專利名稱：具有部分氧化電極的納米級(jí)開關(guān)器件的制作方法
具有部分氧化電極的納米級(jí)開關(guān)器件 關(guān)于聯(lián)邦贊助研究或開發(fā)的聲明
本發(fā)明是在政府的支持下完成的。政府對(duì)本發(fā)明具有某些權(quán)利。
背景技術(shù)：
電子器件開發(fā)中的連續(xù)性趨勢已是使器件的尺寸最小化。雖然商用微電子裝置的當(dāng)前一代是基于亞微米設(shè)計(jì)規(guī)則，但相當(dāng)多的研究和開發(fā)努力致力于探索納米級(jí)的器件，常常以納米或幾十納米來測量器件的尺寸。除了與微米級(jí)器件相比的單獨(dú)器件尺寸的顯著減小和高得多的封裝密度之外，納米級(jí)器件還可以由于在微米級(jí)未觀察到的納米級(jí)上的物理現(xiàn)象而提供新的功能。
例如，最近已經(jīng)報(bào)告了使用氧化鈦?zhàn)鳛殚_關(guān)材料的納米級(jí)器件中的電子開關(guān)。此類器件的電阻性開關(guān)性質(zhì)與最初由L. O. Chua在1971預(yù)測的憶阻器(memristor)電路元件理論有關(guān)系。納米級(jí)開關(guān)中的憶阻性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)以產(chǎn)生顯著的興趣，并且存在用以進(jìn)一步開發(fā)此類納米級(jí)開關(guān)并在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)它們的相當(dāng)大的進(jìn)行中的研究努力。許多重要潛在應(yīng)用中的一個(gè)是使用此類開關(guān)器件作為存儲(chǔ)器單元來存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。最新報(bào)告的使用氧化鈦(及其他氧化物)的器件通常涉及兩個(gè)氧化物相(TiO2和缺氧相，Ti02_x)。兩個(gè)氧化物相(或一個(gè)氧化物相TiO2,由兩個(gè)氧化物相Ti02_x界定)被通常為Pt、Ru、W或其他適當(dāng)金屬的金屬電極接觸。在此類金屬/氧化物/金屬憶阻結(jié)中，電極材料通常趨向于減少開關(guān)材料并在金屬/氧化物界面處感生某些氧空位，其為用于開關(guān)的決定性區(qū)域且需要被很好地控制。


圖I是依照本發(fā)明的實(shí)施例的納米級(jí)開關(guān)器件的橫截面圖。圖2A - 2B描述了依照本發(fā)明的實(shí)施例的在其頂部和底部上與Pt電極相接觸的Ti02_x區(qū)域，其中，在圖2A中，底部Pt電極被部分地氧化而形成一層PtOx,并且其中，在圖2B中，頂部Pt電極被部分地氧化而形成一層PtOx。圖3是在電流和電壓的坐標(biāo)上系統(tǒng)Pt/TiOx/Pt的I-V曲線。圖4是依照本發(fā)明的實(shí)施例的在電流和電壓的坐標(biāo)上系統(tǒng)Pt/PtOx/TiOx/Pt的I-V曲線。圖5是依照本發(fā)明的實(shí)施例的在電流和電壓的坐標(biāo)上系統(tǒng)Pt/TiOx/PtOx/Pt的I-V曲線。圖6是依照本文公開的實(shí)施例的用于制造憶阻器的過程流程圖。圖7是依照本發(fā)明的實(shí)施例的無電鑄納米級(jí)開關(guān)器件的交叉陣列的示意性橫截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)地對(duì)特定實(shí)施例進(jìn)行參考，其說明了用于實(shí)施本發(fā)明的本發(fā)明人目前預(yù)期的最佳方式。在適用時(shí)，還簡要地描述了替換實(shí)施例。圖I示出了依照本發(fā)明的納米級(jí)開關(guān)器件100的實(shí)施例，其不要求電鑄(electroforming)過程以針對(duì)正常的開關(guān)操作對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。換言之，該器件是“無電鑄的”。此外，預(yù)期用于來自成品(as-fabricated)狀態(tài)的第一開關(guān)循環(huán)的開關(guān)電壓將低于電鑄憶阻器將要求的那些。開關(guān)器件100包括底部電極110和頂部電極120以及設(shè)置在兩個(gè)電極之間的活性區(qū)域122。每個(gè)底部和頂部電極110和120由導(dǎo)電材料形成并具有納米級(jí)的寬度和厚度。正如在下文中所使用的術(shù)語“納米級(jí)”意指對(duì)象具有小于一微米的一個(gè)或多個(gè)維度。在這方面，每個(gè)電極可以采取納米線的形式。一般地，活性區(qū)域122包含能夠載送所選摻雜劑種類的開關(guān)材料，使得摻雜劑能夠在足夠強(qiáng)的電場下漂移通過開關(guān)材料。摻雜劑的漂移導(dǎo)致活性區(qū)域中的摻雜劑的重新分布，其負(fù)責(zé)器件的開關(guān)行為，如下面更詳細(xì)地描述的。前面的工作描述了具有以下特性的開關(guān)的憶阻器(參見例如R. StanleyWilliams在2008年4月17日的美國專利公開2008/0090337A1，其內(nèi)容被整體地通過引用 結(jié)合到本文中)
開關(guān)的主活性層或區(qū)域包括材料薄膜，其為電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱電子絕緣以及還有弱離子導(dǎo)體。主活性材料能夠運(yùn)送和操控離子，其充當(dāng)摻雜劑以控制電子通過開關(guān)的流動(dòng)?；静僮髂Ｊ绞强玳_關(guān)施加大到促使離子種類經(jīng)由離子輸送被輸送到主材料中或從中出來的電場(漂移場，其可以超過用于使得能夠?qū)崿F(xiàn)主材料中的離子運(yùn)動(dòng)的某個(gè)閾值)。該離子種類具體地選自充當(dāng)用于主材料的電摻雜劑的那些，并且從而將材料的導(dǎo)電性從低導(dǎo)電性(即未摻雜半導(dǎo)體或絕緣體一關(guān)斷配置)變成高導(dǎo)電性(摻雜以提供較高導(dǎo)電性一接通配置)或從高導(dǎo)電性變成低導(dǎo)電性(接通至關(guān)斷)。此外，選擇主材料和摻雜劑種類，使得離子進(jìn)入主材料或從其中出來的漂移是可能的但不太容易，以保證開關(guān)將適度地長時(shí)間保持在其被設(shè)定的任何狀態(tài)，在室溫下可能是許多年。這將確保開關(guān)是非易失性的，即其在漂移場已被去除之后保持其狀態(tài)。開關(guān)是兩端子器件一向開關(guān)施加高偏壓促使電子電流和離子電流流動(dòng)，而在低偏壓下，離子電流的流動(dòng)是可忽略的，其允許開關(guān)保持其電阻狀態(tài)。輔助活性層或區(qū)域包括作為用于主材料的摻雜劑的源的材料薄膜。這些摻雜劑可以是雜質(zhì)原子，諸如氫或某個(gè)其他陽離子種類，諸如堿性或過渡金屬，其充當(dāng)用于主材料的電子施主，或者其可以是陰離子空穴，其在主材料中被充電且因此也是用于晶格的施主。還可以將陰離子種類驅(qū)動(dòng)到主宿主材料中，其將變成電子接受體(或孔施主(hole donor))。主活性材料可以是薄膜(一般地小于50nm厚)，并且在許多情況下是納米晶體、納米孔或非晶的。此類納米結(jié)構(gòu)材料中的摻雜劑種類的移動(dòng)性比在塊體晶體材料中高得多，因?yàn)閿U(kuò)散能夠通過顆粒邊界、小孔或通過非晶材料中的局部結(jié)構(gòu)缺陷發(fā)生。并且，由于膜因此是薄的，所以使足夠的摻雜劑漂移到膜的局部區(qū)域中或從其中出來以基本上改變其導(dǎo)電性所需的時(shí)間量是相對(duì)快速的(例如擴(kuò)散過程所需的時(shí)間t隨著被覆蓋距離的平方而變，因此擴(kuò)散一納米的時(shí)間是擴(kuò)散一微米所需的時(shí)間的百萬分之一)。開關(guān)材料(主活性和輔助活性材料)在任一側(cè)上被金屬電極或?qū)Ыz接觸，或者在一側(cè)上被半導(dǎo)體且在另一側(cè)上被金屬接觸。金屬到開關(guān)材料的接觸耗盡自由載荷子的半導(dǎo)體，因此，事實(shí)上，該材料具有取決于摻雜劑的同一性的凈電荷一在施主情況下為正且在接受體情況下為負(fù)。金屬半導(dǎo)體接觸區(qū)域與肖特基勢壘在電學(xué)上相似。金屬半導(dǎo)體肖特基勢壘的傳統(tǒng)描述被這樣的事實(shí)修改，即材料在納米級(jí)被結(jié)構(gòu)化，并且因此并不在大的距離上對(duì)結(jié)構(gòu)和電性質(zhì)求平均，在所述大的距離上開發(fā)了半導(dǎo)體金屬接觸的理論。電子通過主活性材料的傳導(dǎo)是通過電子的量子機(jī)械隧穿。當(dāng)半導(dǎo)電材料本質(zhì)上是本征的時(shí)，隧穿勢壘是高且寬的，并且因此通過開關(guān)的導(dǎo)電性是低的(關(guān)斷狀態(tài))。當(dāng)相當(dāng)數(shù)目的摻雜劑種類已被注入到半導(dǎo)體中時(shí)，隧穿勢壘的寬度和可能高度被帶電種類的電位減小。這導(dǎo)致開關(guān)的導(dǎo)電性的增加(接通狀態(tài))。如果將開關(guān)連接至金屬或半導(dǎo)電電極的界面中的一個(gè)是非共價(jià)鍵合的，則帶電種類擴(kuò)散到主材料中并從其中出來的能力基本上得到改善。此類界面可以是由材料中的空隙引起的，或者其可以是包含分子材料的界面的結(jié)果，所述分子材料未與電極、主開關(guān)材料或兩者形成共價(jià)鍵。此非共價(jià)鍵合界面降低主材料中的離子種類的漂移所需的原子重排列的激活能。此界面本質(zhì)上是極薄的絕緣體，并且?guī)缀醪辉黾娱_關(guān)的總串聯(lián)電阻。在前述參考文獻(xiàn)中給出了適當(dāng)組合的許多示例，包括過渡和稀土金屬的氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、磷化物、砷化物、氯化物以及溴化物，堿土金屬常常在化合物中存在。此外，存在相互的類似于化合物的各種合金，如果其相互是互溶的，則其可以具有大范圍的組成。然后，存在混合化合物，其中，存在與某個(gè)數(shù)目的負(fù)電性元素組合的兩個(gè)、三個(gè)或更多不同的金屬原子。摻雜劑可以是被摻雜到宿主中的陰離子空穴或不同化合價(jià)的元素。
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依照本文中的講授內(nèi)容，為了控制界面和避免氧原子的缺乏，可以在界面區(qū)域處將電極材料部分地氧化。在實(shí)驗(yàn)上，已經(jīng)識(shí)別了非常具有矯正性的I-V結(jié)，其可以用部分氧化電極來產(chǎn)生，這暗示著界面區(qū)域處的TiO2中的完整性O(shè)原子。因此，包括例如Pt、Ru、W等的電極被部分地氧化以在電極與活性區(qū)域之間的界面處形成薄氧化層。這保證界面是富氧的且氧化鈦(或其他金屬氧化物)接近于Ti02。圖2A和2B描述了替換實(shí)施例。在兩個(gè)實(shí)施例中，示出了包括被夾在兩個(gè)電極110、120之間的活性層122的憶阻器200。通過添加部分氧化底部電極115 (圖2A)或部分氧化頂部電極125 (圖2B)，從圖I中所示的憶阻器100修改了憶阻器200。依照本發(fā)明的實(shí)施例，圖2A - 2B中的活性區(qū)域包括在其頂部和底部上與Pt電極接觸的Ti-O區(qū)域，其中，在圖2A中，底部Pt電極被部分氧化而形成一層PtOx,并且其中，在圖2B中，頂部Pt電極被部分氧化而形成一層PtOx。開關(guān)器件的活性區(qū)域208包括相對(duì)薄的不導(dǎo)電部分(主活性區(qū)域)122a和相對(duì)薄的源部分(輔助活性區(qū)域)122b。不導(dǎo)電部分122a包括電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱絕緣和弱離子導(dǎo)體。此類材料的示例是二氧化鈦(TiO2X源部分122b包括摻雜劑(未示出)的源/宿(sink),其在二氧化鈦的情況下由氧空穴組成。源層的公式常常被表示為Ti02_x，其中，X是比I小得多的值。不導(dǎo)電部分可以比源部分厚，并且源部分的準(zhǔn)確厚度不是關(guān)鍵的。例如，在某些實(shí)施例中，不導(dǎo)電部分122a的初始厚度可以為約IOnm或以下，并且源部分122b的厚度可以在10 nm至200 nm范圍內(nèi)。應(yīng)注意的是源層122b在不導(dǎo)電層122a的與金屬氧化層115、125相對(duì)的一側(cè)，使得器件將始終在源部分與金屬電極之間具有類似于歐姆的導(dǎo)電界面。此類似于歐姆的界面保持導(dǎo)電且開關(guān)在不導(dǎo)電層與電極之間的界面處發(fā)生。電極氧化物的薄層可以部分或完全失去其氧至相鄰的Ti氧化層，并且因此使得相鄰Ti氧化物接近于其化學(xué)計(jì)算(stoichiometry)。因此，以下列方式很好地定義器件開關(guān)極性部分氧化電極上的正電壓將器件關(guān)斷至高電阻狀態(tài)，并且該電極上的負(fù)電壓將器件接通至低電阻狀態(tài)。如果源層122b和金屬氧化物層115、125在同一側(cè)上，則將失去在器件的一側(cè)上所需的歐姆接觸，并且將不會(huì)很好地定義開關(guān)極性。可以通過控制活性層122中的摻雜劑的濃度和分布來在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間切換納米級(jí)開關(guān)器件200。當(dāng)跨頂部和底部電極120、10施加來自電壓源(未示出)的DC開關(guān)電壓時(shí)，跨活性區(qū)域122產(chǎn)生電場。此電場如果具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)臉O性可以將摻雜劑從源區(qū)域122b驅(qū)動(dòng)至不導(dǎo)電區(qū)域122a，并促使摻雜劑通過不導(dǎo)電材料漂移朝著頂部電極120漂移，從而使器件200變成接通狀態(tài)。如果電場的極性相反，則摻雜劑可以跨活性層122沿著相反方向并遠(yuǎn)離頂部電極120漂移，從而使器件200變成關(guān)斷狀態(tài)。這樣，開關(guān)是可逆的且可以重復(fù)。由于引起摻雜劑漂移所需的相對(duì)大的電場，在去除開關(guān)電壓之后，摻雜劑的位置在開關(guān)材料中保持穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^向頂部和底部電極120和110施加讀電壓并感測跨這兩個(gè)電極的電阻來 讀取開關(guān)器件200的狀態(tài)。讀電壓通常比引起頂部和底部電極之間的離子摻雜劑的漂移所需的閾值電壓低得多，使得讀操作不改變開關(guān)器件的接通/關(guān)斷狀態(tài)。舉例來說，不導(dǎo)電材料可以是TiO2且源材料可以是氧空穴(V。2+)。也稱為摻雜劑的氧空穴導(dǎo)致Ti02_x的區(qū)域的形成，其中，X可以是比I小得多的數(shù)。Ti02_x的可重復(fù)生成和到TiO2的返回使得能夠可逆地修改開關(guān)器件200的總電阻，如現(xiàn)在在憶阻技術(shù)中眾所周知的。上文所述的開關(guān)行為可以基于不同的機(jī)制。在一個(gè)機(jī)制中，開關(guān)行為可以是“界面”現(xiàn)象。最初，用不導(dǎo)電材料122b中的低摻雜劑水平，不導(dǎo)電材料和頂部電極120的界面可以充當(dāng)類似于肖特基的勢壘，具有電子難以隧穿的電子勢壘。結(jié)果，該器件具有相對(duì)高的電阻。當(dāng)施加用于接通器件的開關(guān)電壓時(shí)，摻雜劑朝著頂部電極120漂移。電極界面區(qū)域中的增加的摻雜劑濃度將其電性質(zhì)從類似于肖特基的勢壘變成更像歐姆接觸的一個(gè)，具有顯著減小的電子勢壘高度或?qū)挾?。結(jié)果，電子能夠更容易地隧穿界面，并且這可以說明了開關(guān)器件的明顯減小的總電阻。另一方面，底部電極110與源層122a之間的界面本質(zhì)上仍是歐姆的。在另一機(jī)制中，電阻的減小可以是開關(guān)層中的開關(guān)材料的“塊體”性質(zhì)。開關(guān)材料中的摻雜劑水平的增加促使跨開關(guān)材料的電阻下降，并且這可以說明頂部和底部電極之間的器件的總電阻的減小。還可能的是電阻變化是塊體和界面機(jī)制兩者的組合的結(jié)果。即使可以存在用于解釋開關(guān)性質(zhì)的不同機(jī)制，應(yīng)注意的是本發(fā)明不依賴于或取決于用于確認(rèn)的任何特定機(jī)制，并且本發(fā)明的范圍不受哪個(gè)開關(guān)機(jī)制實(shí)際上在工作的限制?？梢杂沙Ｒ娧趸に囍械娜魏我粋€(gè)來執(zhí)行底部電極110的氧化，包括但不限于氧等離子體、使用氬和氧的混合物從PtO2靶的活性濺射以及其他低溫工藝，特別地，諸如臭氧氧化。底部電極110可以是也可以不是在襯底(未示出)上形成的。如果采用襯底，則其可以包括任何常見的絕緣、電介質(zhì)材料，諸如氧化物(例如硅石或氧化鋁或氧化鎂)、鈦酸鹽、玻璃、聚合物、鈦酸鍶等。在底部電極上形成的氧化物的厚度范圍通常在某些實(shí)施例中小于5 nm,在其他實(shí)施例中I至2nm,并且甚至更小,例如在又其他實(shí)施例中O. 5nm。雖然上文的討論已針對(duì)將金屬氧化物插入在底部電極110與活性層122 (氧化物115)之間，但將金屬氧化物插入在頂部電極120與活性層(氧化物125)之間同樣是可行的。例如，可以諸如通過濺射在活性層122上沉積一薄層金屬(未示出)，例如鉬或其他適當(dāng)金屬。然后可以將在厚度方面約為Inm左右的該薄金屬層完全地氧化而形成氧化層125。然后可以在金屬氧化物上形成第二 (頂部)電極金屬120。ALD (原子層沉積)和濺射是形成金屬氧化物125的替換方式。應(yīng)指出的是憶阻器氧化物122的垂直厚度不應(yīng)大于納米線寬度(兩個(gè)相鄰憶阻器之間的間距)。圖3是在電流和電壓的坐標(biāo)上的系統(tǒng)Pt/TiOx/Pt的I-V曲線。這是常規(guī)憶阻器且說明典型的憶阻器IV特性。圖4是依照本發(fā)明的實(shí)施例的在電流和電壓的坐標(biāo)上的系統(tǒng)Pt/PtOx/TiOx/Pt的 I-V曲線。這是在圖2A中描述的結(jié)構(gòu)。這是初始狀態(tài)(virgin state) I-V圖。底部界面(金屬氧化物115與憶阻器氧化物122之間的界面)具有更多O2，而頂部界面(憶阻器氧化物122與頂部電極120之間的界面)具有更多空穴。施加于頂部電極120的負(fù)電壓將器件關(guān)斷；頂部電極上的+V將器件接通。該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生矯正和不對(duì)稱，如在曲線中看到的，但是器件否則是對(duì)稱的。圖5是依照本發(fā)明的實(shí)施例的在電流和電壓的坐標(biāo)上的系統(tǒng)Pt/TiOx/PtOx/Pt的I-V曲線。這是在圖2B中描述的結(jié)構(gòu)。此配置與圖4中所示的配置相反，即矯正是沿著相反的方向。器件被將器件關(guān)斷的+V接通。數(shù)據(jù)中的分散(噪聲)將不對(duì)稱掩蔽，但是其如在圖4中一樣存在。在獲得對(duì)作為圖3-5的主題的器件的測量時(shí)，施加向上掃至約4V的外部準(zhǔn)DC電壓。圖6是用來形成器件200的示例性過程600的流程圖。首先，形成底部電極110(步驟610)。接下來將底部電極氧化而形成氧化物115(步驟620)。然后在氧化層115上形成諸如TiO2的活性層112或其他電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱絕緣和弱離子導(dǎo)體(步驟630)。最后，在活性層122上形成頂部電極120 (步驟640)。替換地，在底部電極上形成活性區(qū)域122(步驟620’)。在活性區(qū)域122上形成薄層金屬并該薄層金屬被完全氧化以形成氧化物125(步驟630’)。然后在活性層、在氧化物125上形成頂部電極120 (步驟640)。電極110、120可以包括常見電極材料中的任何一個(gè)，諸如Pt、Ru、W、TiN、TaN、Cu、Al、Pd、Ta、Nb等，并且其可以是相同或不同的。電極110、120的厚度是一般在憶阻器的構(gòu)造中所采用的厚度，通常約10至100 nm或更厚。氧化物115或125的厚度在5nm、I至2nm范圍內(nèi)。憶阻器中的部分氧化電極的使用控制由于電極與開關(guān)材料之間的反作用而引起的界面區(qū)域處的氧空穴的存在。由部分氧化電極的使用提供的優(yōu)點(diǎn)有許多，包括(I)控制I-V曲線的矯正；2)保證界面處的氧含量并避免界面區(qū)域處的TiO2層中的氧原子的缺乏；3)容易實(shí)現(xiàn)；以及4)定義器件的開關(guān)極性?？梢詫⒕哂胁糠盅趸姌O的納米級(jí)開關(guān)器件200形成到用于各種應(yīng)用的陣列中。圖7示出了此類開關(guān)器件的二維陣列700的示例。陣列700具有在第一方向中行進(jìn)的大體上平行的納米線702的第一組701以及以諸如90度的角度從第一方向開始在第二方向中行進(jìn)的大體上平行的納米線704的第二組703。兩層納米線702和704形成一般稱為交叉結(jié)構(gòu)的二維點(diǎn)陣，第一層中的每個(gè)納米線702與第二層的多個(gè)納米線704相交。可以在納米線702和704的每個(gè)相交處形成雙端子開關(guān)器件706。開關(guān)器件706具有第二組703的納米線作為其頂部電極并具有第一組701的納米線作為底部電極、以及包含在兩個(gè)納米線之間的開關(guān)材料的活性區(qū)域712。依照本發(fā)明的實(shí)施例，接觸活性區(qū)域712的兩個(gè)電極中的一個(gè)具有部分氧化電極，并且可以具有根據(jù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，諸如上文參考圖2A - 2B所述的。
在前述說明中，闡述了許多細(xì)節(jié)以提供本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。雖然已相對(duì)于有限數(shù)目的實(shí)施例公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到由此而來的許多修改和變更。意圖在于所附權(quán)利要求覆蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有此類修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)開關(guān)器件(200)，包括 納米級(jí)寬度的第一電極(110)； 納米級(jí)寬度的第二電極(120)； 活性區(qū)域(122)，其被設(shè)置在第一和第二電極之間，該活性區(qū)域具有不導(dǎo)電部分(122a)和源部分(122b),該不導(dǎo)電部分(122a)包括電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱絕緣和弱尚子導(dǎo)體開關(guān)材料，其能夠載送摻雜劑種類并在電場下運(yùn)送摻雜劑，該源部分(122b)充當(dāng)用于摻雜劑的源或宿；以及 氧化層(115、125)，其在第一電極上面、在第一電極與活性區(qū)域之間形成或在第二電極上面、在第二電極與活性區(qū)域之間形成。
2.權(quán)利要求I的納米級(jí)開關(guān)器件，其中，所述活性區(qū)域包括多化合價(jià)金屬氧化物。
3.權(quán)利要求2的納米級(jí)開關(guān)器件，其中，所述多化合價(jià)金屬氧化物是二氧化鈦且摻雜劑是氧空穴。
4.權(quán)利要求I的納米級(jí)開關(guān)器件，其中，氧化層與之相關(guān)聯(lián)的電極是金屬，并且其中，所述氧化層是金屬的氧化物。
5.權(quán)利要求4的納米級(jí)開關(guān)器件，其中，所述源區(qū)域存在于與金屬氧化層的一側(cè)相對(duì)的不導(dǎo)電氧化區(qū)域的一側(cè)上。
6.權(quán)利要求I的納米級(jí)開關(guān)器件，其中，所述不導(dǎo)電部分比所述源部分薄。
7.一種納米級(jí)交叉陣列(700)，包括 在第一方向中行進(jìn)的第一組導(dǎo)電納米線(701)； 在第二方向中行進(jìn)并與第一組納米線相交的第二組導(dǎo)電納米線(703)； 多個(gè)開關(guān)器件(706)，其在第一和第二組納米線的相交處形成，每個(gè)開關(guān)器件具有由第一組的第一納米線形成的第一電極(702)和由第二組的第二納米線形成的第二電極(704)、以及設(shè)置在第一和第二納米線之間的相交處的活性區(qū)域(712)，該活性區(qū)域具有不導(dǎo)電部分(122a)和源部分(122b),該不導(dǎo)電部分(122a)包括電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱絕緣和弱離子導(dǎo)體開關(guān)材料，其能夠載送摻雜劑種類并在電場下運(yùn)送摻雜劑，該源部分(122b)充當(dāng)用于摻雜劑的源或宿；以及 氧化層(115、125)，其在第一電極上面、在第一電極與活性區(qū)域之間形成或在第二電極上面、在第二電極與活性區(qū)域之間形成。
8.權(quán)利要求7的納米級(jí)交叉陣列，其中，所述活性區(qū)域包括多化合價(jià)金屬氧化物。
9.權(quán)利要求8的納米級(jí)交叉陣列，其中，所述多化合價(jià)金屬氧化物是二氧化鈦且摻雜劑是氧空穴。
10.權(quán)利要求7的納米級(jí)交叉陣列，其中，氧化層與之相關(guān)聯(lián)的電極是金屬，并且其中，所述氧化層是金屬的氧化物。
11.權(quán)利要求10的納米級(jí)交叉陣列，其中，所述源區(qū)域存在于與金屬氧化層的一側(cè)相對(duì)的不導(dǎo)電氧化區(qū)域的一側(cè)上。
12.權(quán)利要求7的納米級(jí)交叉陣列，其中，所述不導(dǎo)電部分比所述源部分薄。
13.一種用于制造權(quán)利要求I的至少一個(gè)納米級(jí)開關(guān)器件(200)的方法，包括 提供第一電極(I 10)； 在第一電極上形成設(shè)置于第一電極之上的活性區(qū)域(122);以及在活性區(qū)域之上提供第二電極(120)， 其中，在第一電極與活性區(qū)域之間形成氧化物(115)或在第二電極與活性區(qū)域之間形成氧化物(125)。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，不導(dǎo)電部分包括TiO2且摻雜劑包括氧空穴。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，氧化物(115)在第一電極上形成，不導(dǎo)電部分在氧化物上形成，源部分在不導(dǎo)電部分上形成，并且第二電極在源部分上形成或者源部分在第一電極上形成，不導(dǎo)電部分在源部分上形成，氧化物(125)在不導(dǎo)電部分上形成，并且第二電極在氧化物上形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米級(jí)開關(guān)器件(200)。該器件包括納米級(jí)寬度的第一電極(110)；納米級(jí)寬度的第二電極(120)；活性區(qū)域(122)，其被設(shè)置在第一和第二電極之間，該活性區(qū)域具有不導(dǎo)電部分(122a)和源部分(122b)，該不導(dǎo)電部分(122a)包括電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱絕緣和弱離子導(dǎo)體開關(guān)材料，其能夠載送摻雜劑種類并在電場下運(yùn)送摻雜劑，該源部分(122b)充當(dāng)用于摻雜劑的源或宿(sink)；以及氧化層(115、125)，其在第一電極上面、第一電極與活性區(qū)域之間形成或在第二電極上面、在第二電極與活性區(qū)域之間形成。還提供了一種包括多個(gè)納米級(jí)開關(guān)器件的交叉陣列。還提供了一種用于制造至少一個(gè)納米級(jí)開關(guān)器件的過程。
文檔編號(hào)H01L21/332GK102918638SQ201080066328
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者J.楊, R.吉爾伯托, R.S.威廉斯 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)