CN116940225A - 相变材料开关器件和相关方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种相变材料开关器件。该相变材料开关器件包括相变材料(11)、电耦合到相变材料(11)的第一电极(13A)和热耦合到相变材料(11)的至少一个加热器(12)。均衡器件(14)被提供以被配置为在第一电极(13A)与相变材料(11)之间提供阻抗耦合。阻抗耦合随相变材料(11)而变化。
Description
技术领域
本申请涉及相变材料(PCM)开关器件、用于制造这种器件的方法和用于操作这种器件的方法。
背景技术
使用高频的射频(RF)应用(诸如根据5G标准的雷达感测和移动通信)的技术要求正在提高。具体地，与现有技术的CMOS开关相比，需要具有改进特性的开关来满足未来的需求。相变开关被认为是用于切换RF信号的有前途的候选。这种相变开关使用相变材料(PCM)，该PCM通常在结晶相状态下比在非晶相状态下表现出更高的电导率。通过改变相变材料的相状态，可以导通和截止包括这种材料的开关器件。
例如，为了将相变状态从非晶态变为晶态，通常采用加热器来加热相变材料，从而导致结晶。这种通过导致结晶而导通的操作也称为置位(set)操作。在置位操作中，加热器被致动以使得相变材料的温度高于其结晶温度，通常约为250℃，但低于熔化温度，熔化温度例如通常在600℃至900℃的范围内。由加热器导致的加热脉冲的长度被选择为使得PCM中存在的任何非晶区都可以重新生长为结晶相状态。
当截止开关器件(也称为复位操作)时，加热器被致动以使得PCM的温度升高到熔化温度以上(例如，约600℃至900℃以上)，然后进行相对快速的冷却，以将相变材料或其至少一部分冻结为非晶状态。
用于这种相变开关的合适的相变材料包括碲化锗(GeTe)或碲化锗锑(GeSbTe，通常称为GST)，并且加热器可以由如多晶硅或钨等材料制成。
与现有技术的CMOS RF开关相比，PCM开关器件具有优异的射频性能。具体地，主要品质因数(导通电阻和截止电容的乘积)从CMOS RF开关的约80fsec显著地降低到PCM开关器件的20fsec以下。
射频开关器件的另一重要方面是RF功率处理，具体是在截止状态下开关可以处理的功率或电压。移动前端天线调谐器的典型应用要求50Ohm上的最大RF电压超过80V或48dBm(功率)。
在开关器件的截止状态下，截止状态功率/电压处理受到相变材料的非晶区之上的电压下降的限制。如果非晶区中的电场超过临界值，则隧穿电流会流动，这可能会加热非晶区并且导致再结晶。对于碲化锗，临界值通常在10-16V/μm的范围内。通过该过程，非晶区甚至可能消失，从而有效地导通开关器件。
用于增加在截止状态下处理高电压的能力的一种方法是增加非晶区的长度，即，增加PCM开关的对应尺寸，使得电压在更长的距离内下降，并且因此电场被减小。这是可行的，直到非晶区之上的直接电容与经由PCM开关的加热器从射频路径到地的寄生电容相当。一旦对地电容占主导地位，相变开关之上的电场分布就变得不均匀，并且非晶区的增加的长度将不再能够成比例地增加在截止阶段处理高电压的能力。
发明内容
提供了一种相变材料开关器件以及另外的实施例。
根据一个实施例，提供了一种相变材料开关器件，该相变材料开关器件包括：相变材料、电耦合到相变材料的第一电极、热耦合到相变材料的至少一个加热器、以及被配置为在第一电极与相变材料之间提供随相变材料变化的阻抗耦合的均衡器件。
根据另一实施例，提供了一种相变材料开关器件，该相变材料开关器件包括：相变材料、电耦合到相变材料的第一电极、热耦合到相变材料的多个间隔开的加热器、以及被配置为在第一电极与多个间隔开的加热器之间提供变化的阻抗耦合的均衡器件。
在又一实施例中，提供了一种用于制造相变材料开关器件的方法，该方法包括：提供相变开关，该相变开关包括相变材料、电耦合到相变材料的第一电极和热耦合到相变材料的至少一个加热器，以及提供均衡器件，该均衡器件被配置为在第一电极与至少一个相变材料之间提供随相变材料变化的阻抗耦合，或者在第一电极与至少一个加热器之间提供随至少一个加热器变化的阻抗耦合。
在又一实施例中，提供了一种用于相变开关器件的方法，该方法包括：操作相变开关器件，以及在相变开关器件的截止状态下通过变化的阻抗耦合来补偿变化的电场。
上述概述仅旨在对一些实施例进行简要概述，而不应当被解释为以任何方式进行限制，因为其他实施例可以包括与上述实施例不同的特征。
附图说明
图1是根据一个实施例的相变材料开关器件的框图；
图2A和图2B是用于解释实施例的示图；
图3-图14示出了相变材料开关器件的各种实施例；
图15A和15B是用于解释堆叠相变开关单元的图；
图16是示出根据一个实施例的相变材料开关器件的框图；
图17和图18是示出图16的实施例中的均衡网络的实现的图；
图19是示出根据一些实施例的制造方法的流程图；以及
图20是示出根据一些实施例的操作方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。下文中描述的实施例仅作为示例，而不应当被解释为限制性的。例如，虽然在实施例中提供了特定布置或组件，但是在其他实施例中，可以使用其他配置。
关于实施例中的一个而描述的实现细节也适用于其他实施例。
来自不同实施例的特征可以被组合以形成另外的实施例。
针对一个实施例而描述的变化和改变也可以应用于其他实施例，并且因此将不再赘述。
在附图中，相同的元素用相同的附图标记表示。为了避免重复，这些元素不会在每个图中重复描述。
除了明确示出和描述的特征(例如，组件、元素、动作、事件等)之外，在其他实施例中，可以提供附加的特征，例如，在使用相变材料的常规开关器件中使用的特征。例如，本文中描述的实施例涉及相变材料(PCM)开关器件中的均衡器件，并且如加热器和相变材料的空间布置、使用开关器件的射频(RF)电路装置等其他组件和特征可以以常规方式实现。这样的RF电路装置可以与上述开关器件集成在同一衬底上，但是也可以例如单独地设置在一个或多个单独的芯片管芯上，在一些实现中，该芯片管芯然后可以与开关器件在公共封装中组合。此外，如在如硅衬底等衬底上提供相变材料以实现PCM开关器件或在如沟槽等其一部分中提供相变材料以制造开关器件等制造实现可以以任何常规方式执行。
基于相变材料(PCM)的开关在本文中将被称为相变开关(PCS)或PCM开关。如在介绍部分中所解释的，这种相变开关可以被设置为结晶相状态或非晶相变化，从而改变相变材料的电阻，并且从而改变开关的电阻达若干数量级。以这种方式，例如，可以实现在1至100Ω的范围内的开关的导通电阻，而截止电阻可以高出若干数量级，例如至少在千欧范围内。
本文中讨论的PCM开关器件可以例如通过在衬底上沉积或改性各层以类似于在半导体器件制造中使用的那些的层沉积和图案化工艺来制造。在本文中讨论的一些实施例中，示出了横截面视图和顶视图。横截面视图基本上对应于穿过衬底的横截面，而顶视图是在朝向衬底表面的方向上的视图。在参考附图时使用的任何方向性术语(例如，上、下、左、右)仅用于指示附图中的元件和方向，而非旨在表示实际实现的器件的方向性取向。
虽然以下实施例中的相变开关器件被示出为具有其中加热器设置在相变材料下方的配置，但是在其他实施例中，加热器可以设置在相变材料上方。此外，通过相变材料以及通过加热器的电流可以在同一方向上或在彼此垂直的方向上流动。因此，所示的具体配置不应当被解释为以任何方式进行限制。
现在转向附图，图1是示出根据一个实施例的相变材料开关器件(PCM开关器件)10的示意性框图。
图1的相变开关器件10包括相变材料11和与相变材料11热接触的加热器12。例如，在制造工艺中，加热器12和相变材料11可以作为层沉积在衬底上，其间具有电绝缘但导热的层。
电极13A、13B被耦合到相变材料11。在操作中，待切换的信号(例如，射频信号)例如被施加到电极13A，而电极13B被耦合到另外的器件(例如，在天线调谐的情况下的调谐电容器)，该另外的器件根据PCM开关器件10的切换状态来接收或不接收施加到电极13A的信号。通过用加热器12加热来改变相变材料11的状态(如已经在介绍部分中描述的)，PCM开关器件10可以被导通或截止。
到目前为止描述的PCM开关器件10的配置对应于传统的PCM开关器件，并且实现细节可以与传统器件相同。
与传统的PCM开关器件不同地，PCM开关器件10还包括均衡器件14，该均衡器件14被配置为在电极13A(以及可选的电极13B)与相变材料11之间提供阻抗耦合，该阻抗耦合随相变材料而变化。在图1中，示出了均衡器件14与电极13A之间的直接电耦合。然而，该耦合也可以经由相变材料11的一部分，当PCM开关器件10被截止时，该部分在一定程度上保持导电，例如结晶或部分结晶。在这点上，在通常的实现中，靠近电极13A、13B的相变材料11的一些部分保持结晶，并且因此在PCM开关10的整个操作过程中导电，并且只有其间的一部分在结晶状态与非晶状态之间切换。
如将在下面针对相应实施例进一步解释的，由均衡器件14提供的阻抗耦合可以例如包括电容耦合、电阻耦合或这两者的组合。变化的阻抗耦合被提供，使得当PCM开关器件10处于截止状态并且电压被施加到电极13A时电场随相变材料11的长度的变化至少部分得到补偿，即，与不提供均衡器件的情况相比，提供均衡器件14可以减小电场的变化。
将参考图2A和图2B进一步解释变化的电场的问题，其中图2A示出了没有均衡器件的PCM开关器件的顶视图，用于比较目的，图2B示出了图2A的PCM开关器件的横截面视图、以及示出与横截面视图相关的电势(电压)和电场的图。
与图1的器件类似，图2A和图2B的PCM开关器件包括电极13A、13B、相变材料11和加热器12。从横截面视图中可以看出，加热器12经由电绝缘但导热的层21与相变材料11分离。对于以下解释，我们假定PCM开关器件处于截止状态。在这种情况下，通过适当加热，相变材料11至少在图2A和图2B所示的线20A与20B之间是非晶的。剩余的相变材料可以保持结晶状态，或者可以处于非晶状态与结晶状态之间的混合物。
此外，为了对电极13A进行说明，电势(电压)被施加，而电极13B处于在这种开关器件的实际使用中，电压VRF通常是变化的电压，如射频信号(RF信号)或AC(交流)电压。
在RF开关的实际实现中，在这种截止状态下，加热器12可以接地，即，设置为零伏。此外，在RF开关的实际实现中，加热器12相对接近相变材料11，即，层21较薄以提供有效加热。
虽然在没有加热器12的情况下，相变材料11的非晶区上的电压降几乎是线性的，但由于电容耦合，电势的梯度(如图2B中线20A与20B之间的曲线22所示，即对于非晶区)变得非线性，其中与靠近电极13B的斜率相比，靠近电极13A的斜率更陡。电场Ex(x)是电势相对于x的导数，即
因此，非线性下降电势也会导致非晶区中的电场变化，如图2B中的曲线23所示。具体地，越靠近电极13A，电场越强。换言之，Ex(x1)＞Ex(x2)，其中x1是线20A处的位置，x2是线20B处的位置。
这种变化的电场强度降低了开关器件的电压处理能力，因为最高电场是由于高电场引起的上述无意再结晶可以被发起的地方。在加热器未接地但例如由施加到电极13A的射频信号激励的情况下，电场可以对位置具有更复杂的依赖性，仍然降低了电压处理能力。
均衡器件14至少部分地补偿了这一效应，导致在截止状态下电场在相变材料的非晶部分之上更均匀地分布。如已经关于图1解释的，这可以通过变化的阻抗耦合来实现。接下来将使用各种实施例作为示例来解释这种耦合及其实现的更具体示例。
图3示出了使用电容耦合作为阻抗耦合的PCM开关器件。图3示出了与图2B的截面图相似的截面图，其中添加了均衡器件34，该均衡器件34实现为电容性网络，该电容性网络将电极13A电容性耦合到相变材料11。均衡器件34的电容器的电容值被调谐，使得能够获取基本上恒定的电场。对应电容值可以通过校准测量、仿真等来确定。均衡器件35的电容器可以被提供为分离式电容器或连续变化的电容，这将在下面使用各种示例进一步解释。
在图3的示例中，为了说明的目的，示出了四个电容器CB(x1)至CB(x4)，它们改变相变材料11中对应位置x1至x4处的电势至/>如曲线32所示，这可能导致相变材料11的非晶区上的电势/>线性下降，并且如曲线33所示，这可能导致基本上恒定的电场。
给出与参考图2讨论的情况相当的具体示例。
·表示电极13B和加热器12接地
·
·CB(x1)＞CB(x2)＞CB(x3)＞CB(x4)
·假定x2-x1＝x3-x2＝x4-x3，则得到Ex(x1)＝Ex(x2)＝Ex(x3)＝Ex(x4)。
接下来将描述用于获取这种可变电容的各种方式。图4A和图4B示出了根据另一实施例的PCM开关器件。图4A示出了与图2A的顶视图相似的顶视图，图4B示出了与图2B的截面图相似的截面图。
在图4A和图4B的PCM开关器件中，均衡器件由锥形导电元件44(例如，金属部分或高掺杂半导体部分)形成，该锥形导电元件44电耦合到电极13A并且设置为与相变材料11隔开一定距离。在相变材料11与导电元件44之间，例如可以设置有电隔离层，如二氧化硅层或氮化硅层。如图4A所示，在顶视图中，导电元件44的宽度从第一电极13A到第二电极13B减小。这对应于导电元件44与相变材料11之间的逐渐减小的电容，因此满足了上述随着与电极13A的距离的增加而减小电容值的关系。图4的示例中的导电元件44覆盖靠近电极13A的相变材料的整个宽度，并且朝向电极13B减小其宽度。在其他实施例中，根据所需要的电容耦合强度，在图4A的顶视图中，也可以在电极13A处或附近仅覆盖相变材料的一部分。
图4A和图4B的实施例是没有分离式电容的示例，其中电容持续减小。
图5A和图5B示出了图4A和图4B的PCM开关器件的改变。在图5A和图5B中，均衡器件包括锥形导电元件54A，类似于图4A和图4B的锥形导电元件44。此外，图5A和图5B的实施例中的均衡器件包括在与从电极13A到电极13B的方向垂直的方向上延伸的多个导电条54B。导电条54B可以例如由金属、高掺杂多晶硅或其他掺杂半导体材料制成。
与图4A和图4B类似，图5A和图5B中的电容耦合由导电元件54A与导电条54B之间的重叠面积决定。此外，导电条54B有助于使条纹延伸方向(图5A中的上下方向上，其垂直于图5B中的绘图平面)上的电场分布更加均匀。虽然图5A和图5B中示出了五个导电条，但导电条的数目和距离可以不同。例如，虽然在图5A和图5B的实施例中使用基本上均匀的距离，但在其他实施例中，可以使用非均匀的距离。
在上述实施例中，加热器12基本上与相变材料相邻地连续设置。在作为图5A和图5B的实施例的变体的图6A和图6B的实施例中，如图6A的顶视图和图6B的横截面视图中所示，使用开槽加热器62。在这种情况下，通过加热器的用于加热的电流从图6A的顶部流向图6A的底部，或者换言之，垂直于图6B中的绘图平面流动，尽管也可以使用其他布置。在图6A和图6B的实施例中，在顶视图中，加热器62的开槽加热器部分在导电条54B之间延伸，或者换言之，开槽加热器部分的位置相对于导电条偏移。在这种情况下，通过开槽加热器，相变材料11的靠近导电条54B的部分可以在PCM开关器件的截止状态下保持结晶，从而在相变材料11与导电条54B之间提供更好的欧姆接触。
54A的锥形导电元件44只是用于提供可变电容耦合的一种可能性。接下来将讨论另外的可能性。
在图7A和图7B中，示出了另外的实施例，其中图7A再次示出了顶视图，图7B示出了横截面视图。在图7A和图7B中，为了实现均衡器件，提供了导电元件74。与前面讨论的实施例相反，该导电元件74不是锥形的，并且具有与相变材料11的宽度相对应的宽度，但是在其中具有圆形开口，其密度从电极13A朝向电极13B增加。这也导致电容耦合从电极13A到电极13B减小。应当注意，这一实施例和以下讨论的其他实施例可以与如图5A和图5B的导电条54A等导电条和/或如图6A和图6B的加热器62等开槽加热器相结合。
在图3-图7的实施例中，基本上，如图3所示，电容器被并联设置在电极13A与相变材料11之间。在其他实施例中，可以串联设置有电容，电容之间的节点被耦合到相变材料。图8是示出这种实施例的横截面视图。这里，提供了均衡器件84，其中串联电容电耦合到电极13A，并且串联电容之间的并且在串联链的末端处的节点耦合到相变材料11。
由于电容的串联通常导致与个体电容器相比减小的电容，这表示，电容耦合强度从电极13A朝向电极13B减小。通过相应地选择电容值，也可以实现基本上恒定的电场。
图9示出了一个实施例的横截面视图，其示出了这种串联电容器链的可能实现。在图9的实施例中，电容器实现为分离式电容94A。这样的分离式电容可以与相变开关器件在同一芯片管芯上实现，或者可以单独实现并且例如使用接合线连接。这些分离式电容经由导电条94B耦合到相变材料11，导电条94B可以如图5A和图5B的导电条54B所解释的那样实现。从电容94A到导电条94B的连接可以经由接合线。这可以再次与开槽加热器相结合，以改善导电条94B与相变材料11之间的欧姆接触。
图10示出了串联电容器的另一实现。这里，作为均衡器件1004，具有不同距离的导电材料块沉积在相变材料上。由于导电块之间的较大距离对应于较小电容，这也导致在从电极13A到13B的方向上从电极13B到相变材料11的电容耦合减小。块的尺寸和它们的距离可以对应于所需要的电容耦合来确定。
图11A和图11B示出了使用可变电容的均衡器件的另外的示例，其中这里再次使用如图3所示的并联电容。图11A示出了顶视图，而图11B示出了横截面视图。这里，作为均衡器件，提供了导电元件1104，导电元件1104在横截面中具有楔形，使得导电元件1104与相变材料11之间的距离从电极13A朝向电极13B增大，导致电容减小。
因此，从所给出的各种示例中可以看出，存在多种可能性来实现在电极13A与相变材料11之间具有可变电容耦合的均衡器件。
也可以使用电阻耦合代替电容耦合。接下来将描述对应实施例。
通常，非晶区中的电场由电流密度乘以电导率给出。假定非晶区的导电率恒定，则实现恒定的电场需要恒定的电流密度。在典型的器件中，电流密度朝向非晶区的中心或朝向第二电极而减小，因为电流经由电容耦合朝向加热器而损失并且流向加热器端子或第二电极(在上述示例中为13B)而绕过非晶区的中心区域。因此，为了保持电场恒定，需要注入电流，以平衡在上文关于图3-图11讨论的实施例中由于电容耦合导致的损耗。通过使用电阻耦合，电流主要经由电阻耦合被注入(尽管与这样的器件的大多数实际实现一样，电容和电感也可以存在于以下实施例中，例如作为寄生电容和电感)。
与电容耦合相比，通过电阻耦合，可以避免或减少开关的乘积Ron(导通电阻)×Coff(截止电容)(即，上文进一步提到的品质因数)的增加。另一方面，截止电阻可以减小。在这两种情况下，这些开关在截止状态下可以处理的最大电压可以增加。
图12A-图12C示出了使用由具有适当欧姆电阻的附加层建立的这种电阻耦合的各种实施例。
图12A-图12C分别示出了根据相应实施例的PCM开关器件的截面图。开关器件被设置在衬底1200(例如，硅衬底)上，并且附图标记1201表示如氧化硅或氮化物等填充材料。电极13A、13B、相变材料11、电绝缘层21和加热器12可以具有与前文讨论的相同的配置。
在图12A的实施例中，电阻层1204被沉积在提供电阻耦合的相变材料11上。在图12B的情况下，电阻层1204被设置在电绝缘层21与相变材料11之间。在图12C的情况下，电阻层被图案化，导致图12C中的两部分层1204A、1204B。其他图案(例如，楔形图案、锥形图案或带有孔的图案)也是可能的。此外，图案化层还可以被提供在相变材料11与电绝缘层21之间，即，图12B的电阻层1204也可以被图案化。应当注意，电阻层1204经由相变材料11被耦合到电极13A，相变材料11可以在电极13A附近剩余结晶，使得在这种情况下，由电阻层1204形成的均衡器件也被耦合到电极13A。
电阻层1204(包括图12C的图案化层1204A、1204B)的电阻(在这种情况下为薄层电阻)被选择为相对较高，以仅使电场更均匀，而不会由于提供附加的传导路径而显著降低PCM开关器件的截止电阻。例如，电阻层1204的薄层电阻可以例如为相变材料的薄层电阻的10％左右。电阻层1204的合适材料是亚硝酸钛(TIN)、低掺杂硅树脂(例如，1×1016/cm3)、氧化铟锡(ITO)或非晶碳。电阻层1204的层厚度可以例如在1nm至20nm之间(这取决于所使用的材料的电阻率)，以获取期望的薄层电阻。通常，如上所述，电阻层1204的电阻率被选择为PCM开关器件的截止电阻与其在截止状态下能够处理的最大电压之间的折衷。此外，例如，层部分1204A、1204B之间的间隙的大小可以相应地调节。
除了提供专用电阻层之外，还可以通过相变材料本身获取电阻耦合。现在将参考图13和图14讨论对应实施例。
图13示出了根据另外的实施例的PCM开关器件的截面图。与图12A至图12C的实施例相反，图13的实施例不包括电阻层1204。相反，散热器1303被设置在相变材料11上方，并且经由另外的电绝缘但导热的层1302与相变材料11分离。散热器1303可以例如实现为金属块或用于将热量从相变层11带走的任何其他导热材料。当图13的开关器件截止时，通过使用加热器12加热相变材料11，并且相变材料11的区域1300变为非晶。然而，由于散热器1303的存在，热量被传导离开相变材料的顶部，导致相变材料11的薄部分1301剩余结晶或至少部分结晶。以这种方式，区域1301构成具有与图12A至图12C的电阻层1204相同功能的电阻层。应当注意，部分1300、1301的厚度不一定按比例绘制，并且散热器1303被设计为使得部分1301足够薄，从而仅具有较低电导率，类似于上面针对电阻层1204所解释的那样。
图14示出了对图13的实施例的改变。这里，相变材料的化学成分被改变，例如通过例如在沉积期间离子注入或扩散进行掺杂、或者以其他方式改变化学成分，使得部分1402中的非晶电阻率或非晶化工艺被改变。由于该改变，在截止状态下，部分1410通常变为非晶的高电阻率状态，部分1402表现出较低的电阻，因此再次形成具有与图12的电阻层1204相同功能的电阻层。
如上所述，提供电阻层降低了开关的截止电阻，这可能增加截止状态下的功耗(耗散功率Pmax等于所施加的最大电压Vrfmax的平方除以2倍的截止电阻Roff(即，Vrfmax2/(2Roff)))。所示的开关器件被设计为使得功率耗散不会导致加热而产生的结晶。在实施例中，这可以通过确保当从导通状态切换到截止状态时Pmax小于经由加热器施加的功率的20％来实现。此外，所使用的材料的选择应当能够承受开关时的温度。
在上述实施例中，讨论了具有连续相变材料的单开关器件。上文中讨论的用于确保均匀电场的均衡技术也可以以类似的方式应用于多个开关的串联连接，以确保所有这些开关中的恒定电场。接下来将讨论对应实施例。
首先，关于图15A和图15B，在参考图16至图18讨论具体实施例之前，将讨论这样的开关器件的表示。图15A示出了本文中所称的相变开关单元(PCS单元)1500。这种PCS单元基本上是如上所述的相变开关，其具有第一电极13A和第二电极13B、加热器和相变材料。PCS单元1500被示出为具有耦合到或包括电极13A和13B的电连接或端子、以及用于向相应加热器供电的至少一个端子1501(例如，加热器的另一端子可以耦合到地)。图15B示出了其中多个PCS单元1500串联耦合的开关器件。这基本上可以被看作是单个相变开关，其中相变材料被导电部分(相邻PCS单元1500的电极13A、13B彼此耦合或形成为单个电极)中断，并且加热器也被细分，有点类似于图6A和图6B的开槽加热器。同样，在这种情况下，可能出现电场的不均匀分布。
为了减轻电场的不均匀分布，可以使用均衡器件。对应实施例如图16所示。提供第一均衡器件1600，第一均衡器件1600将所示的最左侧PCS单元1500的端子1602(对应于图1-图14的实施例中的电极13A)与个体PCS单元1500之间的节点耦合。第二均衡器件1602将电极1602耦合到PCS单元1500的加热器。在其他实施例中，可以采用均衡器件1600、1601中的仅一个。均衡器件1600、1601可以是电容均衡器件、电阻均衡器件或其组合。图17和图18示出了电容均衡器件的示例，其可以用作图16的均衡器件1600和1601。
图17示出了作为并联电容器1700的网络的均衡器件1704，类似于图3的均衡器件34。图18示出了具有多个串联电容器1800的均衡器件1804，类似于图8的均衡器件84。个体电容器1700、1800的尺寸可以如上文关于图3和图8所述确定，例如基于模拟或校准测量。通过提供第二均衡网络1601，可以提供加热器电压自举。自举可以均衡沿着加热器网络的RF电压分布(每个加热器对应于相应PCS单元)，从而使开关的电压处理能力最大化。应当注意，加热器的均衡器件例如也可以应用于如图6A和图6B所示的加热器62等槽式加热器。
图19示出了根据一些实施例的用于制造相变开关器件的方法。图19的方法可以用于制造上述任何PCM开关器件，并且将参考上述PCM开关器件进行解释，以避免重复。
在1900，图19的方法包括提供相变开关，相变开关包括加热器和相变材料，例如通过在衬底上的层沉积。在1901，该方法包括为相变材料和/或加热器提供均衡器件，例如通过沉积电阻层、沉积电容器、耦合分离式电容器等等，如上所述。
图20示出了操作相变开关器件的方法。图20的方法可以用于操作上述任何相变开关器件。在2000，该方法包括操作相变开关器件，即，根据特定应用的需要导通和/或截止相变开关器件。在2001，该方法包括通过阻抗耦合(例如，电容耦合或电阻耦合)来补偿相变开关的相变材料处的变化的电场，如上所述。备选地或附加地，该方法可以包括在提供有开槽加热器或多个加热器的情况下，通过阻抗耦合到加热器来减轻加热器自举。
应当注意，在图19和图20的实施例中，相变开关器件可以具有连续相变材料，如图1-图14所示，或者可以包括与中断或不连续相变材料相对应的多个PCS单元，如参考图15-图18所述。
一些实施例由以下示例定义：
示例1.一种相变材料开关器件，包括：
相变材料，
第一电极，电耦合到所述相变材料，
至少一个加热器，热耦合到所述相变材料，以及
均衡器件，被配置为在所述第一电极与所述相变材料之间提供随所述相变材料变化的阻抗耦合。
示例2.根据示例1所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件被配置为使得当所述器件处于截止状态并且电压被施加到所述第一电极时，所述变化的阻抗耦合至少部分地补偿随所述相变材料的长度而变化的电场。
示例3.根据示例1或2所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件包括多个分离式电容器。
示例4.根据示例1至3中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件包括多个分离式电阻器。
示例5.根据示例1至4中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件经由所述相变材料的一部分被耦合到所述第一电极，所述相变材料的所述一部分被配置为当所述相变材料开关器件处于截止状态时保持导电。
示例6.根据示例1至5中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述相变材料包括电耦合在所述第一电极与第二电极之间的连续相变材料，其中所述均衡器件被配置为在所述连续相变材料与所述第一电极之间提供所述变化的阻抗耦合。
示例7.根据示例6所述的相变材料开关器件，其中所述阻抗耦合包括电容耦合。
示例8.根据示例7所述的相变材料开关器件，其中所述电容耦合从所述第一电极朝向所述第二电极减小。
示例9.根据示例7或8所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件包括导电材料，所述导电材料电耦合到所述第一电极并且布置在所述相变材料的表面上方并且与所述表面隔开一定距离。
示例10.根据示例9所述的相变材料开关器件，其中所述导电材料具有锥形形状以提供所述变化的电容。
示例11.根据示例9或10所述的相变材料开关器件，其中所述导电材料具有间隙以提供所述变化的电容。
示例12.根据示例9至11中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述导电材料到所述相变材料的所述表面的所述距离变化以提供所述变化的电容。
示例13.根据示例6至12中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述阻抗耦合包括电阻耦合。
示例14.根据示例13所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件包括邻近所述相变材料设置的导电层。
示例15.根据示例14所述的相变材料开关器件，其中所述导电层与所述相变材料接触。
示例16.根据示例14或15所述的相变材料开关器件，其中当所述相变材料开关器件处于截止状态时，所述导电层具有比所述相变材料的非晶部分小至少10倍的薄层电阻。
示例17.根据示例14至16中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述导电层是图案化层。
示例18.根据示例13至17中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件包括所述相变材料的一部分。
示例19.根据示例1至18中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述相变材料包括串联电耦合在所述第一电极与附加电极之间的多个不连续部分。
示例20.根据示例19所述的相变材料开关器件，其中所述均衡器件提供到所述串联连接的相邻不连续部分之间的电连接的变化的阻抗耦合。
示例21.根据示例1至20中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述至少一个加热器包括多个间隔开的加热器。
示例22.根据示例21和示例9至12中任一项所述的相变材料开关器件，其中多个导电条被设置在所述相变材料的所述表面上，以用所述导电材料形成电容器。
示例23.根据示例22所述的相变材料开关器件，其中所述间隔开的加热器被布置在所述相变材料的另外的表面的与所述表面相对的一侧，并且在所述表面的顶视图中被布置在所述导电条之间。
示例24.根据示例21和示例19或20中的一个所述的相变材料开关器件，其中所述多个间隔开的加热器中的每个加热器被耦合到相应不连续部分。
示例25.根据示例21至24中任一项所述的相变材料开关器件，其中所述器件包括附加均衡器件，所述附加均衡器件被配置为在所述第一电极与所述多个间隔开的加热器之间提供变化的电容耦合。
示例26.一种相变材料开关器件，包括：
相变材料，
第一电极，电耦合到所述相变材料，
多个间隔开的加热器，热耦合到所述相变材料，以及
均衡器件，被配置为在所述第一电极与所述多个间隔开的加热器之间提供变化的阻抗耦合。
示例27.一种用于制造相变材料开关器件的方法，包括：
提供相变开关，所述相变开关包括相变材料、电耦合到所述相变材料的第一电极和热耦合到所述相变材料的至少一个加热器，以及
提供均衡器件，所述均衡器件被配置为在所述第一电极与至少一个所述相变材料之间提供随所述相变材料变化的阻抗耦合，或者在所述第一电极与所述至少一个加热器之间提供随所述至少一个加热器变化的阻抗耦合。
示例28.根据示例27的方法，被配置为制造根据示例1至26中任一项所述的相变材料开关器件。
示例29.一种用于相变开关器件的方法，包括：
操作所述相变开关器件，以及
在所述相变开关器件的截止状态下通过变化的阻抗耦合来补偿变化的电场。
示例30.根据示例29所述的方法，其中所述相变开关器件是根据示例1至26中任一项所述的相变开关器件。
尽管本文中已经示出和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以用各种替代和/或等效实现来代替所示出和描述的具体实施例。本申请旨在涵盖本文中讨论的特定实施例的任何改变或变化。因此，本发明仅受权利要求及其等同方案的限制。
Claims (15)
1.一种相变材料开关器件(10)，包括：
相变材料(11)，
第一电极(13A)，电耦合到所述相变材料，
至少一个加热器(12；62)，热耦合到所述相变材料(11)，以及
均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)，被配置为在所述第一电极(13A)与所述相变材料(11)之间提供随所述相变材料(11)变化的阻抗耦合。
2.根据权利要求1所述的相变材料开关器件(10)，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)被配置为使得当所述器件处于截止状态并且电压被施加到所述第一电极(13A)时，变化的所述阻抗耦合至少部分地补偿随所述相变材料(11)的长度而变化的电场。
3.根据权利要求1或2所述的相变材料开关器件(10)，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)包括多个分离式电容器(94A；1700；1800)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的相变材料开关器件(10)，其中所述相变材料(11)包括电耦合在所述第一电极(13A)与第二电极(13B)之间的连续相变材料，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)被配置为在所述连续相变材料(11)与所述第一电极(13A)之间提供变化的所述阻抗耦合。
5.根据权利要求4所述的相变材料开关器件(10)，其中所述阻抗耦合包括电容耦合。
6.根据权利要求5所述的相变材料开关器件(10)，其中所述电容耦合从所述第一电极(13A)朝向所述第二电极(13B)减小。
7.根据权利要求5或6所述的相变材料开关器件(10)，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)包括导电材料(44；54A；74；1104)，所述导电材料(44；54A；74；1104)电耦合到所述第一电极(13A)并且布置在所述相变材料(11)的表面上方并且与所述表面隔开一距离。
8.根据权利要求7所述的相变材料开关器件(10)，其中所述导电材料(44；54A；74；1104)具有锥形形状以提供变化的所述电容。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的相变材料开关器件(10)，其中所述阻抗耦合包括电阻耦合。
10.根据权利要求9所述的相变材料开关器件(10)，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)包括邻近所述相变材料(11)设置的导电层(1204)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的相变材料开关器件(10)，其中所述相变材料(11)包括串联电耦合在所述第一电极(13A)与附加电极之间的多个不连续部分。
12.根据权利要求11所述的相变材料开关器件(10)，其中所述均衡器件(14；34；84；1104；1600；1704；1804)提供到所述串联连接的相邻不连续部分之间的电连接的变化的阻抗耦合。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的相变材料开关器件(10)，其中所述至少一个加热器(12；62)包括多个间隔开的加热器。
14.根据权利要求13所述的相变材料开关器件(10)，其中所述器件包括附加均衡器件(1601)，所述附加均衡器件(1601)被配置为在所述第一电极(13A)与所述多个间隔开的加热器之间提供变化的电容耦合。
15.一种相变材料开关器件(10)，包括：
相变材料(11)，
第一电极(13A)，电耦合到所述相变材料(11)，
多个间隔开的加热器(62)，热耦合到所述相变材料(11)，以及
均衡器件(1601)，被配置为在所述第一电极(13A)与所述多个间隔开的加热器(62)之间提供变化的阻抗耦合。
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