專利名稱：金屬式二極管和金屬式三極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬式二極管，金屬式三極管，具體地說涉及到一種金屬-電解質(zhì)-金屬二極管和金屬-電解質(zhì)-金屬-電解質(zhì)-金屬三極管。
背景技術(shù)：
美國(guó)吉萊特公司的專利文件(申請(qǐng)?zhí)?0806328.1)公開了一種金屬-絕緣體-金屬二極管及其制造方法。荷蘭菲利浦電子有限公司的專利文件(申請(qǐng)?zhí)?4113094.0)公開了一種隧道二極管。它們間相同之處是都由金屬層和它們之間的一層絕緣層構(gòu)成。
電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成。電極是電子導(dǎo)體，電解質(zhì)是離子導(dǎo)體，前者不允許離子通過，而后者又不允許電子通過。因此當(dāng)電流通過電池時(shí)，必須在電極，電解質(zhì)介面發(fā)生電子離子交換。
電解質(zhì)溶液是一種離子導(dǎo)體，離子導(dǎo)體還包括熔鹽，固體電解質(zhì)，離子交換樹脂膜等。所以電解質(zhì)是泛指有一定離子導(dǎo)電性的物相，電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)是由離子引起的。在70年代末期發(fā)現(xiàn)了一類電導(dǎo)率可與液體電解質(zhì)比擬的固態(tài)離子導(dǎo)體，被稱為快離子導(dǎo)體，也稱超離子導(dǎo)體，或有時(shí)也叫做固體電解質(zhì)，其區(qū)別于一般離子導(dǎo)體的最基本特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)具有能與液體電解質(zhì)相比擬的離子電導(dǎo)率和低的離子電導(dǎo)激活能，既在固態(tài)時(shí)具有熔鹽或液體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。在固體離子導(dǎo)體中，運(yùn)動(dòng)離子象液體那樣在晶格中作布朗運(yùn)動(dòng)，它們可在平衡位置附近振蕩，也可以穿越兩平衡位置間的勢(shì)壘進(jìn)行擴(kuò)散?？祀x子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體的不同之處在于它的電荷載體是離子，而不是電子。因此，在傳輸電荷的同時(shí)伴隨著離子的遷移，正是由于這種特性，使它具有多方面區(qū)別于電子導(dǎo)體的用途。其一般分為陽離子導(dǎo)體例如(Ag+)RbAg4I5和陰離子導(dǎo)體例如(F-)β-PbF2等。離子導(dǎo)體薄膜，常用真空淀積，化學(xué)蒸發(fā)淀積，噴鍍，電化學(xué)法等方法來制備。

發(fā)明內(nèi)容
(1)要解決的技術(shù)問題利用異質(zhì)金屬和離子間的關(guān)系來形成一種金屬式二極管，金屬式三極管。
(2)技術(shù)方案
電子在原子中是分層排布的，不同原子的電子構(gòu)型是不同的。當(dāng)原子互相靠近結(jié)成固體時(shí)，各個(gè)原子的內(nèi)層電子仍然組成圍繞各原子核的封閉殼層，和孤立原子一樣。然而，外層價(jià)電子則參與原子間的相互作用，應(yīng)該把它們看成是屬于整個(gè)固體的一種新的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。費(fèi)密面是描述金屬中電子狀態(tài)的動(dòng)量空間中的等能面，它的能量等于電子系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)，稱之為費(fèi)密能量，在這個(gè)面上的能級(jí)稱為費(fèi)密能級(jí)。電子的躍遷只能從滿態(tài)到空態(tài)，而物理過程又往往與電子躍遷相關(guān)，因此費(fèi)密面附近的量子態(tài)是決定金屬的實(shí)際物理性質(zhì)的最活躍最起作用的量子態(tài)。與金屬費(fèi)密面相關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)如磁化率，電阻率等也就隨磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生振蕩式變化，各種金屬原子的電子能譜很復(fù)雜，例如銅和鎂，它們的費(fèi)密面是很不同的。正因?yàn)槿绱耍栽诓煌慕饘僭娱g會(huì)因?yàn)槠滟M(fèi)密能級(jí)的不同故而在它們間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)化學(xué)勢(shì)。這樣它們間就會(huì)有一個(gè)電勢(shì)存在。也就是說存在著一個(gè)電場(chǎng)。這是能夠產(chǎn)生金屬式二極管和金屬式三極管異質(zhì)金屬層間的電場(chǎng)的基本原理。并且這種電勢(shì)不只是在異種單原子間存在，在物質(zhì)由多個(gè)不同原子組成大塊固體時(shí)同樣存在，例如銅箔和鋁箔之間，而且在不同質(zhì)合金間，例如銅合金和錫之間，鐵合金和銅合金之間。對(duì)這種現(xiàn)象，原子模型與量子力學(xué)已用能級(jí)的概念進(jìn)行了合理的解釋，由無數(shù)的原子構(gòu)成固體時(shí)，單獨(dú)原子的能級(jí)就并合成能帶，由于電子數(shù)目很多，能帶中能級(jí)的間距很小，因此可以看作是連續(xù)的。
異質(zhì)金屬間的電場(chǎng)強(qiáng)度不僅同溫度有關(guān)，還同它們間的距離高度正相關(guān)，距離越近，電場(chǎng)越強(qiáng)。例如(正極)第一金屬層銅合金黃銅做成平行板狀與(負(fù)極)第二金屬層錫也做成平行板狀在0.2毫米距離/每平方厘米時(shí)約有0.3V電壓。并且異質(zhì)金屬間的電場(chǎng)強(qiáng)度和指向主要取決于不同原子間的費(fèi)密能量的大小。
當(dāng)在異質(zhì)金屬平行板間放置以電解質(zhì)時(shí)，電解質(zhì)中的陰離子和陽離子就會(huì)在異質(zhì)金屬產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下分別向電場(chǎng)兩端擴(kuò)散，從而形成分布正負(fù)電荷的固定離子帶，形成一個(gè)由正負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)。(有點(diǎn)類似于PN結(jié)的空間電荷區(qū)。)這就形成了金屬式二極管。
當(dāng)在此金屬式二極管間接以外加電壓時(shí)，如果是正向電壓，則會(huì)使空間電荷區(qū)變窄，甚至消失，電流可以順利通過，如果接的是反向電壓，則會(huì)使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過。既此種金屬式二極管具有單向?qū)щ娦浴?br> 依同樣原理，當(dāng)把此種金屬式二極管設(shè)置成類似于晶體三極管的一個(gè)PN結(jié)正向設(shè)置，一個(gè)PN結(jié)反向設(shè)置時(shí)，例如當(dāng)做成(第一金屬層)銅-電解質(zhì)-(第二金屬層)鋁-電解質(zhì)-(第三金屬層)銅時(shí)，并接以合適電路中，就會(huì)產(chǎn)生類似于半導(dǎo)體三極管的作用。它形成了相當(dāng)于晶體三極管的PNP管。這樣就形成了金屬式三極管。當(dāng)然各金屬層根據(jù)需要也可以選擇具有不同費(fèi)密能級(jí)之材料來改變?nèi)龢O管的放大特性。
以上只是原理性說明，由于液體電解質(zhì)在使用上的不便，故應(yīng)采用固態(tài)電解質(zhì)，既快離子導(dǎo)體。以(Ag+)RbAg4I5為例，在電場(chǎng)的作用下，陽離子(Ag+，或者是陰離子)會(huì)形成一個(gè)空間電荷區(qū)(類似于肖特基結(jié)中的空間電荷區(qū))。須要注意的是要避免快離子導(dǎo)體和金屬層間的化學(xué)反應(yīng)，因其會(huì)產(chǎn)生類似原電池的效應(yīng)，從而使金屬式二極管和金屬式三極管失效，這一點(diǎn)非常重要。
(3)有益效果和現(xiàn)有的半導(dǎo)體二極管三極管相比，金屬式二極管，金屬式三極管不須要高純物質(zhì)的制備和提純且具有高抗輻照能力。利用金屬式二極管的單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管，檢波二極管，開關(guān)二極管等。利用金屬式三極管可以產(chǎn)生放大，振蕩等多種電子功能。由于此種金屬式二極管，金屬式三極管所采用的材料只為金屬和離子導(dǎo)體，其耐高溫性能將比現(xiàn)有的半導(dǎo)體晶體管要好。同時(shí)由于磁化率，電阻率等隨磁場(chǎng)發(fā)生規(guī)律性變化，與金屬費(fèi)密面緊密相關(guān)聯(lián)，故會(huì)對(duì)此金屬式二極管，金屬式三極管產(chǎn)生相應(yīng)的流壓變化，可用之于高靈敏度磁強(qiáng)計(jì)，高精度檢流計(jì)，流壓比較儀及其精密測(cè)量。
具體實(shí)施例方式
因原理都一樣，故只對(duì)金屬式二極管加以說明。
在玻璃絕緣基片上用物理汽相淀積工藝做出鋁電極，再在鋁層上做出一層800納米左右的快離子導(dǎo)體層Ag3SI，之后再在此快離子導(dǎo)體層上做出銅金屬層。然后將其覆蓋在絕緣介質(zhì)之中加以固定。由此形成電路中的金屬式二極管。
權(quán)利要求
1.一種金屬式二極管和金屬式三極管，它們同現(xiàn)有的金屬二極管相同之處是也具有各層金屬層，其特征是它由第一金屬層，電解質(zhì)層，第二金屬層組成金屬式二極管，由第一金屬層，電解質(zhì)層，第二金屬層，電解質(zhì)層，第三金屬層組成金屬式三極管；第一金屬層和第二金屬層分別為具有不同費(fèi)密能級(jí)的原子組成的單質(zhì)金屬或具有不同費(fèi)密能級(jí)的異質(zhì)金屬之合金及其固體組合物，或具不同能級(jí)之良導(dǎo)體組成，第三金屬層可與第一金屬層具有相同的組成，也可以與第一第二金屬層具有都不相同之費(fèi)密能級(jí)之異質(zhì)金屬或合金及其固體組合物組成或不同能級(jí)良導(dǎo)體組成；在各金屬層中的電解質(zhì)是泛指有一定離子導(dǎo)電性的物相組成的離子導(dǎo)體，它包括各種熔鹽，固體電解質(zhì)，離子交換樹脂膜，快離子導(dǎo)體等；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于第一金屬層和第二金屬層和第三金屬層及電解質(zhì)層，各層物質(zhì)彼此之間平行；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述器件附著在絕緣材料或玻璃襯板上。
全文摘要
金屬式二極管和金屬式三極管，它涉及一種金屬式二極管和金屬式三極管。是利用金屬和離子導(dǎo)體間的關(guān)系來產(chǎn)生金屬式二極管和金屬式三極管，異質(zhì)金屬間因能級(jí)差異存在著電場(chǎng)，電解質(zhì)由離子作為電荷載體，并不能直接傳導(dǎo)電子，并且它在電場(chǎng)作用下會(huì)形成一個(gè)空間電荷區(qū)，利用金屬－電解質(zhì)－異質(zhì)金屬間的關(guān)系來產(chǎn)生出金屬式二極管和金屬式三極管，其用途廣泛，可用來整流，檢波，做為開關(guān)及形成各種電路等。
文檔編號(hào)H01L45/00GK1665044SQ20051006545
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者王繼文 申請(qǐng)人:王繼文