电子构件制造技术

本申请涉及电子构件(10)，其包括多个切换元件(1)，所述切换元件(1)以如下顺序包括第一电极(16)，结合至基材的分子层(18)，和第二电极(20)，其中分子层基本上由分子(M)组成，所述分子(M)包含连接基团(V)和具有极性或离子功能的端基(E)，所述电子构件(10)适合作为用于数字信息存储的忆阻装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子构件本专利技术涉及具有切换元件的电子构件，所述切换元件包括分子层，所述分子层具有优选构象灵活的分子偶极矩。本专利技术的其它方面涉及分子层的用途以及电子构件的操作方法。在计算机技术中需要允许迅速写入和读取其中储存的信息的存储介质。固态存储器或半导体存储器允许实现特别迅速和可靠的存储介质，因为绝对不需要移动的部件。目前主要使用动态随机存取存储器(DRAM)。DRAM允许迅速获取储存的信息，但是信息必须定期更新，从而在切断电源时储存的信息会丢失。在现有技术中还已知非易失性半导体存储器例如闪存或磁阻式随机存取存储器(MRAM)，其中即使在切断电源之后也能获得信息。闪存的不利之处在于，写入较为缓慢并且闪存的存储单元不能任意多次地擦除。通常地，闪存的寿命限制为最多一百万个写入-读取-周期。MRAM可以以与DRAM相似的方式使用并且具有较长寿命，但是这种存储器由于困难的制备方法而难以实施。另一个替代形式是基于忆阻器工作的存储器。术语忆阻器由英文词语“Memory”和“Resistor”(存储器和电阻器)组成并且表示其电阻可以在高电阻和低电阻之间可再现地变化的构件。即使没有电源电压也可以保持各个状态(高电阻或低电阻)，因此可以通过忆阻器实现非易失性存储器。电切换构件的一个重要的替代性应用是用于神经形态计算或突触计算的领域。在其中所追求的计算机结构中，不应以传统方式循序处理信息。相反，致力于建立高度三维联网的电路，从而能够实现与人脑相似的信息处理。在这种人工神经元网络中，通过忆阻切换元件呈现神经细胞(突触)之间的生物连接。在此在一些情况下，额外的中间状态(在数字状态“1”和“0”之间)也可能是特别有用的。通过DE112007002328B4已知一种电驱动的切换器，所述切换器具有两个电极和设置在两个电极之间的活性区域。活性区域具有两个主要活性区域，在所述两个主要活性区域之间设置一个次要活性区域。次要活性区域为主要活性区域提供离子掺杂剂的源或槽。通过在两个电极之间施加电压可以根据极性从次要活性区域向主要活性区域之一中注入掺杂剂。根据设定的掺杂和极性，活性区域具有高导电性或低导电性。这种已知的基于导电性变化或电阻变化的电驱动的切换器的缺点在于，构件只有几个周期具有希望的功能，但是不能持久地提供忆阻功能。因此目的是寻求新的电子构件，所述电子构件适用于忆阻装置并且特别在一个或多个如下性能方面带来改进：·借助于电场或电流，在电阻方面完全不同的两个状态(“0”、“1”)的可选择性和可读取性；·切换电压应当在数百mV至数V的范围内；·读取电压应当基本上小于写入电压(通常为1/10V)；·在状态“1”下读取电流应当为至少100nA；·高电阻状态(HRS)(对应于“0”)和低电阻状态(LRS)(对应于“1”)之间的电阻比例RHRS：RLRS应当至少大于等于10，特别优选电阻比例应当大于1000；·写入过程和读取过程的存取时间应当<100ns；·在室温下的选定状态的长期稳定性应当在无需进行周期性更新和因此保持连续的电源供应情况下，即使在连续读取的情况下仍然大于10年；·希望在保持储存信息的同时用于操作和存储的宽的温度范围；·希望切换过程的高度可逆性而无“疲劳现象”(>106个切换周期)(“耐久性”)；·应当提供直至分子尺寸规模(<10nm)的高集成密度的可能性；·应当与硅电子(CMOS)的标准方法、工艺、切换参数和设计规定有可能相容；·简单和低成本的器件构造应当是可能的。目前发现，当相应构件的切换元件包括由偶极化合物或有机负载化合物组成的分子层时，至少在部分领域中实现所述目的。在Angew.Chem.Int.Ed.51(2012)，4658(H.J.Yoon等人)和IACS136(2014)16–19(H.J.Yoon等人)中描述了这样的布置：在具有极性端基的烷基化合物的单层上测量电势。通过该文献不能推知所述层适用于忆阻电子构件的切换元件。因此本专利技术的主题是包括多个切换元件的电子构件，所述切换元件以如下顺序包括第一电极，结合至基材的分子层，和第二电极，其中分子层基本上由分子(M)组成，所述分子(M)包含连接基团(V)和具有极性或离子功能的端基(E)。电子构件的切换元件特别被设定成在具有高电阻的状态和具有低电阻的状态之间改变，其中高电阻和低电阻之间的商优选在10和100000之间。通过在切换元件上施加读取电压并且测量流过切换元件的电流从而测量电阻。通过施加切换电压进行状态之间的改变。读取电压的值小于切换电压的值，其中优选地，读取电压的值最大为所使用的最小切换电压的值的十分之一。特别优选地，读取电压为10至300mV。本专利技术的主题还有根据本专利技术的电子构件的操作方法，其特征在于，通过将相应的第一电极设置于第一电势并且将相应的第二电极设置于第二电势从而使电子构件的切换元件切换至高电阻状态，其中两个电极之间的电压的值大于第一切换电压并且第一电势大于第二电势，通过将相应的第一电极设置于第三电势并且将相应的第二电极设置于第四电势从而使电子构件的切换元件切换至低电阻状态，其中两个电极之间的电压的值大于第二切换电压并且第四电势大于第三电势，以及通过在相应的电极之间施加读取电压和测量电流从而确定切换元件的状态，所述读取电压的值小于第一和第二切换电压。本专利技术的主题还有根据本专利技术的切换元件在忆阻电子构件中的用途。本专利技术的主题还有包含连接基团(V)和具有极性或离子功能的端基(E)的分子在忆阻电子构件的切换元件中作为分子层的用途。附图说明图1显示了电子构件的第一个实施方案，图2显示了电子构件的第二个实施方案，图3显示了用于电表征的试验构造的示意图，图4显示了描绘周期性改变的电压的图，图5显示了记录的通过具有单层体系C6CN的样品的电流，图6a显示了具有单层体系C6CN的样品的电阻值的时间顺序，图6b显示了对于图6a的周期施加的电压曲线，图7显示了记录的通过具有层体系Si-IL-1的样品的电流，图8显示了记录的通过具有层体系Si-IL-3的样品的电流，图9显示了记录下的辛基官能化(“C8”)Si-样品的I-U-特征的两个周期的电流，图10显示了记录的通过具有层体系Si-IL-3的样品的电流，所述层体系Si-IL-3具有由Pb/Ag制成的永久第二电极。根据本专利技术的切换元件适合用于电子构件，特别是忆阻构件，所述构件显示出上述有利特征。分子层根据本专利技术，电子构件中使用的切换元件包括分子层，所述分子层包含分子(M)，所述分子(M)包含用于结合至基材或中间层的任选的锚固基团(A)、连接基团(V)、任选的中间基团(D)以及极性或离子的端基(E)，其中分子可以优选呈现不同构象并且具有取决于构象的分子偶极矩。根据本专利技术使用的分子层优选为分子单层。在一个实施方案中，分子层为自组装单层(SAM，self-assembled-monolayer)。在另一个实施方案中，分子层通过化学吸附，特别是通过加成反应或缩合反应结合至基材。在另一个实施方案中，分子层通过物理吸附结合至基材。在另一个实施方案中，分子层被1至10、优选1至5、特别优选1至3个另外的有机或无机吸附物的层覆盖。合适的例如是电介质的层，所述电介质例如是氧化或氟化材料例如TiO2、Al2O3、HfO2、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
电子构件(10)，其包括多个切换元件(1)，所述切换元件(1)以如下顺序包括第一电极(16)，结合至基材的分子层(18)，和第二电极(20)，其中分子层基本上由分子(M)组成，所述分子(M)包含连接基团(V)和具有极性或离子功能的端基(E)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.07 DE 102015000120.51.电子构件(10)，其包括多个切换元件(1)，所述切换元件(1)以如下顺序包括第一电极(16)，结合至基材的分子层(18)，和第二电极(20)，其中分子层基本上由分子(M)组成，所述分子(M)包含连接基团(V)和具有极性或离子功能的端基(E)。2.根据权利要求1所述的电子构件，其中连接基团(V)构象灵活并且分子(M)具有构象灵活的分子偶极矩。3.根据权利要求1或2所述的电子构件(10)，其中连接基团(V)为C1-C25-亚烷基，所述C1-C25-亚烷基的链中可以包含一个或多个官能团和/或一个或多个饱和或部分不饱和的3-6元脂环或杂环，并且其中一个或多个H原子可以被卤素替代。4.根据权利要求3所述的电子构件(10)，其中连接基团(V)为线性或支化的C1-C25-亚烷基，其中一个或多个不相邻的CH2-基团可以各自被-C＝C-、-CH＝CH-、-NR'-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-或饱和或部分不饱和的3-6元脂环或杂环替代，其中N、O和/或S不直接彼此连接，其中一个或多个叔碳原子(CH-基团)可以被N替代并且其中一个或多个氢原子可以被卤素替代，其中R'各自彼此独立地表示H或C1-C12-烷基。5.根据权利要求4所述的电子构件(10)，其中连接基团(V)为线性或支化的C1-C10-亚烷基，其中一个或多个不相邻的CH2-基团可以各自被-O-、-S-或3-6元饱和脂环替代，其中O和/或S不直接彼此连接，并且其中一个或多个氢原子可以被F和/或Cl替代。6.根据权利要求1至5任一项所述的电子构件(10)，其中端基(E)为极性端基，所述极性端基具有至少一个键，参与所述键的原子之间的电负性差为至少0.5。7.根据权利要求6所述的电子构件(10)，其中端基(E)为选自如下的极性端基：CN、SCN、NO2、(C1-C4)-卤代烷基，优选CF3、(C1-C4)-卤代烷氧基，优选OCF3、-S-(C1-C4)-卤代烷基，优选SCF3、S(O)2-(C1-C4)-卤代烷基，优选SO2CF3、SF5、OSF5、N(C1-C4-卤代烷基)2，优选N(CF3)2、N(CN)2和(C6-C12)-卤代芳基，优选单氟苯基、二氟苯基或三氟苯基。8.根据权利要求1至5任一项所述的电子构件(10)，其中端基(E)为非氧化还原活性的阳离子或阴离子基团。9.根据权利要求8所述的电子构件(10)，其中端基(E)为非氧化还原活性的弱配位的阳离子或阴离子基团。10.根据权利要求8或9所述的电子构件(10)，其中端基(E)为选自如下的阳离子或阴离子基团：咪唑鎓基团、吡啶鎓基团、吡咯烷鎓基团、胍鎓基团、脲阳离子基团、硫脲阳离子基团、哌啶鎓基团、吗啉鎓基团、铵基团和鏻基团或卤根、硼酸根、磺酸根、羧酸根、磷酸根、次膦酸根、全氟烷基磺酸根和羧酸根、酰亚胺阴离子和酰胺阴离子，优选任选取代的四苯基硼酸根、四氟硼酸根、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、六氟磷酸根、次膦酸根和任选取代的甲苯磺酸根。11.根据权利要求10所述的电子构件(10)，其中阳离子和阴离子基团的抗衡离子选自权利要求10中列出的阴离子或阳离子基团。12.根据权利要求1至11任一项所述的电子构件(10)，其中分子(M)除了连接基团(V)和端基(E)之外还包含锚固基团(A)，连接基团通过所述锚固基团(A)结合至基材。13.根据权利要求12所述的电子构件(10)，其中锚固基团(A)通过共价键结合至基材。14.根据权利要求12所述的电子构件(10)，其中锚固基团(A)通过物理吸附结合至基材。15.根据权利要求13或14所述的电子构件(10)，其中锚固基团(A)选自羧酸根、膦酸根、醇根、丙烯酸根，优选酚根、硫醇根和磺酸根或富勒烯衍生物，优选[60]PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)和[70]PCBM([6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯)。16.根据权利要求1至15任一项所述的电子构件(10)，其中分子(M)在连接基团(V)和端基(E)之间具有下式的中间基团(D)[Y1-(Z1-Y2)m](D)其中Y1和Y2各自彼此独立地表示优选具有4至25个C原子的芳族、杂芳族、脂环族或杂环基团，其也可以包含稠环并且其可以被基团RL单取代或多取代；RL各自独立地表示OH、SH、SRo、-(CH2)n-OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(＝O)N(Ro)2、-C(＝O)Ro、-N(Ro)2、-(CH2)n-N(Ro)2、任选取代的甲硅烷基、具有6-20个C原子的任选取代的芳基或环烷基或具有1-25个C原子的线性或...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·科尔施，童琼，A·鲁赫，M·托瑙，A·葆拉，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE