CN101375343A - 纳米级电子开关器件的控制层 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于纳米级电子控制器件(10)的接点内的控制层(26，26’，28，28’，28”)。该控制层(26，26’，28，28’，28”)包括与纳米级开关器件(10)中的一连接层(16)和至少一电极(12，14)化学兼容的材料。该控制层(26，26’，28，28’，28”)经调整可控制器件(10)操作期间电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种。

Description

纳米级电子开关器件的控制层
背景技术
本公开内容一般涉及纳米级电子设备，更具体地涉及纳米级电子开关器件中的控制层。
已知的电子开关器件包括两个电极(例如底电极和顶电极)以及位于两个电极接点的一电子开关层/膜。这种器件例如可用于制作基于电子开关的器件，例如用于信号通路和通讯的分子导线交错内部互连(molecular wire crossbar interconnects)，分子导线交错内存(mdecularwire crossbar memory)，应用了可编程逻辑阵列的分子导线交错逻辑(molecular wire crossbar logic)，用于分子导线交错网络的多路复用器/多路信号分离器，分子导线晶体管等。这种器件例如还可进一步用于制作基于光学开关的器件，例如显示器，电子书，可重写媒体，电调谐光学透镜，用于窗户和镜子的电控制着色，光学交错开关(例如用于从多个输入通道中的一个到多个输出通道的一个路由信号)等。
对于电子开关器件制造中使用的材料的选择由于一些电极材料可能会与一些开关材料出现基本上的不兼容而受到限制。这里所用的术语“不兼容”是指电极和开关材料在接触时存在物理和/或化学上的不稳定，或者该术语可意味着当开关材料与电极材料整合到一电子开关器件中时，其开关材料显得几乎无法控制，不合意和/或不存在。
对整合了电子开关器件的设备的制造除了器件的形成外，通常还包括后续的加工步骤。然而在一些情况下，用作器件开关层/膜的材料可能不稳定，因而无法经受后续加工步骤。
这样，就希望提供一种纳米级的电子器件，其包括了可控的和兼容的也适合用于后续加工步骤的材料。
发明概述
公开了一种用在纳米级电子开关器件接点的控制层。该控制层包括一种与连接层和纳米级开关器件中的至少一个电极化学兼容的材料。该控制层经调整可控制器件操作期间电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一条。
附图说明
通过以下详细的描述和图示，本发明的目的，特征和优点将显现，描述和图示中相同的标记数字对应于类似但不一定完全相同的组件。为了简单起见，之前对标记数字所表示的组件的功能进行过描述的，则在后面图示中出现时不一定再次对其进行描述。
图1是两个电极的图解透视图，在该两电极交叉处有一层连接层和两层控制层；
图2是图1中沿线2-2的横断面图解视图；
图3A是两个电极的图解视图，在该两电极交叉处的连接层之下有一层控制层；
图3B是两个电极的图解视图，在该两电极交叉处的连接层之上有一层控制层；
图3C是两个电极的图解视图，在该两电极交叉处的连接层之上和之下有多个控制层；
图4是两个电极的图解视图，在该两电极交叉处有两层控制层和一层替代实施方案的连接层；
图5是两电极的一种替代实施方案的透视图，在两电极之间具有一层连接层和两层控制层。
图6是正视透视图，展示了两根交错的导线，在两根导线的交叉处有一层连接层和至少一个分子。
图7是二维开关阵列的图解视图，展示出一6×6交错开关。
发明详述
本公开的实施方案有利地提供了一种用于电子和/或光学器件中的开关机构。该开关机构包括一层或多层连接层，其可通过电物理和/或电化学的方式进行开关。具体的器件包括可方便地控制电物理和/或电化学反应途径、从而可控制器件性能的控制层。并不局限于任何理论，该控制层被认为是显著提高了器件的性能。增强的器件性能的非限制性例子包括：增强的热稳定性，增强的化学稳定性，速度的提高，增强的可靠性，和/或增强的寿命，和/或这些性能的组合。另外，包括控制层的该器件可提供了一种基本可预测和可重复性的开关器件。并且，该控制层与后续的半导体加工技术和卷绕电子制造加工具有充分的兼容性。这样，具体的开关机构可方便地引入到各种半导体，如CMOS中。
这里使用的术语“纳米级”是指至少有一维小于约100nm的器件。
现参考图1和图2，示出了开关器件10的一种实施方案。该开关器件10包括一个顶电极12，其以非零的角度与一个底电极14交叉，形成交叉点，或接点。在该接点可操作地设置了连接层16。在连接层16和顶电极12之间和/或在连接层16和底电极14之间可操作地设置了一层或多层控制层26，28。
应当理解的是，术语“顶电极”和“底电极”并不意味着对空间取向的局限，而是用于示例性地区分出两个在任何空间取向(顶，底，侧，随角度偏移，和/或其它形式)的相反电极。然而，应当理解在制作中，例如根据平面沉积过程中的定义，“顶”和“底”可表示具体的空间取向。
电极12，14可用任何适合的电极材料制成。这些材料包括但不限于，金属元素，金属化合物，金属合金，半导体元素，半导体化合物，半导体合金，导电有机化合物，以及它们的组合。电极材料的具体非限制性的例子包括，铂，铝，钼，钨，钯，钛，铬，金，硅，锗，磷化铟，砷化镓，硅锗混合物，和/或它们的组合。
在形成一种开关器件10的实施方案一种实施方法中，通过生长过程，沉积过程，或它们的组合在接点建立了或可操作地设置了一层或多层连接层16。这些过程的非限制性例子包括，真空沉积，物理取向附生，化学取向附生，原子层沉积，电化学生长，有机单分子层自组装，Langmuir-Blodgett(LB)转移，或它们的组合。
应当理解的是，制成连接层16的材料会在施加穿过于电极12，14间接点的电压的影响下改变它的电学和/或光学性能。用于形成连接层16的材料，分子，或化合物的全部或部分一般可能会变得不稳定，并且通过电物理的和/或电化学的过程而被转变。在一种实施方案中，连接层16是电导体或离子导体。连接层16可以是均匀的和/或不均匀的(例如部分层16可以是有源的/可转变的)，且可经电化学或电物理反应改性而具有更高或更低的电导率。需理解的是，电化学和/或电物理反应发生在连接层16的有源的/可转变的部分，这样在穿过器件10发生的反应可以是非常均匀的，不均匀地，或两者兼具。
在一种非限制性的实施方案中，连接层16包括一层或多层相对较不稳定的层，其中含有至少一种有机化合物，无机化合物，和它们的组合。应当理解的是，连接层16的稳定性通常小于控制层26，28的稳定性。这些相对较不稳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，锑化物，和/或其它类似化合物)，硫族元素化物(其非限制性的例子包括氧化物(即混合价态的氧化物)，硫化物，硒化物，碲化物，和/或其它类似化合物)，分子可变形介质(其非限制性的例子包括烷烃，羧酸，酞菁，和/或卟啉)，多孔介质(其非限制性的例子包括沸石)，可通过静电驱动扩散掺杂的半导体(例如导电聚合物)，和/或它们的组合。更具体的非限制性例子包括Ag2S，聚苯胺，硬脂酸镉，硫化铜，硒化锗，硒化锗银，氧化铂，氧化钛(例如，Ti3O5或TixOy，其中2y/x不为整数)，碳化钛，氧化铝(AlxOy，其中“x”不为2且“y”不为3)，氧化银(AgxOy，其中“x”不为2且“y”不为1)，氧化钨(例如，WO或WxOy，其中“y”不为2或3)，氧化钽(TaxOy，除TaO2和Ta2O5外)，C16H32O2，C17H34O2，C18H36O2，C19H38O2，C20H40O2，C21H42O2，C22H44O2，C14H12Cl2N4O2，C15H16N2O3，和/或它们的组合。
连接层16可以是单层，可包括各个亚层(即多层)，或可以为薄膜。在多层的实施方案中，应当理解任何数目的亚层均可整合入连接层16中。应当理解的是这里列出的材料可用于各亚层。另外，用于亚层的材料可与连接层16的材料基本上相同或不同。在形成开关器件10的一种实施方案的方法中，连接层16和它的各个亚层可顺次或同时形成，这至少部分取决于不同层所选取的材料。
图1和2还示出了在分别形成于连接层16和顶电极12之间以及连接层16和底电极14之间的控制层26，28。控制层26，28分别与电极12，14以及连接层16化学兼容。一般而言，控制层26，28不会与电极12，14发生不可控制的反应，也不会与连接层16发生不可控制的反应。控制层26，28方便地使电极12，14和连接层16之间的反应得以缓和。并不局限于任何理论，认为通过控制器件10中相互接触的材料即可方便地控制电化学和/或电物理反应。这样，控制层26，28就能够方便地改变或控制器件10的电化学和电物理转变。
可认为控制层26，28起到连接层16材料(其非限制性例子包括原子，原子簇，或分子)的介体(源或宿(sink))的作用。在一种实施方案中，控制层26，28可作为搀杂剂源，搀杂剂被电驱动进入连接层16，以改变其电导率。在另一种实施方案中，控制层26，28作为掺杂剂宿，搀杂剂被电驱动赶出连接层16，以改变其电导率。在又一种实施方案中，控制层26，28作为离子导体(如银或Ag2S)或多孔材料的材料源。在另外的实施方案中，控制层26，28可作为纳米颗粒，单丝，或纳米导线生长用的材料源。
控制层26，28还可提高器件10的性能并改变器件10的特性。例如，器件10的特性的改变可至少部分取决于选用作控制层26，28的材料。
控制层26，28可由一种或多种基本上均匀的或不均匀的薄膜组成，这些薄膜可以具有导电性或具有部分导电性。在一种实施方案中，控制层26，28包括相对稳定的化合物，这些化合物选自有机化合物，无机化合物，和它们的组合。这些相对稳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，锑化物，和/或其它类似化合物)，硫族元素化物(其非限制性的例子包括稳定的氧化物(即单一价态的氧化物)，硫化物，硒化物，碲化物等等)，碳化物，硅化物，锗化物，有机单分子膜，有机多分子膜，有机薄膜，或它们的组合。适合用作控制层26，28的材料的更具体的非限制性例子包括，银，CuI2，CuCl2，铜，Pt(OH)2，氧化铂，氧化钛(例如，TiO，TiO2，Ti2O3，TixOy，其中2y/x为整数)，碳化钛，氧化铝(Al2O3)，氧化银(Ag2O)，氧化钨(WO2，WO3)，氧化硅，氧化钽(Ta2O5，TaO2)，氮化硅，或它们的组合。
在一种实施方案中，控制层26，28各自的厚度(一般为垂直厚度)在约一层原子单层膜到约10nm之间。侧向尺寸的定义至少部分由所选择的制造方法确定。在一非限制性实施例中，控制层26，28各自的侧向尺寸在使用光刻技术时在约0.1μm～约10μm之间，在使用纳米图案技术(一个非限制性的例子包括纳米压印光刻)时在约1nm～约100nm之间。用于形成控制层26，28的其它技术的例子包括但不限于，生长过程，沉积过程，或它们的组合。这些过程的非限制性例子包括，真空沉积，物理取向附生，化学取向附生，原子层沉积，电化学生长，有机单分子层自组装，Langmuir-Blodgett(LB)转移，或它们的组合。并且认为控制层26，28可通过在两种选定材料之间的可控化学反应来形成，例如在顶电极12和连接层16之间和/或在底电极14和连接层16之间进行。
如上面所描述的，控制层26，28可与电极12，14和/或与连接层16配对，从而元件12，14，16，26，28与它们分别接触的元件兼容。以下表中给出了各种材料对的非限制性例子，根据本公开的实施方案，这些材料对相互之间兼容。
表1  控制层和连接层对
控制层                                            连接层
离子导体的离子源(如银)                            离子导体(如A2S)
导电聚合物的搀杂物源(如CuI2)                     导电聚合物(如聚苯胺)
纳米颗粒生长的金属源(如
                                                 可变形介质(如聚合物或分子膜)
Pt(OH)2，CuCl2)
单丝或纳米导线生长的金属源(如
                                                  多孔材料(如沸石)
Cu，Ag)
碳化钛或氧化铂                                     硬脂酸镉
                                                   氧化还原分子(如轮烷分子)或氧化
氧化物隧道势垒(如PtOx，AIOx)
                                                    还原纳米颗粒(铂纳米颗粒)
表2 控制层和电极对
控制层电极
金属碳化物(如碳化钛)                                 金属(如钛)
金属氧化物(如氧化铂)                                 金属(如铂)
现一并参考图3A到3C，其中示出了器件10的一种替代实施方案。图3A示出了一种在连接层16和底电极14之间具有一层控制层28的实施方案。在该实施方案中，控制层28经选择而与连接层16和底电极14两者均兼容。图3B示出了在连接层16和顶电极12之间具有一层控制层26的实施方案。在该实施方案中，控制层26经选择而与连接层16和顶电极12两者均兼容。
图3C示出了在一种在顶电极12和连接层16之间具有多个控制层26，26′，以及在底电极14和连接层16之间具有多个控制层28，28′，28″的另一个替代实施方案。在该实施方案中，控制层26′经选择而与顶电极12兼容，控制层28经选择而与底电极14兼容。其它的控制层26，28″经选择而与连接层16兼容。认为26，26′，28，28′，28″中的各层也与各自接触的其它相应的26，26′，28，28′，28″层兼容，(例如层28′与层28，28″兼容)。可以理解任何数目的控制层26，28均可在连接层16和相应的电极12，14之间建立。
控制层26，28可方便地对器件10的热稳定性和/或化学稳定性产生有益的作用。不相似的材料通常可获得电化学或电物理转变的效果。在具有多个控制层26，26′，28，28′，28″(如图3C中所示)的器件10的一种实施方案中，一些层(例如28′)可方便地控制其它层(如28和28″)间的相互作用。
在一种实施方案中，连接层16和控制层26，28中的之一或两者是由可与后续半导体加工，如CMOS加工充分兼容的材料，分子或化合物形成。其它的连接层16和控制层26，28可能兼容的加工技术包括但不限于MOS加工，双极加工，硅加工，硅-锗加工，砷化镓加工，III-V加工，或II-VI加工。
现参考图4，示出了开关器件10的一种替代实施方案。在该非限制性例子中，连接层16中包埋有纳米颗粒30和/或相分离的化合物32。合适的纳米颗粒30的非限制性例子包括，铜，银，金，钯，或铂纳米颗粒，而合适的相分离的化合物32的非限制性例子包括，非化学计量的硫族元素化物，例如Cu2+δS和Ag2+δS。
认为纳米颗粒30和/或相分离的化合物32可在层16被沉积到接点之前加入材料中形成连接层16。另外，认为颗粒30或化合物32可基本上为均匀的或基本上为不均匀地混合于材料中。并且，还认为连接层16的一些区域内可基本均匀地混合有纳米颗粒30和/或相分离(phase-segregated)的化合物32；而连接层16的其它区域内可基本非均匀地混合有纳米颗粒30和/或相分离的化合物32。
尽管图4中示出的实施方案显示了控制层26，28以及包括纳米颗粒30和相分离的化合物32的连接层16，但应当理解的是在开关器件10中可包含这些特征30，32中一些的组合，或不存在这些特征。
图5示出了开关器件10的另一种实施方案。在该实施方案中，底电极14建于基板34之上。应当理解的是任何适合的基板材料均可使用，在一种实施方案中，基板34是硅，玻璃，聚合物材料(非限制性的例子包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)，聚酰亚胺，聚酯，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚砜(PES)，或类似材料)，III-V或II-VI半导体，和/或类似材料，和/或它们的组合。
如图所示，底电极14基本被控制层28和连接层16覆盖。在该实施方案中，层28，16是通过使材料基本上符合/覆盖底电极14的过程来沉积形成的。
如图5所示，顶电极12和控制层26可形成覆盖住部分连接层16这样的图案。还应当理解的是各种层16，26，28和/或电极12，14中的一些或全部均可形成一定图案。这样，就可以对期望的层16，26，28和电极12，14的组合进行图案化和/或不进行图案化。适合的图案技术的非限制性例子包括传统的半导体光刻技术，纳米压印光刻技术，和/或类似技术。在另一个实施方案中，电极12，14和/或层16，26，28可以自组装成期望的图案。
现参考图6，交错的导线开关器件10包括两条导线(例如电极)12，14，每一条为金属和/或半导体导线，它们以基本非零角度交叉。导线12，14分别用相应的控制层26，28涂布。位于导线12，14之间的是材料、分子和/或分子化合物的连接层16。在该实施方案中，连接层16包括活性分子18，其夹于两根导线12，14的交叉点(这里也可成为接点)之间，且标记为开关分子Rs。尽管图6中示出的导线12，14基本上为圆形横截面，但应当理解的是本公开的范围也涵盖了其它横截面的几何形状，例如带状几何形状，基本上为长方形的几何形状，基本上为正方形的几何形状，不规则的几何形状等。
应当理解的是连接层16的有源区域可通过电化学和/或电物理的方法来转变。这些方法的非限制性例子包括电迁移，化学反应，相变，扩散，物种重新分布，相分离，或它们的组合。当器件10处于电场、电势、电流或它们的组合作用下可导致电迁移的发生。应当理解的是这样的影响可导致温度发生改变。化学反应(非下面描述的氧化还原反应)包括通过电场、电流、电势改变，温度改变或它们的组合引发的电子导电通道的形成。另外，扩散，物种重新分布和相分离可通过电场、电势、电流、温度改变或它们的组合来驱使。
本文描述的开关10通常具有两种状态，既可以不可逆地从第一种状态转变为第二种状态，也可以可逆地从第一种状态转变为第二种状态。在后一种情况下，存在两种可能的条件：一种条件是电场(或其它条件，例如电势变化)可在转变成给定状态后被除去，这样分子将保留在那个状态(“闭止的)直至施加相反电场(条件)来将分子转变回它先前的状态；另一种条件是除去电场(条件)导致分子回复到它先前的状态，从而为保持分子处于转变的状态必须保持电场(条件)直至需要分子转变回它先前的状态时为止。还应当理解的是，上面描述的转变机理只是示例性的例子，并不意味着对本公开的范围构成限制。
如上面简单提及的，连接层16可通过材料和/或离子扩散进或扩散出连接层而得到改变。在该实施方案中，控制层26，28可作为材料和/或离子的源或宿(汇)，从而控制在连接层16内发生的改变。这种改变/变化可导致器件10的转换。
根据连接层16的特性，也可能存在其它操作开关10的方法。在一种实施方案中，连接层16包括开关分子18(例如有机的或无机的材料)，其在电(E)场的影响下在两个或多个能量态间转换，例如通过电化学氧化/还原(氧化还原)反应或通过由施加的E-场引起的分子18的能带隙的变化。
在前一种情况下，当沿导线/电极12，14施加合适的电压时，开关分子Rs，控制层26，28，和/或包埋于连接层16内的颗粒均被氧化或被还原。当一个分子被氧化(还原)时，另一个物种将被还原(氧化)以保持电荷平衡。这两种物种被称作氧化还原对。在一个实例中，一个分子被还原(氧化)，而导线12，14中之一被氧化(还原)。在另一个实例中，一个与控制层26，28相关的氧化物(如PtOx)被还原，而一个分子(如连接层16中的氧化还原分子)被氧化。在这种情况下，氧化或还原反应可影响两根导线12，14之间的隧道(tuneling)距离或隧道势垒高度，从而呈指数地改变通过导线接点的电荷转移的速率，而这种电荷转移正是开关的基础。显示出氧化还原行为的分子18的例子包括，轮烷，假-轮烷，氧化还原-纳米颗粒，和索烃；例如参见题为“ChemicallySynthesized and Assembled Electronic Devices”，于2002年10月1日授予James R.Heath等人的美国专利6,459,095，该专利中公开的内容在此以引用的方式全文并入。
另外，控制层26，28还可用适当的分子来调制-掺杂电极12，14，使它们分别成为p-型或n-型半导体，这些分子或者是吸电子基团(路易斯酸，如三氟化硼(BF3))或供电子基团(路易斯碱，如烷基胺)。控制层26，28可以是任何这里描述的材料，并也可包括调制-掺杂涂层，隧道势垒(如氧化物)，或其它纳米级的在功能上适合的材料。
在后面的情况中，基于场诱导变化的连接层16的例子包括例如在2001年3月29日提交的美国专利申请09/823,195中公开和要求保护的E-场诱导的能带隙的变化，该申请的公开日为2002年11月28里，公开号为2002/0176276，其以引用的方式全文并入。用于E-场诱导的能带隙变化方法中的分子实例包括那些证明了分子构型变化或异构化作用的分子；由化学键改变引起的延伸共轭体系的改变使能带隙产生变化；或发生分子折叠或拉伸的分子。
通过化学键改变而发生的延伸共轭体系的改变使能带隙产生变化可通过以下途径中的一种获得：伴随着增加或减少带局部化的电荷分离或复合；或通过电荷分离或复合(recombination)以及π-健断裂或形成导致的延伸共轭体系的变化。
另外已知的是颜色转变分子类似物，特别是基于E-场诱导的能带隙改变的那些：例如参见美国专利6,763,158，题为“Molecular mechanicaldevices with a band gap change activated by an electric field for opticalswitching applications”，于2004年7月13日授予Xiao-An Zhang等人，该专利以引用的方式全文并入。
现在参见图7，开关10可在二维阵列内进行复制而形成多个开关10/开关10的阵列24，并成为交错开关。图7示出了一个6×6的阵列24。然而，应当理解的是这里的实施方案并不对阵列24中具体数目的元件或开关10进行限定。对阵列上的单一点如2b的进入是通过对导线2和b施加外电压从而导致连接层16在其接点的状态发生如上所述的改变而完成。因此，可容易地进入每个接点以配置那些预先选择好的。交错开关阵列24操作的详细情况在题为“Molecular Wire CrossbarMemory”，于2000年10月3日授予Philip J.Kuekes等人的美国专利6,128,214中作了进一步讨论，该专利以引用的方式全文并入。
本发明的实施方案提供了许多优点，它们包括但不限于以下所列。具体的开关机构10可用于电子和/或光学器件中。控制层26，28方便地得以控制电物理或电化学反应途径，从而得以控制器件性能。并且，控制层26，28大大提高了器件的性能，包括但不限于热稳定性，化学稳定性，速度，可靠性，寿命，或它们的组合。
尽管已详细描述了几种实施方案，但对于本领域技术人员而言，显然可对这里公开的实施方案进行改变。因此，前面的描述应被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种用于纳米级电子开关器件(10)的接点的控制层(26，26’，28，28’，28”)，该控制层(26，26’，28，28’，28”)包括与连接层(16)和该纳米级开关器件(10)的至少一个电极(12，14)化学兼容的材料，该控制层(26，26’，28，28’，28”)经调整可控制器件(10)操作期间电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种。
2.权利要求1中定义的控制层(26，26’，28，28’，28”)，其中该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)是选自氧化铂，TiO，TiO2，Ti2O3，TixOy，其中2y/x为整数，碳化钛，Al2O3，Ag2O，WO，WO3，Ta2O5，TaO2，氧化硅，氮化硅，银，CuI2，Pt(OH)2，CuCl2，铜和它们的组合。
3.一种纳米级电子开关器件(10)，包括：
至少一种底电极(14)；
至少一种顶电极(12)，该至少一种顶电极(12)以非零角度交叉该至少一种底电极(14)而形成接点；
至少一个连接层(16)可操作地位于接点内，该至少一个连接层(16)经调整可通过电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种来促进电子转换；以及
至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)，其设置在该至少一个连接层(16)与该至少一种顶电极(12)与该至少一种底电极(14)中至少一者之间，该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)经调整可控制器件(10)操作期间电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种。
4.权利要求3中定义的纳米级电子开关器件(10)，其中该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)是选自氧化铂，TiO，TiO2，Ti2O3，TixOy，其中2y/x为整数，碳化钛，Al2O3，Ag2O，WO，WO3，Ta2O5，TaO2，氧化硅，氮化硅，银，CuI2，Pt(OH)2，CuCl2，铜和它们的组合，其中该至少一个连接层(16)是选自Ag2S，聚苯胺，硬脂酸镉，硫化铜，硒化锗，硒化锗银，氧化铂，Ti3O5，TixOy，其中2y/x不为整数，碳化钛，AlxOy，其中x不为2且y不为3，AgxOy，其中x不为2且y不为1，WO，WxOy，其中y不为2或3，除TaO2和Ta2O5之外的TaxOy，C16H32O2，C17H34O2，C18H36O2，C19H38O2，C20H40O2，C21H42O2，C22H44O2，C14H12Cl2N4O2，C15H16N2O3，和它们的组合。
5.权利要求3和4中任一个定义的纳米级电子开关器件(10)，其中该控制层(26，26’，28，28’，28”)起到用作至少一个连接层(10)的材料的介体的作用，其中该材料选自掺杂剂，金属离子，金属，和它们的组合。
6.权利要求3和4中任一个定义的纳米级电子开关器件(10)，其中该控制层(26，26’，28，28’，28”)起到用作至少一个连接层(16)的离子源的作用。
7.权利要求3和4中任一个定义的纳米级电子开关器件(10)，其中该控制层(26，26’，28，28’，28”)起到用作至少一个连接层(16)的掺杂剂源或宿的作用。
8.权利要求3和4中任一个定义的纳米级电子开关器件(10)，其中该控制层(26，26’，28，28’，28”)起到用作纳米颗粒、单丝、纳米导线、或它们的组合的生长的金属源的作用。
9.一种形成纳米级电子开关器件(10)的方法，该方法包括：
将至少一种顶电极(12)以非零角度交叉过至少一种底电极(14)而形成接点；
可操作地设置至少一个连接层(16)于接点内，该至少一个连接层(16)经调整可通过电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种来促进电子转换；以及
可操作地形成至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)于该至少一个连接层(16)与该至少一个顶电极(12)和该至少一种底电极(14)中至少一种之间，该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)经调整可控制器件(10)操作期间电化学反应途径，电物理反应途径，以及它们的组合中的至少一种。
10.权利要求9中定义的方法，其中该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)是通过在至少一个连接层(16)与至少一种底电极(14)和至少一种顶电极(12)中的至少一种间的反应形成，其中该至少一个控制层(26，26’，28，28’，28”)是通过在至少一个连接层(16)与至少一种底电极(14)和至少一种顶电极(12)中的至少一种间的设置控制层(26，26’，28，28’，28”)材料形成。
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