專(zhuān)利名稱(chēng)：多終端硫族化物開(kāi)關(guān)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電子開(kāi)關(guān)器件。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及硫族化物開(kāi)關(guān)器件。再具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及多終端開(kāi)關(guān)器件，其中在控制終端施加的控制信號(hào)調(diào)節(jié)非控制終端之間硫族化物材料的閾值電壓和/或電導(dǎo)率。
背景技術(shù)：
當(dāng)今的電子器件依靠傳統(tǒng)的硅技術(shù)。利用硅技術(shù)，能夠制造電子器件(例如晶體管、二極管、開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ)器、集成電路和處理器)，它們是制造現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)和家用電子產(chǎn)品所需的。基于硅的電子產(chǎn)品已經(jīng)在市場(chǎng)上取得了顯著的成功，并且提供了多種極大地簡(jiǎn)化日常生活的便利。
基于硅的電子學(xué)在過(guò)去的幾十年的發(fā)展已經(jīng)在制造期間使器件小型化方面邁進(jìn)了一大步。多年來(lái)，小型化趨勢(shì)在許多代硅技術(shù)上忠實(shí)地跟隨摩爾定律。隨著器件外形尺寸變小，它使得在硅圓片的給定區(qū)域中包括更多器件，并且使實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品改進(jìn)的性能和速度成為可能。
由于當(dāng)前預(yù)言了硅技術(shù)的進(jìn)一步完善對(duì)將來(lái)的計(jì)算能力和功能的改進(jìn)，因此近來(lái)有了許多對(duì)繼續(xù)小型化基于硅的電子器件的預(yù)測(cè)。越來(lái)越得到一致同意的是，相信計(jì)算機(jī)工業(yè)迅速地接近硅的性能極限。當(dāng)今制造技術(shù)的外形尺寸是0.18微米，并且可預(yù)計(jì)，這個(gè)尺寸在將來(lái)可以減少到大約0.10微米。然而，對(duì)外形尺寸的進(jìn)一步降低被認(rèn)為是有問(wèn)題的，因?yàn)榇蠹s0.10微米以下的大小引起硅的基本行為方面的變化。更具體地說(shuō)，隨著硅器件的尺寸減少到數(shù)十毫微米和以下，硅進(jìn)入量子狀況行為并且不再能根據(jù)支配肉眼可見(jiàn)的對(duì)象的傳統(tǒng)的物理學(xué)來(lái)工作。在量子狀態(tài)下，能量狀態(tài)被量化，而不是連續(xù)的，并且諸如隧道等現(xiàn)象導(dǎo)致許多器件上電子的離域。隧道的后果包括電流漏泄，因?yàn)殡娮犹用撘粋€(gè)器件到相鄰器件，并且器件的獨(dú)立性喪失，因?yàn)橐粋€(gè)器件的狀態(tài)影響相鄰器件的狀態(tài)。除了硅行為的根本變化，硅器件的尺寸的進(jìn)一步降低還提出了艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。將需要諸如光刻法等制造方法的新的改革來(lái)實(shí)現(xiàn)較小的外形尺寸。
已經(jīng)識(shí)別硅技術(shù)的兩個(gè)其它缺陷。首先，安裝和操作新的生產(chǎn)設(shè)施的成本隨著外形尺寸的變小按指數(shù)規(guī)律地提高。例如，在當(dāng)今的0.18微米的外形尺寸，建立新的半導(dǎo)體制造設(shè)備的成本超過(guò)十億美元。這個(gè)成本隨著器件變得較小以及對(duì)雜質(zhì)和工藝污染更敏感而提高。
第二，逐漸認(rèn)識(shí)到基于硅的計(jì)算機(jī)的功能固有地受限，因?yàn)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仍大量地得不到某些計(jì)算的答案。實(shí)例包括因子分解、并行計(jì)算、圖象識(shí)別以及關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。類(lèi)似的，由人和其它生物有機(jī)體容易和直覺(jué)地執(zhí)行的許多任務(wù)對(duì)于用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)施都是困難的、繁重的和時(shí)常不可能的。
考慮計(jì)算的將來(lái)表明需要具有新功能的新計(jì)算機(jī)，以解決更復(fù)雜的應(yīng)用。需要新的計(jì)算機(jī)，它適應(yīng)性強(qiáng)并且是柔性的，并能根據(jù)推理和智力操作。需要不受傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的剛性、蠻力問(wèn)題求解方法限制的計(jì)算機(jī)。相反，需要能夠響應(yīng)于改變的情況的計(jì)算機(jī)，它具有區(qū)分來(lái)自多個(gè)源的信息的能力，從而即使在看上去沖突的環(huán)境下也能提供合理的輸出。實(shí)現(xiàn)智能計(jì)算機(jī)和器件所需的功能超出了支持傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的硅技術(shù)的當(dāng)前和計(jì)劃的性能能力。因此，需要一種新的和革命的計(jì)算模式，它包含通用計(jì)算機(jī)以及任務(wù)特定的計(jì)算器件，及其支持的電子器件和材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供電子開(kāi)關(guān)器件，可用于具有比當(dāng)今的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更大的功能的新穎計(jì)算機(jī)和計(jì)算器件的結(jié)構(gòu)中。該器件不是基于硅，而是基于硫族化物相變材料，這種材料能在電阻性的狀態(tài)和導(dǎo)電狀態(tài)之間可逆地變換。狀態(tài)之間的變換通過(guò)提供能量給相變材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，所提供的能量的量滿(mǎn)足或超出一個(gè)門(mén)限能量。來(lái)自外部源的能量的至少閾值量施加到電阻狀態(tài)引起材料切換到導(dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)電狀態(tài)只要在給材料提供最低量的外部能量的情況下一直持續(xù)。在終止外部能量時(shí)，材料回到電阻狀態(tài)。
該器件包括用于將器件連接到其它器件或外部能量源或匯點(diǎn)的終端。終端可包括輸入終端，用于從外部器件或源接收電能或信號(hào)并且將其提供給硫族化物材料；以及輸出終端，用于從硫族化物材料傳遞電能或信號(hào)到外部器件。本發(fā)明的器件可包括一個(gè)或多個(gè)輸入終端和一個(gè)或多個(gè)輸出終端。硫族化物材料通過(guò)它的電導(dǎo)率確定提供給一個(gè)終端的信號(hào)被傳送、傳遞或者在器件的另一個(gè)終端中感應(yīng)的信號(hào)的程度。硫族化物材料的電導(dǎo)率和/或閾值可以通過(guò)從控制終端以控制信號(hào)的形式提供電能給它來(lái)控制?；蛘?，硫族化物材料的電導(dǎo)率和/或閾值可以通過(guò)以光能的形式提供控制信號(hào)給它來(lái)控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供具有三個(gè)或更多終端的硫族化物開(kāi)關(guān)器件，其中提供給控制終端的控制信號(hào)影響一對(duì)或多對(duì)非控制終端之間硫族化物材料的閾值電壓和/或電導(dǎo)率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供具有三個(gè)與硫族化物材料進(jìn)行電連接的終端的硫族化物開(kāi)關(guān)器件，其中一個(gè)終端是輸入終端，另一個(gè)終端是輸出終端并且第三終端是控制終端。根據(jù)硫族化物材料的電導(dǎo)率，輸出信號(hào)可能是或可能不是響應(yīng)于輸入信號(hào)產(chǎn)生的。硫族化物材料的電導(dǎo)率，例如可控制信號(hào)是否有效地從輸入終端傳遞到輸出終端。有效的信號(hào)傳輸要求硫族化物處于導(dǎo)電狀態(tài)。在此實(shí)施例中，可以通過(guò)將一個(gè)電控制信號(hào)、比如控制電壓提供給控制終端來(lái)影響輸入與輸出終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率。在沒(méi)有控制信號(hào)的情況下，必須在輸入與輸出終端之間提供超過(guò)閾值的電壓差，以便硫族化物材料從電阻狀態(tài)切換到導(dǎo)電狀態(tài)。閾值電壓取決于包括硫族化物材料的化學(xué)成分以及輸入與輸出終端之間的距離的因素。如果輸入與輸出終端之間的電壓差在閾值以下，那么硫族化物材料保持在它的電阻狀態(tài)中，并且輸入與輸出終端之間的信號(hào)傳輸被阻止。在此實(shí)施例中，通過(guò)在控制終端施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷海軌驅(qū)е螺斎肱c輸出終端之間的硫族化物材料切換到導(dǎo)電狀態(tài)，即使輸入與輸出終端之間的電壓差低于閾值電壓也一樣。在此實(shí)施例中，施加足夠大小的控制電壓允許調(diào)節(jié)輸入與輸出終端之間的閾值電壓。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供具有兩個(gè)與硫族化物材料進(jìn)行電連接的終端的硫族化物開(kāi)關(guān)器件，其中一個(gè)終端是輸入終端，并且另一個(gè)終端是輸出終端。在此實(shí)施例中，通過(guò)光能源提供控制信號(hào)。在此實(shí)施例中，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)墓饪刂菩盘?hào)，能夠?qū)е螺斎肱c輸出終端之間的硫族化物材料切換到導(dǎo)電狀態(tài)，即使輸入與輸出終端之間的電壓差低于閾值電壓也一樣。
所述開(kāi)關(guān)器件能夠連接到其它器件以形成網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件可以用作互連設(shè)備，以調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中器件或電路單元之間電能和信號(hào)的傳導(dǎo)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1顯示開(kāi)關(guān)變換的硫族化物材料的伏安特性。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一般的三端硫族化物器件的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的三端硫族化物器件的實(shí)施例的示意圖。
圖4表示圖3所示的三端器件的伏安特性。
圖5表示兩個(gè)電路或網(wǎng)絡(luò)部件之間的互連器件的三端硫族化物器件的應(yīng)用。
圖6表示作為三個(gè)電路或網(wǎng)絡(luò)部件之間的互連器件的三端硫族化物器件的應(yīng)用。
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供基于硫族化物材料的電子開(kāi)關(guān)器件。硫族化物材料的開(kāi)關(guān)特性是廣為人知的，并且在之前在OTS(雙向閾值開(kāi)關(guān))器件中使用的。OTS已經(jīng)在美國(guó)專(zhuān)利No.5543737、5694146和5757446中進(jìn)行了描述，其公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合到本文中。在幾個(gè)雜志的文章中，包括S.R.Ovshinsky的“無(wú)序結(jié)構(gòu)中的可逆電氣開(kāi)關(guān)現(xiàn)象”，PhysicalReview Letters vol.21，第1450-1453(1969)頁(yè)；S.R.Ovshinsky和H.Fritzsche的“用于切換、存儲(chǔ)和成像應(yīng)用的非晶半導(dǎo)體”，IEEETransactions on Electron Devices，vol.ED-20，第91-105(1973)頁(yè)也公開(kāi)了OTS；其公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
用于本發(fā)明的器件中的硫族化物材料的電氣開(kāi)關(guān)特性示意性地圖示在圖1中，圖1顯示硫族化物開(kāi)關(guān)材料的I-V(電流-電壓)特性。圖1的圖解對(duì)應(yīng)于二端器件配置，其中兩個(gè)分離配置的電極與硫族化物材料接觸，并且電流I對(duì)應(yīng)于在兩個(gè)電極之間傳遞的電流。圖1所示的I-V曲線(xiàn)顯示流經(jīng)硫族化物材料的電流是電極施加在材料上的電壓的函數(shù)。材料的伏安特性相對(duì)于外加電壓的極性對(duì)稱(chēng)。
為了方便起見(jiàn)，在下面的硫族化物開(kāi)關(guān)行為的簡(jiǎn)要討論中，考慮圖1的I-V曲線(xiàn)的第一象限(電流和電壓兩個(gè)都為正的部分)?？紤]極性的類(lèi)似描述適用于I-V曲線(xiàn)的第三象限。
I-V曲線(xiàn)包括電阻分支和導(dǎo)電分支。分支標(biāo)記在圖1中。電阻分支對(duì)應(yīng)于其中流經(jīng)材料的電流在提供施加在材料上的電壓的情況下僅有少量增加的分支。這個(gè)分支在I-V圖中顯示小的斜率并且在圖1的第一和第三象限表現(xiàn)為幾乎水平的線(xiàn)。導(dǎo)電分支對(duì)應(yīng)于其中流經(jīng)材料的電流在提供施加在材料上的電壓的情況下顯著增加的分支。這個(gè)分支在I-V圖中顯示為大斜率并且在圖1的第一和第三象限表現(xiàn)為幾乎垂直的線(xiàn)。圖1所示的電阻和導(dǎo)電分支的斜率是說(shuō)明性的而非用于限制，并且實(shí)際斜率取決于硫族化物材料的化學(xué)成分。不管實(shí)際斜率，導(dǎo)電分支必定顯示比電阻分支大的斜率。當(dāng)器件條件為硫族化物材料用I-V曲線(xiàn)的電阻分支上的一個(gè)點(diǎn)來(lái)描述時(shí)，硫族化物材料或器件可以稱(chēng)為處于電阻狀態(tài)。當(dāng)器件條件為硫族化物材料用I-V曲線(xiàn)的導(dǎo)電分支上的一個(gè)點(diǎn)來(lái)描述時(shí)，硫族化物材料或器件可以稱(chēng)為處于導(dǎo)電狀態(tài)。
用于本發(fā)明的開(kāi)關(guān)器件中的硫族化物材料的開(kāi)關(guān)特性可通過(guò)參考圖1進(jìn)行描述?？紤]二端器件配置并且從沒(méi)有向其施加電壓的器件開(kāi)始。當(dāng)沒(méi)有電壓施加在硫族化物材料上時(shí)，材料處于電阻狀態(tài)并且沒(méi)有電流流過(guò)。這個(gè)狀況對(duì)應(yīng)于圖1所示I-V曲線(xiàn)的原點(diǎn)。隨著外加電壓提高，硫族化物保持在電阻狀態(tài)中，直至圖1的第一象限中標(biāo)記為Vt的閾值電壓。外加電壓在0和Vt之間時(shí)I-V曲線(xiàn)的斜率小，并且表明硫族化物材料具有高電阻，反映為術(shù)語(yǔ)“電阻分支”的環(huán)境用于描述此部分I-V曲線(xiàn)。高電阻表示低導(dǎo)電率，因此流經(jīng)材料的電流隨著外加電壓的提高僅僅微弱地增大。由于流過(guò)材料的電流很小，因此硫族化物的電阻狀態(tài)可以被認(rèn)為是材料的關(guān)狀態(tài)。
當(dāng)外加電壓等于或超過(guò)閾值電壓時(shí)，硫族化物材料從I-V曲線(xiàn)的電阻分支變換(切換)到導(dǎo)電分支。開(kāi)關(guān)事件瞬時(shí)發(fā)生并且用圖1中的虛線(xiàn)表示。在切換時(shí)，器件電壓顯著地下降，并且器件電流變得對(duì)器件電壓的變化敏感得多。只要維持在圖1標(biāo)記為Ih的最小電流，硫族化物材料就保持在導(dǎo)電分支中。我們稱(chēng)Ih為保持電流并且關(guān)聯(lián)電壓Vh為器件的保持電壓。如果器件狀況改變以致電流變得小于Ih，那么材料正常地回到I-V圖的電阻分支，并且要求重新施加閾值電壓以重新開(kāi)始導(dǎo)電分支上的操作。如果電流僅僅一瞬間(小于硫族化物材料的還原時(shí)間的時(shí)間)降低到Ih以下，則硫族化物的導(dǎo)電狀態(tài)可以在電流恢復(fù)到Ih或以上時(shí)恢復(fù)。硫族化物材料的恢復(fù)時(shí)間已經(jīng)在文章“用于切換、存儲(chǔ)和成像應(yīng)用的非晶半導(dǎo)體”中論述，該文章通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
類(lèi)似的開(kāi)關(guān)行為發(fā)生在圖1所示I-V圖的第三象限。在認(rèn)識(shí)到第三象限中I-V曲線(xiàn)的負(fù)極性后，第三象限中的開(kāi)關(guān)行為類(lèi)似于在上文中對(duì)第一象限的描述。例如，具有大小大于第三象限中負(fù)閾值電壓的大小的外加電壓導(dǎo)致從電阻分支切換到導(dǎo)電分支。
本發(fā)明的器件的切換效果來(lái)源于硫族化物材料在施加了閾值電壓Vth之后，從電阻狀態(tài)變換到導(dǎo)電狀態(tài)。一個(gè)模型可用于描述支持切換變換的現(xiàn)象。根據(jù)該模型，閾值電壓的施加引起硫族化物材料內(nèi)導(dǎo)電通道或?qū)щ娊z的形成。在閾值電壓下，材料受到的電場(chǎng)足夠高，從而導(dǎo)致?lián)舸┗蜓┍佬?yīng)，從而，電子從原子遷移，形成電荷載流子的高導(dǎo)電的像等離子體的絲。一些電子不再與原子結(jié)合，而是變?yōu)樽杂傻牟⑶揖哂懈咭苿?dòng)性。因此，形成導(dǎo)電通道或?qū)щ娊z。導(dǎo)電絲在電阻性的硫族化物材料內(nèi)構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)電部分。導(dǎo)電絲通過(guò)器件終端之間的硫族化物材料延伸，并為電流提供低電阻通道。導(dǎo)電絲外的硫族化物材料部分保持為電阻性的。由于電流穿過(guò)阻力最小的路徑，因此導(dǎo)電絲的存在使得硫族化物材料導(dǎo)電，并且建立導(dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)電絲的產(chǎn)生是支持硫族化物材料從電阻狀態(tài)到導(dǎo)電狀態(tài)的切換的事件。
導(dǎo)電絲在器件終端之間維持著，只要器件電流保持在保持電流或者保持電流以上。導(dǎo)電絲出現(xiàn)在沿導(dǎo)電分支的所有點(diǎn)上，但絲的橫截面積對(duì)于沿導(dǎo)電分支的不同點(diǎn)而不同。絲的橫截面積橫截電流方向。根據(jù)導(dǎo)電分支內(nèi)的工作條件，絲可以是窄的或者寬的。隨著外加電壓沿導(dǎo)電分支的提高，絲的橫截面隨著外加電壓的提高而擴(kuò)大。擴(kuò)大的絲表示更大量的硫族化物材料顯示高導(dǎo)電性。因此，隨著外加電壓的增大，硫族化物材料能夠支持更大的電流，如I-V曲線(xiàn)的導(dǎo)電分支所示。施加到在導(dǎo)電分支下工作的硫族化物材料上的電壓變化改變橫截電流方向的方向中絲的寬度或厚度。改變?cè)趯?dǎo)電分支下工作的硫族化物材料的外加電壓的總效應(yīng)是修改導(dǎo)電和電阻性的部分的體積分?jǐn)?shù)。
許多化學(xué)成分的硫族化物材料經(jīng)歷上述切換效果。典型的硫族化物材料為那些包括一個(gè)或多個(gè)周期表的第VI列元素(硫族元素)并且選擇性地包括一個(gè)或多個(gè)第III、IV或V列的化學(xué)改性劑。S、Se和Te中的一個(gè)或多個(gè)是本發(fā)明的器件的活性物質(zhì)中最常見(jiàn)的硫族元素。硫族元素的特征在于二價(jià)結(jié)合以及孤對(duì)電子的存在。二價(jià)結(jié)合導(dǎo)致在組合硫族元素以形成硫族化物材料時(shí)形成鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且孤對(duì)電子提供用于形成傳導(dǎo)絲的電子源。三價(jià)的和四價(jià)的改性劑，比如Al、Ga、In、Ge、Sn、Si、P、As和Sb進(jìn)入硫族元素的鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)并且提供分支和交聯(lián)的點(diǎn)。硫族化物材料的結(jié)構(gòu)剛度取決于交聯(lián)的程度并且根據(jù)它們承受結(jié)晶或其它結(jié)構(gòu)重排的能力，導(dǎo)致硫族化物材料大致分類(lèi)為兩個(gè)類(lèi)型之一閾值材料和存儲(chǔ)材料。
兩種類(lèi)型的硫族化物材料顯示圖1所示的開(kāi)關(guān)行為，但是在它們的響應(yīng)成絲的結(jié)構(gòu)上不同。閾值材料一般比存儲(chǔ)材料具有更高的改性劑濃度和更高度的交聯(lián)。因此，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上更加剛性。閾值材料是無(wú)定形的，并且顯示幾乎沒(méi)有結(jié)晶的傾向，因?yàn)榧Y(jié)和生長(zhǎng)結(jié)晶相所要求的原子重排由于結(jié)構(gòu)的剛性而被抑制。閾值材料在切換之后移去外加電壓時(shí)保持無(wú)定形。
相反地，存儲(chǔ)材料少許交聯(lián)，并且更容易進(jìn)行全結(jié)晶或部分結(jié)晶。無(wú)定形存儲(chǔ)材料在存在如以上圖1所述的閾值電壓時(shí)形成導(dǎo)電絲。但是，一旦在導(dǎo)電分支中，存儲(chǔ)材料可核化和生長(zhǎng)結(jié)晶相。結(jié)晶相的體積分?jǐn)?shù)取決于流經(jīng)存儲(chǔ)材料的電流的大小和時(shí)間。在切換之后移去外加電壓時(shí)仍然保持結(jié)晶相。通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇器件工作條件，硫族化物存儲(chǔ)材料的無(wú)定形結(jié)晶轉(zhuǎn)變?cè)谠S多周期上變得可逆。硫族化物存儲(chǔ)材料已經(jīng)在美國(guó)專(zhuān)利No.5166758；5296716；5534711；5536947；5596522；和6087674中進(jìn)行了論述，其公開(kāi)通過(guò)引用結(jié)合于本文中。
本發(fā)明的器件通過(guò)多終端器件在先有技術(shù)的二端器件進(jìn)行了改進(jìn)，利用本發(fā)明的多終端器件，有可能控制導(dǎo)致硫族化物材料內(nèi)的預(yù)定位置中的切換和成絲所需的工作條件。本發(fā)明的器件的一些實(shí)施例包括與硫族化物材料電連接的一個(gè)或多個(gè)輸入終端、一個(gè)或多個(gè)輸出終端以及一個(gè)或多個(gè)控制終端。在本發(fā)明的器件中，控制終端上的適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)影響器件的第一終端和器件的第二終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率或閾值開(kāi)關(guān)電壓。在沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)，在施加一個(gè)閾值電壓時(shí)，硫族化物材料從電阻狀態(tài)切換到導(dǎo)電狀態(tài)，其中閾值電壓的大小對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)二端器件配置中第一和第二終端之間的閾值電壓。本發(fā)明的多終端器件的控制終端上一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)的出現(xiàn)，允許將第一和第二終端之間的閾值電壓調(diào)節(jié)為不同于在對(duì)應(yīng)二端器件配置中獲得的大小的電壓。同樣，當(dāng)在本發(fā)明的器件的第一終端和第二終端之間施加一個(gè)亞閾值電壓時(shí)，施加控制信號(hào)可導(dǎo)致硫族化物材料從電阻狀態(tài)變換到導(dǎo)電狀態(tài)，從而改變兩端之間的硫族化物材料的電導(dǎo)率。因此，即使當(dāng)施加在兩端之間的電壓低于對(duì)應(yīng)兩端器件的閾值電壓的情況下，也可以在一個(gè)終端和另一個(gè)終端之間實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性。在這些實(shí)施例中，控制信號(hào)可以是諸如電流或電壓的電信號(hào)。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，控制信號(hào)是光信號(hào)。根據(jù)這些實(shí)施例的器件包括與硫族化物材料電連接的第一終端和第二終端，其中光源提供的光控制信號(hào)用來(lái)控制第一和第二終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率或閾值電壓。光控制信號(hào)提供能量給硫族化物材料，并且可以施加到選擇的硫族化物材料部分或整個(gè)的硫族化物材料上。適當(dāng)?shù)墓庠窗ò谉霟簟⒓す馄?、二極管、光纖或波導(dǎo)提供光、或包括含Se的那些的光學(xué)硫族化物材料提供的光。連續(xù)方式或脈沖方式工作的光源都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的器件的一個(gè)實(shí)施例是一個(gè)三端的器件，具有與硫族化物材料電連接的第一終端、第二終端和控制終端。這個(gè)實(shí)施例的圖解顯示在圖2中。在此實(shí)施例中，控制終端可用于調(diào)節(jié)第一和第二終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率，或者調(diào)節(jié)必須施加在第一和第二終端之間以導(dǎo)致硫族化物材料從電阻狀態(tài)變換到導(dǎo)電狀態(tài)的閾值電壓。第一和第二終端在本文中還可稱(chēng)為非控制終端、輸入和/或輸出終端、或負(fù)載和參考終端。終端同時(shí)可稱(chēng)為電極，并且可包括含單個(gè)層或化學(xué)成分的終端以及包括兩個(gè)或更多層的終端。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明的器件的終端和硫族化物材料之間的電連接是直接的，由此電流從終端傳送到硫族化物材料。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，本發(fā)明的器件的終端和硫族化物材料之間的電連接是間接的，由此，終端的電效果(比如電位或場(chǎng))影響硫族化物材料，而沒(méi)有電流通道。
在一個(gè)實(shí)施例中，終端包括與阻擋材料接觸的導(dǎo)電材料，其中阻擋材料與器件的硫族化物材料接觸。在另一個(gè)實(shí)施例中，終端包括導(dǎo)電材料和阻擋材料，其中導(dǎo)電材料和硫族化物材料之間的電連接通過(guò)阻擋材料發(fā)生。在又一個(gè)實(shí)施例中，終端包括配置在兩個(gè)導(dǎo)電材料之間的硫族化物材料，其中導(dǎo)電材料之一與本發(fā)明的器件的工作中的硫族化物材料電連接。在此實(shí)施例中，終端可以是兩個(gè)終端的硫族化物器件，比如雙向閾值開(kāi)關(guān)，其中終端的電導(dǎo)率用包括在終端內(nèi)的硫族化物材料的電阻率控制。還可使用存儲(chǔ)類(lèi)型硫族化物材料。在這些實(shí)施例中，終端可以是電阻性的或?qū)щ娦缘模瑥亩刂瓶刂菩盘?hào)或輸入信號(hào)訪(fǎng)問(wèn)本發(fā)明的器件的工作的硫族化物。在另一個(gè)實(shí)施例中，終端可以是場(chǎng)效應(yīng)電極，包括介入在導(dǎo)電材料和工作的硫族化物之間的薄的介質(zhì)層。這樣一個(gè)電極的操作原理類(lèi)似于MOSFET中柵電極的原理。介質(zhì)層抑制電流從導(dǎo)電材料到工作的硫族化物的傳導(dǎo)，但是足夠薄以允許存在于導(dǎo)電材料中的電場(chǎng)影響硫族化物材料。
具有多于三端的類(lèi)似實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍中。在這些實(shí)施例中，具有多個(gè)輸入、輸出和/或控制終端的器件都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是其中不同終端互相電隔離，而任何終端對(duì)之間的電連接或信號(hào)傳輸通過(guò)硫族化物材料發(fā)生。電連接和信號(hào)傳輸包括諸如電荷、電流或電壓的電效果的通信或傳輸。電隔離可通過(guò)例如具有絕緣材料的單獨(dú)電極，或者通過(guò)分開(kāi)放置電極而發(fā)生。
實(shí)例1根據(jù)本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例如圖3所示。圖3顯示三端器件結(jié)構(gòu)的剖視圖。三個(gè)終端標(biāo)記為T(mén)(1)、T(2)、和T(3)。多個(gè)這些器件形成在一個(gè)6″的硅圓片上。晶片上的器件和層利用傳統(tǒng)的濺射、化學(xué)氣相淀積、蝕刻、以及石版印刷技術(shù)形成。結(jié)構(gòu)包括硅圓片襯底10、熱氧化層20、包括由TiW或Ti和TiN的組合形成的導(dǎo)電層40和碳阻擋層50的底部電極30、SiOX/SiNX隔離區(qū)60、由TiW形成的控制電極70、硫族化物材料80、包括碳阻擋層100的上部電極90以及包括Ti和TiN的導(dǎo)電層110、以及Al層120。在此實(shí)例中，硫族化物材料80為Ge2Te2Sb5，并且在圖3中標(biāo)記為GST。阻擋層抑制材料漫射和電遷移到硫族化物區(qū)，并且改進(jìn)器件的循環(huán)壽命。典型的層厚度如下導(dǎo)電層40(100nm)、阻擋層50(30nm)、控制電極70(10-40nm)、阻擋層100(100nm)、以及導(dǎo)電層110(100nm)。此實(shí)例的器件中硫族化物材料占用的區(qū)是圓柱形的，高度大約0.1微米并且直徑大約1微米。硫族化物材料占用的區(qū)在本文中可以稱(chēng)為孔、孔區(qū)等等。電極30、70和90與硫族化物電連接，并且對(duì)應(yīng)于圖2所示的終端?？刂齐姌O70限定硫族化物材料80。上部電極90和底部電極30還可分別稱(chēng)為負(fù)載電極和參考電極。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，參考電極接地。電極用絕緣材料分隔，以便通過(guò)硫族化物材料發(fā)生電極之間的電連接。
實(shí)例2在此實(shí)例中，描述圖3所示的三端器件結(jié)構(gòu)的特性的幾個(gè)測(cè)試結(jié)果。對(duì)從晶片上形成的器件中隨機(jī)選擇的幾個(gè)不同器件進(jìn)行測(cè)試。圖4總結(jié)了本發(fā)明人完成的一些測(cè)試的結(jié)果。圖4顯示用于本發(fā)明的三終端器件的I-V圖的第一象限。電流I對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的負(fù)載(頂部的)和參考(底部)電極之間傳遞的電流，并且電壓V對(duì)應(yīng)于施加在負(fù)載和參考電極之間的電壓。對(duì)施加到控制電極的幾個(gè)不同控制電壓確定負(fù)載和參考電極之間的I-V關(guān)系。在測(cè)試中，將恒定大小的控制電壓施加到控制終端，并且測(cè)量負(fù)載和參考電極之間的電流，作為施加在負(fù)載和參考電極之間的電壓的函數(shù)。控制電壓以長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電壓脈沖的形式施加(如3微秒)并且負(fù)載和參考電極之間的電壓以短脈沖的形式施加(如100毫微秒)同時(shí)也施加控制電壓。在此實(shí)例中，控制電壓施加在器件的控制電極和參考電極之間。
圖4中的數(shù)據(jù)表示施加控制電壓給控制電極可用于調(diào)節(jié)負(fù)載和參考電極之間的閾值電壓。不同的I-V曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于利用不同控制電壓的測(cè)試。與各個(gè)I-V曲線(xiàn)關(guān)聯(lián)的控制電壓在圖4中用一個(gè)標(biāo)記表示。標(biāo)記為“0-2V”的I-V曲線(xiàn)顯示器件在0和2V之間的控制電壓的行為，含0和2V。由于在此范圍中，器件的伏安特性基本上對(duì)于控制電壓是一樣的，因此在此電壓范圍給出了用于幾個(gè)測(cè)試的單一曲線(xiàn)?！?-2V″數(shù)據(jù)表示從0V直至大約1.56V的閾值電壓延伸的I-V曲線(xiàn)的電阻性分支。一旦達(dá)到閾值電壓，器件切換到導(dǎo)電分支。如以上在圖1中論述的，用I-V曲線(xiàn)中負(fù)的斜線(xiàn)表示切換變換。
當(dāng)控制電壓增至高于2V時(shí)，觀察到閾值電壓下降。標(biāo)記為“2.5V”的I-V曲線(xiàn)表示2.5V的控制電壓使閾值電壓降低超過(guò)10％，得到稍低于1.4V的一個(gè)值。控制電壓進(jìn)一步地提高到3V導(dǎo)致閾值電壓大約下降25％到大約1.2V。當(dāng)施加4V的控制電壓時(shí)，有效地排除閾值電壓并且負(fù)載和參考電極之間的硫族化物材料在測(cè)試的整個(gè)外加電壓范圍都處于它的導(dǎo)電狀態(tài)。
圖4所示的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示通過(guò)施加控制電壓給控制終端，從而調(diào)節(jié)多終端器件的兩個(gè)電極之間閾值電壓的能力。調(diào)節(jié)效果表示在本發(fā)明的多終端器件中可完成的但是在標(biāo)準(zhǔn)的二端器件中不具備的功能。
雖然不希望用理論束縛，但本發(fā)明人相信施加足夠大小的控制信號(hào)給控制終端可便于在多終端器件的兩個(gè)非控制終端之間形成導(dǎo)電絲。便于成絲表現(xiàn)為將兩個(gè)非控制終端(如輸入和輸出終端、兩個(gè)輸入終端兩個(gè)輸出終端、負(fù)載和參考終端等等)之間的硫族化物材料切換到導(dǎo)電狀態(tài)所需的閾值電壓的大小的下降。便于成絲所要求的最小控制信號(hào)可以被認(rèn)為是臨界控制信號(hào)。在上面的實(shí)例2中，例如，臨界控制電壓是2V和2.5V之間的電壓。
本發(fā)明人相信，臨界控制信號(hào)是在控制終端和非控制終端之間的硫族化物材料內(nèi)形成絲所要求的最小信號(hào)。在實(shí)例2中，臨界控制電壓被認(rèn)為在器件的控制終端和參考終端之間形成絲。此絲的存在被認(rèn)為是以這樣的方式改變了硫族化物材料，即降低了負(fù)載和參考電極之間形成絲所要求的閾值電壓。在控制和參考電極之間的導(dǎo)電絲的存在可在硫族化物材料內(nèi)產(chǎn)生極化電場(chǎng)或電位，它降低了在其它部分的硫族化物材料中形成絲所要求的能量。
隨著控制信號(hào)上升到臨界值以上，控制電極和參考電極之間絲的橫截面被認(rèn)為增大并且認(rèn)為更大量的硫族化物材料受到控制信號(hào)的影響。在實(shí)例2中，隨著控制電壓的增大，負(fù)載和參考電極之間閾值電壓的下降可能是由于控制和參考電極之間絲的擴(kuò)張引起的。這個(gè)絲的擴(kuò)張表示絲的邊界變得更接近負(fù)載電極。更接近提示要求較小電場(chǎng)，由此較小的閾值電壓來(lái)建立負(fù)載和參考電極之間的絲。絲可例如通過(guò)控制和參考電極之間的一束絲形成在負(fù)載和參考電極之間。在這種分支過(guò)程中，負(fù)載和參考電極之間的一部分絲存在于控制和參考電極之間出現(xiàn)的絲內(nèi)，并且完成成絲所要求的電壓可以是在負(fù)載電極和沿現(xiàn)有絲的某個(gè)點(diǎn)、分支點(diǎn)之間形成絲所要求的電壓。由于負(fù)載電極和現(xiàn)有絲的分支點(diǎn)之間的距離很可能小于負(fù)載和參考電極之間的距離，因此，完成到負(fù)載電極的絲所要求的電場(chǎng)或者電壓的大小降低了。在充分高于臨界控制信號(hào)以上的某個(gè)控制信號(hào)處，可以預(yù)期，在控制電極和參考電極之間形成的絲充分地?cái)U(kuò)大，絲的邊界與負(fù)載電極重疊或者與之接觸。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，人們相信負(fù)載和參考電極之間閾值電壓降低到零。盡管當(dāng)時(shí)是推測(cè)性的，但此模型與圖4所示的數(shù)據(jù)一致。
除了調(diào)節(jié)兩端之間的閾值電壓，本發(fā)明的多終端器件可用于調(diào)節(jié)兩端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率。這個(gè)能力可利用圖3所示的代表性器件結(jié)構(gòu)和圖4所述的數(shù)據(jù)證明。舉例來(lái)說(shuō)，考慮在沒(méi)有控制電壓的情況下負(fù)載和參考電極之間施加1.5V的電壓。如圖4所示，負(fù)載和參考電極之間施加1.5V的電壓不能開(kāi)關(guān)器件，因?yàn)?.5V低于閾值電壓。負(fù)載和參考電極之間的硫族化物材料因此保持在電阻狀態(tài)中，并且負(fù)載和參考電極之間的電導(dǎo)率低。
通過(guò)施加足夠大小的控制電壓同時(shí)維持負(fù)載和參考電極之間的亞閾值電壓，可以使負(fù)載和參考電極之間發(fā)生切換事件變得可能，從而導(dǎo)致負(fù)載和參考電極之間硫族化物材料的電導(dǎo)率的明確提高。在負(fù)載和參考電極之間施加1.5V亞閾值電壓的情況下，0和2V之間的控制電壓沒(méi)有減少閾值電壓或者影響負(fù)載和參考電極之間硫族化物材料的電導(dǎo)率?？墒?，2.5V的控制電壓使閾值電壓下降到低于1.5V，從而導(dǎo)致負(fù)載和參考電極之間的硫族化物材料從電阻狀態(tài)變換到導(dǎo)電狀態(tài)。變換伴隨有負(fù)載和參考電極之間電壓的下降，以及電流的增加。負(fù)載和參考電極之間電壓下降到保持電壓或者保持電壓以上的電壓。而器件是電阻性的并且在沒(méi)有控制信號(hào)的情況下，禁止負(fù)載和參考電極之間的信號(hào)傳輸，當(dāng)提供足夠大小的控制電壓時(shí)，器件變成導(dǎo)電的，并且更容易傳遞信號(hào)。適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)可因此用來(lái)在兩個(gè)非控制電極之間提供亞閾值電壓時(shí)，增大其間硫族化物材料的電導(dǎo)率。兩個(gè)非控制電極之間硫族化物材料的電導(dǎo)率可類(lèi)似地通過(guò)移去或者降低施加到控制終端的控制信號(hào)的大小來(lái)增大。因此，對(duì)控制信號(hào)的定時(shí)、持續(xù)時(shí)間和/或大小的正確控制可用來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)非控制終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率。
包括多于三端的對(duì)應(yīng)實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍中。在這些實(shí)施例中，任何終端可相對(duì)于任何兩個(gè)非控制終端用作控制終端。舉例來(lái)說(shuō)，考慮一種四個(gè)終端的硫族化物器件，其中終端標(biāo)記為1、2、3、和4。終端1可用作終端2和3、2和4或者3和4的控制終端。比如終端1到終端2、3和4的相對(duì)接近度以及出現(xiàn)在終端2、3和4上的電壓影響終端對(duì)，在該終端對(duì)之間，終端1調(diào)節(jié)硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率。如果，例如接近閾值電壓的電壓提供在終端2和3上，同時(shí)沒(méi)有電壓提供在終端2和4之間，則由終端1提供的控制信號(hào)很可能調(diào)節(jié)終端2和3之間的閾值電壓或者電導(dǎo)率，而不是終端2和4之間的。在適宜條件下，也可能的是，終端1調(diào)節(jié)終端2、3和4的組中多于一對(duì)終端之間的硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率。還可以給兩個(gè)終端提供控制信號(hào)。例如，提供給終端1和2的控制信號(hào)可調(diào)節(jié)終端3和4之間硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率，類(lèi)似的論點(diǎn)適用于具有多于四個(gè)終端的實(shí)施例。
本發(fā)明的器件的多終端實(shí)施例包括具有多于一個(gè)控制終端并且在多于一個(gè)控制信號(hào)的影響下操作的器件。多個(gè)控制信號(hào)可以是電信號(hào)、光信號(hào)或者電和光信號(hào)的組合。
本發(fā)明的器件的終端可位于各種立體構(gòu)造中。所有終端，例如可位于共同的平面或?qū)踊蛘叨S電路中。或者，一個(gè)或多個(gè)終端可以位于其它終端所處的平面之外。根據(jù)本發(fā)明的三端器件，例如可以在公共水平層中具有兩個(gè)終端和硫族化物材料，并且第三終端相對(duì)于那個(gè)層垂直配置。這種配置提供了垂直互連能力。具有多于三端的器件的類(lèi)似實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍中。
本發(fā)明的器件可以與其它器件或者單元組合，以形成電路或網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的器件可以用作兩個(gè)或更多單元之間的互連器件。在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的器件中存在的硫族化物材料電導(dǎo)率影響連接到本發(fā)明的器件的兩個(gè)或更多單元之間的電連接。這個(gè)實(shí)施例的圖解顯示在圖5中。圖5顯示了通過(guò)三端硫族化物互連器件220連接到電路或網(wǎng)絡(luò)部件210電路或網(wǎng)絡(luò)部件200?；ミB器件220包括與硫族化物材料260電連接的互連終端230和240、控制終端250。單元200和210可以是諸如晶體管、二極管、硅器件、其它硫族化物器件或電路的單個(gè)器件，或者是包括多個(gè)器件的網(wǎng)絡(luò)。單元之一還可以是地。
施加控制信號(hào)到互連器件220的控制終端以調(diào)節(jié)互連終端230和240之間硫族化物材料的電導(dǎo)率，從而提供用于控制單元200和210之間電連接或信號(hào)傳輸?shù)某潭鹊氖侄?。?dāng)硫族化物材料260處于電阻狀態(tài)時(shí)，互連器件220的電導(dǎo)率低并且從單元200到單元210的信號(hào)傳輸(或反之亦然)是弱的或者不存在的。單元200和210基本上彼此電隔離，使得例如兩個(gè)單元之一產(chǎn)生的電流或電壓基本上不會(huì)由兩個(gè)單元中的另一個(gè)檢測(cè)到，或者基本上不影響兩個(gè)單元中的另一個(gè)的行為。當(dāng)硫族化物材料260處于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，互連器件220的電導(dǎo)率為高，并且從單元200到單元210的信號(hào)傳輸(或者反之亦然)是好的。兩個(gè)單元之一產(chǎn)生的電壓或者電流容易地傳遞到兩個(gè)單元中的另一個(gè)。
如上所述，硫族化物材料260的電導(dǎo)率的狀態(tài)可以受施加適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給控制終端250的影響?？刂菩盘?hào)可導(dǎo)致硫族化物材料從電阻狀態(tài)到導(dǎo)電狀態(tài)的變換，從而允許信號(hào)傳輸以及互連單元200和210之間的電連接。導(dǎo)致切換變換所要求的控制信號(hào)的大小取決于兩個(gè)互連終端230和240之間存在的電壓差。電壓差越大，控制信號(hào)必需的大小就越小。去除控制信號(hào)或者存在不夠大的控制信號(hào)可能不能導(dǎo)致切換變換，從而得到或者維持硫族化物材料處于電阻狀態(tài)并且禁止單元200和210之間的信號(hào)傳輸或者電連接。具有多于三個(gè)終端，其中控制終端調(diào)節(jié)一對(duì)或多對(duì)非控制終端之間硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率的對(duì)應(yīng)實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，三端硫族化物器件用來(lái)互連如圖6所示的三個(gè)電路或者網(wǎng)絡(luò)部件。在這些的實(shí)施例中，電路或者網(wǎng)絡(luò)部件400、410和420通過(guò)一個(gè)三端互連器件430彼此互連，該互連器件430包括與硫族化物470電連接的互連終端440、450和460。在這個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)互連終端中的任意終端可用作控制終端，用于調(diào)節(jié)另兩個(gè)互連終端之間硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率。舉例來(lái)說(shuō)，單元410通過(guò)互連終端440提供的信號(hào)可以用作相對(duì)于互連終端450和460之間硫族化物材料的閾值電壓或者電導(dǎo)率的控制信號(hào)，從而用于調(diào)節(jié)或者控制單元400和420之間的信號(hào)傳輸或者電連接。單元400和互連終端460同樣地可相對(duì)于單元400和410使用。在這個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)的大小由電路或者網(wǎng)絡(luò)部件產(chǎn)生的信號(hào)確定。具有多于三端的硫族化物器件用來(lái)互連多于三個(gè)電路或網(wǎng)絡(luò)部件的對(duì)應(yīng)實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
盡管圖5和6的圖解說(shuō)明表示二維配置中的電路或網(wǎng)絡(luò)部件的互連，但三維互連也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)終端可以垂直地配置或者與硫族化物材料或其它終端非共面?？刂菩盘?hào)例如可以從與硫族化物材料存在的平面正交的終端或器件提供。
在其它實(shí)施例中，本發(fā)明的多終端器件可提供信號(hào)給電路或網(wǎng)絡(luò)中的其它器件或單元。如上所述，當(dāng)在硫族化物器件的兩個(gè)終端之間施加一個(gè)亞閾值電壓(例如負(fù)載和參考終端)時(shí)，有可能導(dǎo)致那兩個(gè)終端之間的硫族化物材料通過(guò)施加由與硫族化物材料電連接的控制終端提供的一個(gè)控制信號(hào)而切換。切換伴隨有負(fù)載和參考終端之間電壓大小的下降以及電流大小的增加。電壓和電流的這些變化可以用作給電路或網(wǎng)絡(luò)中其它器件或單元的輸入信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，考慮以上的圖5所述的器件布置，其中互連終端230和240上的電壓是一個(gè)亞閾值電壓并且硫族化物材料處于電阻狀態(tài)。如果臨界大小的控制信號(hào)隨后施加到控制終端250上，則發(fā)生互連終端230和240之間的硫族化物材料切換到導(dǎo)電狀態(tài)。切換伴隨有互連230和240之間電壓和電流的改變，如上所述，并且某電壓和電流改變可以作為到單元210和/或單元200的輸入或驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本文所述的本發(fā)明的三端實(shí)施例原則和操作模式類(lèi)似地?cái)U(kuò)展到具有多于三個(gè)終端的多終端器件。
本文所述的公開(kāi)和討論是說(shuō)明性的而非旨在限制本發(fā)明的實(shí)踐。本發(fā)明的大量等效體和變化都被視為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。下面的權(quán)利要求書(shū)，包括所有的等效體，與以上的公開(kāi)一起，限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子開(kāi)關(guān)器件，包括第一終端；第二終端；第三終端；以及與所述第一終端、所述第二終端和所述第三終端電連接的硫族化物材料。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第三終端是控制終端，并且施加控制信號(hào)給所述控制終端以調(diào)節(jié)所述第一終端和所述第二終端之間所述硫族化物材料的電導(dǎo)率。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述控制信號(hào)是電壓或電流。
4.如權(quán)利要求3所述的器件，其中所述控制信號(hào)以電壓脈沖或電流脈沖的形式提供。
5.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述控制信號(hào)由硫族化物材料提供。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一終端、所述第二終端或所述第三終端中的任意兩個(gè)終端之間的電連接通過(guò)所述硫族化物材料發(fā)生。
7.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述硫族化物材料具有電阻狀態(tài)和導(dǎo)電狀態(tài)，所述硫族化物材料在受到大小超過(guò)閾值電壓的電壓時(shí)，從所述電阻狀態(tài)變換到所述導(dǎo)電狀態(tài)、所述硫族化物材料在所述第一終端和所述第二終端之間具有第一閾值電壓，并且在所述控制終端和所述第一終端之間具有第二閾值電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的器件，其中所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述第一閾值電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述第一閾值電壓的大小被降低。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述降低至少為10％。
11.如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述降低至少為25％。
12.如權(quán)利要求7所述的器件，其中所述控制信號(hào)的施加導(dǎo)致所述控制終端和所述第一終端之間的電壓差的大小超過(guò)所述第二閾值電壓的大小。
13.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一終端、所述第二終端和所述第三終端包括導(dǎo)電材料。
14.如權(quán)利要求13所述的器件，其中至少一個(gè)所述終端還包括阻擋材料。
15.如權(quán)利要求13所述的器件，其中至少一個(gè)所述終端還包括硫族化物材料。
16.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一終端、所述第二終端和所述第三終端中的至少一個(gè)是場(chǎng)效應(yīng)電極。
17.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一終端、所述第二終端和所述第三終端與所述硫族化物材料進(jìn)行直接的電連接。
18.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述硫族化物材料包括從由S、Se、和Te構(gòu)成的組中選擇的元素。
19.如權(quán)利要求18所述的器件，其中所述硫族化物材料還包括Ge或Sb。
20.如權(quán)利要求18所述的器件，其中所述硫族化物材料還包括As或Si。
21.如權(quán)利要求18所述的器件，其中所述硫族化物材料還包括從由Al、In、Bi、Pb、Sn、P、和O構(gòu)成的組中選擇的元素。
22.如權(quán)利要求18所述的器件，其中所述硫族化物材料還包括過(guò)渡金屬。
23.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一終端、所述第二終端和所述第三終端不是共面的。
24.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括與所述硫族化物材料進(jìn)行電連接的一個(gè)或多個(gè)另外的終端。
25.一種電子開(kāi)關(guān)的方法，包括如下步驟提供權(quán)利要求1所述的器件；以及提供信號(hào)給所述第三終端，所述信號(hào)改變所述第一終端和所述第二終端之間所述硫族化物材料的電導(dǎo)率。
26.一種電子開(kāi)關(guān)的方法，包括如下步驟提供權(quán)利要求7所述的器件，所述器件的所述第一終端和所述第二終端之間所述硫族化物材料處于所述導(dǎo)電狀態(tài)或所述電阻狀態(tài)之一；以及提供所述控制信號(hào)給所述控制終端；所述控制信號(hào)將所述第一終端和所述第二終端之間所述硫族化物材料變換到所述導(dǎo)電狀態(tài)或所述電阻狀態(tài)中的另一種狀態(tài)。
27.一種電子開(kāi)關(guān)器件，包括第一終端；第二終端；與所述第一和第二終端電連接的硫族化物材料；以及光源，所述光源提供光控制信號(hào)給所述硫族化物材料，所述光控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述第一和第二終端之間所述硫族化物材料的電導(dǎo)率或閾值電壓。
28.如權(quán)利要求27所述的器件，其中所述光源是激光器。
29.如權(quán)利要求27所述的器件，其中所述光源包括光學(xué)硫族化物材料，所述光學(xué)硫族化物材料提供所述光控制信號(hào)。
30.如權(quán)利要求29所述的器件，其中所述光學(xué)硫族化物材料包括Se。
31.一種電路，它包括第一單元、第二單元和互連單元，所述互連單元控制所述第一和第二單元之間電連接，所述互連單元包括權(quán)利要求1的器件，所述第一單元與所述第一終端電連接，所述第二單元與所述第二終端電連接。
32.如權(quán)利要求31所述的電路，還包括第三單元，所述第三單元與所述互連單元的所述第三終端電連接。
33.如權(quán)利要求31所述的電路，其中所述互連單元提供信號(hào)給所述第一單元或所述第二單元中的一個(gè)，在所述互連單元的所述硫族化物材料從電阻狀態(tài)變換到導(dǎo)電狀態(tài)或者從導(dǎo)電狀態(tài)變換到電阻狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生所述信號(hào)。
全文摘要
多終端電子開(kāi)關(guān)器件包括可在電阻狀態(tài)和導(dǎo)電狀態(tài)之間切換的硫族化物材料。器件包括第一終端、第二終端和控制終端。施加控制信號(hào)到控制終端將調(diào)節(jié)第一和第二終端之間硫族化物材料的電導(dǎo)率和/或?qū)⒌谝缓偷诙K端之間的硫族化物材料從電阻狀態(tài)切換到導(dǎo)電狀態(tài)所需的閾值電壓。器件可以用作電路和網(wǎng)絡(luò)中的互連器件或信號(hào)提供器件。
文檔編號(hào)H01L45/00GK1993842SQ200480012365
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者S·R·奧欣斯基, B·帕斯馬科夫 申請(qǐng)人:能源變換設(shè)備有限公司