CEM转换装置制造方法及图纸

本技术总体上涉及用于制造CEM转换装置的方法，提供了CEM层包含基本上不含金属的掺杂的金属化合物，其中相同金属元素的离子以不同的氧化态存在。该方法可提供原生的并能够以小于2.0V的工作电压转换的CEM层。

CEM Conversion Device

The technology generally involves methods for manufacturing CEM conversion devices, providing a CEM layer containing doped metal compounds that are essentially metal-free, in which ions of the same metal element exist in different oxidized states. This method can provide a native CEM layer that can be converted at a working voltage less than 2.0V.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CEM转换装置本公开内容涉及包含关联电子材料(CEM，correlatedelectronmaterial)层的转换装置并且涉及用于制造该装置的方法。在多种多样的电子装置类型(例如计算机、数码相机、蜂窝电话、平板电脑装置、个人数字助手等)中发现了电子转换装置，其中它们可充当存储器和/或逻辑装置。对设计者而言在考虑特别的电子转换装置是否适合于这样的功能时感兴趣的因素可包括物理尺寸、储存密度、工作电压、阻抗范围、和/或功率消耗。其他感兴趣的因素可包括制造成本、制造容易性、可扩展性和/或可靠性。看起来存在朝向表现出更低功率和/或更高速度的存储器和/或逻辑装置的持续提高的驱动力。包含CEM的转换装置处于这种驱动力的最前线，不仅因为它们可表现出低的功率和/或高的速度，而且还因为它们通常是可靠的并且制造容易且便宜。本技术提供用于制造基于含硅的CEM的转换装置的方法。CEM转换装置例如可在存储器和/或逻辑装置中作为关联电子随机存取存储器(CERAM)得到应用，其可与大范围的电子电路类型(例如存储器控制器、存储器阵列、滤波电路、数据转换器、光学仪器、锁相环电路、微波和微米波收发器等)使用。CEM转换装置可表现出与其他转换装置相比迅速的导体至绝缘体转变，因为转换是通过电子关联引发而不是通过固态结构相改变或通过流束(filament)的形成(如分别在相变存储器装置和电阻式RAM装置中发现的)。与分别在相变装置和电阻式RAM装置中发现的熔化/凝固或流束形成相反，CEM转换装置的迅速的导体至绝缘体转变可特别地对量子力学现象有响应。在相对传导状态和相对绝缘状态之间(或在第一阻抗状态和第二阻抗状态之间)CEM转换装置中量子力学转变可能以几种方式发生。依据Mott转变可理解在相对绝缘/较高阻抗状态和相对传导/较低阻抗状态之间CEM的量子力学转变。按照Mott转变，如果满足了Mott转变条件，材料可从相对绝缘/较高阻抗状态转换为相对传导/较低阻抗状态。Mott标准可被定义为(nc)1/3a≈0.26，其中nc表示电子浓度，并且其中“a”表示波尔半径。如果达到临界载体浓度，使得满足Mott标准，则据信发生Mott转变。响应于发生的Mott转变，CEM装置的状态从相对较高电阻/较高电容状态(例如绝缘/较高阻抗状态)改变为相对较低电阻/较低电容状态(例如传导/较低阻抗状态)。可通过电子集中来控制Mott转变。如果载体(例如电子)集中，则据信在载体之间强的库伦相互作用分裂CEM的能带以引发相对绝缘(相对较高阻抗)状态。如果电子不再集中，则弱的库伦相互作用可占优势，其可产生能带分裂的消除，这反过来可引发基本上不同于相对较高阻抗状态的金属(传导)能带(相对较低阻抗状态)。从相对绝缘/较高阻抗状态至相对传导/较低阻抗状态的转换可引发除电阻的改变之外还有电容的改变。例如，CEM转换可表现出可变化的电阻以及可变化的电容的性质。换句话说，CEM转换的阻抗特性可包括电阻分量和电容分量两者。例如，在金属状态下，CEM转换可包含可趋于零的相对低的电场，并因此可表现出可同样趋于零的实质上低的电容。类似地，在相对绝缘/较高阻抗状态下(其可通过较高密度的束缚或关联电子引发)，外电场可以能够渗透CEM，并因此CEM可表现出较高的电容(至少部分基于在CEM内储存的额外电荷)。因此例如CEM转换中从相对绝缘/较高阻抗状态至相对传导/较低阻抗状态的转变可导致电阻和电容两者的改变。由CEM形成的转换装置可表现出在包含CEM的装置的大部分体积中响应于Mott转变的阻抗状态的转换。特别地，CEM可形成“主体转换(bulkswitch)”。如本文所用，术语“主体转换”是指转换装置阻抗状态的至少大部分体积的CEM，例如对Mott转变的响应。例如响应于Mott转变，装置的基本上所有CEM可从相对绝缘/较高阻抗状态转换至相对传导/较低阻抗状态或从相对传导/较低阻抗状态转换至相对绝缘/较高阻抗状态。在图1中所示的一种布置中，CEM转换装置可包含夹在传导基材和传导覆盖层之间的CEM层。在这种布置中，CEM转换装置可充当存储器储存元件。在其他的布置中，CEM转换装置可包含提供在传导基材上的CEM层或提供有传导覆盖层的CEM层。在这些其他的布置中，装置包含提供跨该装置的电流流动的源漏区域。现在参考图1A，显示了CEM转换装置的电流密度对电压曲线100，其说明该CEM转换装置的转换行为。至少部分基于施加至CEM装置端部的电压，例如在“写入操作”过程中，可使CEM装置处于相对低阻抗状态或相对高阻抗状态中。例如，施加电压V设定和电流密度J设定可引发CEM转换装置向相对低阻抗存储状态的转变。相反地，施加电压V复位和电流密度J复位可引发CEM装置向相对高阻抗存储状态的转变。如图1A中所示，参考标记110说明可将V设定与V复位分开的电压范围。在使CEM转换装置处于高阻抗状态或低阻抗状态之后，可通过施加电压V读取(例如在读取操作过程中)和检测CEM转换装置的端部处电流或电流密度(例如使用读取窗口107)来检测CEM转换装置的特定状态。按照图1A，如果施加足够的偏压(例如超过能带分裂势)并且满足前述Mott条件(例如注入电子空穴的数目比得上例如转换区域中电子的数目)，则例如响应Mott转变，CEM转换装置可从相对低阻抗状态转换至相对高阻抗状态。这可对应于图1A的电压与电流密度曲线的点108。在这一点处或适当地在这一点附近，电子不再被屏蔽并变得在金属离子附近集中。这种关联可导致强的电子与电子相互作用势，其可对分裂能带起作用从而形成相对高阻抗材料。如果CEM转换装置包含相对高阻抗状态，可通过电子空穴的传输产生电流。因此，如果跨CEM装置的端部来施加临界电压，则可在金属-绝缘体-金属(MIM)装置的势垒之上将电子注入至MIM二极管中。在某些装置中，在跨CEM装置的端部来施加的临界电势处注入电子临界电流可进行“设定”操作，其使CEM装置处于低阻抗状态。在低阻抗状态下，电子的提高可屏蔽进入的电子并移除电子集中，其可对破坏能带分裂势起作用，由此产生低阻抗状态。可通过外部施加的“依从(compliance)”条件控制CEM转换装置中的电流，可至少部分地以施加的外部电流为基础确定该外部施加的“依从”条件，可例如在写入操作过程中限制该施加的外部电流以使CEM装置处于相对高阻抗状态。在一些装置中，这种外部施加的依从电流还可对随后的复位操作设定电流密度条件以使CEM装置处于相对高阻抗状态。如图1A的特定装置所示，可在点116处写入操作过程中施加电流密度J依从以使CEM转换装置处于相对低阻抗状态，电流密度J依从可确定用于在随后的写入操作中使CEM装置处于高阻抗状态的依从条件。如图1A中所示，可随后通过在点108处电压V复位下施加电流密度J复位≥J依从使CEM装置处于高阻抗状态，在该点108处外部施加J依从。特别地，依从可固定CEM转换装置中的许多电子，其可被Mott转变用的空穴“捕获”。换句话说，在写入操作中施加的电流以使CEM装置处于相对低阻抗存储状态可确定待注入至CEM装置用于随后将CEM转换装置转变至相对高阻抗存储状态的空穴数。如以上指出，复位条件可发生在点108处响应Mott转变。这样的Mott转变可引起CE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.CEM转换装置，包含传导基材、传导覆盖层和插入在它们之间的关联电子材料(CEM)层，其中该CEM层包含具有基本上不含金属的掺杂的金属化合物的关联电子材料(CEM)层，其中相同金属元素的离子以不同的氧化态存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 US 15/260,5151.CEM转换装置，包含传导基材、传导覆盖层和插入在它们之间的关联电子材料(CEM)层，其中该CEM层包含具有基本上不含金属的掺杂的金属化合物的关联电子材料(CEM)层，其中相同金属元素的离子以不同的氧化态存在。2.根据权利要求1的CEM转换装置，其中该金属化合物包含相同金属元素的两种不同离子并且不同的氧化态为+2和+3。3.根据权利要求1的CEM转换装置，其中该金属化合物包含相同金属元素的三种不同离子并且不同的氧化态为+1、+2和+3。4.根据权利要求1的CEM转换装置，其中该金属化合物包含以1:5和5:1之间比率的相同金属元素的两种不同离子。5.根据权利要求1的CEM转换装置，其中该金属化合物包含含有处于氧化态+2和+3的镍离子的镍氧化物。6.根据权利要求5的CEM转换装置，其中该镍氧化物含有处于氧化态+1的镍离子。7.根据任一项前述权利要求的CEM转换装置，其中该CEM层掺杂有提供回馈金属配体的掺杂剂。8.根据任一项前述权利要求的CEM转换装置，其中该CEM层是原生的。9.根据任一项前述权利要求的CEM转换装置，其中该装置的转换电压小于或等于2.0V。10.根据任一项前述权利要求的CEM转换装置，其中该金属化合物是d-区或f-区元素的化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·G·瑞德，L·施弗仁，C·P·D·阿劳乔，J·赛林斯卡，
申请(专利权)人：阿姆有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB