可定制的非线性电器件制造技术

在一个示例中，可定制的非线性电器件包括第一导电层、第二导电层以及薄膜金属-氧化物层，该薄膜金属-氧化物层夹在该第一导电层和该第二导电层之间以形成该金属-氧化物层和该第一导电层之间的第一整流界面以及该金属-氧化物层和该第二导电层之间的第二整流界面。该金属-氧化物层包括共存的金属和金属氧化物的导电混合物。还提供一种形成非线性电器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】在一个示例中，可定制的非线性电器件包括第一导电层、第二导电层以及薄膜金属-氧化物层，该薄膜金属-氧化物层夹在该第一导电层和该第二导电层之间以形成该金属-氧化物层和该第一导电层之间的第一整流界面以及该金属-氧化物层和该第二导电层之间的第二整流界面。该金属-氧化物层包括共存的金属和金属氧化物的导电混合物。还提供一种形成非线性电器件的方法。【专利说明】可定制的非线性电器件
技术介绍
非线性电器件不呈现线性电流/电压关系。非线性电器件的示例包括二极管、晶体管、一些半导体结构以及其它器件。非线性电器件可以在包括放大器、振荡器、信号/功率调节、计算、存储器以及其它应用在内的众多应用中使用。 【专利附图】【附图说明】 附图图示本文描述的原理的各示例，并且是说明书的一部分。所图示的示例仅仅是示例，而不限制权利要求的范围。 图1A是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的剖面图和电原理图。 图2是根据文本描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的非线性电行为图。 图3A-图3L是根据本文描述的原理的一个示例的、已经被定制为呈现不同电压/电流关系的多个非线性电器件的图。 图4A是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非对称非线性电器件的剖面图。 图4B是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的非线性电行为图。 图5A-5C示出根据本文描述的原理的一个示例的、忆阻元件和描述该忆阻器件的电行为的图。 图OT-5F示出根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的剖面图和描述该非线性电器件的电特性的图。 图5G-5I示出根据本文描述的原理的一个示例的、组合器件的剖面图和描述该组合器件的电特性的图。 图5J示出根据本文描述的原理的一个示例的、组合器件的性能的电流电压图。 图6是根据本文描述的原理的一个示例的、包含可定制的非线性电器件的纳米线交叉杆体系结构的等距图。 图7A和图7B是根据本文描述的原理的一个示例的、示出穿过交叉杆体系结构一部分的电流路径的示意图。 图8示出根据本文描述的原理的一个示例的、包括忆阻器及可定制的非线性器件的组合器件的电原理图和剖面图。 图9是根据本文描述的原理的一个示例的、描述用于制造定制的非线性电器件的方法的流程图。 在全部附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的元件。 【具体实施方式】 导体/氧化物界面可以是欧姆的(非整流的)或者整流的(即肖特基界面(Schottky interfaces))。然而,传统的肖特基界面不能维持大电流。以下描述的新整流器设计和原理基于导体/金属-氧化物接触，其中金属-氧化物是金属原子、金属阳离子和氧阴离子的混合物。例如，非线性金属-氧化物器件可以在受控的氧/氩环境中通过钽(Ta)金属的反应派射获得。钽-钽氧化物(Ta-Ta oxide)的混合物也可以被写作(Ta, TaO, TaO2, Ta2O5)或者(Ta, Ta+2, Ta+4, Ta+5 和 0_2)，其中 Ta 是钽原子，Ta+2、Ta+4 和 Ta+5 是带有与氧的2个、4个或5个离子键的Ta阳离子，并且0_2是氧阴离子。利用受控的氧气流，可以在从导体、到半导体以及到绝缘体的宽电子导电率范围上定制金属-氧化层。因此，导体/金属-氧化物界面提供宽整流行为范围，其可能有用于针对定制需求而设计整流行为。这些导体/金属-氧化物界面可以用于生产在甚大电流下保持整流的器件，并且可以具有对称或者非对称的电压电流特性。钽仅用作可以用于形成金属-氧化物层的过渡金属的示例。可以使用多种其它过渡金属，如钨、钥、钒和铌。 导体/金属-氧化物界面的另一优势是其可以被集成到诸如忆阻器、忆容(memcapacitor)和忆感器(meminductor)之类的薄膜纳米器件中，以提高它们的性能。在一个示例中，忆阻转换(memristive switching)氧化物(TaOx)联接至(Ta, Ta氧化物)非线性整流器。该组合器件呈现许多改进的非线性转换行为。还示出，将忆阻器与非线性元件串联优于将忆阻器与固定值电阻器串联。当器件处于非转换模式时，该非线性元件将主导(非线性ι-v)。当该非线性元件变得导电时，越过该非线性元件的电压降低，因此可以将电压施加至忆阻器以转换忆阻氧化物的状态。 在下面的描述中，为了解释，阐述很多具体细节，以便提供对本系统和方法的全面理解。然而，对本领域技术人员来说将明显的是，本装置、系统以及方法可以在没有这些具体细节的情况下实施。说明书中对“示例”或类似用语的引用指关于该示例描述的特定特征、结构或特性包括在至少这个示例中，但不一定在其它示例中。 图1A是可定制的非线性电器件100的剖面图，可定制的非线性电器件100包括导电顶层105、金属-氧化物中间层110和导电底层115。导电顶层105和导电底层115可由多种金属导体或者非金属导体形成。例如，导电层可以由金属、金属合金、导电的氧化物、导电的碳化物、导电的氮化物以及其它适合的导电材料形成。金属-氧化物层110可以由多种金属和金属氧化物形成。金属-氧化物层可以包括一系列共存的金属和金属氧化物的组合物，该系列组合物从几乎纯金属变化至带有过量氧阴离子的完全氧化金属。在一些示例中，金属-氧化物层可以包括第一金属和具有第二金属的氧化物。 作为特定示例，导电顶层105和导电底层115可以由钼形成，并且金属-氧化层可以包括钽和钽的氧化物。 导电层105、115和金属-氧化物层110具有不同的电特性。这些电差异确定在这些层之间形成的电界面的类型。有两种常见的界面:欧姆的和整流的。欧姆界面是非整流的且特征在于通常以欧姆定律描述的线性电压-电流关系。例如，与高掺杂的半导体层接触的金属层将形成欧姆界面。 整流界面的特征在于电非线性或者阻挡行为。界面处的整流行为依赖于金属的功函数和相邻材料的电子亲和势之间的差异。通过增强或者弱化这些差异，可以定制和控制整流行为。如上面提到的，金属-氧化物层可以与金属层交界。金属-氧化物层可以由具有金属原子、金属阳离子以及氧阴离子的混合物组成。例如，金属-氧化物层可以包括钽金属和包括Ta0、Ta02和Ta2O5在内的多种形式的钽氧化物。金属-氧化物层内共存的金属原子和金属氧化物可以是完全结晶的、完全非晶的、或者部分结晶部分非晶的。非晶的金属-氧化物层是亚稳的，并且在接近于周围条件的温度下，从非晶状态至更稳定的结晶状态的转换速率慢。因此，构成金属-氧化物层的金属和金属氧化物被描述成“共存的”而非“处于平衡的”，以反映该层的亚稳态。如果至少一个金属原子或者金属氧化物是结晶的，那么金属-氧化物层可以被描述为具有基体(连续)相和散布(不连续)相。例如，金属氧化物可以是基体，金属可以散布在该基体中。 通过改变该金属-氧化层的组合物和在该器件中使用的金属，可以通过在高欧姆和强整流之间变化的范围定制界面行为。这些界面能够维持大电流并且可以在宽整流范围内定制。当非线性器件有两个整流界面时，这些界面可以不必相同。当这两个界面相同时，非线性器件可以呈现对称的非线性行为。当这两个界面不同时，非线性器件可以呈现非对称的非线性行为。这些非线性器件可以集成在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可定制的非线性电器件，包括：第一导电层；第二导电层；以及金属‑氧化物层，夹在所述第一导电层和所述第二导电层之间，以形成所述金属‑氧化物层和所述第一导电层之间的第一整流界面以及所述金属‑氧化物层和所述第二导电层之间的第二整流界面，所述金属‑氧化物层包括共存的金属原子和金属氧化物的导电混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：民贤·马克斯·张，杨建华，吉尔贝托·梅代罗斯·里贝罗，R·斯坦利·威廉姆斯，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US