DE10059357A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes sowie Vorrichtung umfassend Mittel zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes sowie Vorrichtung umfassend Mittel zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes sowie eine Vorrichtung, umfassend Mittel zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes. DOLLAR A Ferroelektrische Materialien werden u. a. in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung nutzen ferroelektrische Materialien zur Herstellung eines Tunnelkontaktes. Durch dieses Verfahren sowie die Vorrichtung wird eine gegenüber herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen schnellere und empfindlichere Auswertung elektrischer bzw. elektromagnetischer Signale möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes sowie eine Vorrichtung umfassend Mittel zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes.
Ferroelektrische Materialien gewinnen u. a. in der Halb­ leiterindustrie immer mehr an Bedeutung. Nichtflüch­ tige, ferroelektrische Speicherelemente sind leistungs­ unabhängig, mit niedriger Spannung programmierbar, wei­ sen eine kurze Zugriffszeit auf und verbrauchen auch weniger Energie als herkömmliche Speicherelemente. Fer­ roelektrische Materialien umfassen ferroelektrische, dielektrische Verbindungen u. a. mit Perowskit-Struktur, beispielsweise Bleizirkonattitanat PbZr1-xTixO3 (PZT), Bariumstrontiumtitanat BaSr1-xTixO3 (BST), Bleilanthan­ zirkonattitanat Pb1-xLax(Zr1-xTix)O3 (PLZT) und Strontium­ wismuttantal SrBi2Ta2O9 (SBT). Ferroelektrika besitzen unterhalb einer kritischen Temperatur eine spontane elektrische Polarisation, die durch Anlegen eines äuße­ ren elektrischen Feldes in eine andere stabile Lage um­ geklappt werden kann.
Für die Anwendung ferroelektrischer Verbindungen, z. B. in nicht-flüchtigen Speicherbausteinen (FeRAMs) und py­ roelektrischen Detektoren, werden ferroelektrische Schichten mit Schichtdicken von 20 nm und darüber verwendet, damit Leckströme gering gehalten werden. Zur elektrischen Kontaktierung werden Metallschichten (z. B. Pt) verwendet, so daß damit ein Kondensator vor­ liegt.
Ein Tunnelstrom ist über die Messung der Strom-Span­ nungskennlinie nachweisbar. Ein Tunnelstrom zeigt bei der ersten Ableitung der Strom-Spannungskennlinie (dV/dI) gegen V einen parabelförmigen Verlauf. Zusätz­ liche Informationen liefert die Messung der Temperatur­ abhängigkeit des Tunnelwiderstandes. Der Tunnelwider­ stand ändert sich theoretisch nur um wenige Prozent zwischen 300 K und 10 K.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Signalübertragung und Auswertung wei­ sen eine relativ hohe Ansprechzeit sowie eine geringe Empfindlichkeit auf.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die bessere Eigenschaften im Hinblick auf Ansprechzeit und Empfindlichkeit auf­ weist gegenüber herkömmlichen Verfahren und Vorrichtun­ gen zur Signalübertragung.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Weiterhin wird die Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des An­ spruchs 11 erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 11 angegebenen Merkmalen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, eine schnelle Signalübertragung und Signalauswertung zu erzielen. Wird die Schichtdicke des Ferroelektrikums verringert, so beginnt unterhalb einer kritischen Schichtdicke, die material- und tempe­ raturabhängig ist, ein merklicher Tunnelstrom zu fließen. Diese kritische Schichtdicke kann im Bereich um 6 nm liegen.
Der Tunnelstrom durch einen ferroelektrischen Tunnel­ kontakt bewirkt einen Spannungsabfall über dem Bauele­ ment, in dem der ferroelektrische Tunnelkontakt verwen­ det wird. Erreicht diese Spannung die kritische Span­ nung ± Vc = ± Ec.d (Vc = kritische Spannung; Ec = Koer­ zitiv Feldstärke; d = Schichtdicke des ferroelektri­ schen Materials) des Tunnelbarrierenmaterials, so wird diese Änderung innerhalb des Tunnelbarrierenmaterials Rückwirkungen auf den Tunnelstrom haben. Das Bauelement kann dann die Wirkung eines Schalters ausüben, wobei der Tunnelbarrierenwiderstand durch den Polarisations­ zustand des Ferroelektrikums verändert wird. Der quan­ tenmechanische Tunnelstrom ändert somit makroskopische Parameter wie die Polarisation.
Die Strom-Spannungskennlinie eines ferroelektrischen Tunnelkontaktes ist unsymmetrisch. Daher ist es mög­ lich, anhand der Strom-Spannungskennlinie zu messen, ob der Zustand logisch 1 oder 0 vorliegt. Hierzu läßt man einen Strom abwechselnd in die positive und negative Stromrichtung fließen. Da die Strom-Spannungskennlinie unsymmetrisch ist, läßt sich am Betrag der Spannung er­ mitteln, in welchem logischen Zustand sich das Bauele­ ment befindet.
Dieses Verfahren und die Vorrichtung erlauben bei­ spielsweise eine nicht destruktive Auslese von Informa­ tionen. Die destruktive Auslese der Informationen stellt z. Zt. ein wesentliches Problem bei FeRAMs dar.
Der maximale Spannungsabfall über der Probe wird so eingestellt, daß die Domänenwanderung minimiert wird, also auf jeden Fall Ec nicht erreicht wird. Da man bei­ de Spannungsrichtungen nutzt, wird ebenfalls das Prob­ lem der Ermüdung (Fatique) und des Imprints reduziert.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung läßt sich bei­ spielsweise auch ein nicht-flüchtiger Speicher aufbau­ en. Durch einen kurzen Strom- oder Spannungsimpuls kann der Polarisationszustand verändert werden. Wie die In­ formation verändert wird, hängt von der Stromrichtung ab und in welchem Polarisationszustand sich das Bauele­ ment zuvor befand. Der Stromimpuls muß so hoch sein, damit mindestens die Spannung ±Vc erreicht wird. Die Länge des Impulses muß darüber hinaus so groß sein, daß das Bauelement umgeschaltet werden kann. Dies ist der Einschreibevorgang. Die Geschwindigkeit des Umschalt­ vorganges ist bedingt durch die niedrigen Schichtdicken schneller als die herkömmlicher FeRAM-Kondensatoren.
Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich bei­ spielsweise auch zur Detektion elektromagnetischer Strahlung, als IR-Detektoren oder auch zum Aufbau eines Heterodynempfängers, innerhalb eines ferroelektrischen Feldeffektransistors oder zum Einsatz in Displays.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.
Die Zeichnungen zeigen eine beispielhafte Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfah­ rens sowie eine beispielhafte Strom-Spannungskennlinie eines ferroelektrischen Tunnelkontaktes.
Es zeigt:
Fig. 1 Querschnitt ferroelektrischer Tunnelkontakt
Fig. 2 Strom-Spannungskennlinie eines ferroelektri­ schen Tunnelkontaktes
Fig. 3 Prinzipschaltung mit einem ferroelektrischen Tunnelkontakt, der als Detektor dient
Der in Fig. 1 dargestellte Querschnitt eines ferro­ elektrischen Tunnelkontaktes zeigt zwei leitende Elektroden (1 und 3) sowie eine dazwischen liegende Schicht (2) aus ferroelektrischem Material, die den Tunnelkontakt herstellt.
Fig. 2 zeigt die Strom-Spannungskennlinie eines ferro­ elektrischen Tunnelkontaktes, die einen unsymmetrischen Verlauf aufweist.
Es zeigt:
Abszisse X: Spannung
Ordinate Y: Strom
Mit Hilfe dieser Strom-Spannungskennlinie läßt sich feststellen, ob der Zustand 0 oder 1 des Bauelements vorliegt. Hierzu läßt man einen Strom abwechselnd in die positive und negative Stromrichtung fließen. Da die Strom-Spannungskennlinie unsymmetrisch ist, läßt sich am Betrag der Spannung ermitteln, in welchem logischen Zustand sich das Bauelement befindet. Im Bereich der gestrichelten Linie läßt sich der Betrag der Spannung ermitteln und daraus abgeleitet der logische Zustand des Bauelements und damit eine Auswertung der Informa­ tion. Die in Y-Richtung nach oben und unten gerichteten Pfeile a) und b) kennzeichnen den Bereich, in dem die Koerzitiv Feldstärke gemessen werden kann. Die auf der Abszisse X angegebenen Markierungen -Vc bzw. +Vc be­ zeichnen die kritische Spannung, bei der ein deutlicher Stromsprung zu beobachten ist.
In Fig. 3 wird eine Prinzipschaltung beschrieben, in der ein ferroelektrischer Tunnelkontakt als Detektor dient.
Die einfallende Strahlung (hν) bewirkt eine Änderung des Tunnelstromes und damit eine Widerstandsänderung des ferroelektrischen Tunnelkontaktes (4). Diese Wider­ standsänderung kann mit Hilfe eines Verstärkers (5) und eines Voltmeters (6) nachgewiesen werden. Die Stromver­ sorgung erfolgt über eine Stromquelle (7). Mit Hilfe dieser Anordnung kann eine schnelle und empfindliche Signalreaktion und Signalauswertung zur Detektion ein­ fallender Strahlung durchgeführt werden.
Als ferroelektrische Materialien eignen sich Verbindun­ gen mit einer Perowskit-Struktur, ferroelektrische Nio­ bat-Kristalle mit Wolfram-Bronze Struktur der Formel PbNb2O6 mit KXWO3 bzw. NaXWO3 mit X < 1, wasserlösliche Kristalle wie z. B. KH2PO4-(KDP) Familie oder (NH2CH2COOH)3.H2SO4-(TGS) Familie, ferroelektrische Kristalle wie z. B. Bi4Ti3O12, Gd2(MoO4), Pb5Ge3O11 oder Verbindungen aus der KTiOPO4-Familie oder ferroelektri­ sche Halbleiter (SbSI-Familie) sowie organische Ferro­ elektrika, zu denen beispielsweise Polymere (z. B. [CH2CF2]n mit n ≧ 1) und Flüssigkristalle gezählt wer­ den können.
Zur Erzeugung einer ferroelektrischen Schicht auf der Oberfläche der leitenden Elektroden können verschiedene Depositionsmethoden angewandt werden. Beispielhaft kann hier das Sputtern, die Pulsed Laser Deposition (PLD), die Molecular Beam Epitaxy (MBE), die Chemical Solution Deposition (CSD) oder auch die Metall Organic Chemical Vapor Deposition (MOVD) genannt werden.
Das Fließen des Tunnelstroms und damit die Erzeugung des Tunnelkontaktes ist abhängig von den eingesetzten ferroelektrischen Materialien und den spezifisch einge­ stellten Schichtdicken. Möglich sind Schichtdicken in einem Bereich von 0,1 bis 1000 nm. Besonders bevorzugt sind Schichtdicken von 0,3 nm bis 20 nm. Möglich sind Schichtdicken von 4, 5 und 6 nm. Weiterhin geeignet sind Schichtdicken von 7, 8, 9 und 10 nm.
Im folgenden werden beispielhaft einige bevorzugte Kom­ binationen von ferroelektrischen Materialien mit lei­ tenden Elektrodenschichten zur Erzeugung eines ferro­ elektrischen Tunnelkontaktes angegeben. Die beispiel­ hafte Schichtdicke des jeweiligen Materials wird in Klammern gesetzt:
Als leitende Elektroden eignen sich Elektroden aus leitfähigem Oxid oder Metall sowie Halbleiter und Sup­ raleiter. Hier werden beispielsweise Elektroden aus Platin, Aluminium, Iridium, Rhodium oder Ruthenium ver­ wendet. Beispielhaft können Elektroden aus IrO2, Indi­ um-Zinn-Oxid (In2Sn2O5), RhO2, MoO3, RuO2, SrRuO3 genannt werden. Die Schichtdicke der Elektroden ist abhängig von den verwendeten ferroelektrischen Materialien. Be­ vorzugt sind Schichtdicken im Bereich von 10 bis 80 nm. Besonders bevorzugt sind Schichtdicken mit 20, 40, 50 und 60 nm.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit Elektroden, die durch ferroelektrisches Material, durch welches ein Tunnelstrom fließt, vonein­ ander getrennt werden, bewirkt, daß durch Nutzung von zwei Effekten ein Tunnelkontakt hergestellt wird, der gegenüber herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zu einer schnelleren und empfindlicheren Signalübertragung führt. Der erste Effekt beruht auf der Erzeugung eines Tunnelstroms durch Auswahl geeigneter Materialien und ihrer jeweiligen Schichtdicke, die ein Fließen des Tun­ nelstroms ermöglichen. Der zweite Effekt beruht auf Verwendung ferroelektrischer Materialien, die bei Ein­ wirkung eines elektrischen bzw. elektromagnetischen Feldes mit einem Umklappen der Polarisation reagieren. Dieses schnelle Umklappen der Polarisation (ca. 1-2 Na­ nosekunden) führt zu einer Veränderung des Tunnelstroms und hat z. B. gegenüber Speicherelementen den Vorteil, daß die Strom-/Signalübertragung sehr viel schneller und empfindlicher erfolgt. Es kann eine verbesserte Da­ tenspeicherung sowie ein Verfahren mit einer sehr hohen Schaltfrequenz erreicht werden.
Die vorteilhafte Ausführung des Verfahrens nach An­ spruch 2 mit einer Schicht aus ferroelektrischem Mate­ rial, wobei die Schichtdicke so eingestellt wird, daß ein Tunnelstrom fließen kann, bewirkt, daß mit Hilfe der Schichtdicke erst das Fließen eines Tunnelstroms ermöglicht wird. Das eingesetzte Material und die Schichtdicke, die eingestellt wird, stehen dabei in engem Zusammenhang. Die Schichtdicke des ferroelektri­ schen Materials beeinflußt die Geschwindigkeit mit der das Umklappen der Polarisation stattfindet. Je dünner die Schicht gewählt wird, desto schneller klappt die Polarisation um, und desto schneller kann eine Signal­ übertragung bzw. Signalauswertung erfolgen.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3, in dem ferroelektrisches Material, um­ fassend Verbindungen mit einer Perowskit-Struktur, fer­ roelektrische Niobat-Kristalle mit Wolfram-Bronze Struktur, wasserlösliche sowie ferroelektrische Kris­ talle sowie organische Ferroelektrika eingesetzt wer­ den, ist es möglich, daß je nach gewünschtem Verwen­ dungszweck oder Einsatzbereich mit Hilfe der einsetzba­ ren Materialien optimale Bedingungen geschaffen werden können. Sowohl die Temperatur als auch die Schichtdicke beeinflussen das Polarisationsverhalten, so daß sich einige Materialien für bestimmte Bedingungen besonders eignen. Verbindungen mit Perowskit-Struktur eignen sich beispielsweise für den Einsatz in einem breiten Tempe­ raturbereich von 4 K bis 700 K.
Durch die vorteilhafte Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 4, in dem ferroelektrisches Material, umfas­ send Verbindungen aus PbZr1-xTixO3 (PZT) mit X ∈ [0,1], BaSr1-xTixO3 (BST) mit X ∈ [0,1], Pb1-xLax(Zr1-xTix)O3 (PLZT) mit X ∈ [0,1] und SrBi2Ta2O9 (SBT) sowie PbNb2O6 mit KXWO3 bzw. NaXWO3 mit X < 1, KH2PO4-(KDP-)Familie oder (NH2CH2COOH)3.H2SO4 (TGS), Bi4Ti3O12, Gd2(MoO4), Pb5Ge3C11, KTiOPO4, SbSI und [CH2CF2]n mit n ≧ 1 verwendet wird, wird es möglich, durch Kombination geeigneter Materia­ lien betreffend das ferroelektrische Material sowie das Material der leitenden Elektroden, optimale Bedingungen für die Verwendung bzw. den Einsatzbereich dieses Ver­ fahrens zu schaffen. Die Bezeichnung X ∈ [0,1] soll hier bedeuten, daß X eine Zahl aus der Gruppe 0 und 1 sein kann.
Durch die vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Ansprüche 5 bis 7, in denen Elektroden aus leitfähigem Oxid oder Metall oder beispielsweise Elekt­ roden aus Platin, Aluminium, Iridium, Rhodium oder Ru­ thenium oder Elektroden mit Verbindungen aus IrO2, In2Sn2O5, RhO2, MoO3, RuO2 oder SrRuO3 verwendet werden, wird es möglich, das Verfahren den unterschiedlichen Anforderungen je nach Einsatzgebiet anzupassen.
Die vorteilhafte Ausführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 8, in der beliebig viele alternierende Schichten von Elektroden und ferroelektrischen Schichten angeord­ net eingesetzt werden, bewirkt, daß durch die Reihen­ schaltung des ferroelektrischen Materials und der Elektroden eine größere Signalanlegung möglich wird. Die Polarisationsänderung kann dabei beispielsweise in­ nerhalb der durch die ferroelektrischen Schichten auf­ gespannten Ebenen oder senkrecht zu ihnen stattfinden.
Die Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 9, in dem genau zwei Elektroden durch eine Schicht aus ferro­ elektrischem Material getrennt werden, hat den Vorteil, daß nur ein geringer Raumbedarf für den Einsatz dieses Verfahrens notwendig ist und sich deshalb der Einsatz für Mikro- oder Nano-Anwendungen besonders eignet.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens nach An­ spruch 10, in welchem ferroelektrisches Material einge­ setzt wird, welches aus homogenem Material oder aus einer Mischung verschiedener ferroelektrischer und/oder nicht ferroelektrischer Materialien besteht, bewirkt, daß mit Hilfe der Materialvariationen unterschiedliche ferroelektrische und elektrische Eigenschaften erzeugt werden können. Dabei können sowohl ferroelektrische Ma­ terialien als auch nicht ferroelektrische Materialien verwendet werden, die erst im Gemisch ferroelektrische Eigenschaften entwickeln.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 11, die Elektroden umfaßt, die durch ferroelektrisches Material voneinander getrennt werden, wird es möglich, daß durch Nutzung von zwei Effekten ein Tunnelkontakt hergestellt wird, der gegenüber herkömmlichen Vorrich­ tungen zu einer schnelleren und empfindlicheren Signal­ übertragung und Signalauswertung führt. Der erste Ef­ fekt beruht auf der Erzeugung eines Tunnelstroms durch Auswahl geeigneter Materialien und ihrer jeweiligen Schichtdicke, die ein Fließen des Tunnelstroms ermögli­ chen. Der zweite Effekt beruht auf Verwendung ferro­ elektrischer Materialien, die bei Einwirkung eines elektrischen bzw. elektromagnetischen Feldes mit einem Umklappen der Polarisation reagieren. Dieses schnelle Umklappen der Polarisation (ca. 1-2 Nanosekunden) führt zu einer Veränderung des Tunnelstroms und hat z. B. gegenüber Speicherelementen den Vorteil, daß die Strom-/Signalübertragung sehr viel schneller und empfindlicher erfolgt. Es kann eine verbesserte Daten­ speicherung sowie eine sehr hohe Schaltfrequenz bewirkt werden.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 12, in der die Schichtdicke des ferro­ elektrischen Materials das Fließen eines Tunnelstroms ermöglicht, wird es durch die Auswahl des ferroelektri­ schen Materials und die Variation der Schichtdicke mög­ lich, die Geschwindigkeit, mit der das Umklappen der Polarisation stattfindet, zu beeinflussen. Je dünner die Schicht gewählt wird, desto schneller klappt die Polarisation um und desto schneller kann eine Signal­ übertragung bzw. Signalauswertung erfolgen.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 13, in der die Schicht 0,1 bis 1000 nm dick ist, ermöglicht eine schnelle Signalübertragung und Signalauswertung infolge des schnellen Umklappens der Polarisation auf Grund der geringen Schichtdicke.
In der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ge­ mäß Anspruch 14, in der die Schichtdicke 0,3 bis 20 nm beträgt, ermöglicht abhängig vom verwendeten ferro­ elektrischen Material ein sehr schnelles Umklappen der Polarisation und damit eine sehr schnelle Informations­ übertragung und Signalerfassung. Diese Ansprechzeit liegt beispielsweise im Nano-Sekunden Bereich.
Die vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Anspruch 15, die durch ferroelektrisches Material, um­ fassend Verbindungen mit einer Perowskit-Struktur, fer­ roelektrische Niobat-Kristalle mit Wolfram-Bronze- Struktur, wasserlösliche sowie ferroelektrische Kris­ talle sowie organische Ferroelektrika gekennzeichnet ist, ermöglicht es, daß je nach gewünschtem Verwen­ dungszweck oder Einsatzbereich mit Hilfe der einsetzba­ ren Materialien optimale Bedingungen geschaffen werden können. Sowohl die Temperatur als auch die Schichtdicke beeinflussen das Polarisationsverhalten, so daß sich einige Materialien für bestimmte Bedingungen besonders eignen. Verbindungen mit Perowskit-Struktur eignen sich beispielsweise für den Einsatz in einem breiten Tempe­ raturbereich von 4 K bis 700 K.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 16, die durch Verbindungen aus PbZr1-xTixO3 (PZT) mit X ∈ [0,1], BaSr1-xTixO3 (BST) mit X ∈ [0,1], Pb1-xLax(Zr1-xTix)O3 (PLZT) mit X ∈ [0,1] und SrBi2Ta2O9 (SBT) sowie PbNb2O6 mit KXWO3, bzw. NaXWO3 mit X < 1, KH2PO4-(KDP-)Familie oder (NH2CH2COOH)3.H2SO4 (TGS), Bi4Ti3O12, Gd2(MoO4), Pb5Ge3O11, KTiOPO4, SbSI und [CH2CF2]n mit n ≧ 1 gekennzeichnet ist, wird es möglich, durch Kombination geeigneter Materialien betreffend das ferroelektrische Material sowie das Material der lei­ tenden Elektroden optimale Bedingungen für die Verwen­ dung bzw. den Einsatzbereich dieser Vorrichtung zu schaffen. Die Bezeichnung X ∈ [0,1] soll hier bedeuten, daß X eine Zahl aus der Gruppe 0 und 1 sein kann.
In den vorteilhaften Ausführungen der Vorrichtung gemäß der Ansprüche 17 bis 19, in denen die Elektroden aus leitfähigem Oxid oder Metall bestehen oder beispiels­ weise aus Platin, Aluminium, Iridium, Rhodium oder Ru­ thenium oder aus Verbindungen mit IrO2, In2Sn2O5, RhO2, MoO3, RuO2 oder SrRuO3, wird es möglich, die Vorrichtung den unterschiedlichen Anforderungen je nach Einsatzge­ biet anzupassen.
In der vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ge­ mäß Anspruch 20, in der beliebig viele alternierende Schichten von Elektroden und ferroelektrischen Schich­ ten angeordnet sind, wird durch die Reihenschaltung des ferroelektrischen Materials und der Elektroden eine größere Signalanlegung möglich. Die Polarisationsände­ rung kann beispielsweise innerhalb der durch die ferro­ elektrischen Schichten aufgespannten Ebenen oder senk­ recht zu ihnen stattfinden.
Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Anspruch 21, in der genau zwei Elektroden durch eine Schicht aus ferroelektrischem Material getrennt werden, ermöglicht es, daß nur ein geringer Raumbedarf für den Einsatz dieses Verfahrens notwendig ist und sich deshalb der Einsatz für Mikro oder Nano-Anwendungen besonders eig­ net.
Die Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 22, die durch eine homogene Schicht aus ferroelektrischem Material oder eine Schicht, die aus einem Gemisch fer­ roelektrischen und/oder nicht ferroelektrischen Materi­ als besteht, gekennzeichnet ist, bewirkt, daß mit Hilfe der Materialvariationen unterschiedliche ferroelektri­ sche Eigenschaften erzeugt werden können. Dabei können sowohl ferroelektrische Materialien als auch nicht fer­ roelektrische Materialien verwendet werden, die erst im Gemisch ferroelektrische Eigenschaften entwickeln.

Claims (22)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden verwendet werden, die voneinander durch ferroelektrisches Material getrennt werden, durch welches ein Tunnelstrom fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des ferroelektrischen Materi­ als so eingestellt wird, daß ein Tunnelstrom flie­ ßen kann.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch, Einsatz von ferroelektrischem Material, umfassend Verbindungen mit einer Perowskit-Struktur, ferro­ elektrische Niobat-Kristalle mit Wolfram-Bronze Struktur, wasserlösliche sowie ferroelektrische Kristalle, ferroelektrische Halbleiter sowie orga­ nische Ferroelektrika und Flüssigkristalle.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch, Verwendung von ferroelektrischem Material, umfas­ send Verbindungen aus PbZr1-xTixO3 (PZT) mit X ∈ [0,1], BaSr1-xTixO3 (BST) mit X ∈ [0,1], Pb1-xLax(Zr1-xTix)O3 mit X ∈ [0,1] (PLZT) und SrBi2Ta2O9 (SBT) sowie PbNb2O6 mit KXWO3 bzw. NaXWO3 mit X < 1, KH2PO4-(KDP-)Familie, Bi4Ti3O12, Gd2(MoO4), Pb5Ge3O11 oder KTiOPO4, SbSI sowie (NH2CH2COOH)3.H2SO4 (TGS) und [CH2CF2]n mit n ≧ 1.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden aus leitfähigem Oxid oder Metall verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden aus Platin, Aluminium, Iridium, Rho­ dium oder Ruthenium verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden aus IrO2, In2Sn2O5, RhO2, MoO3, RuO2, SrRuO3 verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beliebig viele alternierende Schichten von Elektroden und ferroeletrischen Schichten angeord­ net eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden, die durch eine Schicht aus ferroelektrischem Material getrennt werden, verwen­ det werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferroelektrisches Material eingesetzt wird, welches aus homogenem Material oder aus einer Mischung verschiedener ferroelektrischer und/oder nicht ferroelektrischer Materialien besteht.
11. Vorrichtung, umfassend Mittel zur Erzeugung eines Tunnelkontaktes, dadurch gekennzeichnet, daß sie Elektroden umfaßt, die durch ferroelektri­ sches Material voneinander getrennt sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des ferroelektrischen Materi­ als das Fließen eines Tunnelstroms ermöglicht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht 0,1 bis 1000 nm dick ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ferroelektrische Schicht 0,3 nm bis 20 nm dick ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch, ferroelektrisches Material, umfassend Verbindungen mit einer Perowskit-Struktur, ferroelektrische Nio­ bat-Kristalle mit Wolfram-Bronze-Struktur, wasser­ lösliche sowie ferroelektrische Kristalle, ferro­ elektrische Halbleiter und organische Ferroelektri­ ka und Flüssigkristalle.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch, ferroelektrisches Material, umfassend Verbindungen aus PbZr1-xTixO3 (PZT) mit X ∈ [0,1], BaSr1-xTixO3 (BST) mit X ∈ [0, 1], Pb1-xLax(Zr1-xTix)O3 mit X ∈ [0,1] (PLZT) und SrBi2Ta2O9 (SBT), sowie PbNb2O6 mit KXWO3 bzw. NaXWO3 mit X < 1, KH2PO4-(KDP-)Familie Bi4Ti3O12, Gd2(MoO4), Pb5Ge3O11 oder KTiOPO4, SbSI so­ wie (NH2CH2COOH)3.H2SO4-(TGS) und [CH2CF2]n mit n ≧ 1.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus leitfähigem Oxid oder Metall bestehen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Platin, Aluminium, Iridium, Rhodium oder Ruthenium bestehen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus IrO2, In2Sn2O5, RhO2, RuO2, MoO3, SrRuO3 bestehen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß beliebig viele alternierende Schichten von Elektroden und ferroelektrischen Schichten angeord­ net sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, gekennzeichnet durch zwei Elektroden, die durch eine Schicht aus ferro­ elektrischem Material getrennt werden.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch eine homogene Schicht aus ferroelektrischem Materi­ al oder eine Schicht, die aus einem Gemisch ferro­ elektrischen und/oder nicht ferroelektrischen Mate­ rials besteht.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10245554A1 (de) * 2002-09-30 2004-04-15 Infineon Technologies Ag Nanopartikel als Ladungsträgersenke in resistiven Speicherelementen
WO2004040647A1 (de) * 2002-10-29 2004-05-13 Infineon Technologies Ag Ferroelektrische speicherzelle
US7759713B2 (en) 2006-03-06 2010-07-20 Ut-Battelle, Llc Ferroelectric tunneling element and memory applications which utilize the tunneling element

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10303316A1 (de) * 2003-01-28 2004-08-12 Forschungszentrum Jülich GmbH Schneller remanenter Speicher
FR2946788B1 (fr) * 2009-06-11 2016-11-11 Thales Sa Dispositif a resistance ajustable.
US20190245056A1 (en) * 2018-02-02 2019-08-08 International Business Machines Corporation Ferroelectric devices free of extended grain boundaries

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541422A (en) * 1993-12-10 1996-07-30 U.S. Philips Corporation Tunnel diode with several permanent switching states

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6548843B2 (en) * 1998-11-12 2003-04-15 International Business Machines Corporation Ferroelectric storage read-write memory

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5541422A (en) * 1993-12-10 1996-07-30 U.S. Philips Corporation Tunnel diode with several permanent switching states

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10245554A1 (de) * 2002-09-30 2004-04-15 Infineon Technologies Ag Nanopartikel als Ladungsträgersenke in resistiven Speicherelementen
DE10245554B4 (de) * 2002-09-30 2008-04-10 Qimonda Ag Nanopartikel als Ladungsträgersenke in resistiven Speicherelementen
WO2004040647A1 (de) * 2002-10-29 2004-05-13 Infineon Technologies Ag Ferroelektrische speicherzelle
US7759713B2 (en) 2006-03-06 2010-07-20 Ut-Battelle, Llc Ferroelectric tunneling element and memory applications which utilize the tunneling element

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