可编程子表面集聚金属化器件及其制造方法技术

一种可编程子表面集聚金属化结构（１００），该结构包括诸如硫族玻璃之类的离子导体（１１０），它包括金属离子和至少两个放置在离子导体（１１０）的相对表面的电极（１２０，１３０）。比较好的是离子导体（１１０）包括硫族材料包括任何包含硫、硒和／或蹄的化合物。两个电极（１２０，１３０）中的一个为阴极另一个为阳极。当在阴极与阳极之间施加电压时使所述金属枝状晶体从阴极向阳极生长。在足够长的时间之后金属枝状晶体经离子导体（１１０）将电极（１２０，１３０）连接起来从而短路器件。通过施加另一电压可以使金属枝状晶体断开。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及可编程金属化结构，具体而言涉及可编程子表面集聚金属化(“PSAM”)结构，该结构包括离子导体、多个电极和形成于电极之间的离子导体的电压控制金属结构或枝状晶体。
技术介绍
本专利技术对1997年12月4日提交的美国分案申请No.60/067509要求优先权。存储器件电子系统和计算机内所用存储器件以二进制数据的形式存储数据。这些存储器件可以根据特征分为各种类型，每种类型都有各种优点和缺点。例如个人计算机中的随机存储器(“RAM”)是易失半导体存储器；换句话说，如果与电源断开或者去除电源，存储的数据将丢失。动态RAM(“DRAM”)由于为了保持存储的数据，必须每隔几个微秒就“更新”(即充电)，所以特别是易失的。静态RAM(“SRAM”)只要维持电源，一次写入后将保存数据；但是一旦断电，则数据丢失。因此在这些易失存储器结构中，只要不关闭电源，数据就被保存。CD-ROM是非易失存储器的实例。CD-ROM有足够的容量包含非常长的音频和视频数据段；但是信息只能被读取而不能写入存储器。因此CD-ROM一旦在制造期间编程，它就无法用新的信息再编程。诸如磁性存储设备之类的其他存储设备(即软盘、硬盘和磁带)以及诸如光盘之类的其他系统是非易失的，具有极高的容量，并且可以重复写入多次。遗憾的是，这些存储设备的体积较大，对震动/振动敏感，需要昂贵的机械设备，并且消耗的功率较大。这些不利之处使得这些存储设备在低功耗场合(例如膝上和掌上电脑以及个人数字助理(“PDAs”))应用时不理想。由于存储信息常规变化的小型低功耗便携式计算机系统数量的快速增长，读/写半导体存储器变得普遍起来。而且由于这些便携式系统在电源关闭时需要存储数据，所以需要非易失存储器。在这些计算机中，最简单的可编程半导体非易失存储器件是可编程只读存储器(“PROM”)。最基本的PROM采用可熔断链接列阵；一旦编程，PROM就无法再编程。一次写入多次读取(“WORM”)存储器是一个实例。可擦写PROM(“EPROM”)的内容可以改变，但是每次重新写入之前必须完成包含紫外线曝光的擦除步骤。电可擦写PROM(“EEPROM”或“E2PROM”)也许是最理想的普通非易失半导体存储器，因为它可以多次写入。快闪存储器作为另一种EEPROM比低密度的传统EEPROM具有更高的容量，但是耐用性差。EEPROM自身固有的主要问题是比较复杂。用于这些存储器件内的浮点门存储单元难易制造并且消耗较大数量的半导体有效面积。而且电路设计必须经受编程器件所需的高电压。因此与其他数据存储装置相比，EEPROM的每存储容量比特的成本非常高。EEPROM另一个缺点是虽然可以在断开电源时保存数据，但是需要较大的功耗编程。在用电池供电的小型便携式系统中这种功耗是值得重视的。因此考虑到上述普通数据存储设备存在的各种问题，非常需要一种读/写存储技术和器件，它简单而制造成本低。而且这种存储技术应该满足新一代便携式计算机的要求，工作在低电压下而存储密度高、非易失并且制造成本低。可编程无源和有源单元电子电路可以包括上百万的单元部分。这些单元部分一般分为截然不同的两类，即无源单元和有源单元。诸如电阻和电容之类的无源单元具有相对为常数的电学值。另一方面，有源单元(例如晶体管)的一些电学特性被设计为相应施加的电压或电流而变化。由于这两种类型单元的广泛使用，所以非常需要完成上述无源和有源单元功能的低成本器件。例如，非常需要一种相当于有源单元的器件，它通过改变电阻和电容而对所施加的信号响应，在另一实施例中，它相当于无源单元，可以预先编程(即在编程后由器件“记住”变化)。这种器件将用于许多不同的应用，从通信设备中的调谐电路到音频系统中的音量控制。由于诸如存储器和可编程电阻和电容之类器件的广泛使用，非常需要成本低、容易制造的器件，它们可以在各种应用中实施。
技术实现思路
按照本专利技术的示意性实施例，可编程子表面集聚金属化(“PSAM”)结构，该结构包括诸如硫族玻璃之类的离子导体，它包括金属离子和至少两个电极(例如阳极和阴极)，每个电极包含导电材料并放置在离子导体的相对表面。此处所称硫族材料包括任何包含硫、硒和/或碲的化合物。在示意性实施例中，离子导体由硫族元素和族Ⅰ或族Ⅱ金属至少一种组成(最好的是As2S3Ag)。阴极和阴极由任何合适的导电材料构成，并且阳极比较好的是包含某些银。当电压施加在阳极与阴极之间时，金属枝状晶体从阴极经离子导体向阳极生长。可以通过撤除电压停止枝状晶体的生长速率或者通过在阳极与阴极之间施加反向电压极性使枝状晶体退回阴极。当在足够长时间内施加电压时，连续的金属枝状晶体经离子导体生长并且将电极连接起来，从而使器件短路。连续的金属枝状晶体可以通过施加另一电压断开。金属枝状晶体的断开可以通过施加另一电压而重新闭合。枝状晶体长度的变化或者枝状晶体内的端口的存在影响着PSAM的电阻、电容和阻抗。附图的简要说明在说明书的结论部分特别指出和声明了本专利技术的主体。但是借助以下结合附图的描述，可以更好地理解本专利技术，并且附图中相同的部分采用相同的标号表示附图说明图1A为按照本专利技术各个方面的示意性可编程子表面集聚金属化结构的透视图；图1B为沿直线1-1剖取的图1A剖面图；图2A-2D为按照本专利技术各个方面的另一示意性可编程子表面集聚金属化结构的剖面图；图3A-3F为按照本专利技术各个方面的示意性可编程子表面集聚金属化结构各改进构造的剖面图；图4A为本专利技术示意性实施例中电流与时间之间关系的曲线图；图4B为本专利技术示意性实施例中电压与短路时间之间关系的曲线图；图4C为本专利技术示意性实施例中电流与电压之间关系的曲线图；图5A为本专利技术各个方面的示意性存储器件的剖面图；图5B为图5A中示意性存储器件另一构造部分的剖面图； 图5C为按照本专利技术各个方面的存储器件网络的示意图；图6为按照本专利技术各个方面的另一示意性存储器件的剖面图；图7为按照本专利技术各个方面的示意性可编程电阻/电容器件的剖面图；图8为按照本专利技术各个方面的另一示意性可编程电阻/电容器件的剖面图；以及图9为按照本专利技术各个方面的另一示意性可编程电阻/电容器件的剖面图。实施专利技术的较佳方式下面的描述仅仅具有示意性质，并且对本专利技术的范围、应用或构造没有限定作用。下面的描述提供了对本专利技术示意性实施例的阐述。在这方面，可以在不偏离所附权利要求设定的精神和范围的前提下对示意性实施例中单元的功能和排列作各种修改。参见图1A和1B，示出的是按照本专利技术各个方面的可编程子表面集聚金属化(“PSAM”)结构100。在本专利技术示意性的实施例中，PSAM结构100比较好的是包括离子导体110和多个放置在导体110表面上的电极120和130。PSAM结构100的离子导体110可以包括固体电解质、金属含离子玻璃、金属含离子非晶半导体、包含金属离子的硫族玻璃等。就广义而言，按照本专利技术的各个方面，硫族材料包括任何含有硫、硒和/或碲的化合物，不管它们是三价、四价或更高价化合物。在示意性的实施例中，离子导体110由包含金属离子成分的硫族玻璃构成，而金属可以选自各个族Ⅰ或族Ⅱ金属(比较好的是银、铜、锌或它们的组合)。包含金属离子成分的离子导体110可以利用常规方法获得。例如在本专利技术示意性的实施例中，离子导体110比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程子表面集聚金属化（ＰＳＡＭ）结构，其特征在于包含： 离子导体； 放置在所述离子导体上放置的多个电极，其中所述电极中至少有两个用于当电压施加所述两个电极之间时从两个电极中的负极经所述离子导体向正极生长金属枝状晶体。

【技术特征摘要】
US 1997-12-4 60/067,5091．一种可编程子表面集聚金属化(PSAM)结构，其特征在于包含离子导体；放置在所述离子导体上放置的多个电极，其中所述电极中至少有两个用于当电压施加所述两个电极之间时从两个电极中的负极经所述离子导体向正极生长金属枝状晶体。2．如权利要求1所述的PSAM结构，其特征在于所述离子导体由包含金属离子的硫族元素材料构成。3．如权利要求2所述的PSAM结构，其特征在于所述硫族元素材料选自硫、硒和碲构成的组，而所述金属离子由选自银、铜和锌的金属构成。4．如权利要求3所述的PSAM结构，其特征在于所述离子导体包含三硫化二砷一银。5．如权利要求1所述的PSAM结构，其特征在于所述多个电极中至少一个由包含银的导电材料构成。6．如权利要求1所述的PSAM结构，其特征在于所述多个电极进一步包括第一导电材料层；以及第二导电材料层，其中所述离子导体放置在所述第一与第二层导电材料之间。7．如权利要求6所述的PSAM结构，其特征在于所述第一和第二导电材料层和所述离子导体形成于有强度和刚性的衬底材料上。8．一种可编程子表面集聚金属化(PSAM)结构，其特征在于包含离子导体；阴极；阳极，所述阴极和阳极在所述离子导体上互相相对放置；以及金属枝状晶体，当在所述阴极与阳极之间施加第一电脉冲序列时使所述金属枝状晶体从所述阴极经所述离子导体向所述阳极生长。9．如权利要求8所述的PSAM结构，其特征在于所述金属枝状晶体的长度影响PSAM结构的电学特性，并且在去除所述第一电脉冲序列时所述金属枝状晶体的长度完好无损。10．如权利要求9所述的PSAM结构，其特征在于当施加第二电脉冲序列时所述金属枝状晶体的所述长度减小，所述第二电脉冲序列的极性与所述第一电脉冲序列相反。11．如权利要求8所述的PSAM结构，其特征在于施加所述第一电脉冲序列直到所述金属枝状晶体与所述阳极接触。12．如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：MN科济可基，WC韦斯特，
申请(专利权)人：爱克逊技术有限公司，亚利桑那州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]