3B是示出根據(jù)本文所述原理的一個實施例的通過交叉桿存儲器陣列的一部分的電流路徑的說明性圖示；
圖4是根據(jù)本文所述原理的一個實施例的具有類似電極材料的說明性可開關(guān)(switchable)結(jié)兀件的圖不；
圖5A和5B是根據(jù)本文所述原理的一個實施例的具有不同類型的電極材料的說明性可開關(guān)結(jié)元件的各種操作狀態(tài)的圖示；以及
圖6是根據(jù)本文所述原理的一個實施例的可開關(guān)結(jié)元件的說明性實施例的圖示。現(xiàn)在將對所示的示例性實施例進(jìn)行參考，并且將在本文中使用特定語言來對其進(jìn)行描述。然而，將理解的是并不從而意圖限制本發(fā)明的范圍。
具體實施例方式納米級電子裝置預(yù)示了許多優(yōu)點，包括明顯減小的特征尺寸以及針對自組裝和針對其它相對廉價的、基于非光刻的制造方法的潛力。一種類型的納米級器件是交叉桿架構(gòu)。納米級交叉線器件中的開關(guān)的研究先前已報告說這些器件可以被可逆地開關(guān)并且可以具有 IO3的“開關(guān)”電導(dǎo)比。這些器件已被用來構(gòu)造交叉桿電路并提供用于產(chǎn)生超高密度非易失性存儲器的途徑。另外，交叉桿架構(gòu)的多用性有助于產(chǎn)生其它通信和邏輯電路。例如，可以完全由交叉桿開關(guān)陣列或由開關(guān)和晶體管所組成的混合結(jié)構(gòu)來構(gòu)造邏輯系列。這些器件可以增加CMOS電路的計算效率。這些交叉桿電路在某些情況下可以代替CMOS電路，并且使得能夠在不必進(jìn)一步縮小晶體管的情況下實現(xiàn)若干數(shù)量級的性能改善。納米級電子器件的設(shè)計和制造提出許多挑戰(zhàn)，正在解決這些挑戰(zhàn)以改善納米級電子器件的商業(yè)生產(chǎn)并將這些器件結(jié)合到微米級和較大尺度的系統(tǒng)、器件和產(chǎn)品中。
在以下說明中，出于解釋的目的，闡述許多特定細(xì)節(jié)以便提供對本系統(tǒng)和方法的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實施本設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在說明書中對“實施例”、“示例”或類似語言的引用意指結(jié)合該實施例或示例所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少那一個實施例中，但不一定在其它實施例中。在本說明書中的各個位置中的短語“在一個實施例中”或類似短語的各種實例不一定全部指代同一實施例。遍及本說明書，使用用于電流的流動的常規(guī)標(biāo)志法。具體地，正電荷(“空穴”)的流動方向是從電源的正側(cè)到電源的更負(fù)側(cè)。圖I是說明性納米線交叉桿陣列(100)的等距視圖。交叉桿陣列(100)由被第二 層近似平行納米線(106)覆蓋的第一層近似平行納米線(108)組成。第二層納米線(106)在取向上大致垂直于第一層納米線(108)，不過這些層之間的取向角可以改變。這兩層納米線形成柵格或交叉桿，每個第二層納米線(106)覆蓋全部第一層納米線(108)并在表示兩個納米線之間的最緊密接觸的納米線交叉點處與每個第一層納米線(108)達(dá)到緊密接觸。雖然圖I中的單獨納米線(102、104)示出為具有矩形橫截面，但納米線還可以具有正方形、圓形、橢圓形或更復(fù)雜的橫截面。納米線還可以具有許多不同的寬度或直徑和縱橫比或偏心率。術(shù)語“納米線交叉桿”可以指代除納米線之外還具有一層或多層亞微米級導(dǎo)線、微米級導(dǎo)線或具有更大尺度的導(dǎo)線的交叉桿?？梢允褂冒ǔＲ?guī)光刻法以及機械納米壓印技術(shù)的多種技術(shù)來制造這些層。可替換地，納米線可以被化學(xué)合成，并且可以作為各層近似平行的納米線在一個或多個處理步驟(包括Langmuir-Blodgett過程)中進(jìn)行沉積。還可以采用用于制造納米線的其它替換技術(shù)，諸如干涉光刻法。許多不同類型的導(dǎo)電和半導(dǎo)電納米線可以由金屬和半導(dǎo)體物質(zhì)、由這些類型的物質(zhì)的組合以及由其它類型的物質(zhì)化學(xué)合成?？梢酝ㄟ^多種不同方法來將納米線交叉桿連接到微米級地址線引線或其它電子引線以便將納米線結(jié)合到電路中。在納米線交叉點處，能夠制造諸如電阻器的納米級電子組件及其它熟悉的基本電子組件以將兩個重疊的納米線互連。用開關(guān)連接的任何兩個納米線被稱為“交叉桿結(jié)”。圖2示出揭示設(shè)置在第一層近似平行納米線(108)與第二層近似平行納米線(106)之間的中間層(210)的說明性納米線交叉桿架構(gòu)(200)的等距視圖。根據(jù)一個說明性實施例，中間層(210)可以是電介質(zhì)層。在頂層中的導(dǎo)線(106)與底層中的導(dǎo)線(108)之間的導(dǎo)線交叉點處的中間層中形成了許多結(jié)元件(202 - 208)。這些結(jié)元件(202 — 208)可以執(zhí)行多種功能，包括提供納米線之間的可編程開關(guān)。出于說明的目的，在圖2中僅示出幾個結(jié)元件(202 - 208)。如上文所討論的，在許多器件中可能期望在每個納米線交叉點處存在結(jié)元件。由于第一層納米線(108)中的每個導(dǎo)線與第二層納米線(106)中的每個導(dǎo)線交叉，所以在每個交叉點處放置結(jié)元件允許將第一層中的任何納米線(108)連接到第二層中的任何導(dǎo)線(106)。根據(jù)一個說明性實施例，可以使用納米線交叉桿架構(gòu)(200)來形成非易失性存儲器陣列?？梢允褂妹總€結(jié)元件(202 — 208)來表示數(shù)據(jù)的一個或多個位。例如，在最簡單情況下，結(jié)元件可以具有兩個狀態(tài)導(dǎo)電狀態(tài)和不導(dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)電狀態(tài)可以表示二進(jìn)制“I”且不導(dǎo)電狀態(tài)可以表示二進(jìn)制“0”，反之亦然?？梢酝ㄟ^改變結(jié)元件的導(dǎo)電狀態(tài)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入交叉桿架構(gòu)(200)中。然后可以通過感測結(jié)元件(202 - 208)的狀態(tài)來取回二進(jìn)制數(shù)據(jù)。下面更詳細(xì)地描述改變結(jié)元件的導(dǎo)電狀態(tài)的能力。以上示例僅僅是納米線交叉桿架構(gòu)(200)的一個說明性實施例?？梢允褂枚喾N其它配置。例如，交叉桿架構(gòu)(200)可以結(jié)合具有不止兩個狀態(tài)的結(jié)元件。在另一示例中，可以使用交叉桿架構(gòu)來形成基于蘊涵(implication)邏輯結(jié)構(gòu)和交叉桿的自適應(yīng)電路，諸如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。圖3A是示出說明性交叉桿架構(gòu)(300 )的圖示。出于說明的目的，僅示出交叉桿架構(gòu)(300)的一部分，并且將納米線(302、304、314、316)示為線。納米線A和B (302,304) 上層納米線中，并且納米線C和D (314、316)在下層納米線中。結(jié)(306 — 312)在各納米線的交叉點處將其連接。根據(jù)一個說明性實施例，可以通過向?qū)Ь€B (304)施加負(fù)(或接地)讀電壓并向?qū)Ь€C (316)施加正電壓來讀取導(dǎo)線B (304)與導(dǎo)線C (316)之間的結(jié)(312)的狀態(tài)。理想 地，如果電流(324)在施加讀電壓時流過結(jié)(312)，則讀電路能夠確定結(jié)(312)處于其導(dǎo)電狀態(tài)。如果沒有電流或無實質(zhì)電流流過結(jié)(312)，則讀電路能夠確定結(jié)(312)處于其電阻狀態(tài)。然而，如果結(jié)(306 - 310)本質(zhì)上是純電阻性的(即相對低的電阻是導(dǎo)電狀態(tài)而相對高的電阻是電阻狀態(tài))，則許多漏電流還可以穿過其它路徑行進(jìn)。可以將這些漏電流視為“電噪聲”，其使結(jié)(312)的期望讀取混淆。圖3B示出穿過導(dǎo)線C (316)與導(dǎo)線B (304)之間的替換路徑行進(jìn)的漏電流(326)。在圖3B中，漏電流(326)穿過三個結(jié)(310、308、306)行進(jìn)并出現(xiàn)在線B (304)上。如能夠設(shè)想的，在比圖3B所示的尺寸更大的陣列中，各種漏電流可以穿過大量替換路徑行進(jìn)并在其被讀電路感測時出現(xiàn)在線B (304)上。這些漏電流能夠產(chǎn)生相當(dāng)大量的不期望電流，其使結(jié)(312)的狀態(tài)的期望讀取混淆。圖4舉例說明示出了可以包括減少串?dāng)_的類似于二極管的行為的可開關(guān)結(jié)元件(400)的一個實施例的圖示。根據(jù)一個說明性實施例，結(jié)元件包括上鉬電極(418)和下鉬電極(422)。通常，電極(418、422)是交叉導(dǎo)線，但是電極可以是被電連接到交叉導(dǎo)線的分離元件。結(jié)元件(400)的中心部分可以由憶阻基體材料構(gòu)成。憶阻基體材料是包含許多移動摻雜劑的半導(dǎo)電材料。在相對高的編程電壓的影響下，使移動摻雜劑移動穿過半導(dǎo)電材料，從而改變結(jié)的性質(zhì)。在施加較低的讀電壓時移動摻雜劑仍留在原位，允許結(jié)的狀態(tài)保持穩(wěn)定，直至施加另一編程電壓?？梢允褂迷S多不同類型的基體/摻雜劑組合來形成憶阻基體。下表I列出可以使用的許多說明性材料和摻雜劑。表I.摻雜材料、未摻雜材料和移動摻雜劑的說明性列表
未摻雜__移動摻雜劑
Ti02Ti02-x氧空位
Zr02Zr02-x氧空位
Hf02Hf02-x氧空位
TaOTaCVx氧空位
VaOVaCVx氧空位
MbOMbCVx氧空位SrTi 03SrTi03-x氧空位
GaNGaNl-x氮空位
CuClCuCll-x氯空位
GaNGaN: S硫化物離子
為了成功地構(gòu)造具有期望整流行為的結(jié)元件，可以考慮許多因素，包括半導(dǎo)體基體的帶隙、半導(dǎo)體中的摻雜劑的類型和濃度、電極金屬的功函數(shù)及其它因素，如能夠認(rèn)識到的。根據(jù)一個說明性實施例，憶阻基體可以是二氧化鈦(TiO2)基體(420)，并且移動摻雜劑(424 )可以是二氧化鈦基體(420 )內(nèi)的氧空位。氧空位摻雜劑(424 )是帶正電的，并且將被吸引到負(fù)電荷，并被正電荷排斥。因此，通過向上電極(418)施加負(fù)編程電壓并向底部電極(422 )施加正編程電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)具有足以使摻雜劑(424 )向上移動的強度的電場。在納米線陣列的其它結(jié)內(nèi)將不存在此強度的電場，因為僅存在一個其中被連接到上電極和下電極的導(dǎo)線交叉(即在結(jié)(400)處)的結(jié)。結(jié)果，能夠?qū)⒓{米線陣列內(nèi)的每個結(jié)單獨地編程為具有被建模為電阻器(444)的可變電阻。移動摻雜劑(424)向上漂移并且挨著憶阻基體(420)與上電極(418)之間的界面形成摻雜區(qū)域(438)。這些移動摻雜劑從基體(420)的下區(qū)域的移動產(chǎn)生相對輕摻雜的區(qū)域，稱為未摻雜區(qū)域(436)。遍及本說明書、附圖和所附權(quán)利要求，術(shù)語“摻雜區(qū)域”和“未摻雜區(qū)域”用來指示可能存在于材料中的摻雜劑或其它雜質(zhì)的比較水平。例如，術(shù)語“未摻雜”不指示雜質(zhì)或摻雜劑的完全不存在，而是指示與在“摻雜區(qū)域”中相比存在明顯更少的雜質(zhì)。二氧化鈦基體(420)是在摻雜區(qū)域中展現(xiàn)出明顯較高的導(dǎo)電率且在未摻雜區(qū)域中展現(xiàn)出較低導(dǎo)電率的半導(dǎo)體。上電極(418)的高導(dǎo)電率和摻雜區(qū)域(438)中的摻雜劑(424)的相對高的導(dǎo)電率產(chǎn)生界面處的電氣性質(zhì)方面的相對好的匹配。因此，在這兩個材料之間存在平滑的電學(xué)過渡。上電極(418)與基體(420)之間的此電學(xué)過渡稱為歐姆界面(426)。歐姆界面(426)的特征在于相對高的導(dǎo)電率。在結(jié)元件(400)的物理圖示的右側(cè)，示出了相應(yīng)電氣圖。歐姆界面(426)被建模為電阻器Rl (430)。如上文所討論的，電阻器Rl (430)將由于界面兩端的低電阻而具有相對低的電阻。在基體(420)與下電極(422)之間的界面處，導(dǎo)電金屬電極(422)直接與二氧化鈦基體的未摻雜區(qū)域(436)對接。在此界面處，存在毗鄰材料的導(dǎo)電率及其它性質(zhì)的大差異。此界面處的電學(xué)行為明顯不同于歐姆界面(426)。下界面形成類似于肖特基的界面(428)，而不是歐姆界面。肖特基界面(428)具有在金屬-半導(dǎo)體界面處形成的勢壘，其具有類似于二極管的整流特性。肖特基界面與P_n界面的不同之處在于其在金屬中具有小得多的耗盡層寬度。在一個實施例中，可以使用多個薄膜形成各種層來產(chǎn)生可開關(guān)結(jié)元件(400 )。在多層薄膜中，界面行為可能不是與傳統(tǒng)肖特基勢壘完全相同。因此，將說明性薄膜之間的各種 界面描述為“類似于肖特基”。相應(yīng)的電氣元件被建模為二極管Dl (434)。在適中電壓下，二極管Dl (434)允許電流僅沿著一個方向流動。在圖4所示的說明性實施例中，二極管Dl(434)僅允許電流從下電極(422)流到上電極(418)。通過將此二極管行為結(jié)合到交叉桿陣列中的每個結(jié)元件中，能夠阻擋大部分的串?dāng)_電流。
通過返回圖3A和3B能夠更好地理解此二極管行為的優(yōu)點。在一個實施例中，結(jié)元件(306 - 312)中的每一個結(jié)合了此二極管行為。因此，電流能夠從下導(dǎo)線(314、316)流到上導(dǎo)線(302、304)而不能沿相反的方向流動。圖3A的讀電流未被阻止，因為電流的流動是從導(dǎo)線C (316)向上至導(dǎo)線B (304)。然而，圖3B所示的漏電流(326)被阻擋，因為漏電流嘗試向下穿過線A (302)與線D (314)之間的結(jié)元件(308)行進(jìn)。納米線陣列內(nèi)的其它泄漏路徑被類似地阻擋，因為其嘗試從陣列的上層中的納米線傳至下層中的納米線。 如果能夠?qū)㈥嚵械囊粋?cè)連接至固定的電壓電平(諸如接地)，而通過向位于基體的相對側(cè)的電極施加電壓來對交叉點進(jìn)行讀和寫，則能夠顯著地降低使用納米線交叉桿陣列(諸如圖I所示的陣列(100))形成的數(shù)字電路(諸如數(shù)字存儲器)的復(fù)雜性。然而，如果電極由相同的材料制成，則施加于僅僅一個電極的電壓(其中接地被施加于另一電極)可能抵消阻擋二極管的益處。例如，圖4示出了鉬電極(418)和(422)。如果底部電極(422)被連接到地，并且向頂部電極(418)施加電壓,則具有相同電壓但具有相反極性的電場將出現(xiàn)在底部電極(422)。在足以改變摻雜區(qū)域(438)的位置的電壓電平下，該電場將開關(guān)底部二極管并因此允許電流以兩個方向流過底部二極管(434)，從而消除具有阻擋二極管的益處。為了克服此限制，在憶阻基體的相對側(cè)的電極可以由不同類型的導(dǎo)電材料形成。如前文所討論的，憶阻基體與電極之間的界面用于形成類似于肖特基的二極管界面。該二極管的開關(guān)電壓取決于用來形成電極和憶阻基體的材料的類型。能夠被用作電極以與憶阻基體對接的說明性導(dǎo)電材料包括金、銀、鋁、銅、鉬、鈀、釕、錯、鋨、鶴、鑰、鉭、銀、鈷、鎳、鐵、鉻、銀、鈦、銥、氧化銥、氧化釕、氮化鈦和碳化鈦。還可以使用各種類型的合金、復(fù)合物和導(dǎo)電聚合物作為電極。用來形成電極的材料被選擇以形成電極/憶阻基體界面，其提供使得憶阻基體內(nèi)的移動摻雜劑能夠移動至足以改變界面的阻抗的期望范圍的開關(guān)電壓。例如，圖5A示出第一電極(518)可以基本上由金(Au)形成。第二電極(522)可以基本上由鉬(Pt)形成。在圖5A中的示例中，金電極518與二氧化鈦憶阻基體(520)之間的結(jié)能夠產(chǎn)生具有約0.5伏的開關(guān)電壓的第一類似于肖特基的二極管界面(552)。這在被示為在橫截面圖的右側(cè)的結(jié)的電學(xué)模型中被表征為二極管D2 (542)。由與二氧化鈦憶阻基體(520)的鉬電極(522)界面產(chǎn)生的類似于肖特基的二極管界面(528)形成具有約I. 5伏的開關(guān)電壓的類似于肖特基的二極管(534)。開關(guān)電壓的此差別允許將二極管中的一個接通，同時保持另一二極管關(guān)斷。這使得能夠?qū)f底部電極連接到恒定的電壓，諸如接地。然后可以向頂部電極施加單個可變電壓以切換可開關(guān)結(jié)元件的狀態(tài)。將結(jié)的一個層連接到地的能力使得能夠?qū)崿F(xiàn)用被連接到具有較低開關(guān)電壓的結(jié)的單個電壓源進(jìn)行對結(jié)的讀和寫的復(fù)雜性的顯著降低。如前文所討論的，基體的摻雜區(qū)域(548)包括多種移動摻雜劑。所使用的摻雜劑的類型取決于形成憶阻基體所用的材料。在本示例中，當(dāng)使用二氧化鈦(TiO2)來形成憶阻基體時，摻雜區(qū)域(548)由氧空位組成。當(dāng)向金電極(518)施加0. 5V與I. 5V之間的正電壓時，其產(chǎn)生驅(qū)動摻雜區(qū)域遠(yuǎn)離金電極(518)的電場。由于施加的電壓小于鉬電極(522)界面的開關(guān)電壓，所以包括類似于肖特基的界面(528)的二極管(534)仍處于關(guān)斷位置，并產(chǎn)生對電流流動的壁壘，從而顯著地減少漏電流和串?dāng)_。當(dāng)摻雜區(qū)域(548)遠(yuǎn)離金電極達(dá)所選距離時，可開關(guān)結(jié)元件(500)的導(dǎo)電率改變以形成頭對頭整流器電路，如圖5A所示。憶阻基體中的未摻雜區(qū)域(546)、摻雜區(qū)域(548)和未摻雜區(qū)域(550)的組合電阻在圖5A中的結(jié)的電學(xué)模型中被建模為電阻器(544 )。
圖5A中的摻雜區(qū)域(548)的位置表示可開關(guān)結(jié)元件(500)的“斷開”狀態(tài)。在斷開狀態(tài)下，電阻可以約為IO5歐姆至IO7歐姆，取決于所使用的材料的類型?？梢酝ㄟ^施加讀電壓來讀取可開關(guān)結(jié)元件的狀態(tài)，所述讀電壓小于電極界面(552、528)的最低開關(guān)電壓。在本示例中，讀電壓可以小于+/-0. 5伏，其中讀電壓通常約為0. 2伏。可以通過向金電極518施加大于0. 5伏的負(fù)電壓來將可開關(guān)結(jié)元件(500)切換至“接通”狀態(tài)，如圖5B所示。小于負(fù)I. 5伏的電壓將保證鉬電極(522)界面(528)不切換，從而顯著地減少了在寫周期期間發(fā)生的漏電流和串?dāng)_。當(dāng)摻雜區(qū)域(538)在金電極(518)附近遷移時，其形成歐姆界面(526)，如前文所討論的。通過電阻器(530)來建模歐姆界面的相對低的電阻。處于“接通”狀態(tài)的結(jié)(500)的電阻是“斷開”狀態(tài)下的電阻的約IO2至IO4分之一、或約IO3分之一。如上文所討論的，可以通過施加讀電壓來感測電阻的此大的變化。在圖6中提供了圖5A和5B中的示例的更一般圖示。圖6示出了被電耦合到憶阻基體(615)的第一電極(610),憶阻基體(615)被電稱合到第二電極630。第一電極被選擇為形成具有二極管開關(guān)電壓V1的第一整流二極管界面，二極管開關(guān)電壓V1比在第二電極(630)與憶阻基體(615)之間形成的第二整流二極管界面的二極管開關(guān)電壓V2小?？梢詫⒌诙姌O連接到地(640)或另一所選恒定電壓。第一電極與憶阻基體之間的界面形成被建模為憶阻器(646)的可開關(guān)界面(626)。第二電極(630)與憶阻基體(615)之間的界面形成被建模為二極管634的穩(wěn)定的類似于肖特基的二極管界面(628)。憶阻基體被建模為電阻器(644)。可以將可變電壓源V1 < V < %施加于頂部電極(610)以向可開關(guān)結(jié)元件(600)進(jìn)行寫入。基于移動摻雜劑的電荷來確定V的極性。將極性選擇為在憶阻基體內(nèi)產(chǎn)生電場，所述電場朝著第一電極(610)驅(qū)動摻雜劑以形成可開關(guān)結(jié)元件(600)的“接通”狀態(tài)。選擇相反極性以使可開關(guān)結(jié)元件(600)移動至“關(guān)斷”狀態(tài)。直觀地，可以任意地或基于較大系統(tǒng)的需要來選擇被選為“接通”和“關(guān)斷”的狀態(tài)?？梢酝ㄟ^施加小于V1的電壓來讀取可開關(guān)結(jié)元件(600)的狀態(tài)。類似于肖特基的二極管界面(628)顯著地限制讀和寫周期期間的漏電流和串?dāng)_。根據(jù)特定應(yīng)用的要求，第一電極可以由被選擇為形成穩(wěn)定的類似于肖特基的二極管界面的材料構(gòu)造，并且可以相應(yīng)地選擇第二電極的材料以形成開關(guān)界面?？梢曰诮Y(jié)的期望開關(guān)電壓來選擇用來形成電極的導(dǎo)電材料的類型。開關(guān)電壓取決于電極/憶阻基體界面的物理性質(zhì)。對于被耦合到憶阻基體的兩個電極而言期望兩個不同的開關(guān)電壓。通常，期望相對低的開關(guān)電壓以減少在開關(guān)中消耗的功率量。如前文所討論的，用于Au/Ti02界面的二極管開關(guān)電壓約為0. 5伏。用于PVTiO2界面的二極管開關(guān)電壓約為I. 5伏。類似于肖特基的二極管界面的開關(guān)電壓之間的差異使得能夠?qū)⒁粋€電極(例如628)接地或設(shè)置于固定電壓?？梢韵蚓哂休^低二極管開關(guān)電壓的電極施加在較低二極管開關(guān)電壓與較大二極管開關(guān)電壓之間的電壓(當(dāng)使用金或鉬時，0.5 < V < I. 5)以使得能夠在相對高阻抗與相對低阻抗之間切換可開關(guān)結(jié)元件(600)。通過保持在此電壓范圍內(nèi)，能夠在保持憶阻基體(615)與電極(630)的界面(628)處的類似于肖特基的二極管(634)具有較大二極管開關(guān)電壓的同時對結(jié)進(jìn)行開關(guān)。這使得能夠在保持對電流流動的壁壘的同時對結(jié)(600)進(jìn)行開關(guān),從而顯著地減少漏電流和串?dāng)_。向可開關(guān)結(jié)元件的一個電極施加接地或固定電壓并使用單個可變電壓對結(jié)進(jìn)行開關(guān)的能力顯著地降低了對納米線交叉桿陣列的讀和寫的復(fù)雜性，如圖I所示。不是必需向陣列中的每個可開關(guān)結(jié)的兩個電極施加兩個不同的電壓，施加單個電壓以對每個結(jié)進(jìn)行讀或?qū)懙哪芰δ軌虼蟠蠼档褪褂媒徊鏃U陣列構(gòu)造的器件的復(fù)雜性和成本。雖然前述示例在一個或多個特定應(yīng)用中說明本發(fā)明的原理，但對于本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說將顯而易見的是在不運用創(chuàng)造性能力且在不違背本發(fā)明的原理和概念的情況下，可以進(jìn)行實施方式的形式、使用和細(xì)節(jié)方面的許多修改。因此，除了由下文闡述的權(quán)利要求限制本發(fā)明之外，并不意圖限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有帶有不同開關(guān)閾值的本征二極管(534、542)的可開關(guān)結(jié)(500)，包括 第一電極(518),由第一導(dǎo)電材料形成； 第二電極(522)，由第二導(dǎo)電材料形成； 憶阻基體(520)，被配置為與所述第一電極(518)和第二電極(522)形成第一和第二電界面以形成具有第一開關(guān)閾值的第一整流二極管界面(552)和具有第二開關(guān)閾值的第二整流二極管界面(528)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可開關(guān)結(jié)，其中，第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料由選自由金、銀、招、銅、鉬m、鋨、鶴、鑰、鉭、銀、鈷、鎳、鐵、鉻、fu鈦、銥、氧化銥、氧化釕、氮化鈦和碳化鈦組成的組的材料形成。
3.上述權(quán)利要求中的任一項的可開關(guān)結(jié)，其中，憶阻基體(520)由選自由二氧化鈦、二氧化錯、二氧化鉿、氧化鉭、氧化fL、氧化鑰、三氧化銀鈦、氮化鎵和氯化銅組成的組的材料形成。
4.上述權(quán)利要求中的任一項的可開關(guān)結(jié)，其中，所述憶阻基體材料包括選自由氧空位、氮空位、氯空位和硫化物離子組成的組的移動摻雜劑。
5.上述權(quán)利要求中的任一項的可開關(guān)結(jié)，其中，第一開關(guān)閾值小于第二開關(guān)閾值以使得能夠在第一電極(518)與第二電極(522)之間施加電壓以在不對第二整流二極管界面(528)進(jìn)行開關(guān)的情況下對第一整流二極管界面(552)進(jìn)行開關(guān)。
6.上述權(quán)利要求中的任一項的可開關(guān)結(jié)，其中，第一開關(guān)閾值大于第二開關(guān)閾值以使得能夠在第一電極(518)與第二電極(522)之間施加電壓以在不對第一整流二極管界面(528)進(jìn)行開關(guān)的情況下對第二整流二極管界面(522)進(jìn)行開關(guān)。
7.上述權(quán)利要求中的任一項的可開關(guān)結(jié)，還包括被對準(zhǔn)以形成交叉桿陣列(100)的多個可開關(guān)結(jié)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的可開關(guān)結(jié)，其中，所述可開關(guān)結(jié)(500)被配置為在交叉桿陣列(200)中的兩個納米線(102、104)之間形成可開關(guān)電連接。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的可開關(guān)結(jié)，其中，移動摻雜劑(424)配置為通過在第一電極(610)和第二電極(630)兩端施加編程電壓而被移動通過憶阻基體(615);移動摻雜劑分布被配置為定義電界面(626)的可編程電導(dǎo)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的可開關(guān)結(jié)，其中，第一電極(518)和第二電極(522)中的一個被連接到地(640)，其中向第一電極(518)和第二電極(522)中的另一個施加開關(guān)電壓和讀電壓中的一個。
11.一種具有帶有不同開關(guān)閾值的至少兩個本征二極管的可開關(guān)結(jié)(500)，包括 第一電極(518),由第一導(dǎo)電材料形成； 第二電極(522)，由第二導(dǎo)電材料形成； 憶阻基體(520)，其具有移動摻雜劑(524)； 所述憶阻基體與第一電極(518)之間的第一電界面(552)，其在操作中用于形成具有第一開關(guān)閾值的第一整流二極管界面(542)； 所述憶阻基體與第二電極(522)之間的第二電界面(528)，其在操作中用于形成具有大于所述第一開關(guān)閾值的第二開關(guān)閾值的第二整流二極管界面(534)； 其中，所述第二電極(522)在操作中用于連接到固定電壓，其中在第一電極(518)與第二電極(522)之間施加所選電壓以將所述移動摻雜劑(524)分布到相對于所述第一電界面(552)的期望位置，以使得能夠在保持第二整流二極管界面(534)阻擋反向電流的同時基于所述移動摻雜劑的位置來切換所述第一電界面(552)的電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可開關(guān)結(jié)，其中，所述固定電壓是接地。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可開關(guān)結(jié)，其中，所述所選電壓具有大于第一開關(guān)電壓且小于第二開關(guān)電壓的電平。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、12和13所述的可開關(guān)結(jié)，其中，所述可開關(guān)結(jié)(500)被配置為在交叉桿陣列(200)中的兩個納米線(102、104)之間形成可開關(guān)電連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求11、12、和13以及14所述的可開關(guān)結(jié)，其中，移動摻雜劑(424)配置為通過在第一電極(610)和第二電極(630)兩端施加編程電壓而被移動通過憶阻基體(615);移動摻雜劑分布被配置為定義電界面(626)的可編程電導(dǎo)。
全文摘要
公開了一種具有帶有不同開關(guān)閾值的本征二極管的可開關(guān)結(jié)(600)?？砷_關(guān)結(jié)包括由第一導(dǎo)電材料形成的第一電極(610)和由第二導(dǎo)電材料形成的第二電極(630)。結(jié)(600)還包括憶阻基體(615)，被配置為與第一和第二電極形成第一和第二電界面以形成具有第一開關(guān)閾值的第一整流二極管界面(626)和具有第二開關(guān)閾值的第二整流二極管界面(628)。
文檔編號H01L29/417GK102648528SQ200980160063
公開日2012年8月22日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
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