可靠的相变器件制造技术

公开了用于防护数据存储和处理元件之内容的电子器件。该器件包括并联的安全元件和相变元件。安全元件是三端器件（如传统的晶体管或三端相变器件），它具有导通和截止状态，这两种状态具有不同的电阻，且通过控制施加于该并联组合的电流来调节对相变元件的电子存取。在导通状态下，安全元件的电阻小于相变元件的电阻，从而阻止、禁止或扰乱相变元件电阻之确定。在这种保护模式下，相变元件的内容得到防护。在截止状态下，安全元件的电阻大于相变材料的电阻，以使该并联组合的电阻接近相变元件的电阻。在这种读取模式下，相变元件的电阻与信息内容可被确定。相变元件包含相变材料且优选采用基于硫属化物的元件。相变元件可实施存储或处理功能，其中优选实施例包括寄存器和加权器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及为了保护信息内容而调节对数据存储和处理元件的内容存取的电子器件。更具体地说，本专利技术涉及包括有三端安全元件和相变元件的并联电路组合，其中安全元件具有用于保护相变元件的导通状态和允许读取相变元件的截止状态。
技术介绍
存在有改进计算机性能以满足新的以及更尖端的计算应用要求的持续需求。如模式关联、模式分类、联想存储器功能、语音、和字符识别这样的应用在很大程度上不能顺应当前计算机的解决方案或实际应用，包括许多由人或其他生物体易于并直观实施的任务。扩展计算机科学新领域的愿望已经促使对影响当前计算机的局限性的因素的考虑。硅是今天计算机的核心。这些年来，计算能力和速度的先进性在很大程度上曾是更好地理解硅的基础特性以及将这些特性付诸实际的结果。最初的进展以构造基本的电子元件(如用硅制成的晶体管和二极管)为基础，以及后来的进展是从集成电路的开发而得到的。最新的发展表现为这些趋势的持续并且通常强调单芯片上大量微电子器件的小型化和集成化。更小的器件导致同一芯片上器件之间更高的存储密度、更高度集成的电路以及减少的相互作用时间。因为未来在计算能力和功能性方面的改进目前以硅技术方面的进一步改进为基础，关于基于硅的电子器件持续小型化的预测已经有最新的讨论。日益增加的一致意见正在形成，即计算机行业正在快速朝着硅的性能极限发展。在今天的制造工艺中，特征尺度是0.18微米，并且现在它被减小到约为0.10微米。然而，特征尺寸的进一步减小被认为是有问题的，因为低于约为0.10微米的尺寸导致了硅的基础特性的变化。更具体地说，在硅器件的尺寸减小至数十纳米以及以下时，硅进入其行为的量子领域，并且不再遵照描述宏观物体的经典物理学。在量子状态中，能态被量子化而不是连续的并且如隧道效应这样的现象导致电子越过许多器件。隧道效应的结果包括在电子从一个器件逃逸至邻近的器件时电流的泄漏以及在一个器件的状态影响邻近器件的状态时与器件无关的损失。这样的泄漏也可发生在单个器件内。除了硅行为中的基础变化外，硅器件尺寸的进一步减小还提出了难以克服的技术问题。为制作更小的特征尺寸，将会需要制造方法(比如光刻术)中新的并且成本较高的创新。一种提高计算机性能的策略是确定除硅以外的、能够在数据处理和/或存储应用中用作活性介质的材料。这种可选用的计算介质的使用可以独立于硅或者与硅结合来形成设法提供比用硅所能够达到的更好性能、更便于制造以及更经济的新计算行业的基础。其中一个本专利技术者S.R.Ovshinsky最近曾提出硫属化物相变材料作为处理和存储数据的活性材料的新用法。在其公开内容通过引用而结合于本文的美国专利No.6,617,710(‘710专利)中，Ovshinsky等人描述了在传统的认知计算应用中相变材料的工作原理。相变材料不仅能够在传统硅计算机的二进制模式特征下工作，而且能够提供数据的非二进制存储和处理的机会。非二进制存储保证了较高的信息存储密度，同时非二进制处理提供了增加的操作并行性。‘710专利还描述了利用非二进制计算介质进行数学运算(如加、减、乘和除)的代表性算法。其公开内容通过引用而结合于本文的Ovshinsky等人的美国专利申请No.10/155,527(‘527申请)进一步描述了基于相变计算介质的数学运算，包括因式分解、模运算和并行运算。在其公开内容通过引用而结合于本文的美国专利申请No.10/189,749(‘749申请)中，Ovshinsky考虑了基于将相变材料用作活性计算材料的器件的计算系统的体系结构。更具体地说，Ovshinsky考虑了相变计算器件的网络并证实了与生物神经网络的功能性近似并行的功能性。这种功能性的重要特征包括相变计算器件对来自各种源的输入信号的累积响应、加权输入信号的能力以及模仿生物神经元触发的稳定可再生材料的变换。这种功能性使得以学习、适应性和可塑性为特征的智能计算中的新概念得以实现。在其公开内容通过引用而结合于本文的美国专利申请Nos.10/384,994(‘994申请)、10/426,321(‘321申请)、10/657,285(‘285申请)和10/761,022(‘022申请)中，Ovshinsky等人通过讨论附加的计算和存储器件进一步开发了相变计算的概念。‘994申请讨论了多端相变器件，其中在一个电端子处设置的控制信号通过载荷子的注入而调制在其他电端子之间传输的电流、阈值电压或信号。‘321申请描述了利用场效应端子来调制在其他端子之间传输的电流、阈值电压或信号的有关多端器件。在‘994申请和‘321申请中描述的器件可被配置成提供与晶体管的功能性类似的功能性，而所述晶体管的功能性对基于硅的计算机来说是极为重要的。‘285申请提出了具有多端子、利用相变材料的多位存储器件。‘022申请描述了利用相变材料的多端逻辑器件。Ovshinsky等人的前述工作提供了使得整体或部分基于硫属化物或其他相变材料的计算范例得以实现的概念、工作原理和某些基本器件。为了进一步促进作为可行的实际应用或者基于硅技术的备选的硫属化物计算的实现，最好是扩展器件的范围以及硫属化物和其他相变材料可利用的功能性。最令人关注的是能够执行处理、存储器或内存、以及逻辑功能的器件和系统。另外的考虑包括加密和安全的数据存储。
技术实现思路
本专利技术提供了安全存储和处理器件。在一个实施例中，可靠器件包括用于存储或处理数据的安全元件和寄存器。寄存器包括相变材料并且可用于数据存储、常规计算和认知计算。安全元件是可调节对寄存器内容的存取的三端元件。安全元件可被配置为截止状态以允许寄存器的读取或者被配置为导通状态以阻止寄存器的读取。安全元件和寄存器在本专利技术的可靠器件中作为一个并联组合被连接。器件电阻由该并联组合的电阻控制，该并联组合的电阻又由安全元件和寄存器的相对电阻来控制。在截止状态下，安全元件具有比寄存器高的电阻，并且可靠器件的测量电阻接近地对应于寄存器的电阻，从而提供了关于寄存器状态的信息。在导通状态下，安全元件具有比寄存器低的电阻，并且器件的测量电阻更接近地对应于安全元件的电阻，从而阻止或禁止寄存器电阻的确定。安全元件因此为寄存器的内容提供了大于寄存器自身所固有的安全度。在另一个实施例中，可靠器件包括一个安全元件和一个加权器件的并联组合。加权器件包括相变材料，该相变材料的电阻在某一电阻范围内是连续可变的。加权器件在信息处理过程中是有用的并且可通过对其电阻进行控制来调制信号在网络中器件之间的传输。在截止状态下，安全元件具有比加权器件高的电阻，从而使得电阻读取或加权器件电阻状态的变更成为可能。在导通状态下，安全元件具有比加权器件低的电阻，从而阻止或禁止加权器件电阻状态的读取或变更。加权器件可独自由安全元件保护或者可与寄存器组合而被保护。附图说明图1是代表性的两端相变器件的示意图。图2是作为能量或电流的函数的两端相变器件的电阻的典型关系曲线。图3是本专利技术的可靠器件的示意图。具体实施例方式本专利技术提供了提高由寄存器或加权器件存储或处理的信息或数据的安全性的器件。正如这里所用到的，寄存器是包含或处理数据或信息的计算元件。寄存器包括以二进制或非二进制方式工作的存储器和其他数据存储元件以及处理元件。正如这里所用到的，加权器件是电阻性地修改信号传输的元件。在一个典型实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可靠器件，包含：安全元件，所述安全元件具有导通状态和截止状态，所述导通状态的电阻低于所述截止状态的电阻；以及相变元件，所述相变元件包含相变材料，所述相变材料可以在两种或多种结构状态之间可逆地变换，其中所述安全元件和所述相变器件并联连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-2-10 10/7754311.一种可靠器件，包含安全元件，所述安全元件具有导通状态和截止状态，所述导通状态的电阻低于所述截止状态的电阻；以及相变元件，所述相变元件包含相变材料，所述相变材料可以在两种或多种结构状态之间可逆地变换，其中所述安全元件和所述相变器件并联连接。2.如权利要求1所述的器件，其中所述安全元件是晶体管。3.如权利要求1所述的器件，其中所述安全元件是多端相变器件，所述多端相变器件包括第一端子、第二端子和第三端子，所述第二和第三端子与所述相变元件形成并联组合，所述多端相变器件包含相变材料，所述相变材料可以在两种或多种结构状态之间可逆地变换。4.如权利要求3所述的器件，其中所述第一端子调制在所述第二端子和所述第三端子之间流动的电流。5.如权利要求4所述的器件，其中所述第一端子通过载流子的注入来调制所述电流。6.如权利要求4所述的器件，其中所述第一端子通过场效应来调制所述电流。7.如权利要求1所述的器件，其中所述相变元件是寄存器。8.如权利要求7所述的器件，其中所述寄存器以非二进制的方式处理或存储数据或信息。9.如权利要求7所述的器件，其中所述寄存器加密数据或信息。10.如权利要求1所述的器件，其中所述相变元件是加权器件，所述加权器件具有两种或多种电阻状态，所述加权器件电阻性地修改通过它的电信号。11.如权利要求1所述的器件，其中所述相变材料包含S、Se或Te。12.如权利要求11所述的器件，其中所述相变材料还包含Ge和Sb。13.如权利要求11所述的器件，其中所述相变材料还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：SR奥夫辛斯基，MH科亨，
申请(专利权)人：能源变换设备有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]