用于驱动固体电解质单元的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种电开关设备，其中电接通通过在开关元件（１００）中建立导电路径（１０１）来实现，该开关元件（１００）具有第一电极单元（２０１）、第二电极单元（２０２）、以及布置在第一和第二电极单元（２０１，２０２）之间并接触连接到这两个电极单元的电解质层（２０３），通过从第一电极单元（２０１）扩散到电解质层（２０３）中的导电元件（１０２），在第一电极单元（２０１）和第二电极单元（２０２）之间经由电解质层（２０３）形成导电路径（１０１），加热设备（４００）在开关操作期间加热开关元件（１００）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般而言涉及基于固体电解质的存储单元，并且具体而言涉及开关操作，举例来说，例如固体电解质单元的擦除和/或设置(编程)，以及涉及一种用于执行该方法的开关设备。具体而言，本专利技术涉及一种用于在存储单元的固体电解质内加速开关操作的开关方法。本专利技术具体地涉及一种电开关设备，其中电接通通过在开关元件中建立导电路径来实现，或者其中电切断通过在开关元件中移除导电路径来实现。在这种情况下，该开关元件具有第一电极单元、第二电极单元、以及布置在第一和第二电极单元之间并被接触连接到这两个电极单元的电解质层，通过从第一电极单元扩散到电解质层中的导电元件，在第一电极单元和第二电极单元之间经由电解质层形成导电路径。
技术介绍
所谓的CB单元(导电桥接)也被称为固体电解质存储单元，它们特别适合于存储单元的结构。这种类型的存储单元通常包括阳极、阴极和布置在该阳极和该阴极之间的离子导体。在这种情况下，存储单元被形成为电阻性开关元件，其总导电性可以被指定给存储状态。为了检测该单元的状态，也就是说为了检测逻辑状态(逻辑“1”或逻辑“0”)，估计在预定施加的读电压Uread时的电流。这种CB单元的功能在下面进行解释。通过施加双极电压脉冲，金属离子从阳极材料通过离子导体扩散，该离子导体通常显示出差的导电性。在最简单的情况下，通常的金属离子与阳极材料相同。该单元的导电状态通常被定义为“接通”状态，而该单元的不导电状态被定义为“断开”状态。生成导电状态被称为写操作，而消除导电状态，也就是说引起不导电状态，被定义为擦除操作。在写操作期间，由于施加正的写电压Uwrite＞Uread，所以金属阳极材料被氧化并分解到固体离子导体中。这种离子扩散可以通过应用于该单元的施加电压或施加电流的持续时间、幅度和极性来控制。在足够数量的金属离子从阳极扩散到固体电解质材料中之后，一个低电阻的金属桥可以以这样的方式在阳极和阴极之间形成，即该存储单元的电阻显著降低。通过施加擦除电压Uerase来引起擦除操作，该擦除电压具有与读电压Uread相反的极性。在这种情况下，在写操作期间形成的金属桥通过从离子导体返回到阳极的离子扩散以及随后在阳极处金属离子的减少而被中断，结果，该单元的电阻显著增加。常规CB单元的主要缺点在于下述事实，即特别是在擦除操作期间，高电压导致高电流密度，并且因此可能损坏单元。另一方面，使用低的擦除电压是不适宜的，因为离子到阳极的缓慢扩散导致了开关速度的不利降低。常规CB单元基于仅仅分别通过正向和反向的电压脉冲来编程(写入)和擦除存储单元。对于写入，通常采用处于相应金属材料的电解质氧化的阈值或者用于生成金属离子的阈值之上的电压脉冲，例如对于由具有银离子的含硒的固体电解质形成的CB单元而言是大于0.23V。另一方面，对于擦除，使用下述的电压脉冲，该电压脉冲高得足以驱动这些金属阳离子再次离开它们在固体电解质中的位置从含金属的桥沿(原始的)阳极的方向协同返回。为了以这样的方式设计这种协同的离子迁移过程，即该过程具有高的开关速度，必须的是，一方面施加相对较高的脉冲幅度，而另一方面，场强必须不会导致单元中过大的电流密度，以便避免对单元的损坏。应该指出，为了实现高的电场以及因此高的离子迁移速度，由于下列等式而通常需要高的脉冲幅度v＝μ·E，以及U/d＝E。其中μ＝离子迁移率，U＝电压，d＝层厚度，v＝离子迁移速度，以及E＝电场强度。用于对CB单元进行编程或擦除的常规方法的另一主要缺点在于下述事实，即反复施加高的场强导致固体电解质材料的退化。结果，CB单元在多次开关操作之后不适宜地变为无功能的。此外，常规CB单元的一个缺点在于下述事实，即作为长擦除脉冲的结果，只有CB单元的不对称操作是可能的。而且不利的是，为了在擦除操作期间实现足够高的数据速率，存储单元阵列必须被大规模地并行操作。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是以这样的方式设计一种基于CB单元的电开关设备，即在写入或擦除CB单元时避免高的电流密度，同时实现高的开关速度以及避免对CB单元的损坏。根据本专利技术，该目的通过具有专利的权利要求1的特征的开关设备以及通过具有专利的权利要求10的特征的存储单元阵列来实现。而且，该目的通过专利的权利要求11中所说明的方法来实现。本专利技术进一步的改进呈现在从属权利要求中。本专利技术的一个基本构思在于，当写入或擦除CB单元时，以这样的方式提供CB单元的加热，即使得热辅助写入或擦除成为可能。这种CB单元在下文中被称为TACB单元(热辅助导电桥接)。在这种情况下，在写入和/或擦除期间流过单元的电流所产生的热量超过单元的焦耳加热。这样，本专利技术提供了下述优点，即避免以高幅度脉冲写入和/或擦除，同时实现高的开关速度。由于离子迁移率随着TACB单元的温度的增加而增加，所以通过热诱发的扩散过程有利地加速了擦除。因此，擦除操作的速度由于离子迁移率对温度的依赖而被有利地增加。根据一个一般的方面，根据本专利技术的开关设备具有开关元件，其中电接通通过在开关元件中建立导电路径来实现，该开关元件包括a)第一电极单元；b)第二电极单元；以及c)电解质层，其被布置在第一电极单元和第二电极单元之间并被接触连接到这两个电极单元，通过从第一电极单元扩散到电解质层中的导电元件，在第一电极单元和第二电极单元之间经由电解质层形成导电路径，以及此外还提供用于加热开关元件的加热设备。而且，根据本专利技术的开关方法基本上具有下列步骤，其中电开关操作通过在开关元件中建立或者移除导电路径来实现a)连接第一电极单元； b)连接第二电极单元；c)在第一和第二电极单元之间提供电解质层，并将其接触连接到第一和第二电极单元上；以及d)通过导电元件从第一电极单元到电解质层中的扩散，在第一电极单元和第二电极单元之间经由电解质层产生导电路径，在开关操作期间通过加热设备来加热开关元件。在从属权利要求中得到本专利技术相应主题的有利的发展和改进。根据本专利技术的一个优选的发展，开关元件被形成为存储单元。根据本专利技术的另一个优选的发展，第一电极单元包含施主材料。根据本专利技术的又一个优选的发展，第二电极单元由化学惰性材料形成。第二电极单元优选地用作开关元件的阴极，而第一电极单元被设计为开关元件的阳极。根据本专利技术的又一个优选的发展，电解质层由固体电解质材料形成。优选地，固体电解质材料包括来自由下述构成的组中的一种或多种材料硒化锗(GexSe1-x)，硫化锗(GexS1-x)，氧化钨(WOx)，硫化铜(Cu-S)，硒化铜(Cu-Se)，类似的含硫族化合物或者二元IV-VI化合物。此外，也可以使用例如具有氮的三元硫族化合物，举例来说，比如GeSeN或GeSN。根据本专利技术的又一个优选的发展，从第一电极单元沉积到电解质层中的导电元件是金属离子。根据本专利技术的又一个优选的发展，用于加热开关元件的加热设备被设计为电阻性加热元件。此外，有可能提供用于加热开关元件的加热设备具有开关元件的集成组成部分。优选地以这样的方式设计加热元件，即将开关元件加热到50℃与350℃之间的范围内的温度。根据本专利技术的又一个优选的发展，加热设备驱动用于加热开关元件的电流通过由第一电极单元、电解质层和第二电极单元形成的布置。此外，有利的是，有可能通过电流脉冲由加热设备对开关元件加热。以这种方式，本专利技术的电开关设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
电开关设备，其中电接通通过在开关元件（１００）中建立导电路径（１０１）来实现，该开关元件（１００）具有：ａ）第一电极单元（２０１）；ｂ）第二电极单元（２０２）；以及ｃ）电解质层（２０３），其被布置在第一和第二电极单元 （２０１，２０２）之间，并被接触连接到这两个电极单元，ｄ）通过从第一电极单元（２０１）扩散到电解质层（２０３）中的导电元件（１０２），在第一电极单元（２０１）和第二电极单元（２０２）之间经由电解质层（２０３）形成导电路径（１０１）， 其特征在于，该电开关设备此外还具有：　ｅ）用于加热开关元件（１００）的加热设备（４００）。

【技术特征摘要】
DE 2005-1-31 102005004434.41.电开关设备，其中电接通通过在开关元件(100)中建立导电路径(101)来实现，该开关元件(100)具有a)第一电极单元(201)；b)第二电极单元(202)；以及c)电解质层(203)，其被布置在第一和第二电极单元(201，202)之间，并被接触连接到这两个电极单元，d)通过从第一电极单元(201)扩散到电解质层(203)中的导电元件(102)，在第一电极单元(201)和第二电极单元(202)之间经由电解质层(203)形成导电路径(101)，其特征在于，该电开关设备此外还具有e)用于加热开关元件(100)的加热设备(400)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，开关元件(100)被形成为存储单元。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一电极单元(201)包含施主材料。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第二电极单元(201)由化学惰性材料形成，其在电解质层(203)的材料中没有或者仅有少量可溶性。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，电解质层(203)由固体电解质材料形成。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，形成电解质层(203)的固体电解质材料包含从由下述构成的组中的一种或多种材料硒化锗(GexSe1-x)，硫化锗(GexS1-x)，氧化钨(WOx)，硫化铜(Cu-S)，硒化铜(Cu-Se)，或类似的例如二元或三元含硫族化合物。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，从第一电极单元(201)沉积到电解质层(203)中的导电元件(102)是金属离子。8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于加热开关元件(100)的加热设备(400)...

【专利技术属性】
技术研发人员：CU平诺，R塞曼茨克，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]