專利名稱：電子器件的多維尋址結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用來在包含一個或多個集體元件的器件中提供尋址能力的裝置，其中所述集體或集體元件與所述裝置一起組成所述器件中的二維或三維矩陣的一部分，其中的集體元件包含一個或多個取決于所述集體元件材料的電子或電學(xué)性質(zhì)而具有數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)處理功能、或信號處理功能的單元，其中所述裝置借助于建立到所述集體元件的選擇性電連接而對集體元件中的特定位置提供尋址能力，或在所述集體元件包含多于一個單元的情況下對其特定的單元提供尋址能力，其中借助于對所述裝置形成的3個或更多個電極提供不一定同步的電連接，并接觸其緊鄰所述電極的區(qū)域中用來與之實(shí)現(xiàn)選擇性相互作用的所述集體元件，而發(fā)生其特定集體元件或單元的選擇，且其中所述區(qū)域在所述集體元件中確定一個這樣相互作用的單元。
本發(fā)明還涉及到一種包含這種裝置的器件，其中的裝置與一個或多個集體元件一起組成所述器件中的二維或三維矩陣的一部分，其中的集體元件包含一個或多個根據(jù)所述集體元件材料的電子或電學(xué)性質(zhì)而具有數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)處理功能、或信號處理功能的單元，且所述器件包含一個以上的這種矩陣。
本發(fā)明一般公開了對二維或三維矩陣結(jié)構(gòu)中的集體元件或其區(qū)域提供電子N端訪問的尋址結(jié)構(gòu)，其中待要連接到矩陣中各個地址的端子的數(shù)目N至少是3。
二維正交尋址矩陣被廣泛地應(yīng)用于諸如相機(jī)、存儲器件、以及顯示器之類的要求對各個分立的矩陣元具有唯一電子存取的各種各樣的電子器件中。
最簡單的矩陣由一個平面內(nèi)的一組互相平行的電極線(以下稱為“a”電極)組成，此平面位于另一個包含另一組互相平行的電極線(以下稱為“b”電極)的平面附近?！癮”組電極和“b”組電極被定向成彼此交叉，典型為正交形式，對交叉電極之間的集體元件提供尋址能力。于是，當(dāng)將電極ai和bj連接到適當(dāng)?shù)碾娏髟椿螂妷涸磿r，“a”電極組中的電極ai與“b”電極組中的電極bj之間的集體元件就能夠受到電的作用。集體元件能夠容納能夠被輸入信號觸發(fā)的有源電路元件，或其本身被提供作為開關(guān)元件或無源元件，其物理狀態(tài)可以借助于施加輸入信號而被改變，或在“a”和“b”電極中尋址時被探測，于是能夠?qū)崿F(xiàn)用來存儲二進(jìn)制或多級邏輯值的存儲器。
例如在受讓于本申請人的國際專利申請No.PCT/NO98/00185(美國專利No.6055180)中，公開了一種基于這種矩陣的器件。這涉及到一種能夠用于光探測裝置、體積數(shù)據(jù)存儲器件、或數(shù)據(jù)處理器件的電可尋址無源器件。所公開的器件包含可能經(jīng)歷狀態(tài)的物理或化學(xué)改變的連續(xù)或圖形化結(jié)構(gòu)形式的功能媒質(zhì)。對應(yīng)于本發(fā)明集體元件的這種功能媒質(zhì)包含提供在與單元中功能媒質(zhì)接觸并與其電耦合的電極裝置中陽極與陰極之間的各個電可尋址單元。陽極被提供為在一側(cè)接觸功能媒質(zhì)的在一層中的第一組平行的條形電極，而陰極被提供為在另一側(cè)接觸功能媒質(zhì)的第二組條形電極，各組中的條形電極相互平行，且各電極組被定位成一組中的電極正交于另一組中的電極。實(shí)際上，功能媒質(zhì)的集體元件中的單元現(xiàn)在被確定在第一組條形電極與第二組條形電極的交叉處。當(dāng)例如為了寫入、讀出、或轉(zhuǎn)換例如賦予單元的邏輯值而對此器件中的單元進(jìn)行尋址時，電能量經(jīng)由各個第一和第二組中的被選擇的交叉電極對而被直接施加到單元的功能媒質(zhì)。
同樣受讓于本申請人的國際專利申請No.PCT/NO98/00212公開了一種相似的器件，但其中的電極矩陣配備有橋式排列相互隔離的電極組以及提供在電極組上并覆蓋電極組的功能媒質(zhì)。除了有可能用作電可尋址的存儲器件之外，這一具有被功能媒質(zhì)覆蓋的橋式電極的特殊安排，與上述其中功能媒質(zhì)被提供夾在電極之間的器件相反，方便了其在例如光學(xué)或電子相機(jī)中或在化學(xué)相機(jī)中或在電可尋址的顯示器件中的使用。
最后，同樣受讓于本申請人的國際專利申請No.PCT/NO98/00237公開了一種用功能媒質(zhì)的無源電尋址來處理和/或存儲數(shù)據(jù)的鐵電器件，這是一種提供在此處也被提供成橋式排列的電極組上并覆蓋電極組的鐵電材料的薄膜。
在所有上述器件中，對應(yīng)于提供在電極組之間或覆蓋電極組的集體元件的功能媒質(zhì)能夠被淀積成全局層，其中分立的單元當(dāng)然總是會由第一和第二電極組中的電極之間的交叉點(diǎn)分別確定。但形成元件的功能媒質(zhì)也可以被圖形化或象素化，使分立的集體元件被提供在各組電極的交叉點(diǎn)上或覆蓋交叉點(diǎn)，從而形成僅僅包含一個單元的集體元件。當(dāng)然，由于實(shí)質(zhì)上是各組電極的數(shù)目的乘積，故這不影響矩陣中單元的總的可能數(shù)目。
在存儲或處理電信號的上述種類的陣列和矩陣中，依賴于應(yīng)用，這樣確定的矩陣或陣列可以包括各種元件和電路，但在各個交叉點(diǎn)處，僅僅二個對外界獨(dú)立的電連接是可能的。于是，由于可獲得二維，故二組電極僅僅能夠支持對二個終端器件或電路的排他性尋址。
目前在基于矩陣的其中各個矩陣元要求多于二個終端連接的電子系統(tǒng)中，采用幾種方法。在SRAM技術(shù)中，存儲器單元要求多于二個端子，亦即Vcc端子、位端子、-位端子、以及字端子。在SRAM技術(shù)中用來對存儲器單元尋址的現(xiàn)有技術(shù)矩陣解決辦法被示于

圖1，并采用二個垂直于二個其它平行線-位線和位線的二個平行線Vcc線和字線。在二個平行線之間無法得到排他性尋址，亦即在例如-位線和位線之間不存在排他性尋址。
在多于二個線(或電極)之間實(shí)現(xiàn)排他性尋址的另一種現(xiàn)有技術(shù)解決辦法被示于圖2。此處采用三維矩陣。在某個線組ai、bj、ck之間現(xiàn)在獲得了排他性尋址。借助于僅僅選擇組合ai，bj而選擇了列，在ck也被指定之前，特定的元件不被尋址。通過對組合ai、bj、ck的尋址，能夠到達(dá)滿足要求i∈(1，imax)、j∈(1，jmax)、k∈(1，kmax)的任何元件。
當(dāng)矩陣中各個元件被3個或更多個端子訪問時，上面討論的尋址方案的物理實(shí)現(xiàn)不是簡單的。
在二維現(xiàn)有技術(shù)的情況下，如上面圖1所示的SRAM器件的例子，當(dāng)矩陣中各個元件的物理位置由二個坐標(biāo)確定時，電子電路通常被做成準(zhǔn)平面形式。在一系列涉及到精確對準(zhǔn)操作等的淀積、掩蔽、腐蝕步驟中逐層建立各個層。此方法僅僅提供了有限的可量測性和靈活性，從而當(dāng)各個矩陣坐標(biāo)處端子數(shù)目增加時，導(dǎo)致迅速增加的布局復(fù)雜性。
關(guān)于圖2所示的真實(shí)三維矩陣尋址方案，就能夠查明的而言，還沒有大批量制造工藝制成的高密度現(xiàn)有技術(shù)器件的例子。在三維矩陣尋址的實(shí)際功能尋址方案中，尚不容易在同時獲得低的復(fù)雜性和與簡單而價(jià)廉的制造工藝高度兼容性的情況下得以實(shí)現(xiàn)。
于是，本發(fā)明的主要目的是借助于提供用來對物理上排列成二維或三維矩陣形式的N端(N＞2)電子器件或元件進(jìn)行尋址的通用結(jié)構(gòu)，來避免現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種簡單而實(shí)際的裝置來唯一地連接二維矩陣中的單個N端元件與n個外部電壓或電流端子，其中2≤n≤N。
根據(jù)本發(fā)明，利用一種裝置達(dá)到了上述目的和其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，此裝置的特征在于它包含至少3組多個導(dǎo)線或條形電極；各個電極組包含在各個形成所述矩陣附加部分的二維平面層中以基本上彼此平行的關(guān)系提供的所述條形電極；所述電極組層相互基本上平行；一個層中的條形電極組與緊鄰層電極組取向的投影角成一定角度而被定位在所述一個層上，致使在各緊鄰層中的所述組即條形電極表現(xiàn)相互不正交的關(guān)系；以及，接觸集體元件的所述區(qū)域的所述電極由接觸所述集體元件的所述各個電極組中的3個或更多個所述條形電極的交叉點(diǎn)組成，致使所述集體元件的所述一個單元或多個單元在任何情況下都位于其間或所述3個或更多個條形電極的交叉點(diǎn)處，借助于同時或以預(yù)定尋址協(xié)議確定的暫時順序?qū)㈦娏骰螂妷菏┘拥礁鱾€電極組中的被選擇的條形電極，就發(fā)生單元的選擇性尋址。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個優(yōu)選實(shí)施方案中，基本上平行的條形電極被等距離分隔開提供。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個優(yōu)選實(shí)施方案中，矩陣中的電極組被提供為圍繞基本上垂直于它的軸相對于至少緊鄰電極組以給定的一個角度或多個角度旋轉(zhuǎn)，致使所述緊鄰電極組中沒有條形電極共形重疊。矩陣中的所有電極組則最好被提供為繞基本上垂直于它的軸以給定一個角度或多個角度相互旋轉(zhuǎn)，致使任何其它電極組中沒有條形電極共形重疊，或作為變通，電極組與緊鄰電極組之間的給定旋轉(zhuǎn)角度被設(shè)定位2π/mN或360°mN，N是單元中分別接觸端子的條形電極的數(shù)目，而m是整數(shù)，使m≤N。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的各種優(yōu)選實(shí)施方案中，此裝置包含3個電極組，用來提供對具有直至3個端子的單元的電連接，或包含4個電極組，用來提供對具有直至4個端子的單元的電連接，或包含3個電極組，用來提供對各具有直至2個端子的至少2個單元的電連接。
根據(jù)本發(fā)明，各個電極組中提供的條形電極的數(shù)目根據(jù)矩陣中單元的數(shù)目和幾何安排而被選擇，以便使其中可尋址單元的數(shù)目最大，各個電極組中提供的條形電極的數(shù)目則最好被選擇成使得能夠?qū)仃囍械膯卧M(jìn)行尋址。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個實(shí)施方案中，其中矩陣集體元件中的各個單元配備有至少2個端子，提供各電極層和在夾層安排中形成集體元件的一個或多個層，被認(rèn)為是有利的。電極將至少一個集體元件層的表面連接成其界面關(guān)系，各個電極層中的條形電極之間的交叉點(diǎn)從而確定集體元件中的單元，且最好接著在電極交叉點(diǎn)中的電極與這樣確定的單元之間提供二極管連接。
最后，根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施方案，其中集體元件中的一個或多個單元包含至少一個晶體管結(jié)構(gòu)，至少二個電極組中的至少一個電極分別接觸所述至少一個晶體管結(jié)構(gòu)的端子，而若多于一個集體元件包含多于一個晶體管結(jié)構(gòu)，則最好至少二個電極組中的至少一個電極分別通過其端子彼此電連接晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的器件的特征在于，矩陣被提供成疊層結(jié)構(gòu)，器件從而形成層疊矩陣的立體結(jié)構(gòu)，根據(jù)疊層中各個矩陣的功能而用于數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、或信號處理。
在根據(jù)本發(fā)明的器件的優(yōu)選實(shí)施方案中，此器件被提供在包含與裝置的電極連接的集成電路的襯底上，用來在矩陣集體元件的單元中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制和誤差修正功能。
從所附有關(guān)權(quán)利要求，本發(fā)明的進(jìn)一步特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
以下利用結(jié)合附圖對示例性實(shí)施方案的討論來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在這些附圖中圖1示出了具有4個端線的現(xiàn)有技術(shù)矩陣尋址的上述例子，圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的正交三維矩陣方案，圖3a和3b示出了由2個二端的子單元組成的具有3個端子的器件的正交矩陣尋址方案，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的尋址矩陣，圖5a-5d示出了根據(jù)本發(fā)明的尋址矩陣的第一實(shí)施方案的變種，圖6a-6f示出了本發(fā)明第二實(shí)施方案的變種，圖7a-7e示出了本發(fā)明第三實(shí)施方案的變種，圖8a和8b示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施方案的例子，而圖9示出了本發(fā)明一個實(shí)施方案的例子，其中矩陣中交叉點(diǎn)處的元件表示整流二極管行為。
圖1示出了已經(jīng)在引言中討論過的平面正交矩陣中4個SRAM存儲單元的現(xiàn)有技術(shù)尋址方案。需要4個線來代表更新、寫入和讀出。若位線和-位線被選擇，則整個列被尋址。
圖2示出了也在引言中已經(jīng)討論過的三維現(xiàn)有技術(shù)正交三端矩陣尋址方案。電極線之間的各個交叉點(diǎn)確定了矩陣中的物理坐標(biāo)，并能夠容納三端電路元件或器件。
為了更好地闡明本發(fā)明的一般背景和原理，現(xiàn)在簡要地討論一下由二端的子單元組成的現(xiàn)有技術(shù)三端器件原則上如何能夠被以正交于上層或下層相鄰電極組的關(guān)系排列的3個平行電極組尋址。但在這種連接中，重要的是要注意此器件只不過是現(xiàn)有技術(shù)無源矩陣器件的簡單延伸，也具有對電極交叉點(diǎn)確定的單元尋址以及因而表現(xiàn)相同于引言中現(xiàn)有技術(shù)討論已經(jīng)列舉的缺點(diǎn)。
若二維陣列中的各個元件具有二個子單元，則各個子單元是二維的，此元件原則上能夠通過正交無源矩陣網(wǎng)絡(luò)被尋址。圖3a和3b示出了這種現(xiàn)有技術(shù)方案，其中在可能作為具有更多個層的疊層的組成部分的地方僅僅提供了3個標(biāo)號為1、2、3的電極層。在圖3a中示為夾在電極重疊區(qū)之間，亦即電極1與2之間和電極2與3之間的二個元件M1和M2，能夠借助于交叉電極的恰當(dāng)電激勵而被分別激活。位于電極交叉區(qū)中或其附近的真實(shí)的三端元件無法以圖3a的方式，亦即作為二個分隔的區(qū)段被夾在中間，而是要求至少一個分隔直接連接到第三電極。這種正交無源矩陣尋址有一些缺點(diǎn)。
如從圖3b可見，此正交電極安排涉及到長的平行耦合路徑，在所示疊層的每個第二電極層中的電極之間引起感應(yīng)串?dāng)_和/或容性串?dāng)_。更重要的是，在基于電極組之間全局功能層的器件結(jié)構(gòu)中，存在著由包含此器件的交叉區(qū)域外面的電極1和3的大范圍重疊所造成的重大限制，亦即，若各個功能層能夠沿垂直于此層的方向?qū)щ?，則沿從交叉點(diǎn)到矩陣邊沿的整個電極長度，在電極1與3之間存在直接漏電路徑。這是一個嚴(yán)重的限制，排除了諸如具有一個雙穩(wěn)存儲層(在電極1與2之間)和一個電流控制層或開關(guān)層(在電極2與3之間)的存儲器件之類的重要應(yīng)用。
而且，存在著尋址矩陣邊沿處支持電路和連接的密度隨各個元件地址端子數(shù)目的增加而迅速增大的問題。如圖3b所示，借助于將電極組1和3的驅(qū)動電路置于矩陣的反面，能夠稍許減輕這一問題。這一對策僅僅提供了最大4個分別驅(qū)動的電極組，對應(yīng)于4層疊層而不是圖3a所示的三層疊層。但如上所述，在許多情況下，具有更大量層的疊層可能是可取的。所有的電路位于一個公共襯底例如硅晶片上，也可能的可取的。這意味著圖3b所示類型的包含多于4個電極層的正交矩陣疊層需要在離其它未被使用的襯底部分更大的距離上延伸的高密度電極連接，這在大多數(shù)情況下是不可取的。作為變通，屬于不同電極組的驅(qū)動電路模塊必須逐層層疊。這表現(xiàn)出許多不可取的特點(diǎn)，例如需要其它種類的半導(dǎo)體技術(shù)(薄膜晶體管等)和有關(guān)串?dāng)_、熱安排的復(fù)雜化以及有關(guān)疊層有源電路的工藝不兼容性。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置亦即尋址矩陣的基本原理。此矩陣以平面安排容納三端器件即單元。包含3個平面電極線組ai、bj、ck的電極裝置被示為投影到一個公共平面上。在各個組中，電極線彼此平行。各個電極組相對于其它二個組旋轉(zhuǎn)一定角度，且一個組的電極與其它二個電極組在被尋址器件所在的公共交叉點(diǎn)處相交。雖然被示于一個平面內(nèi)，但彼此相對旋轉(zhuǎn)的電極組在交叉點(diǎn)處物理上是分隔開的，通常位于分隔開的平面內(nèi)。但后者可以彼此緊靠，由形成矩陣集體元件的圖形化或全局薄膜(圖4中未示出)分隔開。在此例子中，位于矩陣交叉點(diǎn)處的器件或功能元件，能夠借助于將直至N＝3個獨(dú)立的端子連接引至矩陣的邊沿且該處各電極能夠被連接到驅(qū)動電路和讀出電路而被訪問。
各種電極組能夠被旋轉(zhuǎn)，以便提供即使N很大也無重疊的對稱排列，例如相鄰平面(或?qū)踊蚪M)之間的角度給定為360/mN，其中N是端子數(shù)目，而m是小于或等于N的整數(shù)。由于現(xiàn)在不存在二個相鄰的電極組共形重疊，故大大避免了容性耦合。
結(jié)合圖3，從圖4可以清楚地看到本發(fā)明的一個使其不同于現(xiàn)有技術(shù)的重要情況。如上所述，圖3的現(xiàn)有技術(shù)安排，由于組1和3中電極的大范圍重疊而無法用于由沿垂直于此層的方向?qū)щ姷娜止δ軐又瞥傻钠骷?。而且，此重疊可以引起過大的感應(yīng)串?dāng)_或容性串?dāng)_。在圖4所示的非正交情況下，與給定器件連通的三個電極之間僅有的重疊點(diǎn)是在交叉點(diǎn)處。顯然，雖然此處所示是N＝3的電極安排，但同樣也適用于N＞3的非正交矩陣。
現(xiàn)在比較一下圖2所示的真實(shí)三維現(xiàn)有技術(shù)矩陣與圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的尋址矩陣，應(yīng)該指出的是，在后一種情況下，借助于僅僅選擇二個不平行的線，就完全能夠確定一個元件。于是，從成對(ai，bj)、(ai，ck)、(bj，ck)以及三聯(lián)(ai，bj，ck)，就能夠獲得對ai、bj、ck之間交叉點(diǎn)中的元件的排他性尋址。
如上所述，矩陣中的每個元件與能夠彼此獨(dú)立地成對或三聯(lián)電激活的3個線有關(guān)。但注意，有效的i、j、k組合服從下列選擇規(guī)則i+j+k＝2n+1，其中n＝imax＝j(luò)max＝kmax。
此選擇規(guī)則不僅適用于形成圖4所示的等邊三角形的電極安排，而且對于形成其中的三角形可以是任何形狀但具有公共交叉點(diǎn)的三角形交叉圖形的電極也非常一般。
現(xiàn)在討論根據(jù)本發(fā)明的尋址矩陣的第一實(shí)施方案的變種。這些變種都以平面形式容納四端器件或單元。
圖5a和5b示出了此原理對N＝4情況的延伸。二種情況下的尋址矩陣是相同的，但圖5b中的外部連接安排比圖5a的更復(fù)雜。如可以指出的那樣，除了四端交叉點(diǎn)之外，還存在著彼此以直角定向的僅僅二個線之間的交叉點(diǎn)。只要四端尋址器件或器件集團(tuán)要被組合到矩陣中，這些雙線交叉點(diǎn)原則上就表示尋址密度的損失。但在某些情況下，將二端和四端器件二者包括在同一個矩陣中，提高了器件密度，可能是可取的。
在圖5a和5b所示的變種中，尋址矩陣被做成具有8×8＝64個元件或器件的正方形。但利用各個電極組a、b、c、d限制為8的尋址線數(shù)目，四端器件的數(shù)目將小于64。圖5c示出了在正方形8×8矩陣中能夠得到64個四端元件的變種實(shí)施方案。電極組b和d各包含8個分別平行于矩陣行和列的線，從而能夠訪問矩陣中的所有64個元件。但為了訪問所有的64個元件，相對于組b和d被旋轉(zhuǎn)了45度的電極組a和c必須各包含15個線。通常，對于矩陣p×q，平行于矩陣對角線的線數(shù)由p+q-1給定，或?qū)τ趐＝q的矩陣，由2p-1給定。8×8矩陣因而必須在對角線電極組中具有15個線。同樣的原理也適用于圖5d中的5×3矩陣，其中為了產(chǎn)生對所有元件具有完全的四端訪問的15元件的矩形矩陣，電極組a和c必須各包含5+3-1＝7個線。
利用旋轉(zhuǎn)平行尋址電極組基本原理的簡單延伸，能夠產(chǎn)生具有N＞4的尋址矩陣。
現(xiàn)在參照圖6a-6f和7a-7e來描述本發(fā)明第二和第三實(shí)施方案的各自變種。能夠被包括在根據(jù)本發(fā)明的尋址矩陣中的組成部分的例子是傳感器件、存儲器件、晶體管元件、以及三端或多端電路。本發(fā)明首次提供了以實(shí)用方式產(chǎn)生包含這類器件的準(zhǔn)二維網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會。包括了具有無源以及有源矩陣特性的平面器件，其一類例子是具有發(fā)光元件(例如LED、微激光器陣列、氣體放電)的有源矩陣顯示器或反射/透射調(diào)制(例如LCD和MEM)。還明顯地包括了具有SRAM、DRAM、FRAM結(jié)構(gòu)的存儲器件(參見圖1中的四端SRAM單元)。如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員了解的那樣，整個應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了此處給出的例子，這些例子決不是為了限制本發(fā)明的范圍。
圖6a-6f和7a-7e都公開了根據(jù)本發(fā)明的3個電極組之間的交叉點(diǎn)處涉及到N＝3個連接的實(shí)施方案的變種。處理了二種截然不同的情況，表明了本發(fā)明的靈活性在圖6a-6f中，三端器件或單元在交叉點(diǎn)(矩陣的地址)處被掛在3個線上。在圖7a-7e中，二個或更多個二端器件或單元在交叉點(diǎn)(矩陣的地址)處以對此點(diǎn)3個交叉電極不同的連接而聚集。
在第一情況下，如圖6a-6f所示，單個三端器件或單元，此處是A，被連接到3個交叉的電極線。圖6a是透視圖，其中A在電極線的交叉點(diǎn)處被掛在3個電極線上，而圖6b是相應(yīng)的示意圖。如圖6c所示，A可以是晶體管，通常被連接到其它元件以便執(zhí)行各種不同的任務(wù)。如圖6d所示，一個例子是顯示器中的發(fā)光象素，其中的發(fā)光元件B在柵線bj的控制下由晶體管A驅(qū)動。圖6e提供了另一個例子，其中化學(xué)或物理傳感元件C被組合到柵連接中。利用矩陣中其它交叉點(diǎn)相似地配備，就得到二維傳感或成像器件。如圖6f所示，借助于組合所有的元件A、B、C，就產(chǎn)生二維顯示器，其中光發(fā)射的空間分布對應(yīng)于對元件C的輸入激發(fā)的強(qiáng)度的空間分布。
在第二情況下，如圖7a-7e所示，直至3個二端元件或器件A、B、C在給定的矩陣地址處亦即矩陣中的電極交叉點(diǎn)(ai、bj、ck)處被連接?，F(xiàn)在，各個元件可以彼此獨(dú)立地被激活，亦即，借助于激活任何電極對(ai，bj)或(ai，ck)或(bj，ck)，同一個交叉點(diǎn)被尋址，參見圖7a中的透視圖和圖7b中的示意圖。
圖7c示出了都位于同一個矩陣地址處(在此情況下亦即在3個電極之間的交叉點(diǎn)處)的二個二端元件或器件A和B的情況的示意圖。圖7d示出了適用于無源矩陣WORM(一次寫入多次讀出)或可重寫的存儲器的這種構(gòu)造，其中A和B分別是整流二極管和存儲單元。此處，二極管A在無源矩陣尋址方案中提供了對寄生電流環(huán)流(“潛行電流”)的抑制，而B能夠在給定的邏輯狀態(tài)中被形成，隨之以確定此邏輯狀態(tài)的讀出操作。在一種WORM存儲器中，B是在寫入操作下其電阻從中等大小或低數(shù)值改變到高數(shù)值或無窮大的容絲。雖然這在二維無源矩陣方案中原則上有可能，亦即如圖7d那樣無需中間電極bj，但這意味著在寫入操作過程中大電流必須通過二極管。這對二極管的構(gòu)造和性能就加上了限制，通常降低了存儲器的總體性能。如圖7d所示，第三電極bj提供了寫入過程中對被隔離的存儲器單元的直接訪問，并在讀出過程中能夠被有效地?cái)嚅_，這樣就提供了分別優(yōu)化A和B的機(jī)會。存在著一些重要的情況，其中如圖7d那樣的訪問存儲器單元B的第三電極連接是關(guān)鍵的在某些可重寫的存儲器中，寫入/讀出/擦除協(xié)議涉及到在存儲器單元上施加極性不同并可以大幅度改變幅度的電壓。利用圖7d方案的無源矩陣尋址，能夠達(dá)到這一點(diǎn)，但除去了端子bj就顯然不可能。
圖7e示出了發(fā)射、反射、透射顯示器中的一種3元件(全色)象素，其中各個元件A、B、C能夠分別承受不同的電壓VA、VB、VC。應(yīng)該指出的是，對于同時施加到所有3個電極的電壓，適用下列條件VA+VB＝VC。
這不排除能夠用時間復(fù)用達(dá)到的對A、B、C的分別控制。但后者不意味著電激活各個元件的負(fù)載周期在一般情況下不能是100％。
現(xiàn)在參照圖8a和8b，基于功能材料的全局層夾在3組電極之間，來稍微具體地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，圖8a和8b示出了N＝3的無源矩陣尋址系統(tǒng)的物理實(shí)施方案。圖8a具體示出了電極a、b、c的交叉點(diǎn)處的單個單元以及分別插入在二個電極a與b和二個電極b與c之間的功能材料M1和M2，而得到的矩陣被示于圖8b中，其中具有功能材料M1和M2的單元被形成在由重疊的帶狀電極交叉點(diǎn)確定的集體元件中。在許多優(yōu)選實(shí)施方案中，層中的這一材料是能夠用例如甩涂、濺射、刮片等幾種可能的方法之一來淀積的非結(jié)晶材料。制造順序如下1.將第一電極層置于襯底上。
2.在第一電極頂部淀積材料M1。
3.將第二電極層置于材料M1的頂部。
4.在第二電極頂部淀積材料M2。
5.然后將第三電極層置于材料M2的頂部。
為了避免矩陣中各電極之間過度的串?dāng)_，此材料層必須不呈現(xiàn)太大的橫向(亦即垂直于膜厚度)電導(dǎo)。在某種程度有限電導(dǎo)為層材料所固有的應(yīng)用中，借助于采用足夠薄的層或已經(jīng)被圖形化成電極線之間具有空洞的層，使串?dāng)_盡可能小。作為變通，可以產(chǎn)生具有各向異性電導(dǎo)的層，其中沿橫向的電流被抑制。
“潛流電流”的問題在具有二個正交電極組的現(xiàn)有技術(shù)無源矩陣尋址中，是眾所周知的，并在某種程度上與屬于本申請人的3個上述PCT申請中的補(bǔ)救措施一起進(jìn)行了討論。這些潛流電流是尋址電極網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的寄生電流，涉及到某些不被尋址的交叉點(diǎn)處的電極之間的交叉。通常利用非線性阻抗元件，例如各個交叉點(diǎn)中的整流二極管，來抑制這些電流。如從圖9可見，同樣的補(bǔ)救措施也可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的器件，圖9示出了三角形矩陣中的三端器件，且各個器件包括整流二極管。
圖8a中的物理結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生圖7c中典型化類型的器件(包括圖7d和7e所示的例子)方面是有用的。在根據(jù)圖7d的存儲器件中，二極管被自發(fā)地形成在電極ai與適當(dāng)選擇的半導(dǎo)體例如構(gòu)成材料M1的共軛聚合物之間的接觸區(qū)中，而存儲單元B借助于采用適當(dāng)?shù)拇鎯ξ镔|(zhì)作為交叉電極bj和ck之間的材料M2而形成。相似的結(jié)構(gòu)能夠被用來建立顯示器，在這種情況下，材料M1和材料M2或者在電激發(fā)時發(fā)光(例如發(fā)光共軛聚合物)，或者借助于吸收、反射或極化而對光進(jìn)行修正(例如液晶)。顯然，在具有是為完全夾在電極之間的功能媒質(zhì)的集體元件或元件的顯示器的情況下，至少元件的集體元件一側(cè)的電極或電極組必須是透明的，其可能的例外是夾層外端處的電極。
要理解的是，一起構(gòu)成被電極a、b、c接觸的集體元件的圖8a中的材料M1和M2，能夠被制作成延伸到整個矩陣的全局層，且其中出現(xiàn)集體元件中的選擇性相互作用的區(qū)域，當(dāng)然要位于其交叉點(diǎn)處的電極之間，于是在所述的集體元件中確定一個單元。但圖8a所示種類的圖形化的集體元件，對于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路來說，可能是有利的，正如圖6f、7b或7e中的實(shí)施方案的情況。
在這種情況下，例如在二個電極和二個電極之間部分集體元件能夠與其它部分分離，并緊鄰其交叉點(diǎn)延伸于最上部和最下部電極之間。換言之，對電極交叉點(diǎn)中的集體元件的尋址能力不意味著延伸超過所有3個電極的交叉點(diǎn)的區(qū)域中的單個單元集體元件在這種情況下無法被激活?？梢栽O(shè)想圖形化的集體元件能夠?qū)崿F(xiàn)垂直晶體管結(jié)構(gòu)形式的單元，如圖8a所示，其源和漏電極分別由電極a和c形成，而電極b形成柵電極。在半導(dǎo)體材料(晶體管溝道)可能延伸于電極a和c之間的情況下，材料M1和材料M2則必須具有絕緣性質(zhì)(未示出)。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠被用來實(shí)現(xiàn)屬于本申請人的PCT/NO99/0013所公開種類的包含垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的矩陣。
在用相似于上述國際申請No.PCT/NO98/00212所公開的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)體現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)的器件的情況下，集體元件的至少一部分或一個元件將被暴露于外界，從而避免需要至少一組透明電極，并使具有這種二維矩陣的器件如所述非常適用于相機(jī)或顯示器件。
在用具有相似于屬于本申請人的上述PCT申請所公開的結(jié)構(gòu)的器件僅僅被用作數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲器件的情況下，如此處公開的那樣，這些器件當(dāng)然能夠被層疊以形成立體器件。包含功能介質(zhì)以形成矩陣中全局集體元件的或圖形化以形成各個二維矩陣中的分隔開的集體元件的二維矩陣，則能夠被層疊以形成根據(jù)本發(fā)明的三維器件，此三維器件具有適當(dāng)數(shù)目的電極組，亦即對其三維疊層中的各個二維矩陣指定3個或更多個電極組。在這種器件是數(shù)據(jù)存儲器件的情況下，如現(xiàn)有技術(shù)中討論的那樣，集體元件中的功能介質(zhì)可以是提供具有所需功能的集體元件的而具有電子學(xué)或電學(xué)性質(zhì)的適當(dāng)?shù)臒o機(jī)或有機(jī)薄膜材料，或當(dāng)然可以是這些材料的適當(dāng)組合，包括具有與相鄰金屬電極形成自發(fā)二極管結(jié)的能力的材料。
為了數(shù)據(jù)存儲的目的，集體元件中的功能媒質(zhì)可以是基于表現(xiàn)所需阻抗特性并能夠利用對被選擇的用來唯一地尋址其特定集體元件或單元的電極施加電壓的方法來永久設(shè)定，探測和讀出阻抗值的材料。集體元件的功能媒質(zhì)也可以由可極化的材料提供，例如可以是無機(jī)或有機(jī)薄膜的駐極體材料或鐵電材料，在后一種情況下，最適合的是PVDF-TFE型的共聚物(聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物)。這些材料適合于在無源可尋址矩陣中存儲數(shù)據(jù)，但在這種情況下，通過被選擇的字線和位線分別對特定的單元或集體元件的寫入和讀出過程可能要求未被選擇的其它字線和位線接地和/或偏置，在這種情況下，在體現(xiàn)本發(fā)明原理的各個單元中具有3個或更多個端子的器件是有優(yōu)點(diǎn)的。相似的考慮適用于例如有源存儲器件，其中的存儲單元各包含一個或多個晶體管，例如現(xiàn)有技術(shù)SRAM和DRAM的情況，或具有組合有源和無源原理的單元的存儲器，例如具有包含至少一個晶體管和至少一個鐵電電容器的存儲單元的鐵電數(shù)據(jù)存儲器件，且其中其集體元件或存儲單元可以被提供為體現(xiàn)本發(fā)明原理的具有3個或更多個端子的器件。
權(quán)利要求
1.一種用來在包含一個或多個集體元件的器件中提供尋址能力的裝置，其中所述集體或集體元件與所述裝置一起組成所述器件中的二維或三維矩陣的一部分，其中的集體元件包含一個或多個取決于所述集體元件材料的電子或電學(xué)性質(zhì)而具有數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)處理功能、或信號處理功能的單元，其中所述裝置借助于建立到所述集體元件的選擇性電連接而對集體元件中的特定位置提供尋址能力，或在所述集體元件包含多于一個單元的情況下對其特定的單元提供尋址能力，其中借助于對所述裝置形成的3個或更多個電極提供不一定同步的電連接，并接觸其緊鄰所述電極的區(qū)域中用來與之實(shí)現(xiàn)選擇性相互作用的所述集體元件，而發(fā)生其特定集體元件或單元的選擇，且其中所述區(qū)域確定一個在所述集體元件中這樣相互作用的單元，其特征在于所述裝置包含至少3組多個導(dǎo)線或條形電極；各個電極組包含在各個形成所述矩陣附加部分的二維平面層中彼此以基本上平行的關(guān)系提供的所述條形電極；所述電極組層相互基本上平行；一個層中的條形電極組與緊鄰層電極組取向的投影角成一定角度而被定位在所述一個層上，致使緊鄰各層中的所述條形電極組表現(xiàn)相互不正交的關(guān)系；以及，所述電極接觸所述集體元件的所述區(qū)域由所述各個電極組中的3個或更多個所述條形電極的交叉點(diǎn)接觸所述集體元件而形成，致使所述集體元件的所述一個單元或多個單元在任何情況下都位于其間或所述3個或更多個條形電極的所述交叉點(diǎn)處，借助于同時或以預(yù)定尋址協(xié)議所確定的暫時順序?qū)㈦娏骰螂妷菏┘拥礁鱾€電極組中的被選擇的條形電極，而發(fā)生單元的選擇性尋址。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，電極組的基本上平行的條形電極被等距離分隔開提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，矩陣中的電極組被提供為圍繞基本上垂直于它的軸相對于至少緊鄰電極組以給定的一個角度或多個角度旋轉(zhuǎn)，致使所述緊鄰電極組中沒有條形電極共形重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，矩陣中的所有電極組被提供為繞基本上垂直于它的軸以給定的一個角度或多個角度相互旋轉(zhuǎn)，致使任何其它電極組中沒有條形電極共形重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，電極組與緊鄰電極組之間的給定旋轉(zhuǎn)角度為2π/mN或360°mN，N是單元中分別接觸端子的條形電極的數(shù)目，而m是整數(shù)，使m≤N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于包含3個電極組，用來提供對具有直至3個端子的單元的電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于包含4個電極組，用來提供對具有直至4個端子的單元的電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于包含3個電極組，用來提供對各具有直至2個端子的至少2個單元的電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，各個電極組中提供的條形電極的數(shù)目根據(jù)矩陣中單元的數(shù)目和幾何安排而被選擇，以便使其中可尋址單元的數(shù)目最大。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，各個電極組中提供的條形電極的數(shù)目被選擇成使得能夠?qū)仃囍械膯卧M(jìn)行尋址。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中矩陣集體元件中的各個單元配備有至少2個端子，其特征在于，提供電極層和形成集體元件以夾層安排的一個或多個層，電極將至少一個集體元件層處的表面連接成其界面關(guān)系，各個電極層中的條形電極之間的交叉點(diǎn)從而確定集體元件中的單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，在電極交叉點(diǎn)中的電極與這樣確定的單元之間提供二極管連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中集體元件中的一個或多個單元包含至少一個晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少二個電極組中的至少一個電極分別接觸所述至少一個晶體管結(jié)構(gòu)的端子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中多于一個集體元件包含多于一個晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少二個電極組中的至少一個電極分別通過其端子彼此電連接晶體管。
15.一種包含根據(jù)權(quán)利要求1的裝置的器件，其中所述裝置與一個或多個集體元件一起組成所述器件中的二維或三維矩陣的一部分，其中的集體元件包含一個或多個取決于所述集體元件材料的電子或電學(xué)性質(zhì)而具有數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)處理功能、或信號處理功能的單元，且其中的器件包含多于一個這種矩陣，其特征在于，矩陣被提供成疊層結(jié)構(gòu)，器件從而形成層疊矩陣的立體結(jié)構(gòu)，根據(jù)疊層中各個矩陣的功能而用于數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、或信號處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的器件，其特征在于，此器件被提供在包含與裝置的電極連接的集成電路的襯底上，用來在矩陣集體元件的單元中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制和誤差修正功能。
全文摘要
一種用來在包含一個或多個集體元件的器件中提供尋址能力的裝置，集體元件與所述裝置一起組成器件中矩陣的一部分，且其中的集體元件包含一個或多個具有數(shù)據(jù)存儲或處理功能的單元，所述裝置利用矩陣中的電極而建立到特定單元的電連接，從而確定集體元件中的單元。所述裝置包含至少3組多個條形電極，各組的條形電極以相互基本上平行的關(guān)系被提供在形成矩陣附加部分的二維平面層中。一個層中的條形電極組與緊鄰層電極組取向的投影角成一定角度而被定位在此一個層上，致使緊鄰層中的條形電極組表現(xiàn)相互不正交的關(guān)系。借助于將電流或電壓施加到各個電極組中的被選擇的電極，而發(fā)生單元的選擇性尋址。利用位于襯底上的二個或更多個矩陣的疊層，實(shí)現(xiàn)了包含這種裝置的器件，從而實(shí)現(xiàn)了用于數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理的立體器件。
文檔編號G11C5/02GK1419696SQ01806944
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
發(fā)明者M·貝里格倫, P·-E·諾爾達(dá), G·I·萊斯塔德 申請人:薄膜電子有限公司