可编程金属化元件结构及其制造方法技术

可编程金属化元件 一种可编程金属化元件，其特征在于包括：由快离子导体材料构成的，在其内设有金属离子的本体；多个淀积在所述材料本体上的导电电极，所述电极适合于具有施加在两个所述电极之间的第一电压，以在对所述两个电极施加第一电压时，从所述两个电极的负电极向两个所述电极的正电极生长金属枝晶来对所述元件编程。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种可编程金属化元件，它包括快离子导体、多个电极和形成在电极之间的快离子导体表面上的压控金属结构(或枝晶)，本专利技术尤其涉及诸如电子存储器、可编程电阻器和电容器、集成光学器件和传感器等使用可编程金属化元件的器件。
技术介绍
和技术问题存储器件为了以二进制数据的形式存储信息，在电子系统和计算机中使用存储器件。可以把这些存储器件表征为各种类型，每一种类型的存储器件都有与之相关联的各种优缺点。例如，可以在个人电脑中发现的随机存取存储器(“RAM”)是一种易失性半导体存储器；换句话说，如果把电源断开或去掉，则丢失已存储的数据。动态RAM(“DRAM”)尤其是易失性的，因为每隔数个微秒就要对它“更新”(即，再充电)，以保持已存储的数据。只要电源保持着，则静态RAM(“SRAM”)在一次写入后将保持数据；然而，一当断开电源，数据就丢失了。于是，在这些易失性存储结构中，只有在连至系统的电源不断开时，才能保持信息。CD-ROM是非易失性存储器的一个例子。CD-ROM大得足以包含很长的音频和视频段；然而，只能从该存储器读取信息但不能向它写入信息。于是，一当在制造期间对CD-ROM编了程，则不能再用新的信息对其再编程。诸如磁性存储装置(即，软盘、硬盘和磁带)等其他存储装置以及诸如光盘等其他系统是非易失性的，它们具有极大的容量，并且能够被多次写入。可惜，这些存储装置的物理尺寸较大，对冲击/振动敏感，需要昂贵的机械驱动装置，以及要消耗比较大的功率。这些不利的方面使得这些存储装置对于诸如膝上型和掌上型电脑和个人数字助手(PDA)等低功率便携式应用不理想。由于小型、低功率便携式计算机系统(对于这些系统，已存储在其中的信息要经常改变)的数量迅速增加，因此已经普遍使用读/写半导体存储器。此外，由于这些便携式系统在电源断开时需要存储数据，因此需要非易失性存储器件。在这些电脑中，最简单的可编程半导体非易失性存储器件是可编程只读存储器(“PROM”)。最基本的PROM使用可熔断链的阵列；一当对PROM编好程，就不能对它再编程。这是写一次读多次(“WORM”)存储器的一个例子。可擦PROM(“EPROM”)是可改变的，但在每次重写之前要进行擦除步骤，该步骤包括将EPROM在紫外线下曝光。电可擦PROM(“EEPROM”或“E2PROM”)可能是传统的非易失性半导体存储器中最理想的，因为能够对它写多次。快擦写存储器(它是另一种类型的EEPROM)具有比低密度的传统的EEPROM更大的容量，但它们不耐久。EEOPROM的一个主要问题是它们固有的复杂性。在这些存储器件中使用的浮栅存储元件难于制造并且要使用相当大数量的半导体不动产。还有，电路设计必须承受对器件编程所需的高电压。这意味着与其他的数据存储装置相比，EEPROM存储容量的每一位的成本极高。EEPROM的另一个缺点是，虽然不连接电源它们能保留数据，但它们需要较大数量的功率进行编程。对于由电池供电的小型便携式系统而言，这种功率消耗值得考虑。近来，对基于铁电材料的另一种非易失性存储器技术给予了很大的关注。可惜，仍然有大量的问题与这种数据存储方法相关联，这妨碍了铁电材料的广泛应用，所述的各种问题包括非理想的存储特性和制造极为困难。因此，考虑到与上述传统的数据存储装置相关联的各种问题，非常需要一种读/写存储器技术和器件，它既具有固有的简单性，生产成本又不昂贵。还有，这种存储器技术应该通过在低电压下工作同时提供高的存储密度、非易失性和低制造成本来满足新一代便携式电脑装置的要求。可编程无源和有源元件电子电路简直可以包括数百万个元件。一般，把这些元件归入两个不同的类别，即，无源元件和有源元件。诸如电阻器和电容器等无源元件具有与之相关联的相对恒定的电学值。另一方面，如此设计诸如晶体管等有源元件的电学值，使得当把电压或电流施加至控制电极时改变其值。由于这两种类型元件的广泛使用，因此很希望有一种成本低的器件，它可以完成无源元件和有源元件两者的功能。例如，很希望有这样一种器件，通过改变其电阻和电容，它响应于施加的信号起着有源元件的作用，而在另一个实施例中，同一个器件起着可被预编程的无源元件的作用(即，在完成编程后，器件“记住”了改变)。可以在许多种不同的应用(从通信设备中的调谐电路到音频系统的音量控制)中提供这样的器件。光学器件近来，对于诸如用于膝上型电脑的显示装置、高清晰度电视(“HDTV”)、空间光调制器等等的光学器件有巨大的需求。非常需要有成本低而易于制造的器件，这些器件可用于这样的光学装置中，例如作为阻挡光通过光学元件的通路的快门，或者作为可以把扫描入射光束反射在或不反射在屏上或其他目标上的镜子。传感器由于人们相信，例如，辐射会引起人体的皮肤癌和其他损害作用，因此，对于紫外辐射和其他形式的辐射的测量很重要。相应地，希望有易于制造的器件，它可在成本低的用于短波长辐射(诸如紫外辐射(10-7-10-8米)、x-射线(10-9-10-11米)和伽马射线(10-11-10-14米))的波长传感器或传感器阵列中使用。结论由于诸如存储器件、可编程电阻器和电容器器件、电光器件和传感器等器件的广泛使用，除了其他器件之外，还很希望有成本低和易于制造的器件，它可用在所有这些不同的应用中。专利技术概要按照本专利技术的一个例示的实施例，一种可编程金属化元件(“PMC”)包括快离子导体(诸如硫属化物-金属离子)和至少两个电极(例如，一个阳极和一个阴极)，所述电极包括导电材料，并且设置在快离子导体的表面，相互隔开设定的距离。这里所指的硫属化物材料包括所有那些包含硫、硒和/或碲的化合物。在一个较佳的实施例中，快离子导体包括硫属化物和Ⅰ族或Ⅱ族金属(最好是三硫化二砷-银)，阳极包括银而阴极包括铝或其他导电材料。当把电压施加至阳极和阴极时，从阴极沿快离子导体的表面向阳极快速生长非易失性的金属枝晶。枝晶的生长速率是施加的电压和时间的函数；通过去除电压可以停止枝晶的生长，或者通过颠倒在阳极和阴极处的电压极性可以使枝晶向阴极缩回。枝晶长度的改变影响PMC的电阻和电容。按照本专利技术的一个方面，把PMC用作存储器件。说得详细些，在一段时间内，把恒定的或脉冲的偏压施加至阴极和阳极，产生某一长度的枝晶。诸如电阻和电容等可测量的电参量与这个枝晶长度相关联。在一个较佳的实施例中，模拟值或数字值都可以在器件中存储。按照本专利技术的另一个方面，把PMC用作可编程的电阻器/电容器器件，其中，通过在适当的时间间隔内施加DC电压，对特定的电阻或电容值编程。按照本专利技术的又一个方面，电光器件包括具有宽度较宽的电极的PMC。当将大电压施加至电极时，产生枝晶“片”，它起着阻挡通过光学元件的光线通路的快门作用，或起着将扫描的入射光束偏转在或不偏转在屏上或其他目标上的镜子的作用。按照本专利技术的又一个方面，把PMC用作短波长辐射传感器。由于金属枝晶的生长速率和消失速率对某些波长敏感，因此能够把枝晶的生长速率的差异与人射辐射的强度相联系。附图概述下面将结合附图描述本专利技术，其中附图说明图1A是按照本专利技术的一个实施例的可编程金属化元件横向结构的平面图；图1B是沿图1A的直线1-1取的截面图；图2是示出在一个例示的可编程金属化元件中电阻和时间的关系的曲线图；图3是示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
Ⅰ．可编程金属化元件1．一种可编程金属化元件，其特征在于包括由快离子导体材料构成的，在其内设有金属离子的本体；多个淀积在所述材料本体上的导电电极，所述电极适合于具有施加在两个所述电极之间的第一电压，以在对所述两个电极施加第一电压时，从所述两个电极的负电极向两个所述电极的正电极生长金属枝晶来对所述元件编程。2．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述两个电极适合于具有对所述两个电极施加的，与所述第一电压极性相反的第二电压，以在对所述两个电极施加所述第二电压时，逆转金属枝晶的生长。3．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述元件包括插在所述两个电极之间以禁止金属枝晶生长的电绝缘材料，从而从一个电极生长的金属枝晶不能生长至与另一个电极接触之处。4．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由包含金属离子的玻璃构成。5．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物-金属离子材料构成。6．如权利要求5所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述硫属化物-金属离子材料包括从包括ⅠB族和ⅡB族金属的组中选出的一种金属。7．如权利要求5所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述硫属化物-金属离子材料包括从包括银、铜和锌的组中选出的一种金属。8．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由包括三硫化二砷-银的硫属化物-金属离子材料构成。9．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体包括AgAsS2。10．一种构成可编程金属化元件的方法，其特征在于，包括下述步骤提供由在其内设置金属离子的快离子导体材料构成的本体；以及提供淀积在所述材料本体上的多个金属电极。11．如权利要求10所述的对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，包括这样的附加步骤，即，在一段预定的时间内，在所述多个电极的两个电极之间施加第一电压，以建立负电极和正电极，从而在施加电压的预定时间期间，从所述负电极至正电极生长出金属枝晶。12．如权利要求11所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为在一段预定的时间内施加第二电压至所述两个电极。13．如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为施加与所述第一电压极性相同的第二电压，以从所述负电极至所述正电极进一步生长金属枝晶。14．如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为施加与所述第一电压极性相反的第二电压，以逆转金属枝晶的生长。15．一种具有可编程电学特性的元件，其特征在于，包括具有表面的快离子导体材料；设置在所述表面上的阳极；设置在所述表面上，与所述阳极隔开一设定距离的阴极；在所述表面上形成，并且电耦合至所述阴极的枝晶，所述枝晶具有确定所述元件的电学特性的长度，并且所述长度可由施加在所述阳极和所述阴极之间的电压而改变。16．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物材料构成。17．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的材料和从元素周期表的ⅠB族或ⅡB中选出的金属。18．如权利要求17所述的元件，其特征在于，所述快离子导体包括三硫化二砷-银。19．如权利要求17所述的元件，其特征在于，所述阳极包括从包括银、铜和锌的组中选出的金属，而所述阴极包括铝。20．如权利要求19所述的元件，其特征在于，所述阳极包括银-铝双层而所述阴极包括铝。21．如权利要求20所述的元件，其特征在于，在所述阳极和所述阴极之间的所述设定距离在几百个微米至百分之几个微米之间。22．如权利要求17所述的元件，其特征在于，把所述快离子导体材料设置在所述阳极和所述阴极之间，所述阳极和所述阴极构成平行平面。23．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括支承基片，用于对所述元件提供强度和刚性。24．如权利要求15所述的元件，其特征在于，当跨过所述阴极和所述阳极施加所述电压时，所述枝晶的所述长度增加，而当所述电压逆转时，所述枝晶的所述长度减少。25．如权利要求24所述的元件，其特征在于，当所述电压为大约0.5至1.0伏时，所述枝晶的所述长度以大于10-3m/s的速率增加或减少。26．如权利要求15所述的元件，其特征在于，当去除所述电压时，所述枝晶保持不变。27．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括电路，用于在合适的时间间隔测量与所述枝晶的所述长度有关的电学特性。28．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括在所述快离子导体材料、所述阳极、所述阴极和所述枝晶的至少一部分上的一层，用于防止所述元件损坏同时还允许所述枝晶的所述长度改变。29．一种构成可编程元件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤提供具有表面的快离子导体材料；在所述表面上形成阳极；在所述表面上形成阴极，它与所述阳极隔开设定的距离；在所述表面上形成非易失性枝晶，所述枝晶电耦合至所述阴极，并且所述枝晶具有确定所述可编程元件的电学特性的长度。30．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述提供快离子导体材料的步骤包括提供从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物和从元素周期表的ⅠB族或ⅡB族选出的金属。31．如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述提供快离子导体材料的步骤包括提供三硫化二砷-银材料。32．如权利要求31所述的方法，其特征在于，提供所述三硫化二砷-银材料的步骤包括这样的步骤，即，使用波长小于500纳米的光照射银薄膜和三硫化二砷层。33．如权利要求29所述的方法，其特征在于，形成所述阳极的所述步骤包括形成用从包括银、铜和锌的组中选出的材料制成的阳极，而形成所述阴极的步骤包括形成用导电材料制成的阴极。34．如权利要求29所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·N·科齐茨基，威廉·C·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：