專利名稱：基于納米粒子的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米粒子的新穎使用，尤其是包含納米粒子的電子結(jié)構(gòu)，及其 制造方法。本發(fā)明的潛在應(yīng)用包括例如存儲器單元和電容器。本發(fā)明在印刷電 子領(lǐng)域特別有優(yōu)勢。
背景技術(shù)：
金屬氧化物納米粒子為電子應(yīng)用提供巨大的潛力。材料包括例如鈦氧化物(BaTi03、 SrTi03、 Ti02、 PbZrTi03等)。這些材料的關(guān)鍵特性是其高相對介 電常數(shù)Sr(例如s/i02 80， erSrTiO3 300， srBaTiO3 1000)。特別有意思的是這些材料中的某些的鐵電性質(zhì)例如，自發(fā)極化和壓電性 (例如BaTi03) [L. Huang等人，Barium titanate nanocrystals and nanocrystal thin films: Synthesis, ferroelectricity, and dielectric properties, J. Appl. Phys. 100, 0343 16 (2006); S. Ray等人，Direct observation of Ferroelectricity in Quasi-Zero-Dimensional Barium Titanate Nanoparticles, small 2, 1427 (2006)] 以及可調(diào)節(jié)的介電常數(shù)(例如，SrTi03、 B^Sr"Ti03)。金屬氧化物的另一個特性是其高材料穩(wěn)定性(例如，高熔化溫度、硬度 對周圍氣體的穩(wěn)定性等)。然而，在基于金屬氧化物納米粒子實(shí)現(xiàn)實(shí)際器件時存在幾個問題。作 為一個例子，讓我們考慮平行板電容器的實(shí)現(xiàn)，其中期望中間絕緣層(在一 般是金屬的良好導(dǎo)電的電極之間)由金屬氧化物納米粒子制成。沉積在第一 電極上的金屬氧化物納米粒子往往形成多孔結(jié)構(gòu)，這在沉積第二電極時傾 向于形成電短路。此外，金屬氧化物納米粒子層的機(jī)械穩(wěn)定性一般不好； 具體地，粒子間的粘附性和與電極的粘附性一般不足。為了避免以上的問題，可將納米粒子嵌入絕緣基質(zhì)(填料)中?；|(zhì)材料 提供絕緣性質(zhì)(即，防止電短路)和粘附性質(zhì)。然而，由于基質(zhì)材料的應(yīng)用，在粒子和良好導(dǎo)電的電極之間形成了串聯(lián)電容。該串聯(lián)電容是非常不合需 要的，因?yàn)樗鐚⑶度氲募{米粒子與施加在電極之間的電場隔開。作為 后果之一，該結(jié)構(gòu)的有效電容顯著減小。例如在鐵電存儲器單元的情形中 很好地說明了該問題。絕緣"填料"材料的相對介電常數(shù)一般顯著地小于 高S鐵電納米粒子，因此導(dǎo)致在很小的厚度處的大的電位降。引起去極化 場，這將限制例如極化穩(wěn)定性(減少了存儲器保留時間)。從另一個觀點(diǎn)，絕 緣性質(zhì)(防止電極之間短路所需的)阻礙電荷流過串聯(lián)電容，這可導(dǎo)致在將所 施加的電壓傳遞至納米粒子上實(shí)際發(fā)生時的大量延遲。另,一個因素關(guān)于存 儲器讀出而產(chǎn)生鐵電存儲器單元的狀態(tài)通常通過將電脈沖施加至存儲器 電容來讀取(相反的脈沖極性導(dǎo)致極化反轉(zhuǎn)，且檢測到相關(guān)聯(lián)的電荷脈沖； 平行極化不會導(dǎo)致該效應(yīng))。串聯(lián)電容的高阻抗和可能的低電導(dǎo)率可引起關(guān) 于高效率脈沖讀出的缺點(diǎn)。本發(fā)明還涉及其它類型的非易失性存儲器。具體地，相變材料，也稱 為硫?qū)倩锘螂p向材料[例如，參見www.ovonic.com]已經(jīng)作為高密度存儲 的可能候選者出現(xiàn)。 一般將硫?qū)倩锊牧想娂訜?超過60(TC)以引起相變。 基于電施加(S卩，加熱脈沖的強(qiáng)度)，材料的相可在結(jié)晶和非晶態(tài)之間改變。兩種相一般表現(xiàn)出其電導(dǎo)率至少相差一個數(shù)量級。所存儲的比特因此以存 儲器單元的電導(dǎo)率來編碼并電寫入。硫?qū)倩锎鎯ζ鞯闹饕獑栴}是要獲取足夠大的電流密度j(A/m"以引起 相變。在實(shí)際中，這一般轉(zhuǎn)變成獲取足夠小的電極面積。使用印刷制造法(例 如凹版或噴墨印刷)的最小線寬一般約是幾十微米(比現(xiàn)有技術(shù)IC制造工藝 線寬大幾個數(shù)量級)。因此，在標(biāo)準(zhǔn)的夾層(平行板)存儲器單元構(gòu)造中獲得 所需的電流密度變得不切實(shí)際。WO 2007/030483揭示了一種使用納米碳管無紡織物形式的納米碳管 元件作為存儲器中的加熱元件的方法。US 2007/0045604揭示了基于硫?qū)僭鼗锏目删幊虒?dǎo)體存儲器。將導(dǎo) 電的納米粒子(例如，鎢、氮化鈦、鉑、鈀、釕)設(shè)置在電極的表面上，用于 在納米粒子附近實(shí)現(xiàn)高電場強(qiáng)度，以在存儲材料中實(shí)現(xiàn)窄的電流通道。該 設(shè)計的一個缺點(diǎn)是粒子需要與電極良好地接觸，這使得器件的制造很不方便。因此，需要一種新類型的結(jié)構(gòu)以及規(guī)定不嚴(yán)格的制造公差的方法，尤 其在電極和納米粒子的定位精確性方面。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是攻克上述問題中的至少某些，并提供一種利用納米粒子等 實(shí)現(xiàn)用于多種應(yīng)用的非常密集的電極至納米粒子接觸的方法。具體地，本發(fā)明的目的是提供一種方法和結(jié)構(gòu)，藉之在類似于電容器的結(jié) 構(gòu)中獲取了非常小(局部)的電極端子。本發(fā)明基于發(fā)現(xiàn)填料基質(zhì)中的各個納米粒子可用于將電場集中在夾層結(jié) 構(gòu)中，用于形成從納米粒子至緊靠設(shè)置的電極的接觸，假設(shè)材料條件是有利的。 也就是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擁有與其周圍材料極不相同的電性質(zhì)——具體的是相對介電 常數(shù)——的納米粒子可將電場以微米尺度集中在附近，使得附近材料中的非常 局部的結(jié)構(gòu)接觸建立的轉(zhuǎn)變可發(fā)生，即使納米粒子遠(yuǎn)離電極，即不與電極歐 姆接觸。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，納米粒子用于在一種結(jié)構(gòu)中形成電納米粒 子接觸，該結(jié)構(gòu)包括填料基質(zhì)和嵌入在所述填料基質(zhì)中的第一納米粒子，以及 疊加在中間層的相對側(cè)面上的兩個導(dǎo)電電極。根據(jù)本發(fā)明，填料基質(zhì)和第一納 米粒子具有充分不同的電性質(zhì)，具體的是相對介電常數(shù)，以便在電極之間施加 電壓時引起電極和各第一納米粒子之間的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。具體地，包括金屬 氧化物的第一納米粒子被用于在其附近實(shí)現(xiàn)局部化轉(zhuǎn)變。本發(fā)明還提供了對于諸如金屬氧化物納米粒子之類的具有高相對介電 常數(shù)的納米粒子的一種新用途，用于形成對于可用作結(jié)構(gòu)中的存儲器元件 的納米粒子的納米級接觸電極。包括納米粒子的填料基質(zhì)在具有電極作為外層的夾層結(jié)構(gòu)中較佳的是中 間層。根據(jù)本發(fā)明的電子模塊包括以上類型的夾層結(jié)構(gòu)。電子模塊于是形成類似 電容器的結(jié)構(gòu)。如果填料基質(zhì)和第一納米粒子是絕緣材料，則可將模塊用作電 容器、存儲器單元的存儲單位。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種通過以下方式在夾層結(jié)構(gòu)中形成從導(dǎo)電電極至第一納米粒子的電接觸的方法(i)在導(dǎo)電電極之間施加電壓以及(ii)利用絕緣基質(zhì)和其介電常數(shù)比填料基質(zhì)要高得多的第一納米粒子，以便在施加 所述電壓時引起自組織局部電極-納米粒子接觸的形成。所使用的納米粒子較佳地具有比絕緣基質(zhì)要高得多的相對介電常數(shù)。這種材料包括諸如BaTi03、 SrTi03、 Ti02或PbZrTi03的金屬氧化物。除金屬氧化物納米粒子外，例如，金屬氟化物或金屬氮化物納米粒子 也可用作第一納米粒子，因?yàn)樗鼈兡芴峁?shí)現(xiàn)電場集中效應(yīng)所要求的介電 常數(shù)差。納米粒子的最佳大小范圍是l...lOOnm(按照平均直徑)，這也是自組織局 部化電極的典型寬度范圍。更具體地，本方法、電子模塊、器件和使用由獨(dú)立權(quán)利要求所闡述的內(nèi)容表征借助于本發(fā)明可獲取幾個優(yōu)點(diǎn)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)通過在以上類型的組合物 上施加電場導(dǎo)致電極和納米粒子之間極小的接觸。即，可實(shí)現(xiàn)極致密(高密度) 的電器件。 一個潛在應(yīng)用的例子是高電容密度電容器。另一個潛在應(yīng)用是其中 每一比特都基于單個鐵電納米粒子的非易失性存儲器。小的粒子尺寸提供了在納米粒子懸浮液"納米墨"中包括粒子的可能性， 這可例如利用印刷法方便地涂覆在襯底上。這展現(xiàn)了大批量生產(chǎn)的可能性。納 米墨一般包括聚合物包封的金屬納米粒子。其它可能的沉積方法包括類似氣溶 膠的沉積[例如，參見www.optomec.com的M3D沉積工藝]。根據(jù)較佳的實(shí)施例，具有較佳的高頻的(〉lMHz， 一般是100-500MHz)AC 電壓用于形成接觸。本發(fā)明的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。納米粒子較佳地在絕緣基質(zhì)中混合，其具有通過電壓較佳地通過諸如熱燒 結(jié)之類的熱引起的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變或諸如電燒結(jié)之類的電場引起的轉(zhuǎn)變從絕緣不可 逆地轉(zhuǎn)變至導(dǎo)電的性質(zhì)。絕緣基質(zhì)還可包括聚合物包封的金屬第二納米粒子。根據(jù)一個實(shí)施例，絕緣基質(zhì)包括金屬氧化物合金粒子作為第二納米粒子。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)至少ITO或Al:ZnO納米粒子非常有優(yōu)勢。絕緣基質(zhì)還可包括硫?qū)倩锏诙{米粒子，諸如GeSbTe。即，與第一納 米粒子的電流密度集中效應(yīng)相結(jié)合，展現(xiàn)了例如生產(chǎn)高密度RAM存儲器的新 的可能性。即使沒有硫?qū)倩镆部缮a(chǎn)WORM和ROM類型的存儲器。當(dāng)硫 屬化物材料在填料層中使用時，場集中納米粒子可以是導(dǎo)電的，因?yàn)橛捎诹驅(qū)?化物整個結(jié)構(gòu)維持絕緣或損耗(即，在電極之間沒有電短路)。由于相同的原因， 在本說明書中，引起轉(zhuǎn)變的電壓可以是DC類型的，而不是在使用絕緣場集中 納米粒子時使用的AC電壓。根據(jù)一個實(shí)施例，使用一種結(jié)構(gòu)和電壓，這將引起至少第一納米粒子的完 全熔化和隨后的再結(jié)晶。這提供了將納米粒子中包含的材料有效地用于形成接 觸的可能性。除此之外或作為選擇，可利用電極和/或第二納米粒子的局部熔化， 以便形成所述接觸。具體地，本發(fā)明適用于非常薄的中間層，因此允許兩電極至單個納米粒子 的電接觸。中間層的厚度一般小于lpm， 一般是50-500nm。如果厚度小于第 一納米粒子的平均直徑的三倍，較佳的是兩倍，則進(jìn)而獲得非常局部的接觸。還觀察到納米粒子的場集中效應(yīng)在粒子間距小于粒子平均直徑的5倍，較 佳的是小于2.5倍時顯著增加。夾層結(jié)構(gòu)制造于其上的襯底可以例如是紙、紙板或聚合物膜。可將印 刷，較佳的是噴墨印刷或氣溶膠沉積用作將這些層涂覆在襯底上的沉積方 法。粒子較佳的是球形或至少具有小的長寬比。通過電極和各個第一納米粒子之間的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，我們主要指的是納米 粒子附近的這種變化，它導(dǎo)致電極之間的電通路的電性質(zhì)改變。具體地，我們 指的是這種至少導(dǎo)致局部導(dǎo)電性的幾十倍的變化(decades change)的轉(zhuǎn)變。如通 過詳細(xì)描述變得顯而易見的，該情況可以很多方式來實(shí)現(xiàn)，然而一般通過電極 和/或第一納米粒子的熔化、填料基質(zhì)的至少部分燒結(jié)或填料基質(zhì)中發(fā)生的硫?qū)?化物相變來實(shí)現(xiàn)。在本文中，電極和納米粒子之間形成的電(歐姆)接觸頻繁地 用作一個粒子，這是最典型的應(yīng)用。然而，取決于材料性質(zhì)，還可發(fā)生其它類 型的結(jié)構(gòu)變化，諸如導(dǎo)致電極和納米粒子之間的某些其它低阻抗耦合的變 化，例如低阻抗電容性耦合。盡管包含多個第一納米粒子的通常結(jié)構(gòu)利用本方法來制造，但它可被 應(yīng)用于僅包含單個第一納米粒子的結(jié)構(gòu)中。


圖1是本發(fā)明的基本方面的示意性圖示含有納米粒子的夾層結(jié)構(gòu)(平行 板電容器)。圖2是單個納米粒子的簡化夾層結(jié)構(gòu)。圖3是通過有限元法計算的靜電電位分布。圖4是通過有限元法計算的示為圖3中的虛線的橫截面上的靜電電位。 圖5是通過有限元法計算的電場分布。圖6a是矩陣存儲器結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中納米粒子可在其位置處表現(xiàn) 出隨機(jī)性(俯視圖)。圖6b是矩陣存儲器結(jié)構(gòu)的示意性圖示，其中納米粒子可在其位置處表現(xiàn) 出隨機(jī)性(橫截面圖)。圖7是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中在電極接觸和其余材料之間引起有絕緣 間隙。圖8是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中在電施加下，填料材料易變形且電極材 料填充所引起的體積，由此形成了一個至納米粒子的緊鄰電極。 圖9是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中絕緣層用于另外的優(yōu)點(diǎn)。 圖IO是用于實(shí)現(xiàn)硫?qū)倩锎鎯ζ鲉卧谋景l(fā)明的結(jié)構(gòu)。 圖11是基于夾層結(jié)構(gòu)的層疊的三維存儲器結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
為了說明本發(fā)明的一個方面，圖l示出平行板夾層結(jié)構(gòu)的簡化圖示，其中 含有納米粒子102的絕緣層103將兩電極101和104分離。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在襯底 100上。施加電源和連接105，以在電極IOI、 104之間形成電位差，并引起至 納米粒子102的電極106的形成(不可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致電導(dǎo)率)，如以下詳細(xì) 說明的。諸如氧化鈦之類的很多金屬氧化物表現(xiàn)出高的介電常數(shù)(一般Sr 100或更多)。相反， 一般的絕緣"填料"材料具有非常小的介電常數(shù)(Sr 10或更低)。因此，如圖2所述，由填料引起的串聯(lián)電容Cs有效地使納米粒子102不經(jīng)歷 電極IOI、 104之間形成的全部電場。圖2中的結(jié)構(gòu)是基于單個納米粒子的簡 化幾何形狀，且指出串聯(lián)電容Cs和有效的納米粒子電容Cn。圖3和4進(jìn)一步示出基于靜電有限元法模擬的結(jié)果的屏蔽效應(yīng)，假設(shè)對于 納米粒子^ 100且對于填料材料^ 10。靜電電位面(圖3)和沿虛線的橫截圖 3中的納米粒子計算出的靜電電位(圖4)的確量化了 "填料"材料上的大的電位 降和納米粒子上的小的電位降Un。如本文中早前描述的，靜電屏蔽在這種平行板納米粒子結(jié)構(gòu)中是非常有害 的。例如，基于高介電常數(shù)納米粒子獲取高介電常數(shù)電容器結(jié)構(gòu)變得困難。作 為另一個例子，基于鐵電納米粒子(表現(xiàn)出自發(fā)和可轉(zhuǎn)換極化)的存儲器單元的 實(shí)現(xiàn)和操作被阻止。因此，非常期望實(shí)現(xiàn)其中可形成至金屬氧化物納米粒子的 直接電極接觸的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個方面中，電極接觸通過利用基于填料103和納米粒子102 之間的介電常數(shù)差的電場集中度來實(shí)現(xiàn)。如圖5所示，其示出了靜電有限元模 擬(如上的幾何和參數(shù))的結(jié)果，電場集中在高介電常數(shù)納米粒子上部和下部。 因此，通過在含金屬氧化物納米粒子的層上施加AC電場，電場最大值可用于 經(jīng)由諸如電燒結(jié)之類的電誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變來形成至納米粒子的電極接觸(圖1)。 電場非均勻性限制了納米粒子頂部和底部區(qū)域的誘導(dǎo)的電導(dǎo)率變換。對所施加的場的暴露以這樣的方式來控制其在納米粒子位置引起期望的電極形成同時 將其余結(jié)構(gòu)保持未燒結(jié)。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的典型機(jī)制是溫度增加，但材料電導(dǎo)率也是 可利用場強(qiáng)直接轉(zhuǎn)變的。在電施加下表現(xiàn)出這種大的、不可逆電導(dǎo)率變化的材 料包括例如(i)金屬納米粒子聚合物復(fù)合墨，特征是"電燒結(jié)"，(ii)金屬氧化物 合金，例如，ITO(氧化銦錫)、Al:ZnO。同樣，可應(yīng)用硫?qū)倩锊牧?例如， GeSbTe)，然而，以防止從良好導(dǎo)電的結(jié)晶結(jié)構(gòu)至不良導(dǎo)電的非晶相的逆相位 轉(zhuǎn)變的方式。應(yīng)注意，該方法不需要加熱整個結(jié)構(gòu)(尤其是圖1中的電極101、 103或襯底IOO)，而且熱生成可非常局部，因此燒結(jié)例如金屬氧化物(例如，ITO，1>300°(:)或硫?qū)倩?>600°(:)所需的高溫是可達(dá)到的。在表現(xiàn)出自發(fā)極化的鐵電納米粒子的情形中，磁滯損耗也可在電極形成中使用。在適當(dāng)?shù)腁C電場強(qiáng)度和頻率下，電極化中的磁滯損耗引起納米粒子的加熱，并可決定性地幫助填料層至導(dǎo)電電極的轉(zhuǎn)變。這還可應(yīng)用于僅形成至鐵 電納米粒子的電極接觸(與不表現(xiàn)出磁滯損耗的非鐵電粒子分離)。電接觸在納米粒子位置處以自組織方式形成。這形成了本發(fā)明的另一個關(guān) 鍵的優(yōu)點(diǎn)。為了說明它，讓我們將一個粒子存儲器單元陣列的形成視為一個例子閨6a(俯視圖)和6b(橫截面圖)]。通常，需要高分辨率平板印刷技術(shù)來圖案 化橫截的電極601、 604結(jié)構(gòu)。然而，所沉積的納米粒子陣列一般不是完美排 序的，而是表現(xiàn)出例如在粒子定位中的偏置和隨機(jī)效應(yīng)，如圖6a和6b示意性 示出的。利用本發(fā)明的方法，電極結(jié)構(gòu)與納米粒子的定位精確度可以非常不嚴(yán) 格，因?yàn)橹良{米粒子602的電極接觸603以自組織方式形成。電場輻射可選擇地進(jìn)行，使得所形成的電極701由熔化的再結(jié)晶納米粒子 材料組成(圖7)。在這種情形中，由于在熔化和再結(jié)晶期間經(jīng)歷的很大的體積 減小(收縮)， 一般引起將電極與其余的納米粒子陣列703分離的間隙702。這 在增加所引起的接觸701和其余的填料材料703之間的相對電導(dǎo)率差方面是有 優(yōu)勢的。在圖8中示出，電極形成的另一個可能性是在電加熱期間填料材料803 變得易變形且電極802流動并填充所引起的體積并由此形成至納米粒子的電極 801?？蛇x地，如圖9所示，可將附加絕緣體901層涂在該結(jié)構(gòu)上使得其用于在 電極903和904之間提供進(jìn)一步的電導(dǎo)率絕緣。因此，可在填料基質(zhì)內(nèi)使用 附加絕緣材料層，較佳的是與中間層不同的材料以便進(jìn)一步將電極相互電 隔離。在這一結(jié)構(gòu)中，可放寬對"電可燒結(jié)"材料902的絕緣能力的條件。所述的平行板電容器結(jié)構(gòu)可在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)，例如，如下(i) (l)首先沉積所有的材料層，利用適當(dāng)?shù)闹虚g步驟，諸如連續(xù)的材料層 之間的干燥。(2)如果在步驟(1)期間還未燒結(jié)，則熱燒結(jié)頂部和底部電極層。(3) 利用本發(fā)明的方法電形成至金屬氧化物納米粒子的電接觸。(ii) 如(i)但電燒結(jié)用于燒結(jié)頂部和底部電極層。在本發(fā)明的另一個方面中，基于納米粒子的類似方法可在形成相變(硫?qū)?化物)存儲器時使用。如圖IO所示，納米粒子1002再次用于將電流(AC或DC)集中至納米粒子頂部或底部的位置。如果隔開電極IOOI、 1004的填料層1003 是可相變(硫?qū)倩?的材料，施加在電極1001、 1004之間的電可用于在納米粒 子1002的頂部和底部區(qū)域1005中引起相變。納米粒子的關(guān)鍵功能還是將電流 集中到窄的區(qū)域中，由此允許達(dá)到引起硫?qū)倩锵嘧兯璧母唠娏髅芏取＿@可 以實(shí)現(xiàn)，例如，(i)一般在AC電流的情形中，利用納米粒子和周圍材料之間電 導(dǎo)(高介電常數(shù)，諸如金屬氧化物、納米粒子1002)的虛部的很大的差，(ii)在 DC電流的情形中，利用電導(dǎo)的實(shí)部的很大的差(現(xiàn)在，納米粒子1002可以是 例如金屬納米粒子)。在這種硫?qū)倩锎鎯ζ鹘Y(jié)構(gòu)中，可有利地使用與所示類 似的附加絕緣層。除前面所示的夾層結(jié)構(gòu)外，本發(fā)明還良好地適用于實(shí)現(xiàn)如圖11所示的多 層3D結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于在結(jié)構(gòu)中形成納米尺度構(gòu)造的方法，所述結(jié)構(gòu)包括-填料基質(zhì)和嵌入在所述填料基質(zhì)中的至少一個第一納米粒子，以及-疊加在所述填料基質(zhì)的相對側(cè)面上的兩個導(dǎo)電電極，通過在導(dǎo)電電極之間施加電壓，其特征在于-利用具有比填料基質(zhì)高的相對介電常數(shù)的第一納米粒子，用以將電場集中在所述納米粒子附近，以便在施加所述電壓時引起所述電極中的至少一個和所述第一納米粒子之間的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，將相對介電常數(shù)為IO或更高 的納米粒子用作所述至少一個第一納米粒子。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用絕緣填料基質(zhì)。
4. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將諸如BaTi03、 SrTi03、 Ti02或PbZrTi03納米粒子等的金屬氧化物納米粒子用作所述至少一 個第一納米粒子。
5. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將諸如BaTi03、 SrTi03、 PbZrTi03或BaxSn.xTi03納米粒子等的鐵電納米粒子用作所述至少 一個第一納米粒子。
6. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用交流電壓， 較佳的是具有至少為lMHz的頻率，尤其是100-500MHz。
7. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用填料基質(zhì)， 所述填料基質(zhì)具有通過所述電壓，較佳的是通過熱引起的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變或電場引起 的轉(zhuǎn)變，從絕緣不可逆地轉(zhuǎn)變至導(dǎo)電的性質(zhì)，以便形成電極和納米粒子之間的 歐姆接觸或低阻抗接觸。
8. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用包括金屬 納米粒子聚合物組分，較佳的是聚合物包封金屬納米粒子的填料基質(zhì)。
9. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，填料基質(zhì)包括 較佳的是納米粒子形式的諸如ITO或Al:ZnO的金屬氧化物合金。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，使用電壓，所述電壓引 起金屬的至少部分熔化和隨后的再結(jié)晶。
11. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用包括由于 暴露于所述電壓而表現(xiàn)出顯著可逆電導(dǎo)率變化的材料的填料基質(zhì)，較佳的是以 納米粒子形式的硫?qū)倩锊牧希T如GeSbTe。
12. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用結(jié)構(gòu)和電 壓，其導(dǎo)致所述電極的局部熔化，以便形成如所述結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的歐姆接觸。
13. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電極中的 至少一個最好兩者通過以下步驟形成于襯底上一涂覆包括導(dǎo)電納米粒子的懸浮液層， 一使該層干燥，以及—燒結(jié)納米粒子以便形成導(dǎo)電電極，且所述填料基質(zhì)通過以下步驟形成一涂覆包括第一納米粒子的懸浮液層，以及一使該層干燥。
14. 如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用厚度小于 所述第一納米粒子的直徑三倍的較佳的是兩倍或者在多個第一納米粒子的情 形中納米粒子的平均直徑的填料基質(zhì)。
15. —種電子模塊，包括 一填料基質(zhì)—嵌入在所述填料基質(zhì)中的至少一個第一納米粒子，以及 —疊加在所述填料基質(zhì)的相對側(cè)面上的兩個導(dǎo)電電極， 其特征在于所述至少一個第一納米粒子是具有比所述填料基質(zhì)高得多的 相對介電常數(shù)的絕緣第一納米粒子，用于將電場集中在第一納米粒子附近，以 便在電極之間施加電壓時引起所述電極中的至少一個和所述第一納米粒子之 間的結(jié)構(gòu)中的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
16. 如權(quán)利要求15所述的電子模塊，其特征在于，所述填料基質(zhì)包括選 自以下組的第二納米粒子金屬納米粒子聚合物組合物，較佳的是聚合物包封 金屬納米粒子；諸如ITO或Al:ZnO納米粒子的金屬氧化物合金納米粒子。
17. 如權(quán)利要求15-16中的任一項(xiàng)所述的電子模塊，其特征在于，所述填料基質(zhì)的厚度小于所述納米粒子的平均直徑的三倍，較佳的是兩倍，粒子間距較佳地小于所述納米粒子的平均直徑的五倍，較佳的是2.5倍。
18. —種包括權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的電子模塊作為存儲單元的 存儲器單位。
19. 如權(quán)利要求18所述的存儲單元，其特征在于，所述電極被安排成具 有多個交叉區(qū)的非平行帶形狀，所述第一納米粒子用于在所述單元的讀取和寫 入期間在所述交叉區(qū)處增加電極間電流密度。
20. —種包括如權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述電子模塊的平行板電容器。
21. 將具有高介電常數(shù)金屬氧化物納米粒子用于在薄材料層中的納米粒子 附近形成電壓引起的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于形成納米尺度構(gòu)造的方法。根據(jù)該方法，填料基質(zhì)和嵌入在所述填料基質(zhì)中的第一納米粒子，以及兩個導(dǎo)電電極疊加在所述絕緣材料層上。根據(jù)本發(fā)明，電壓被施加在導(dǎo)電電極之間，利用填料基質(zhì)和具有充分不同的電性質(zhì)的第一納米粒子，以便在施加所述電壓時引起自組織的局部接觸形成。本發(fā)明的潛在應(yīng)用包括諸如存儲器單元的基于金屬氧化物納米粒子的平行板電容器結(jié)構(gòu)和高介電常數(shù)/可調(diào)節(jié)電容器。
文檔編號G11C13/00GK101325244SQ20081010998
公開日2008年12月17日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者A·阿拉斯塔洛, H·瑟帕, M·艾倫, T·瑪?shù)倮?申請人:芬蘭國立技術(shù)研究中心