專利名稱：納米級電子開關器件的控制層的制作方法
納米級電子開關器件的控制層
背景技術：
本公開內(nèi)容一般涉及納米級電子設備，更具體地涉及納米級電子開 關器件中的控制層。
已知的電子開關器件包括兩個電極(例如底電極和頂電極)以及位 于兩個電極接點的一電子開關層/膜。這種器件例如可用于制作基于電子 開關的器件，例如用于信號通路和通訊的分子導線交錯內(nèi)部互連
(molecular wire crossbar interconnects ),分子導線交錯內(nèi)存(mdecular wire crossbar memory)，應用了可編程邏輯陣列的分子導線交錯邏輯 (molecular wire crossbar logic ),用于分子導線交4普網(wǎng)絡的多路復用器 /多路信號分離器，分子導線晶體管等。這種器件例如還可進一步用于制 作基于光學開關的器件，例如顯示器，電子書，可重寫媒體，電調(diào)諧光 學透鏡，用于窗戶和鏡子的電控制著色，光學交錯開關(例如用于從多 個輸入通道中的一個到多個輸出通道的一個路由信號)等。
對于電子開關器件制造中使用的材料的選擇由于一些電極材料可 能會與 一些開關材料出現(xiàn)基本上的不兼容而受到限制。這里所用的術語 "不兼容，，是指電極和開關材料在接觸時存在物理和/或化學上的不穩(wěn) 定，或者該術語可意味著當開關材料與電極材料整合到 一 電子開關器件 中時，其開關材料顯得幾乎無法控制，不合意和/或不存在。
對整合了電子開關器件的設備的制造除了器件的形成外，通常還包 括后續(xù)的加工步驟。然而在一些情況下，用作器件開關層/膜的材料可能 不穩(wěn)定，因而無法經(jīng)受后續(xù)加工步驟。
這樣，就希望提供一種納米級的電子器件，其包括了可控的和兼容 的也適合用于后續(xù)加工步驟的材料。
發(fā)明概述
公開了一種用在納米級電子開關器件接點的控制層。該控制層包括 一種與連接層和納米級開關器件中的至少 一個電極化學兼容的材料。該 控制層經(jīng)調(diào)整可控制器件操作期間電化學反應途徑，電物理反應途徑， 以及它們的組合中的至少 一條。


通過以下詳細的描述和圖示，本發(fā)明的目的，特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)， 描述和圖示中相同的標記數(shù)字對應于類似但不一定完全相同的組件。為 了簡單起見，之前對標記數(shù)字所表示的組件的功能進行過描述的，則在 后面圖示中出現(xiàn)時不一定再次對其進行描述。
圖1是兩個電極的圖解透視圖，在該兩電極交叉處有一層連接層和
兩層控制層；
圖2是圖1中沿線2-2的橫斷面圖解視圖3A是兩個電極的圖解視圖，在該兩電極交叉處的連接層之下有 一層控制層；
圖3B是兩個電極的圖解視圖，在該兩電極交叉處的連接層之上有 一層控制層；
圖3C是兩個電極的圖解視圖，在該兩電極交叉處的連接層之上和 之下有多個控制層；
圖4是兩個電極的圖解視圖，在該兩電極交叉處有兩層控制層和一 層替代實施方案的連接層；
圖5是兩電才及的一種替代實施方案的透一見圖，在兩電極之間具有一 層連接層和兩層控制層。
圖6是正視透視圖，展示了兩根交錯的導線，在兩根導線的交叉處 有一層連接層和至少一個分子。
圖7是二維開關陣列的圖解視圖，展示出一6x6交錯開關。
發(fā)明詳述
本公開的實施方案有利地提供了 一種用于電子和/或光學器件中的 開關機構。該開關機構包括一層或多層連接層，其可通過電物理和/或電 化學的方式進行開關。具體的器件包括可方便地控制電物理和/或電化學 反應途徑、從而可控制器件性能的控制層。并不局限于任何理論，該控 制層被認為是顯著提高了器件的性能。增強的器件性能的非限制性例子 包括增強的熱穩(wěn)定性，增強的化學穩(wěn)定性，速度的提高，增強的可靠 性，和/或增強的壽命，和/或這些性能的組合。另外，包括控制層的該 器件可提供了一種基本可預測和可重復性的開關器件。并且，該控制層 與后續(xù)的半導體加工技術和巻繞電子制造加工具有充分的兼容性。這
樣，具體的開關機構可方便地引入到各種半導體，如CMOS中。
這里使用的術語"納米級"是指至少有一維小于約100nm的器件。 現(xiàn)參考圖l和圖2，示出了開關器件IO的一種實施方案。該開關器 件10包括一個頂電極12，其以非零的角度與一個底電極14交叉，形成 交叉點，或接點。在該接點可操作地設置了連接層16。在連接層16和 頂電極12之間和/或在連接層16和底電極14之間可操作地設置了 一層 或多層控制層26, 28。
應當理解的是，術語"頂電極"和"底電極"并不意味著對空間取 向的局限，而是用于示例性地區(qū)分出兩個在任何空間取向(頂，底，側， 隨角度偏移，和/或其它形式)的相反電極。然而，應當理解在制作中， 例如根據(jù)平面沉積過程中的定義，"頂"和"底"可表示具體的空間取向。
電極12, 14可用任何適合的電極材料制成。這些材料包括但不限 于，金屬元素，金屬化合物，金屬合金，半導體元素，半導體化合物， 半導體合金，導電有機化合物，以及它們的組合。電極材料的具體非限 制性的例子包括，賴，鋁，鉬，鴒，釔，鈦，鉻，金，硅，鍺，磷化銦， 砷化鎵，硅鍺混合物，和/或它們的組合。
在形成一種開關器件10的實施方案一種實施方法中，通過生長過 程，沉積過程，或它們的組合在接點建立了或可操作地設置了一層或多 層連接層16。這些過程的非限制性例子包括，真空沉積，物理取向附生， 化學取向附生，原子層沉積，電化學生長，有機單分子層自組裝， Langmuir-Blodgett ( LB )轉(zhuǎn)移，或它們的組合。
應當理解的是，制成連接層16的材料會在施加穿過于電極12， 14 間接點的電壓的影響下改變它的電學和/或光學性能。用于形成連接層 16的材料，分子，或化合物的全部或部分一般可能會變得不穩(wěn)定，并且 通過電物理的和/或電化學的過程而^l轉(zhuǎn)變。在一種實施方案中，連接層 16是電導體或離子導體。連接層16可以是均勻的和/或不均勻的(例如 部分層16可以是有源的/可轉(zhuǎn)變的)，且可經(jīng)電化學或電物理反應改性 而具有更高或更低的電導率。需理解的是，電化學和/或電物理反應發(fā)生 在連接層16的有源的/可轉(zhuǎn)變的部分，這樣在穿過器件10發(fā)生的反應可 以是非常均勻的，不均勻地，或兩者兼具。
在一種非限制性的實施方案中，連接層16包括一層或多層相對較
不穩(wěn)定的層，其中含有至少一種有機化合物，無機化合物，和它們的組
合。應當理解的是，連接層16的穩(wěn)定性通常小于控制層26, 28的穩(wěn)定 性。這些相對較不穩(wěn)定的材料的非限制性的例子包括，磷族元素化物(其 非限制性的例子包括氮化物，磷化物，砷化物，銻化物，和/或其它類似 化合物)，硫族元素化物(其非限制性的例子包括氧化物(即混合價態(tài) 的氧化物)，硫化物，硒化物，碲化物，和/或其它類似化合物)，分子 可變形介質(zhì)(其非限制性的例子包括烷烴，羧酸，酞菁，和/或卟啉)， 多孔介質(zhì)(其非限制性的例子包括沸石)，可通過靜電驅(qū)動擴散摻雜的 半導體(例如導電聚合物)，和/或它們的組合。更具體的非限制性例子 包括Ag2S,聚苯胺，硬脂酸鎘，硫化銅，硒化鍺，硒化鍺銀，氧化柏，氧 化鈦(例如，Ti305或TixOy ,其中2y/x不為整數(shù))，碳化鈦，氧化鋁 (AlxOy ,其中"x"不為2且"y，，不為3),氧化銀(AgxOy,其中"x"不 為2且"y"不為1),氧化鎢(例如，WO或WxOy ,其中"y"不為2 或3),氧化鉭(TaxOy ,除Ta02和Ta205夕卜)，C16H3202 , C17H3402 , C18H36O2 , C19H38O2 , C20H40O2 ， C21H"O2 ， C22H44O2 ， C14H12CI2N4O2 , C15H16N203,和/或它們的組合。
連接層16可以是單層，可包括各個亞層(即多層)，或可以為薄 膜。在多層的實施方案中，應當理解任何數(shù)目的亞層均可整合入連接層 16中。應當理解的是這里列出的材料可用于各亞層。另外，用于亞層的 材料可與連接層16的材料基本上相同或不同。在形成開關器件10的一 種實施方案的方法中，連接層16和它的各個亞層可順次或同時形成， 這至少部分取決于不同層所選取的材料。
圖1和2還示出了在分別形成于連接層16和頂電極12之間以及連 接層16和底電極14之間的控制層26, 28?？刂茖?6, 28分別與電極 12, 14以及連接層16化學兼容。 一般而言，控制層26, 28不會與電極 12, 14發(fā)生不可控制的反應，也不會與連接層16發(fā)生不可控制的反應。 控制層26, 28方便地使電極12， 14和連接層16之間的反應得以緩和。 并不局限于任何理論，認為通過控制器件10中相互接觸的材料即可方 便地控制電化學和/或電物理反應。這樣，控制層26， 28就能夠方便地 改變或控制器件10的電化學和電物理轉(zhuǎn)變。
可認為控制層26, 28起到連接層16材料(其非限制性例子包括原 子，原子簇，或分子)的介體(源或宿(sink))的作用。在一種實施 方案中，控制層26， 28可作為攙雜劑源，攙雜劑被電驅(qū)動進入連接層 16,以改變其電導率。在另一種實施方案中，控制層26, 28作為摻雜 劑宿，攙雜劑^L電驅(qū)動趕出連接層16，以改變其電導率。在又一種實施 方案中，控制層26, 28作為離子導體(如銀或Ag2S)或多孔材料的材 料源。在另外的實施方案中，控制層26， 28可作為納米顆粒，單絲， 或納米導線生長用的材料源。
控制層26, 28還可提高器件10的性能并改變器件10的特性。例 如，器件10的特性的改變可至少部分取決于選用作控制層26, 28的材 料。
控制層26, 28可由 一種或多種基本上均勻的或不均勻的薄膜組成， 這些薄膜可以具有導電性或具有部分導電性。在一種實施方案中，控制 層26, 28包括相對穩(wěn)定的化合物，這些化合物選自有機化合物，無機 化合物，和它們的組合。這些相對穩(wěn)定的材料的非限制性例子包括磷族 元素化物(其非限制性的例子包括氮化物，磷化物，砷化物，銻化物， 和/或其它類似化合物)，硫族元素化物(其非限制性的例子包括穩(wěn)定的 氧化物(即單一價態(tài)的氧化物)，硫化物，硒化物，碲化物等等)，碳 化物，硅化物，鍺化物，有機單分子膜，有機多分子膜，有機薄膜，或 它們的組合。適合用作控制層26, 28的材料的更具體的非限制性例子 包括，銀，CuI2,CuCl2,銅，Pt(OH)2,氧化鉑，氧化鈦(例如，TiO, Ti02, Ti203 , TixOy ,其中2y/x為整數(shù))，碳化鈦，氧化鋁(A1203 ),氧化銀 (Ag20),氧化鎢(W02,W03),氧化硅，氧化鉭(Ta205,Ta02),氮化硅, 或它們的組合。
在一種實施方案中，控制層26, 28各自的厚度(一般為垂直厚度) 在約一層原子單層膜到約10nm之間。側向尺寸的定義至少部分由所選 擇的制造方法確定。在一非限制性實施例中，控制層26， 28各自的側 向尺寸在使用光刻技術時在約0.1 jim 約10ixm之間，在使用納米圖案 技術( 一個非限制性的例子包括納米壓印光刻)時在約1 nm-約100 nm 之間。用于形成控制層26, 28的其它技術的例子包括但不限于，生長 過程，沉積過程，或它們的組合。這些過程的非限制性例子包括，真空 沉積，物理取向附生，化學取向附生，原子層沉積，電化學生長，有機 單分子層自組裝，Langmuir-Blodgett (LB)轉(zhuǎn)移，或它們的組合。并且 認為控制層26, 28可通過在兩種選定材料之間的可控化學反應來形成，
例如在頂電極12和連接層16之間和/或在底電極14和連接層16之間進行。
如上面所描述的，控制層26, 28可與電極12, 14和/或與連接層 16配對，^v而元件12， 14， 16, 26, 28與它們分別4^觸的元件兼容。 以下表中給出了各種材料對的非限制性例子，根據(jù)本公開的實施方案， 這些材料對相互之間兼容。
表1控制層和連接層對
控制層 離子導體的離子源(如銀) 導電聚合物的攙雜物源(如Cul2) 納米顆粒生長的金屬源(如 Pt(OH)2,CuCl2) 單絲或納米導線生長的金屬源(如 Cu, Ag) 碳化鈦或氧化鉑
氧化物隧道勢壘(如PtOx,AIOx)
連接層 離子導體(如A2S) 導電聚合物(如聚苯胺)
可變形介質(zhì)(如聚合物或分子膜)
多孔材料(如沸石)
硬脂酸鎘 氧化還原分子(如輪烷分子)或氧化 還原納米顆粒(賴納米顆粒)
表2控制層和電極對 控制層 金屬碳化物(如碳化鈦) 金屬氧化物(如氧化鉑)
電極 金屬(如鈦) 金屬(如鉑)
現(xiàn)一并參考圖3A到3C,其中示出了器件10的一種替代實施方案。 圖3A示出了一種在連接層16和底電極14之間具有一層控制層28的實 施方案。在該實施方案中，控制層28經(jīng)選擇而與連接層16和底電極14 兩者均兼容。圖3B示出了在連接層16和頂電極12之間具有一層控制 層26的實施方案。在該實施方案中，控制層26經(jīng)選擇而與連接層16 和頂電極12兩者均兼容。
圖3C示出了在一種在頂電極12和連接層16之間具有多個控制層 26, 26',以及在底電極14和連接層16之間具有多個控制層28, 28', 28〃
的另一個替代實施方案。在該實施方案中，控制層26'經(jīng)選擇而與頂電 極12兼容，控制層28經(jīng)選擇而與底電極14兼容。其它的控制層26, 28〃 經(jīng)選擇而與連接層16兼容。認為26,26', 28,28', 28〃中的各層也與各自 接觸的其它相應的26,26', 28,28', 28〃層兼容，(例如層28'與層28, 28 〃兼容)?？梢岳斫馊魏螖?shù)目的控制層26, 28均可在連接層16和相應 的電極12, 14之間建立。
控制層26, 28可方便地對器件10的熱穩(wěn)定性和/或化學穩(wěn)定性產(chǎn)生 有益的作用。不相似的材料通?？色@得電化學或電物理轉(zhuǎn)變的效果。在 具有多個控制層26, 26', 28, 28', 28〃 (如圖3C中所示)的器件10的一種實 施方案中， 一些層(例如28')可方便地控制其它層(如28和28〃)間 的相互作用。
在一種實施方案中，連接層16和控制層26， 28中的之一或兩者是 由可與后續(xù)半導體加工，如CMOS加工充分兼容的材料，分子或化合物 形成。其它的連接層16和控制層26, 28可能兼容的加工技術包括但不 限于MOS加工，雙極加工，珪加工，硅-鍺加工，砷化鎵加工，III-V加 工，或II-VI加工。
現(xiàn)參考圖4，示出了開關器件IO的一種替代實施方案。在該非限制 性例子中，連接層16中包埋有納米顆粒30和/或相分離的化合物32。 合適的納米顆粒30的非限制性例子包括，銅，銀，金，釔，或鉑納米 顆粒，而合適的相分離的化合物32的非限制性例子包括，非化學計量 的石克族元素化物，例如Cii2+sS和Ag2+sS。
認為納米顆粒30和/或相分離的化合物32可在層16被沉積到接點 之前加入材料中形成連接層16。另外，認為顆粒30或化合物32可基本 上為均勻的或基本上為不均勻地混合于材料中。并且，還認為連接層16 的 一些區(qū)域內(nèi)可基本均勻地混合有納米顆粒30和/或相分離 (phase-segregated)的化合物32;而連接層16的其它區(qū)域內(nèi)可基本非 均勻地混合有納米顆粒30和/或相分離的化合物32。
盡管圖4中示出的實施方案顯示了控制層26, 28以及包括納米顆 粒30和相分離的化合物32的連接層16，但應當理解的是在開關器件 10中可包含這些特征30, 32中一些的組合，或不存在這些特征。
圖5示出了開關器件10的另一種實施方案。在該實施方案中，底 電極14建于基板34之上。應當理解的是任何適合的基板材料均可使用，
在一種實施方案中，基板34是硅，玻璃，聚合物材料(非限制性的例 子包括聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)，聚酰亞胺，聚酯，聚萘二曱 酸乙二醇酯(PEN),聚醚砜(PES),或類似材料)，III-V或II-VI半導 體，和/或類似材料，和/或它們的組合。
如圖所示，底電極14基本被控制層28和連接層16覆蓋。在該實 施方案中，層28， 16是通過使材料基本上符合/覆蓋底電極14的過程來 沉積形成的。
如圖5所示，頂電極12和控制層26可形成覆蓋住部分連接層16 這樣的圖案。還應當理解的是各種層16， 26， 28和/或電極12， 14中的 一些或全部均可形成一定圖案。這樣，就可以對期望的層16, 26， 28 和電極12, 14的組合進行圖案化和/或不進行圖案化。適合的圖案技術 的非限制性例子包括傳統(tǒng)的半導體光刻技術，納米壓印光刻技術，和/ 或類似:技術。在另一個實施方案中，電才及12, 14和/或?qū)?6， 26, 28可 以自組裝成期望的圖案。
現(xiàn)參考圖6，交錯的導線開關器件10包括兩條導線(例如電極)12, 14,每一條為金屬和/或半導體導線，它們以基本非零角度交叉。導線 12， 14分別用相應的控制層26, 28涂布。位于導線12, 14之間的是材 料、分子和/或分子化合物的連接層16。在該實施方案中，連接層16包 括活性分子18,其夾于兩根導線12, 14的交叉點(這里也可成為接點) 之間，且標記為開關分子Rs。盡管圖6中示出的導線12， 14基本上為 圓形橫截面，但應當理解的是本公開的范圍也涵蓋了其它橫截面的幾何 形狀，例如帶狀幾何形狀，基本上為長方形的幾何形狀，基本上為正方 形的幾何形狀，不規(guī)則的幾何形狀等。
應當理解的是連接層16的有源區(qū)域可通過電化學和/或電物理的方 法來轉(zhuǎn)變。這些方法的非限制性例子包括電遷移，化學反應，相變，擴 散，物種重新分布，相分離，或它們的組合。當器件10處于電場、電 勢、電流或它們的組合作用下可導致電遷移的發(fā)生。應當理解的是這樣 的影響可導致溫度發(fā)生改變?；瘜W反應(非下面描述的氧化還原反應) 包括通過電場、電流、電勢改變，溫度改變或它們的組合引發(fā)的電子導 電通道的形成。另夕卜，擴散，物種重新分布和相分離可通過電場、電勢、 電流、溫度改變或它們的組合來驅(qū)使。
本文描述的開關10通常具有兩種狀態(tài)，既可以不可逆地從第一種
狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙N狀態(tài)，也可以可逆地從第 一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙N狀
態(tài)。在后一種情況下，存在兩種可能的條件一種條件是電場(或其
它條件，例如電勢變化)可在轉(zhuǎn)變成給定狀態(tài)后被除去，這樣分子將保 留在那個狀態(tài)("閉止的)直至施加相反電場(條件)來將分子轉(zhuǎn)變回
它先前的狀態(tài)；另一種條件是除去電場(條件)導致分子回復到它先前 的狀態(tài)，從而為保持分子處于轉(zhuǎn)變的狀態(tài)必須保持電場(條件)直至需 要分子轉(zhuǎn)變回它先前的狀態(tài)時為止。還應當理解的是，上面描述的轉(zhuǎn)變 機理只是示例性的例子，并不意味著對本公開的范圍構成限制。
如上面簡單提及的，連接層16可通過材料和/或離子擴散進或擴散 出連接層而得到改變。在該實施方案中，控制層26, 28可作為材料和/ 或離子的源或宿(匯)，從而控制在連接層16內(nèi)發(fā)生的改變。這種改 變/變化可導致器件10的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)連接層16的特性，也可能存在其它操作開關10的方法。在一 種實施方案中，連接層16包括開關分子18(例如有機的或無機的材料)， 其在電(E)場的影響下在兩個或多個能量態(tài)間轉(zhuǎn)換，例如通過電化學 氧化/還原(氧化還原)反應或通過由施加的E-場引起的分子18的能帶 隙的變化。
在前一種情況下，當沿導線/電極12, 14施加合適的電壓時，開關 分子Rs,控制層26, 28，和/或包埋于連接層16內(nèi)的顆粒均;故氧化或4皮 還原。當一個分子被氧化(還原)時，另一個物種將被還原(氧化)以 保持電荷平衡。這兩種物種被稱作氧化還原對。在一個實例中， 一個分 子被還原(氧化)，而導線12， 14中之一被氧化(還原)。在另一個 實例中， 一個與控制層26, 28相關的氧化物(如PtOx)被還原，而一個 分子(如連接層16中的氧化還原分子)被氧化。在這種情況下，氧化 或還原反應可影響兩才艮導線12， 14之間的隧道(tuneling)距離或隧道 勢壘高度，從而呈指數(shù)地改變通過導線接點的電荷轉(zhuǎn)移的速率，而這種 電荷轉(zhuǎn)移正是開關的基礎。顯示出氧化還原行為的分子18的例子包括， 輪烷，，i-輪烷，氧化還原-納米顆粒，和索烴；例如參見題為"Chemically Synthesized and Assembled Electronic Devices",于2002年10月1日授 予James R. Heath等人的美國專利6,459,095,該專利中公開的內(nèi)容在此 以引用的方式全文并入。
另外，控制層26， 28還可用適當?shù)姆肿觼碚{(diào)制-摻雜電極12, 14，
使它們分別成為p-型或n-型半導體，這些分子或者是吸電子基團(路易 斯酸，如三氟化硼(BF3))或供電子基團(路易斯堿，如烷基胺)?？?制層26, 28可以是任何這里描述的材料，并也可包括調(diào)制-摻雜涂層， 隧道勢壘(如氧化物)，或其它納米級的在功能上適合的材料。
在后面的情況中，基于場誘導變化的連接層16的例子包括例如在 2001年3月29日提交的美國專利申請09/823,195中公開和要求保護的 E-場i秀導的能帶隙的變化，該申請的
公開日為2002年11月28里，公 開號為2002/0176276,其以引用的方式全文并入。用于E-場誘導的能帶
的分子；、由化學鍵改^引起的延伸共軛體系的改變使能帶;承產(chǎn)i變化； 或發(fā)生分子折疊或拉伸的分子。
通過化學鍵改變而發(fā)生的延伸共輒體系的改變使能帶隙產(chǎn)生變化 可通過以下途徑中的一種獲得伴隨著增加或減少帶局部化的電荷分 離或復合；或通過電荷分離或復合(recombination)以及兀-健斷裂或形 成導致的延伸共軛體系的變化。
另外已知的是顏色轉(zhuǎn)變分子類似物，特別是基于E-場誘導的能帶隙 改變的那些例如參見美國專利6,763,158,題為"Molecular mechanical devices with a band gap change activated by an electric field for optical switching applications",于2004年7月13日授予Xiao-An Zhang等人， 該專利以引用的方式全文并入。
現(xiàn)在參見圖7,開關10可在二維陣列內(nèi)進行復制而形成多個開關 10/開關10的陣列24,并成為交錯開關。圖7示出了一個6x6的陣列 24。然而，應當理解的是這里的實施方案并不對陣列24中具體數(shù)目的 元件或開關10進行限定。對陣列上的單一點如2b的進入是通過對導線 2和b施加外電壓從而導致連接層16在其接點的狀態(tài)發(fā)生如上所述的改 變而完成。因此，可容易地進入每個接點以配置那些預先選擇好的。交 4醬開關陣列24操作的詳細情況在題為"Molecular Wire Crossbar Memory"，于2000年10月3日授予Philip J. Kuekes等人的美國專利 6,128,214中作了進一步討論，該專利以引用的方式全文并入。
本發(fā)明的實施方案提供了許多優(yōu)點，它們包括但不限于以下所列。 具體的開關機構10可用于電子和/或光學器件中。控制層26， 28方便地 得以控制電物理或電化學反應途徑，從而得以控制器件性能。并且，控
制層26, 28大大提高了器件的性能，包括但不限于熱穩(wěn)定性，化學穩(wěn) 定性，速度，可靠性，壽命，或它們的組合。
盡管已詳細描述了幾種實施方案，但對于本領域技術人員而言，顯 然可對這里公開的實施方案進行改變。因此，前面的描述應被認為是示 例性的而非限制性的。
權利要求
1.一種用于納米級電子開關器件(10)的接點的控制層(26，26’，28，28’，28”)，該控制層(26，26’，28，28’，28”)包括與連接層(16)和該納米級開關器件(10)的至少一個電極(12，14)化學兼容的材料，該控制層(26，26’，28，28’，28”)經(jīng)調(diào)整可控制器件(10)操作期間電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組合中的至少一種。
2. 權利要求1中定義的控制層(26,26，,28,28，,28"),其中該至少 一個控制層(26,26，，28,28',28")是選自氧化鉑，TiO, Ti02 , Ti203, TixOy, 其中2y/x為整數(shù)，碳化鈦，A1203, Ag20, WO, W03, Ta205, Ta02,氧化 硅，氮化硅，銀，Cul2, Pt(OH)2, CuCl2,銅和它們的組合。
3. —種納米級電子開關器件(10),包括 至少一種底電極(14); 至少一種頂電極(12),該至少一種頂電極(12)以非零角度交叉 該至少一種底電極(14)而形成接點；至少一個連接層(16 )可操作地位于接點內(nèi)，該至少一個連接層(16 ) 經(jīng)調(diào)整可通過電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組合中的 至少一種來促進電子轉(zhuǎn)換；以及至少一個控制層(26,26，,28,28，,28"),其設置在該至少一個連接 層(16)與該至少一種頂電極(12)與該至少一種底電極(14)中至少 一者之間，該至少一個控制層(26,26，,28,28，,28")經(jīng)調(diào)整可控制器件 (10)操作期間電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組合中 的至少一種。
4. 權利要求3中定義的納米級電子開關器件(10),其中該至少一 個控制層(26,26，,28,28，,28")是選自氧化鉑，TiO, Ti02, Ti203, TixOy,其 中2y/x為整數(shù)，碳化鈦，A1203, Ag20, WO, W03, Ta205,Ta02,氧化硅, 氮化硅，銀，Cul2, Pt(0H)2, CuCl2,銅和它們的組合，其中該至少一個連 接層(16)是選自Ag2S,聚苯胺，硬脂酸鎘，硫化銅，硒化鍺，硒化鍺銀, 氧化4白，Ti305, TixOy,其中2y/x不為整數(shù)，碳化鈦，AlxOy,其中x不為 2且y不為3,Agx0y,其中x不為2且y不為1, WO, WxOy,其中y 不為2或3,除Ta02和Ta205之外的TaxOy, C16H3202 , C17H3402 , C18H36O2 , C19H38O2 , C20H40O2 , C21H42O2 , C22H44O2 , C14H12CI2N4O2 , C15H16N203,和它們的組合。
5. 權利要求3和4中任一個定義的納米級電子開關器件(10),其 中該控制層(26,26,,28,28，,28")起到用作至少一個連接層(10)的材 料的介體的作用，其中該材料選自摻雜劑，金屬離子，金屬，和它們的 組合。
6. 權利要求3和4中任一個定義的納米級電子開關器件(10 ),其 中該控制層(26,26',28,28，,28")起到用作至少一個連接層(16)的離 子源的作用。
7. 權利要求3和4中任一個定義的納米級電子開關器件(10)，其 中該控制層(26,26，,28,28，,28")起到用作至少一個連接層(16)的摻 雜劑源或宿的作用。
8. 權利要求3和4中任一個定義的納米級電子開關器件(10 ),其 中該控制層(26,26，,28,28',28")起到用作納米顆粒、單絲、納米導線、 或它們的組合的生長的金屬源的作用。
9. 一種形成納米級電子開關器件(10)的方法，該方法包括 將至少一種頂電極(12)以非零角度交叉過至少一種底電極(14)而形成接點；可操作地設置至少一個連接層(16)于接點內(nèi)，該至少一個連接層 (16)經(jīng)調(diào)整可通過電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組 合中的至少一種來促進電子轉(zhuǎn)換；以及可操作地形成至少一個控制層(26,26，,28,28',28")于該至少一個 連接層(16)與該至少一個頂電極(12)和該至少一種底電極(14)中 至少一種之間，該至少一個控制層(26，26，,28,28',28")經(jīng)調(diào)整可控制 器件(10)操作期間電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組 合中的至少一種。
10. 權利要求9中定義的方法，其中該至少 一 個控制層 (26,26，,28,28，,28")是通過在至少一個連接層(16)與至少一種底電^ l ( 14)和至少一種頂電^L ( 12)中的至少一種間的反應形成，其中該 至少一個控制層(26,26',28,28，,28")是通過在至少一個連接層(16) 與至少一種底電極(14)和至少一種頂電極(12)中的至少一種間的設 置控制層(26,26',28,28，,28")材料形成。
全文摘要
公開了一種用于納米級電子控制器件(10)的接點內(nèi)的控制層(26，26’，28，28’，28”)。該控制層(26，26’，28，28’，28”)包括與納米級開關器件(10)中的一連接層(16)和至少一電極(12，14)化學兼容的材料。該控制層(26，26’，28，28’，28”)經(jīng)調(diào)整可控制器件(10)操作期間電化學反應途徑，電物理反應途徑，以及它們的組合中的至少一種。
文檔編號G11C13/02GK101375343SQ200680043420
公開日2009年2月25日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權日2005年11月23日
發(fā)明者D·A·奧爾伯格, D·斯圖爾特, P·J·屈克斯, R·S·威廉斯 申請人:惠普開發(fā)有限公司