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可编程金属化元件结构及其制造方法
无权-未缴年费

申请号:97196865.9 申请日:1997-05-28
摘要:一种可编程金属化元件(“PMC”)包括诸如硫族化物-金属离子的快离子导体和多个电极(例如,一个阳极和一个阴极);它们设置在快离子导体的表面,并且相互隔开设定的距离。快离子导体最好包括硫族化物以及ⅠB族或ⅡB族金属;阳极最好包括银,而阴极最好包括铝或其他导体。当把电压施加于阳极和阴极时,从阴极沿快离子导体的表面向阳极生长出非易失性的金属枝晶。枝晶的生长速率是施加的电压和时间的函数。枝晶的生长可以通过把电压去除而停止,并且通过倒转在阳极和阴极处的电压极性可以使枝晶回缩。枝晶长度的变化影响PMC的电阻和电容。可以把PMC合并入各种技术,诸如存储器器件、可编程电阻器/电容器器件、光学器件、传感器等等。可以提供除阴极和阳极之外的附加电极,以在检测电学特性(它取决于枝晶的大小)时用作器件的输出端或附加输出端。
申请人: 爱克逊技术有限公司 亚利桑那州立大学董事会
地址: 美国亚利桑那州
发明(设计)人: 迈克尔·N·科齐茨基 威廉·C·韦斯特
主分类号: G11C13/00
分类号: G11C13/00
  • 法律状态
2017-07-21  未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G11C 13/00申请日:19970528授权公告日:20040331终止日期:20160528
2004-03-31  授权
1999-09-01  
1999-08-25  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  Ⅰ.可编程金属化元件 1.一种可编程金属化元件,其特征在于包括:由快离子导体材料构成的, 在其内设有金属离子的本体;多个淀积在所述材料本体上的导电电极,所述电极 适合于具有施加在两个所述电极之间的第一电压,以在对所述两个电极施加第一 电压时,从所述两个电极的负电极向两个所述电极的正电极生长金属枝晶来对所 述元件编程。 2.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述两个电极适 合于具有对所述两个电极施加的,与所述第一电压极性相反的第二电压,以在对 所述两个电极施加所述第二电压时,逆转金属枝晶的生长。 3.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述元件包括插 在所述两个电极之间以禁止金属枝晶生长的电绝缘材料,从而从一个电极生长的 金属枝晶不能生长至与另一个电极接触之处。 4.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述快离子导体由 包含金属离子的玻璃构成。 5.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述快离子导体 由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物-金属离子材料构成。 6.如权利要求5所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述硫属化物- 金属离子材料包括从包括ⅠB族和ⅡB族金属的组中选出的一种金属。 7.如权利要求5所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述硫属化物- 金属离子材料包括从包括银、铜和锌的组中选出的一种金属。 8.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述快离子导体 由包括三硫化二砷-银的硫属化物-金属离子材料构成。 9.如权利要求1所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述快离子导体 包括AgAsS2。 10.一种构成可编程金属化元件的方法,其特征在于,包括下述步骤:提供 由在其内设置金属离子的快离子导体材料构成的本体;以及提供淀积在所述材料 本体上的多个金属电极。 11.如权利要求10所述的对可编程金属化元件编程的方法,其特征在于, 包括这样的附加步骤,即,在一段预定的时间内,在所述多个电极的两个电极之 间施加第一电压,以建立负电极和正电极,从而在施加电压的预定时间期间,从 所述负电极至正电极生长出金属枝晶。 12.如权利要求11所述的改变对可编程金属化元件编程的方法,其特征在 于,所述方法为在一段预定的时间内施加第二电压至所述两个电极。 13.如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法,其特征在 于,所述方法为施加与所述第一电压极性相同的第二电压,以从所述负电极至所 述正电极进一步生长金属枝晶。 14.如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法,其特征在 于,所述方法为施加与所述第一电压极性相反的第二电压,以逆转金属枝晶的生 长。 15.一种具有可编程电学特性的元件,其特征在于,包括: 具有表面的快离子导体材料; 设置在所述表面上的阳极; 设置在所述表面上,与所述阳极隔开一设定距离的阴极; 在所述表面上形成,并且电耦合至所述阴极的枝晶,所述枝晶具有确定 所述元件的电学特性的长度,并且所述长度可由施加在所述阳极和所述阴极之间 的电压而改变。 16.如权利要求15所述的元件,其特征在于,所述快离子导体材料由从包 括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物材料构成。 17.如权利要求15所述的元件,其特征在于,所述快离子导体材料由从包 括硫、硒和碲的组中选出的材料和从元素周期表的ⅠB族或ⅡB中选出的金属。 18.如权利要求17所述的元件,其特征在于,所述快离子导体包括三硫化 二砷-银。 19.如权利要求17所述的元件,其特征在于,所述阳极包括从包括银、铜 和锌的组中选出的金属,而所述阴极包括铝。 20.如权利要求19所述的元件,其特征在于,所述阳极包括银-铝双层而所 述阴极包括铝。 21.如权利要求20所述的元件,其特征在于,在所述阳极和所述阴极之间 的所述设定距离在几百个微米至百分之几个微米之间。 22.如权利要求17所述的元件,其特征在于,把所述快离子导体材料设置 在所述阳极和所述阴极之间,所述阳极和所述阴极构成平行平面。 23.如权利要求15所述的元件,其特征在于,所述元件还包括支承基片, 用于对所述元件提供强度和刚性。 24.如权利要求15所述的元件,其特征在于,当跨过所述阴极和所述阳极 施加所述电压时,所述枝晶的所述长度增加,而当所述电压逆转时,所述枝晶的 所述长度减少。 25.如权利要求24所述的元件,其特征在于,当所述电压为大约0.5至1.0 伏时,所述枝晶的所述长度以大于10-3m/s的速率增加或减少。 26.如权利要求15所述的元件,其特征在于,当去除所述电压时,所述枝 晶保持不变。 27.如权利要求15所述的元件,其特征在于,所述元件还包括电路,用于 在合适的时间间隔测量与所述枝晶的所述长度有关的电学特性。 28.如权利要求15所述的元件,其特征在于,所述元件还包括在所述快离 子导体材料、所述阳极、所述阴极和所述枝晶的至少一部分上的一层,用于防止 所述元件损坏同时还允许所述枝晶的所述长度改变。 29.一种构成可编程元件的方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤: 提供具有表面的快离子导体材料; 在所述表面上形成阳极; 在所述表面上形成阴极,它与所述阳极隔开设定的距离; 在所述表面上形成非易失性枝晶,所述枝晶电耦合至所述阴极,并且所 述枝晶具有确定所述可编程元件的电学特性的长度。 30.如权利要求29所述的方法,其特征在于,所述提供快离子导体材料的 步骤包括提供从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物和从元素周期表的ⅠB族 或ⅡB族选出的金属。 31.如权利要求30所述的方法,其特征在于,所述提供快离子导体材料的 步骤包括提供三硫化二砷-银材料。 32.如权利要求31所述的方法,其特征在于,提供所述三硫化二砷-银材料 的步骤包括这样的步骤,即,使用波长小于500纳米的光照射银薄膜和三硫化二 砷层。 33.如权利要求29所述的方法,其特征在于,形成所述阳极的所述步骤包 括形成用从包括银、铜和锌的组中选出的材料制成的阳极,而形成所述阴极的步 骤包括形成用导电材料制成的阴极。 34.如权利要求29所述的方法,其特征在于,形成所述阴极的步骤包括在 平行于所述阳极的平面内形成所述阴极。 35.如权利要求29所述的方法,其特征在于,所述方法还包括这样的步骤, 即,提供支承基片,以对所述可编程元件提供强度和刚性。 36.如权利要求29所述的方法,其特征在于,所述方法还包括这样的步骤, 即,提供用于在合适的时间间隔测量与所述枝晶的所述长度有关的电学特性的电 路。 37.如权利要求29所述的方法,其特征在于,所述方法还包括这样的步骤, 即,在所述快离子导体材料、所述阳极、所述阴极和所述枝晶的至少一部分上提 供一层,用于防止所述元件损坏同时还允许所述枝晶的所述长度改变。 38.如权利要求29所述的对元件编程的方法,其特征在于,所述方法包括这 样的步骤,即,跨过所述阳极和所述阴极施加电压,从而增加或减少所述枝晶的 所述长度。 39.一种可编程金属化元件,其特征在于所述元件包括由快离子导体材料构 成的,在其内设有金属离子的本体;淀积在所述材料本体上的阴极和阳极,所述 阴极和阳极适合于具有施加在它们之间的第一电压,以在对它们施加所述第一电 压时,根据从所述阴极向所述阳极的金属枝晶的生长来对所述元件编程,并且还 包括设置在所述本体上的至少一个附加电极,用绝缘材料把所述至少一个附加电 极与所述金属枝晶和所述快离子导体隔离,由此在所述阴极、阳极和至少一个附 加电极的任何两个电极之间测量的电学特性根据所述金属枝晶的生长而变化。 40.如权利要求39所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述快离子导 体材料是从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物,而所述金属离子是由从包括 银、铜和锌的组中选出的金属形成的。 41.如权利要求40所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述绝缘材料 包括电介质,从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电容。 42.如权利要求40所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述绝缘材料 包括电阻材料,从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电阻。 43.一种可编程金属化元件,其特征在于所述元件包括由快离子导体材料构 成的本体,所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物材料 组成,并且具有在所述快离子导体中设置的从包括银、铜和锌的组中选出的金属 离子;淀积在所述材料本体上的阴极和阳极,所述阴极和阳极适合于具有施加在 它们之间的第一电压,以在对它们施加所述第一电压时,根据从所述阴极向所述 阳极的金属枝晶的生长来对所述元件编程,并且还包括在所述本体中的至少两个 附加电极,用材料把所述两个附加电极与所述金属枝晶和所述快离子导体隔离, 由此在所述阴极、阳极和两个附加电极的任何两个电极之间测量的电学特性根据 所述金属枝晶的生长而变化。 44.如权利要求43所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述绝缘材料 包括电介质,从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电容。 45.如权利要求43所述的可编程金属化元件,其特征在于,所述绝缘材料 包括电阻材料,从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电阻。
公开号  1226990
公开日  1999-08-25
专利代理机构  上海专利商标事务所
代理人  徐泰
颁证日  
优先权  1996.5.30 US 08/652,706
国际申请  PCT/US97/09367 97.5.28
国际公布  WO97/48032 英 97.12.18
进入国家日期  1999.01.28