DE102018130131A1 - Switchable resistance component and method for its production - Google Patents

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Yukihiko Takagaki
Manfred Ramsteiner
Uwe Jahn
Bernd Jenichen
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Abstract

Ein schaltbares Widerstands-Bauelement 10, das einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweist, umfasst eine erste Elektrode 1, die ein erstes elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial umfasst, eine zweite Elektrode 2, die ein zweites elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial umfasst, und eine Barriereschicht 3, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei das Widerstands-Bauelement eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 veränderlich ist, und wobei das erste Elektrodenmaterial ein Chalkogenid mit metallischer Leitfähigkeit umfasst, das zweite Elektrodenmaterial ein Metall umfasst, und die Barriereschicht 3 eine Schichtzusammensetzung aufweist, die mindestens teilweise das erste Elektrodenmaterial und mindestens teilweise das zweite Elektrodenmaterial enthält. Es werden auch ein Verfahren zur Herstellung und Anwendungen des Widerstands-Bauelements beschrieben.A switchable resistance component 10, which has a variable electrical resistance, comprises a first electrode 1, which comprises a first electrically conductive electrode material, a second electrode 2, which comprises a second electrically conductive electrode material, and a barrier layer 3, which lies between the first The electrode and the second electrode is arranged, wherein the resistance component has an electrical conductivity that is variable by applying an electrical voltage between the first electrode 1 and the second electrode 2, and wherein the first electrode material comprises a chalcogenide with metallic conductivity, which second electrode material comprises a metal, and the barrier layer 3 has a layer composition which at least partially contains the first electrode material and at least partially contains the second electrode material. A method of making and using the resistance device is also described.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Widerstands-Bauelement, das einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweist, insbesondere ein Widerstands-Bauelement, das Leitfähigkeitseigenschaften eines Memristors aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung des Widerstands-Bauelements und Anwendungen des Widerstands-Bauelements. Anwendungen der Erfindung sind insbesondere in Speicher- und/oder Logik-Schaltungen gegeben.The invention relates to a switchable resistance component which has a variable electrical resistance, in particular a resistance component which has conductivity properties of a memristor. The invention further relates to a method for producing the resistance component and applications of the resistance component. Applications of the invention are particularly given in memory and / or logic circuits.

In der vorliegenden Beschreibung wird auf den folgenden Stand der Technik Bezug genommen, der den technischen Hintergrund der Erfindung darstellt:

  • [1] R. Waser et al. in „Nature Mater.“ 6, 833 (2007) ;
  • [2] F. Pan et al. in „Mater. Sci. Eng.“ R 83, 1 (2014) ;
  • [3] I. Valov et al. in „Nanotechnol.“ 22, 254003 (2011) ;
  • [4] R. Waser et al. in „Adv. Mater.“ 21, 2632 (2009) ;
  • [5] K. Terabe et al. in „Nature“ 433, 47 (2005) ;
  • [6] T. Sakamoto et al. in „Appl. Phys. Lett.“ 82, 3032 (2003) ;
  • [7] D. B. Strukov et al. in „Nature“ 453, 80 (2008) ;
  • [8] L. O. Chua in „IEEE Trans. Circuit Theory“ 18, 507 (1971) ;
  • [9] Y. V. Pershin et al. in „Adv. Phys.“ 60, 145 (2011) ;
  • [10] J. Borghetti et al. in „Nature“ 464, 873 (2010) ;
  • [11] L. Chua in „Appl Phys A“ 102, 765 (2011) ;
  • [12] C. Du et al. in „Nature Commun.“ 8, 2204 (2017) ;
  • [13] J. J. Yang et al. in „Nature Nanotechnol.“ 8, 13 (2013) ;
  • [14] Y. Takagaki et al. in „Semicond. Sci. Technol.“ 26, 085031 (2011) ;
  • [15] Y. Takagaki et al. in „Semicond. Sci. Technol.“ 27, 085006 (2012) ;
  • [16] Y. Takagaki et al. in „Semicond. Sci. Technol.“ 28, 025012 (2013) ;
  • [17] Y. Takagaki et al. in „Semicond. Sci. Technol.“ 28, 115013 (2013) ;
  • [18] Y. Takagaki et al. in „Semicond. Sci. Technol.“ 29, 095021 (2014) ;
  • [19] J. Maier in „Nature Mater.“ 4, 805 (2005) ;
  • [20] S. Gao et al. in „Nanoscale“ 7, 6031-6038 (2015} ; und
  • [21] DE 10 2017 104 283 A1 .
In the present description, reference is made to the following prior art, which represents the technical background of the invention:
  • [1] R. Waser et al. in "Nature Mater." 6, 833 (2007) ;
  • [2] F. Pan et al. in "Mater. Sci. Eng. “R 83, 1 (2014) ;
  • [3] I. Valov et al. in "Nanotechnol." 22, 254003 (2011) ;
  • [4] R. Waser et al. in "Adv. Mater. "21, 2632 (2009) ;
  • [5] K. Terabe et al. in "Nature" 433, 47 (2005) ;
  • [6] T. Sakamoto et al. in "Appl. Phys. Lett. "82, 3032 (2003) ;
  • [7] DB Strukov et al. in "Nature" 453, 80 (2008) ;
  • [8th] LO Chua in "IEEE Trans. Circuit Theory" 18, 507 (1971) ;
  • [9] YV Pershin et al. in "Adv. Phys. "60, 145 (2011) ;
  • [10] J. Borghetti et al. in "Nature" 464, 873 (2010) ;
  • [11] L. Chua in "Appl Phys A" 102, 765 (2011) ;
  • [12] C. Du et al. in "Nature Commun." 8, 2204 (2017) ;
  • [13] JJ Yang et al. in "Nature Nanotechnol." 8, 13 (2013) ;
  • [14] Y. Takagaki et al. in "Semicond. Sci. Technol. "26, 085031 (2011) ;
  • [15] Y. Takagaki et al. in "Semicond. Sci. Technol. "27, 085006 (2012) ;
  • [16] Y. Takagaki et al. in "Semicond. Sci. Technol. "28, 025012 (2013) ;
  • [17] Y. Takagaki et al. in "Semicond. Sci. Technol. "28, 115013 (2013) ;
  • [18] Y. Takagaki et al. in "Semicond. Sci. Technol. "29, 095021 (2014) ;
  • [19] J. Maier in "Nature Mater." 4, 805 (2005) ;
  • [20] S. Gao et al. in "Nanoscale" 7, 6031-6038 (2015} ; and
  • [21] DE 10 2017 104 283 A1 .

Es ist allgemein bekannt, dass durch ionischen Transport und/oder elektrochemische Redox-Reaktionen elektrisch induzierte, ohmsche Schalteffekte erzielt werden können, die in nichtflüchtigen Speichern oder in der Datenverarbeitung, z. B. mit neuronalen Netzwerken, verwendet werden können. Dabei besteht, insbesondere für Anwendungen in neuronalen Netzwerken, ein Interesse an Memristor-Bauelementen, welche Vorteile hinsichtlich eines niedrigen Stromverbrauchs, einer hohen Geschwindigkeit und/oder einer hohen Dichte haben können ([1] bis [3]). Memristoren sind zweipolige Widerstandsbauelemente, deren elektrischen Eigenschaften, insbesondere Leitfähigkeit, nicht nur vom aktuellen Zustand, sondern auch davon abhängen, unter welchen Betriebsbedingungen der Zustand erreicht wurde (insbesondere Abhängigkeit von einer vorherigen Konditionierung).It is generally known that electrically induced, ohmic switching effects can be achieved by ionic transport and / or electrochemical redox reactions, which in non-volatile memories or in data processing, for. B. with neural networks can be used. There is an interest in memristor components in particular for applications in neural networks, which can have advantages in terms of low power consumption, high speed and / or high density ([ 1 ] to [ 3rd ]). Memristors are bipolar resistance components whose electrical properties, in particular conductivity, do not only depend on the current state, but also on the operating conditions under which the state was reached (in particular depending on previous conditioning).

Ein Standardtyp eines herkömmlichen Widerstands-Bauelements 10' in Gestalt einer elektrochemischen Speicherzelle ist schematisch in 9 gezeigt (siehe z. B. [20]). Die Speicherzelle besteht aus einem Aufbau aus zwei Elektrodenschichten 1', 2', zwischen denen eine Barriereschicht 3' angeordnet ist. Zwei stabile Widerstands- oder Leitfähigkeitszustände, z. B. für eine Speicherfunktion, werden erzeugt, indem eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden durch ein leitfähiges Filament 3A' in der Barriereschicht 3' gebildet oder unterbrochen wird. Das Filament 3A' wird bei Anlegen einer positiven elektrischen Spannung U an einer der Elektroden (oxidierbare Elektrode 1', z. B. aus Blei) durch Metallionen erzeugt, die durch die Barriereschicht 3' (z. B. aus Tantaloxid) wandern und an der anderen Elektrode (inerte Gegenelektrode 2', z. B. aus n-leitendem Silizium) reduziert werden. Das Filament 3A' bewirkt einen Kurzschluss zwischen den Elektroden 1' und 2', wodurch der Widerstand des Widerstands-Bauelements 10' sinkt. Diese sprunghafte Veränderung des Widerstands kann z. B. zum Umschalten eines Speicherzustands verwendet werden. Das Filament 3A' löst sich bei Anlegen einer negativen elektrischen Spannung elektrochemisch auf, so dass das Schalten des Widerstands reversibel ist. Zahlreiche Elektroden- und Isolatormaterialien wurden in den letzten Jahren untersucht, um die Leistung eines derartigen Widerstands-Bauelements zu verbessern [4]. Auf der elektrochemischen Bildung des Metallfilaments basiert auch ein atomarer Schalter, mit dem mehrstufige logische Verknüpfungen auf atomarer Ebene durchgeführt werden ([5], [6]).A standard type of conventional resistance device 10 ' in the form of an electrochemical storage cell is shown schematically in 9 shown (see e.g. [20]). The memory cell consists of a structure consisting of two electrode layers 1' , 2 ' , between which a barrier layer 3 ' is arranged. Two stable resistance or conductivity states, e.g. B. for a memory function, are generated by an electrical connection between the electrodes through a conductive filament 3A ' in the barrier layer 3 ' is formed or interrupted. The filament 3A ' is applied when a positive electrical voltage U is applied to one of the electrodes (oxidizable electrode 1' , e.g. B. from lead) generated by metal ions through the barrier layer 3 ' (e.g. from tantalum oxide) and on the other electrode (inert counter electrode 2 ' , e.g. B. n-type silicon) can be reduced. The filament 3A ' causes a short circuit between the electrodes 1' and 2 ' , causing the resistance of the resistor device 10 ' sinks. This sudden change in resistance can e.g. B. can be used to switch a memory state. The filament 3A ' dissolves electrochemically when a negative electrical voltage is applied, so that the switching of the resistor is reversible. Numerous electrode and insulator materials have been studied in recent years to improve the performance of such a resistor device [ 4th ]. An atomic switch is also based on the electrochemical formation of the metal filament, with which multilevel logic operations are carried out at the atomic level ([ 5 ], [ 6 ]).

Das Widerstands-Bauelement 10' gemäß 9 bildet aufgrund einer Hysterese in der Spannungs-Strom-Kennlinie einen Memristor [7]. Memristoren sind als die vierte und letzte Komponente der Kategorien von zweipoligen Schaltungselementen eine Ergänzung zu Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten [8]. Sie bilden einen Typ von Widerstands-Bauelementen, deren Leitfähigkeitseigenschaften insbesondere davon abhängen, wie sie zuvor von Strom (Betrag, Richtung) durchflossen wurden [9, 10, 11]. Vorteile von Memristoren ergeben sich daraus, dass sie sowohl als Logikelemente als auch zur Datenspeicherung verwendet werden können und für die Bildung von künstlichen neuronalen Netzwerken geeignet sind [12]. Des Weiteren können Netzwerke mit Memristoren die Effizienz der neuronalen Datenverarbeitung dramatisch verbessern [13].The resistance component 10 ' according to 9 forms a memristor due to a hysteresis in the voltage-current characteristic [ 7 ]. As the fourth and final component of the categories of bipolar circuit elements, memristors are a supplement to resistors, capacitors and inductors [ 8th ]. They form a type of resistance component, the conductivity properties of which depend in particular on how current (amount, direction) flowed through them beforehand [ 9 , 10th , 11 ]. The advantages of memristors result from the fact that they can be used both as logic elements and for data storage and are suitable for the formation of artificial neural networks [ 12 ]. Furthermore, networks with memristors can dramatically improve the efficiency of neural data processing [ 13 ].

Das Widerstands-Bauelement 10' gemäß 9 hat jedoch den Nachteil, dass die Spannung, bei der die Widerstandsänderung auftritt, unveränderlich ist. Damit werden Anwendungen des Widerstands-Bauelements z. B. als Speicher beeinträchtigt. Des Weiteren wird der Widerstand des niederohmigen Zustandes durch den Durchmesser des Filaments festgelegt. Da die Bildung der Filamente endet, sobald die beiden Elektroden durch ein oder wenige Filamente kurzgeschlossen sind, ist eine Vergrößerung der Leitfähigkeit nur beschränkt möglich. Weitere Nachteile ergeben sich aus dem 3-Schichten-Sandwich-Aufbau des Widerstands-Bauelements 10' gemäß 9. In der herkömmlichen Struktur müssen an die Kontrolle der Barriereschichtdicke (und der Homogenität der Schicht) hohe Anforderungen gestellt werden. Dies ist besonders kritisch, wenn die Barriereschicht sehr dünn sein muss. Außerdem kann die Filamentbildung in unerwünschter Weise durch Umgebungsbedingungen beeinflusst werden. Beim herkömmlichen Widerstands-Bauelement kann der Widerstand des niederohmigen Zustandes, je nachdem, ob nur ein oder wenige Filamente die Elektroden verbinden, schwanken. Das Widerstands-Bauelement 10' ist nur beschränkt miniaturisierbar. Der Sandwich-Aufbau des Widerstands-Bauelements 10' erfordert schließlich ein aufwändiges Verfahren mit einer Deposition von drei Materialien aus verschiedenen Materialgruppen.The resistance component 10 ' according to 9 has the disadvantage, however, that the voltage at which the resistance change occurs cannot be changed. Applications of the resistance component z. B. impaired as memory. Furthermore, the resistance of the low-resistance state is determined by the diameter of the filament. Since the formation of the filaments ends as soon as the two electrodes are short-circuited by one or a few filaments, the conductivity can only be increased to a limited extent. Further disadvantages result from the 3-layer sandwich structure of the resistance component 10 ' according to 9 . In the conventional structure, high demands have to be made on the control of the barrier layer thickness (and the homogeneity of the layer). This is particularly critical if the barrier layer has to be very thin. Filament formation can also be undesirably influenced by environmental conditions. In the conventional resistance component, the resistance of the low-resistance state can fluctuate depending on whether only one or a few filaments connect the electrodes. The resistance component 10 ' can only be miniaturized to a limited extent. The sandwich structure of the resistor component 10 ' finally requires a complex process with a deposition of three materials from different material groups.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Widerstands-Bauelement bereitzustellen, mit dem Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Das Widerstands-Bauelement soll insbesondere einen vereinfachten Aufbau aufweisen, eine steuerbare Schaltcharakteristik der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen, eine zuverlässige und reproduzierbare Schaltcharakteristik der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen, einfacher herstellbar sein und/oder einfach mit bekannten elektronischen Bauelementen kombinierbar sein. Die Aufgabe der Erfindung ist des Weiteren, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Widerstands-Bauelements bereitzustellen, mit dem Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Techniken vermieden werden können und das insbesondere weniger aufwendig als herkömmliche Verfahren ist.The object of the invention is to provide an improved resistance component with which disadvantages and limitations of conventional techniques can be avoided. The resistance component should in particular have a simplified structure, have a controllable switching characteristic of the electrical conductivity, have a reliable and reproducible switching characteristic of the electrical conductivity, be easier to manufacture and / or be easy to combine with known electronic components. The object of the invention is furthermore to provide an improved method for producing such a resistance component, with which disadvantages and restrictions of conventional techniques can be avoided and which in particular is less complex than conventional methods.

Diese Aufgaben werden durch ein Widerstands-Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Anwendungen und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by a resistance component and a method for its production with the features of the independent claims. Advantageous applications and embodiments of the invention result from the dependent claims.

Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Widerstands-Bauelement mit einem veränderlichen elektrischen Widerstand gelöst. Das Widerstands-Bauelement weist in einem ersten Zustand (isolierender oder hochohmiger Zustand) einen erhöhten elektrischen Widerstand (und eine geringere elektrische Leitfähigkeit) und in einem zweiten Zustand (leitfähiger oder niederohmiger Zustand) einen geringeren elektrischen Widerstand (und eine höhere elektrische Leitfähigkeit) auf als im jeweils anderen Zustand. Das Widerstands-Bauelement ist durch eine Veränderung, insbesondere durch Anlegen oder Abschalten, elektrischer Spannungen reversibel von dem ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt veränderlich (umschaltbar).According to a first general aspect of the invention, the above object is achieved by a resistance component with a variable electrical resistance. The resistance component has an increased electrical resistance (and a lower electrical conductivity) in a first state (insulating or high-resistance state) and a lower electrical resistance (and a higher electrical conductivity) in a second state (conductive or low-resistance state) than in the other state. The resistance component can be reversibly changed (switchable) by changing, in particular by applying or switching off, electrical voltages from the first to the second state and vice versa.

Das Widerstands-Bauelement umfasst eine erste Elektrode, die aus einem ersten elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial hergestellt ist, und eine zweite Elektrode, die aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Elektrodenmaterial hergestellt ist. Zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist ein isolierendes Material angeordnet, das hier als Barriereschicht (oder: Isolatorschicht) bezeichnet wird. In einem spannungsfreien Zustand, d. h. wenn keine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt ist, sind die Elektrodenmaterialien der ersten und zweiten Elektroden durch die Barriereschicht elektrisch voneinander getrennt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Elektroden (Erzeugung eines Potentialunterschieds zwischen den Elektroden) ist die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements veränderlich.The resistance component comprises a first electrode, which is made of a first electrically conductive electrode material, and a second electrode, which is made of a second electrically conductive electrode material. An insulating material, which is referred to here as a barrier layer (or: insulator layer), is arranged between the first electrode and the second electrode. In a stress-free state, i.e. H. if no voltage is applied to the electrodes, the electrode materials of the first and second electrodes are electrically separated from one another by the barrier layer. By applying an electrical voltage between the two electrodes (generating a potential difference between the electrodes), the electrical conductivity of the resistance component is variable.

Gemäß der Erfindung umfasst das erste Elektrodenmaterial ein Chalkogenid mit metallischer Leitfähigkeit. Des Weiteren umfasst das zweite Elektrodenmaterial ein Metall. Die Barriereschicht hat eine Zusammensetzung, die aus mindestens einem Bestandteil des ersten Elektrodenmaterials und mindestens einem Bestandteil des zweiten Elektrodenmaterials gebildet ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch den gegenseitigen Kontakt des Chalkogenids und des Metalls eine Grenzschicht zwischen den ersten und zweiten Elektroden gebildet wird, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit als die zweite Elektrode aufweist, insbesondere elektrisch isolierend ist, und die Barriereschicht bildet. Des Weiteren haben die Erfinder festgestellt, dass die Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden gleich oder oberhalb einer vorbestimmten ersten Schaltspannung (erster Schwellwert) ansteigt und bei Abschalten der Spannung, insbesondere bei Anlegen einer elektrischen Gegenspannung mit entgegengesetztem Vorzeichen, abfällt. Die Polarität der ersten Schaltspannung wird hier als positiv definiert.According to the invention, the first electrode material comprises a chalcogenide with metallic conductivity. Furthermore, the second electrode material comprises a metal. The barrier layer has a composition that is formed from at least one component of the first electrode material and at least one component of the second electrode material. The inventors have found that the mutual contact of the chalcogenide and the metal forms an interface between the first and second electrodes, which has a lower electrical conductivity than the second electrode, in particular is electrically insulating, and forms the barrier layer. Of The inventors have further found that the conductivity of the resistance component increases when an electrical voltage is applied between the electrodes, equal to or above a predetermined first switching voltage (first threshold value), and drops when the voltage is switched off, in particular when an opposing electrical voltage is applied with the opposite sign . The polarity of the first switching voltage is defined here as positive.

Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung des Widerstands-Bauelements gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung gelöst. Das Verfahren umfasst eine reaktive Dampfabscheidung der ersten Elektrode auf einem Substrat, wobei Ausgangssubstanzen des ersten Elektrodenmaterials aus getrennten Quellen in einen Dampfzustand überführt, auf dem Substrat abgeschieden werden und zu dem ersten Elektrodenmaterial reagieren. Des Weiteren umfasst das Verfahren die Bereitstellung des zweiten Elektrodenmaterials unmittelbar auf der Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials. Die Barriereschicht wird durch eine Reaktion des ersten Elektrodenmaterials und des zweiten Elektrodenmaterials gebildet.According to a second general aspect of the invention, the above object is achieved by a method for producing the resistance component according to the first general aspect of the invention. The method comprises reactive vapor deposition of the first electrode on a substrate, wherein starting substances of the first electrode material are converted into a vapor state from separate sources, are deposited on the substrate and react to form the first electrode material. Furthermore, the method comprises the provision of the second electrode material directly on the surface of the first electrode material. The barrier layer is formed by a reaction of the first electrode material and the second electrode material.

Die Erfinder haben einen neuen vorteilhaften Mechanismus eines resistiven Schalters, insbesondere eines Memristors, gefunden, bei dem zwischen dem Chalkogenid und dem Metall durch eine spontane chemische Reaktion eine hochohmige Barriere gebildet wird. Die Barriereschicht wird elektrisch unter Wirkung einer positiven Spannung zwischen den Elektroden gleich oder oberhalb der ersten Schaltspannung vernichtet und durch Reduzierung der Spannung bis auf Null oder durch das Anlegen einer negativen Gegenspannung wiederhergestellt. Im spannungsfreien Zustand, insbesondere nach Abschalten der Gegenspannung, bleibt die Barriereschicht als isolierende Schicht erhalten. Der Schaltmechanismus basiert im Gegensatz zur herkömmlichen Herstellung von leitfähigen Brückenfilamenten auf der elektrisch gesteuerten Manipulation der Barriereschicht.The inventors have found a new advantageous mechanism of a resistive switch, in particular a memristor, in which a high-resistance barrier is formed between the chalcogenide and the metal by a spontaneous chemical reaction. The barrier layer is electrically destroyed under the effect of a positive voltage between the electrodes equal to or above the first switching voltage and restored by reducing the voltage to zero or by applying a negative counter voltage. In the voltage-free state, especially after the counter-voltage has been switched off, the barrier layer is retained as an insulating layer. In contrast to the conventional manufacture of conductive bridge filaments, the switching mechanism is based on the electrically controlled manipulation of the barrier layer.

Vorteilhafterweise hat das Widerstands-Bauelement einen vereinfachten und robusten Aufbau, da die Barriereschicht inherent durch die angrenzenden Elektrodenmaterialien gebildet wird. Die Schaltcharakteristik des Widerstands-Bauelements zeichnet sich insbesondere durch Memristor-Eigenschaften in dem Doppelschichtübergang (Grenzflächenschicht) aus dem Metall und dem leitfähigen Chalkogenid aus. Der hohe Widerstand des Bauelements sinkt abrupt um Größenordnungen, wenn die Barriereschicht elektrochemisch unter der Wirkung der Schaltspannung aufgelöst wird. Nach dem Abschalten der Schaltspannung oder dem Anlegen einer Spannung umgekehrter Polarität wird die Barriereschicht wieder stabil gebildet, was für einen steuerbaren Speichereffekt ausgenutzt werden kann.The resistance component advantageously has a simplified and robust construction, since the barrier layer is inherently formed by the adjacent electrode materials. The switching characteristic of the resistance component is distinguished in particular by memristor properties in the double layer transition (interface layer) made of the metal and the conductive chalcogenide. The high resistance of the component drops abruptly by orders of magnitude when the barrier layer is dissolved electrochemically under the effect of the switching voltage. After switching off the switching voltage or applying a voltage of reverse polarity, the barrier layer is again formed in a stable manner, which can be used for a controllable memory effect.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht im starken Kontrast der elektrischen Leitfähigkeiten des Widerstands-Bauelements in seinem ersten und zweiten Zustand. Bei dem herkömmlichen Bauelement ist der Widerstand des niederohmigen Zustandes ist durch den Durchmesser des Filaments gegeben und daher viel höher als beim erfindungsgemäßen Widerstands-bauelement. Bei diesem sind die beiden Elektrodenmaterialien nach der spannungsinduzierten Auflösung der Barriereschicht direkt miteinander verbunden, so dass ein Leitungsquerschnitt entsteht, der gleich der Kontaktfläche zwischen den Elektroden ist.Another important advantage of the invention is the strong contrast between the electrical conductivities of the resistance component in its first and second states. In the conventional component, the resistance of the low-resistance state is given by the diameter of the filament and is therefore much higher than in the resistor component according to the invention. In this case, the two electrode materials are directly connected to one another after the voltage-induced dissolution of the barrier layer, so that a line cross section is created which is equal to the contact area between the electrodes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste Elektrodenmaterial ein Chalkogenid, das ein Element der 6. Hauptgruppe, ein Element der 5. Hauptgruppe und ein Übergangsmetall enthält. Diese Stoffkombination ist besonders vorteilhaft für die Erzielung eines starken Sprungs der Leitfähigkeit bei Überschreiten der Schaltspannung. Besonders bevorzugt ist das Chalkogenid eine chemische Verbindung X-Y-Z, wobei X mindestens eines von Bismut und Antimon umfasst, Y mindestens eines von Kupfer und Silber umfasst und Z mindestens eines von Schwefel, Selen und Tellur umfasst. Diese Materialien haben sich als vorteilhaft für die reaktive Abscheidung erwiesen.According to a preferred embodiment of the invention, the first electrode material comprises a chalcogenide which contains an element of the 6th main group, an element of the 5th main group and a transition metal. This combination of substances is particularly advantageous for achieving a strong jump in conductivity when the switching voltage is exceeded. The chalcogenide is particularly preferably a chemical compound X-Y-Z, where X comprises at least one of bismuth and antimony, Y comprises at least one of copper and silver and Z comprises at least one of sulfur, selenium and tellurium. These materials have proven to be advantageous for reactive deposition.

Wenn das erste Elektrodenmaterial insbesondere (BixCu1-x)yS mit x > 0 bis x = 0,3 und y im Bereich von 1 bis 2 umfasst, ergeben sich besondere Vorteile für eine reproduzierbare Schaltcharakteristik und eine dauerhafte Stabilität des Widerstands-Bauelements. Besonders bevorzugt ist y näherungsweise 1,5.If the first electrode material in particular comprises (Bi x Cu 1-x ) y S with x> 0 to x = 0.3 and y in the range from 1 to 2, there are particular advantages for a reproducible switching characteristic and permanent stability of the resistance. Component. Y is particularly preferably approximately 1.5.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das erste Elektrodenmaterial eine Inhomogenität seiner Bestandteile aufweisen, wobei einerseits Mikrokristalle z. B. aus Schwefel und dem Übergangsmetall, z. B. Kupfer, und andererseits Bereiche des Elements der 5. Hauptgruppe, z. B. Bismut, gebildet sind. Alternativ kann das erste Elektrodenmaterial homogen gebildet sein.According to a further feature of the invention, the first electrode material can have an inhomogeneity of its components. B. from sulfur and the transition metal, for. B. copper, and on the other hand areas of the element of the 5th main group, for. B. bismuth are formed. Alternatively, the first electrode material can be formed homogeneously.

Das zweite Elektrodenmaterial kann Aluminium, Nickel, Kupfer oder Silber oder eine Zusammensetzung aus zwei oder mehreren von diesen Metallen umfassen. Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das zweite Elektrodenmaterial aus Aluminium enthält oder aus Aluminium besteht, ergeben sich Vorteile für die Bildung der Barriereschicht mit einem hohen Widerstand.The second electrode material can comprise aluminum, nickel, copper or silver or a composition of two or more of these metals. If, according to a preferred embodiment of the invention, the second electrode material contains aluminum or consists of aluminum, there are advantages for the formation of the barrier layer with a high resistance.

Vorzugsweise sind die Elektrodenmaterialien so gewählt, dass die Schichtzusammensetzung der Barriereschicht im isolierenden Zustand des Widerstands-Bauelements ein modifiziertes Chalkogenid umfasst, das mindestens teilweise Bestandteile aus dem zweiten Elektrodenmaterial enthält. Insbesondere wird durch den Einbau der Metallatome des zweiten Elektrodenmaterials in das Chalkogenid infolge der chemischen Reaktion der aneinander grenzenden Materialien das modifizierte Chalkogenid elektrisch isolierend.The electrode materials are preferably selected such that the layer composition of the Barrier layer in the insulating state of the resistance component comprises a modified chalcogenide, which contains at least partially components from the second electrode material. In particular, the incorporation of the metal atoms of the second electrode material into the chalcogenide as a result of the chemical reaction of the adjacent materials makes the modified chalcogenide electrically insulating.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die erste Elektrode eine erste Elektrodenschicht auf einem Substrat und die zweite Elektrode eine zweite Elektrodenschicht, einen Drahtleiter oder ein Kontaktpad. Die zweite Elektrode ist vorzugsweise auf der ersten Elektrodenschicht auf der vom Substrat abgewandten Seite angeordnet. Diese Konfiguration bietet besondere Vorteile für das Verfahren zur Herstellung des Widerstands-Bauelements. Die zweite Elektrode kann einfach auf der ersten Elektrode positioniert werden. Alternativ ist eine umgekehrte Anordnung des ersten Elektrodenmaterials auf dem zweiten Elektrodenmaterial möglich. Vorteilhafterweise ist die erste Elektrodenschicht miniaturisierbar. Sie kann z. B. eine Ausdehnung geringer als 1 um * 1 um haben.According to a further advantageous embodiment of the invention, the first electrode comprises a first electrode layer on a substrate and the second electrode comprises a second electrode layer, a wire conductor or a contact pad. The second electrode is preferably arranged on the first electrode layer on the side facing away from the substrate. This configuration offers particular advantages for the method for producing the resistance component. The second electrode can easily be positioned on the first electrode. Alternatively, a reverse arrangement of the first electrode material on the second electrode material is possible. The first electrode layer can advantageously be miniaturized. You can e.g. B. have an extent less than 1 µm * 1 µm.

Die Verwendung eines Drahtleiters als zweite Elektrode hat Vorteile in Bezug auf die Anbringung des Drahtleiters, z. B. allein durch ein mechanisches Aufdrücken und/oder durch ein Ultraschallbonden, und in Bezug auf die Steilheit der Schaltcharakteristik beim sprunghaften Übergang vom isolierenden zum leitenden Zustand des Widerstands-Bauelements. Die Anbringung des Drahtleiters erfolgt vorzugsweise so, dass eine Querschnittsfläche (Punktkontakt) oder eine seitliche Oberfläche des Drahtleiters (Linienkontakt) über eine Länge, die größer als der Durchmesser des Drahtleiters ist, mit der ersten Elektrode verbunden wird. Die Länge des Drahtleiters, über die der Drahtleiter mit der ersten Elektrode verbunden ist, beträgt vorzugsweise mindestens 50 µm, insbesondere mindestens 70 µm. Die Steilheit der Schaltcharakteristik wird mit dem Punkt- oder Linienkontakt verbessert, da in diesem Fall der Einfluss von Defekten in dem ersten Elektrodenmaterial minimiert wird.The use of a wire conductor as the second electrode has advantages with regard to the attachment of the wire conductor, e.g. B. solely by mechanical pressing and / or by ultrasonic bonding, and in relation to the steepness of the switching characteristic in the event of a sudden transition from the insulating to the conductive state of the resistance component. The wire conductor is preferably attached such that a cross-sectional area (point contact) or a lateral surface of the wire conductor (line contact) is connected to the first electrode over a length that is greater than the diameter of the wire conductor. The length of the wire conductor, via which the wire conductor is connected to the first electrode, is preferably at least 50 μm, in particular at least 70 μm. The steepness of the switching characteristic is improved with the point or line contact, since in this case the influence of defects in the first electrode material is minimized.

Besonders bevorzugt umfasst die Positionierung des zweiten Elektrodenmaterials das mechanische Aufdrücken eines Drahtleiters oder eines Kontaktpads auf die Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials. Vorteilhafterweise kann damit bereits die Reaktion der Elektrodenmaterialien ausgelöst und eine stoffschlüssige Fügeverbindung der Elektrodenmaterialien erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich ist ein Ultraschallbonden vorgesehen.The positioning of the second electrode material particularly preferably comprises mechanically pressing a wire conductor or a contact pad onto the surface of the first electrode material. Advantageously, the reaction of the electrode materials can thus already be triggered and a cohesive joint connection of the electrode materials can be achieved. Alternatively or additionally, ultrasonic bonding is provided.

Vorteilhafterweise zeichnet sich die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements durch eine sprunghafte (oder: diskontinuierliche) Spannungsabhängigkeit bei Steigerung der positiven Spannung auf. Bei Anlegen der positiven elektrischen Spannung tritt bei der ersten Schaltspannung eine sprunghafte Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit auf. Besondere Vorteile bietet die sprunghafte Schaltcharakteristik des Widerstands-Bauelements für Anwendungen in Logikschaltungen.The electrical conductivity of the resistance component is advantageously distinguished by an abrupt (or: discontinuous) voltage dependence with an increase in the positive voltage. When the positive electrical voltage is applied, there is a sudden increase in electrical conductivity at the first switching voltage. The abrupt switching characteristic of the resistor component offers particular advantages for applications in logic circuits.

Die Erfinder haben des Weiteren einen Gedächtniseffekt des Widerstands-Bauelements festgestellt, der durch die Gegenspannung gesteuert werden kann. Der Wert der ersten Schaltspannung hängt vorzugsweise von der vorher angelegten maximalen Gegenspannung ab, die hier als Konditionierungsspannung (oder Programmierspannung, Schreibspannung) bezeichnet wird. Das Widerstands-Bauelement stellt daher ein vielseitig nutzbares Bauteil in Speicher- und/oder Logik-Schaltungen dar.The inventors have also found a memory effect of the resistance component, which can be controlled by the counter voltage. The value of the first switching voltage preferably depends on the previously applied maximum counter voltage, which is referred to here as the conditioning voltage (or programming voltage, write voltage). The resistance component is therefore a versatile component in memory and / or logic circuits.

Vorzugsweise tritt bei einer Reduzierung der angelegten Spannung, insbesondere bei Anlegen einer elektrischen Gegenspannung mit einer relativ zur ersten Schaltspannung umgekehrten Polarität, bei einer zweiten Schaltspannung ebenfalls eine sprunghafte Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit auf. Bei der zweiten Schaltspannung erfolgt eine sprunghafte Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit.When the applied voltage is reduced, in particular when an electrical countervoltage is applied with a polarity reversed relative to the first switching voltage, a sudden change in the electrical conductivity also occurs with a second switching voltage. With the second switching voltage there is a sudden reduction in the electrical conductivity.

Das Anlegen der negativen Gegenspannung ist nicht zwingend erforderlich. Eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements tritt auch auf, wenn die Spannung unter die erste Schaltspannung, insbesondere auf Null oder nahezu Null, fällt. Die Barriereschicht entsteht durch spontane chemische Reaktion auch ohne die negative Spannung. Die negative Spannung verstärkt allerdings die chemische Reaktion und verstärkt so die Barriereschicht (z. B. durch eine Vergrößerung der Dicke der Barriereschicht). Eine stärkere positive Spannung ist dann erforderlich, um die Barriereschicht nach dem Aufbringen der negativen Spannung aufzulösen.The application of the negative counter voltage is not absolutely necessary. A reduction in the electrical conductivity of the resistance component also occurs if the voltage drops below the first switching voltage, in particular to zero or almost zero. The barrier layer is created by spontaneous chemical reaction even without the negative voltage. However, the negative voltage increases the chemical reaction and thus strengthens the barrier layer (e.g. by increasing the thickness of the barrier layer). A stronger positive voltage is then required to dissolve the barrier layer after the negative voltage has been applied.

Besonders bevorzugt hat die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements eine Spannungsabhängigkeit mit Schalthysterese (Hysterese in der Spannungs-Strom-Kennlinie). Die Schalthysterese zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Schaltspannung und die zweite Schaltspannung, bei der die elektrische Leitfähigkeit sprunghaft abfällt, voneinander verschieden sind. Durch die Schalthysterese wird vorteilhafterweise ein zuverlässiges und reproduzierbares Schalten des Widerstands-Bauelements zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand (oder umgekehrt) begünstigt.The electrical conductivity of the resistance component particularly preferably has a voltage dependency with switching hysteresis (hysteresis in the voltage-current characteristic curve). The switching hysteresis is characterized in that the first switching voltage and the second switching voltage, at which the electrical conductivity drops suddenly, are different from one another. The switching hysteresis advantageously favors reliable and reproducible switching of the resistance component between the first and the second state (or vice versa).

Die Schalthysterese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der niederohmige Zustand mit einer Spannung beibehalten wird, die geringer als die erste Schaltspannung zum Umschalten in den niederohmigen Zustand ist. Das Umschalten in den hochohmigen Zustand erfolgt durch die spontane chemische Reaktion, wenn die Spannung auf etwa Null reduziert wird. In dieser Hinsicht kann das erfindungsgemäße Widerstands-Bauelement als dynamischer Speicher (im Gegensatz zu einem statischen Speicher) verwendet werden. Das heißt, das Widerstands-Bauelement wirkt wie ein Speicher, wenn eine externe Spannung zugeführt wird, um den niederohmigen Zustand aufrechtzuerhalten. Das Umschalten in den hochohmigen Zustand wird durch Reduzieren der positiven Spannung auf Null oder sogar durch Anlegen einer Spannung mit umgekehrter Polarität eingeleitet. Der Gedächtniseffekt des Widerstands-Bauelements zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei Durchlauf der Schalthysterese die Schaltspannung von der zuvor angewendeten maximalen negativen Gegenspannung (Konditionierungsspannung) abhängt. Mit zunehmendem Betrag der zuvor angewendeten Konditionierungsspannung steigt die erste Schaltspannung. The switching hysteresis is characterized in particular by the fact that the low-resistance state is maintained with a voltage that is lower than the first switching voltage for switching over to the low-resistance state. Switching to the high-resistance state takes place through the spontaneous chemical reaction when the voltage is reduced to approximately zero. In this regard, the resistance component according to the invention can be used as a dynamic memory (in contrast to a static memory). That is, the resistor device acts as a memory when an external voltage is applied to maintain the low-resistance state. Switching to the high-resistance state is initiated by reducing the positive voltage to zero or even by applying a voltage with reverse polarity. The memory effect of the resistance component is characterized in particular by the fact that the switching voltage depends on the previously applied maximum negative counter voltage (conditioning voltage) when the switching hysteresis is run through. The first switching voltage increases as the amount of the conditioning voltage used increases.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass vielfältige Anwendungen des Widerstands-Bauelements möglich sind, wie beispielsweise als Memristor-Bauelement, Logik-Bauelement, insbesondere mehrstufiges Logik-Bauelement, Speicherzelle eines dynamischen Speichers, insbesondere dynamischer RAM, und/oder Schaltelement in einem neuronalen Netzwerk. Anwendungen sind z. B. in komplexen Speichern gegeben, wie sie in [21] beschrieben sind. Das Widerstands-Bauelement kann ein separates Teil einer elektronischen Schaltung oder in einer integrierten Schaltung enthalten sein.Another advantage of the invention is that a variety of applications of the resistance component are possible, such as a memristor component, logic component, in particular multi-stage logic component, memory cell of a dynamic memory, in particular dynamic RAM, and / or switching element in one neural network. Applications are e.g. B. in complex memories as given in [ 21st ] are described. The resistance component can be contained in a separate part of an electronic circuit or in an integrated circuit.

Bei der Speicheranwendung werden z. B. stabile Widerstands- oder Leitfähigkeitszustände erzeugt, indem die Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements erhöht oder erniedrigt wird. Mindestens eine zu speichernde Information kann z. B. durch einen Wert der angelegten Konditionierungsspannung repräsentiert werden. Diese Information kann ausgelesen werden, indem mehrere positive Spannungen angelegt oder als Zeitfunktion durchlaufen werden und die erste Schaltspannung über den Leitfähigkeitssprung in den leitfähigen Zustand erfasst wird. Eine derartige Funktion ist z. B. in mehrstufigen Logik-Bauelementen anwendbar.In the storage application, e.g. B. generates stable resistance or conductivity states by increasing or decreasing the conductivity of the resistance component. At least one piece of information to be stored can, for. B. represented by a value of the applied conditioning voltage. This information can be read out by applying a plurality of positive voltages or by executing them as a time function and by detecting the first switching voltage via the conductivity jump to the conductive state. Such a function is e.g. B. applicable in multi-level logic components.

Bei der Anwendung als Schaltelement in einem neuronalen Netzwerk können Eingangsgrößen des Schaltelements zur Bildung der ersten Schaltspannung kombiniert werden und der Stromfluss durch das Widerstands-Bauelement als Ausgangsgröße genutzt werden.When used as a switching element in a neural network, input variables of the switching element can be combined to form the first switching voltage and the current flow through the resistance component can be used as an output variable.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements;
  • 2: eine vergrößerte Schnittansicht der Elektroden des Widerstands-Bauelements gemäß 1;
  • 3: eine schematische Illustration eines Reaktors zur Herstellung des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements;
  • 4 bis 8: Kurvendarstellungen zur Illustration von Eigenschaften von Widerstands-Bauelementen gemäß der Erfindung; und
  • 9: eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Widerstands-Bauelements (Stand der Technik).
Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic sectional view of an embodiment of the resistor component according to the invention;
  • 2nd : an enlarged sectional view of the electrodes of the resistance device according to 1 ;
  • 3rd : a schematic illustration of a reactor for producing the resistance component according to the invention;
  • 4th to 8th : Curves to illustrate properties of resistance devices according to the invention; and
  • 9 : a schematic view of a conventional resistor component (prior art).

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf ein Widerstands-Bauelement beschrieben, dessen Elektroden aus (Bi-Cu-S) und Aluminium bestehen. Die Erfindung ist nicht auf diese Materialien beschränkt, sondern entsprechend mit anderen Chalkogeniden und Metallen umsetzbar, die bei gegenseitiger Berührung zu einer elektrisch schaltbaren Barriereschicht reagieren. Die Erfindung wird insbesondere in Bezug auf das resistive Schaltverhalten des Widerstands-Bauelements bei Kombination eines Metalls und eines leitfähigen Chalkogenids und die Charakterisierung der Barriereschicht beschrieben. Einzelheiten der Verbindung des Widerstands-Bauelements mit elektrischen Schaltungen werden nicht beschrieben, da diese an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind.Embodiments of the invention are described below by way of example with reference to a resistance component whose electrodes consist of (Bi-Cu-S) and aluminum. The invention is not limited to these materials, but rather can be implemented accordingly with other chalcogenides and metals which react when they come into contact with one another to form an electrically switchable barrier layer. The invention is described in particular in relation to the resistive switching behavior of the resistance component when combining a metal and a conductive chalcogenide and the characterization of the barrier layer. Details of the connection of the resistance component to electrical circuits are not described, since these are known per se from the prior art.

Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements 10 mit der ersten Elektrode 1, der Barriereschicht 3 (siehe vergrößerte Schemadarstellung in 2) und der zweiten Elektrode 2. Bei dieser Ausführungsform sind ein Schichtaufbau der ersten Elektrode 1 auf einem Substrat 4 und der zweiten Elektrode 3 in Drahtform vorgesehen. Das Substrat 4 umfasst z. B. Si (001) mit einer Dicke von 0,5 mm. Die erste Elektrode 1 wird durch eine erste Elektrodenschicht gebildet, und sie besteht z. B. aus (Bi0.1Cu0.9)3S2 mit einer Dicke von 100 nm. Die zweite Elektrode 2 ist ein AI-Draht mit einer Dicke von z. B. 25 µm bis 100 µm. Optional kann der AI-Draht zusätzlich durch eine isolierende Halterung (nicht dargestellt) fixiert sein. Auf der ersten Elektrode 1 ist des Weiteren ein Kontakt-Pad 5, z. B. aus Gold mit einer Dicke von 50 nm, angeordnet, an dem z. B. mit Silberleitlack eine Verbindungsleitung 6, z. B. aus Gold, fixiert ist. Zur Beaufschlagung des Widerstands-Bauelements mit einer elektrischen Spannung werden die zweite Elektrode 2 und die Verbindungsleitung 6 mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.The 1 and 2nd schematically show an embodiment of the resistor component according to the invention 10th with the first electrode 1 , the barrier layer 3rd (see enlarged diagram in 2nd ) and the second electrode 2nd . In this embodiment, a layer structure of the first electrode 1 on a substrate 4th and the second electrode 3rd provided in wire form. The substrate 4th includes e.g. B. Si ( 001 ) with a thickness of 0.5 mm. The first electrode 1 is formed by a first electrode layer, and z. B. from (Bi 0.1 Cu 0.9 ) 3 S 2 with a thickness of 100 nm. The second electrode 2nd is an AI wire with a thickness of z. B. 25 microns to 100 microns. Optionally, the AI wire can also be fixed by an insulating holder (not shown). On the first electrode 1 is also a contact pad 5 , e.g. B. of gold with a thickness of 50 nm, arranged on the z. B. with conductive silver paint a connecting line 6 , e.g. B. made of gold. To apply an electrical voltage to the resistor component the second electrode 2nd and the connecting line 6 connected to a voltage source (not shown).

Die elektrische Leitfähigkeit der ersten und zweiten Elektroden 1, 2 ist metallisch. Der Widerstand des Widerstands-Bauelements 10 entspricht jedoch dem eines Isolators, da durch die Grenzflächenreaktion der Elektrodenmaterialien die Barriereschicht 3 gebildet ist. Wenn eine positive Spannung an die zweite Elektrode 2 in Bezug auf die Verbindungsleitung 6 angelegt wird, erfolgt oberhalb einer ersten Schaltspannung von z. B. 3,5 V eine reversible Umkehr der Grenzflächenreaktion, so dass der Widerstand des Widerstands-Bauelements 10 sich abrupt verringert (Beispiele siehe unten).The electrical conductivity of the first and second electrodes 1 , 2nd is metallic. The resistance of the resistor device 10th corresponds to that of an insulator, however, since the barrier layer acts as a result of the interface reaction of the electrode materials 3rd is formed. If a positive voltage to the second electrode 2nd in relation to the connecting line 6 is applied, takes place above a first switching voltage of z. B. 3.5 V a reversible reversal of the interface reaction, so that the resistance of the resistance device 10th abruptly decreases (see examples below).

Die Herstellung der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements 10 erfolgt mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren.The production of the shown embodiment of the resistor component according to the invention 10th is carried out using the procedure described below.

3 zeigt schematisch einen Reaktor 20 zur Herstellung der ersten Elektrode 1 des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements 10. Der Reaktor 20 ist ein evakuierbares Gefäß, wie z. B. ein Quartz-Rohr, mit einer Verdampfungsquelle 21, die zur Verdampfung des Ausgangsmaterials Bi2S3 angeordnet ist. Des Weiteren ist im Reaktor 20 eine heizbare Substrathalterung 22 vorgesehen. Der Abstand der Substrathalterung 22 von der Verdampfungsquelle 21 beträgt z. B. 30 cm. Die Verdampfungsquelle 21 und die Substrathalterung 22 sind mit einer Steuerungseinrichtung 23 verbunden. Zur reaktiven Deposition der ersten Elektrodenschicht als erste Elektrode 1 (siehe 1 und 2) wird ein mit Kupfer beschichtetes Si(001)-Substrat auf der Substrathalterung 22 angeordnet und die Verdampfungsquelle 21 betrieben. Durch die Betriebsbedingungen des Reaktors wird die Zusammensetzung der ersten Elektrode 1 bestimmt. Mit der Substrathalterung 22 wird die Temperatur des Substrats 4 auf z. B. 305 °C eingestellt. 3rd schematically shows a reactor 20th for the production of the first electrode 1 of the resistor component according to the invention 10th . The reactor 20th is an evacuable vessel, such as B. a quartz tube with an evaporation source 21st , which is arranged to evaporate the starting material Bi 2 S 3 . Furthermore is in the reactor 20th a heatable substrate holder 22 intended. The distance of the substrate holder 22 from the evaporation source 21st is z. B. 30 cm. The evaporation source 21st and the substrate holder 22 are with a control device 23 connected. For reactive deposition of the first electrode layer as the first electrode 1 (please refer 1 and 2nd ) becomes a copper-coated Si (001) substrate on the substrate holder 22 arranged and the evaporation source 21st operated. The composition of the first electrode is determined by the operating conditions of the reactor 1 certainly. With the substrate holder 22 becomes the temperature of the substrate 4th on z. B. 305 ° C.

Gemäß einer bevorzugten Variante erfolgt die reaktive Dampfabscheidung der ersten Elektrode 1 auf dem Substrat 4 durch eine Heißwandepitaxie von Bi2S3 auf einer Cu-Schicht, wie in [14] bis [18] beschrieben ist. In einem ersten Schritt wird die Cu-Schicht durch Sputtern mit einer Dicke von 50 nm auf dem Substrat 4 abgeschieden. Die Bildung der Cu-Schicht kann im Reaktor 20 oder in einer separaten Sputteranlage (nicht dargestellt) erfolgen. In einem zweiten Schritt folgt die Abscheidung von Bi2S3 aus der Verdampfungsquelle 21 mit einer Quellentemperatur von z. B. 460 °C. Aufgrund der hohen Temperatur des Substrats 4 werden Bi-Atome in Bi2S3 durch die aus der darunter liegenden Schicht zugeführten Cu-Atome ersetzt. Die Dauer der Abscheidung von Bi2S3 und der Cu-Substitution beträgt z. B. 4 Stunden. Im Ergebnis wird eine Bi-Cu-S-Legierung gebildet, die ein leitfähiges Chalkogenid darstellt. Die genaue Zusammensetzung der ersten Elektrode 1 hängt von den Wachstumsbedingungen, wie zum Beispiel der Temperatur der Verdampfungsquelle 21, der Substrattemperatur und Wachstumsdauer, ab. Die Zusammensetzung der ersten Elektrode 1 wird so gewählt, dass sie eine metallische Leitfähigkeit hat. Eine Überprüfung der Zusammensetzung kann mittels Röntgenspektroskopie erfolgen. Rasterelektronenmikroskop-Bilder haben ergeben, dass die Chalkogenid-Schicht der ersten Elektrode polykristallin, insbesondere mit Korngrößen im nm-Bereich, ist.According to a preferred variant, the reactive vapor deposition of the first electrode takes place 1 on the substrate 4th by a hot wall epitaxy of Bi 2 S 3 on a Cu layer, as in [ 14 ] to [ 18th ] is described. In a first step, the Cu layer is sputtered with a thickness of 50 nm on the substrate 4th deposited. The formation of the Cu layer can occur in the reactor 20th or in a separate sputtering system (not shown). In a second step, Bi 2 S 3 is separated from the evaporation source 21st with a source temperature of e.g. B. 460 ° C. Due to the high temperature of the substrate 4th Bi atoms in Bi 2 S 3 are replaced by the Cu atoms supplied from the layer below. The duration of the deposition of Bi 2 S 3 and the Cu substitution is z. B. 4 hours. As a result, a Bi-Cu-S alloy is formed, which is a conductive chalcogenide. The exact composition of the first electrode 1 depends on the growth conditions, such as the temperature of the evaporation source 21st , the substrate temperature and growing time. The composition of the first electrode 1 is chosen so that it has a metallic conductivity. The composition can be checked by means of X-ray spectroscopy. Scanning electron microscope images have shown that the chalcogenide layer of the first electrode is polycrystalline, in particular with grain sizes in the nm range.

Anschließend erfolgt die Positionierung des zweiten Elektrodenmaterials unmittelbar auf der Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials. Beispielsweise wird der AI-Draht der zweiten Elektrode 2 mittels Ultraschallbonden direkt auf der Oberfläche der ersten Elektrode 1 fixiert. Dabei wird durch eine Reaktion des ersten Elektrodenmaterials AI und des zweiten Elektrodenmaterials Bi-Cu-S die Barriereschicht 3 (1 und 2) gebildet. Die Reaktion erfolgt spontan bei Raumtemperatur, wie z. B. in [19] beschrieben ist.The second electrode material is then positioned directly on the surface of the first electrode material. For example, the Al wire of the second electrode 2nd using ultrasonic bonding directly on the surface of the first electrode 1 fixed. The barrier layer becomes a reaction of the first electrode material AI and the second electrode material Bi-Cu-S 3rd ( 1 and 2nd ) educated. The reaction occurs spontaneously at room temperature, such as. B. is described in [19].

Schließlich wird am entgegengesetzten Ende der ersten Elektrode 1 das Kontakt-Pad 5 mit der Verbindungsleitung 6, z. B. durch Dampfabscheidung und Kleben oder Bonden, angebracht.Finally, at the opposite end of the first electrode 1 the contact pad 5 with the connecting line 6 , e.g. B. by vapor deposition and gluing or bonding attached.

Alternativ zu der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform kann die zweite Elektrode z. B. als zweite Elektrodenschicht, insbesondere als ein Kontakt-Pad mit Verbindungsleiter, vorgesehen sein. Die zweite Elektrodenschicht kann z. B. als Aufdampfschicht auf der ersten Elektrodenschicht gebildet werden. Das Kontakt-Pad besteht z. B. aus Aluminium mit einer Dicke von 10 nm und einer Größe geringer als 1 * 1 mm2. Der Verbindungsleiter am Kontakt-Pad besteht z. B. aus Gold.Alternatively to that in the 1 and 2nd shown embodiment, the second electrode z. B. can be provided as a second electrode layer, in particular as a contact pad with connecting conductor. The second electrode layer can e.g. B. are formed as a vapor deposition layer on the first electrode layer. The contact pad consists, for. B. made of aluminum with a thickness of 10 nm and a size less than 1 * 1 mm 2 . The connecting conductor on the contact pad consists, for. B. made of gold.

4 illustriert elektrische Eigenschaften des Widerstands-Bauelements 10 gemäß den 1 und 2. Die 4A und 4C zeigen den elektrischen Strom I und den Widerstand R als Funktion der elektrischen Spannung U zwischen den Elektroden 1 und 2 (Pluspol an der ersten Elektrode 1). Die Messung erfolgte z. B. mit einer zeitlichen Änderung der Spannung U von 1 V/min. Der Betrag des Stroms |I| ist in 4B gezeigt. 4A zeigt, dass der Strom bei bestimmten positiven ersten Schaltspannungen US1 , US2 , und US3 sprunghaft ansteigt, wobei der Anstieg der einzelnen Stromkurven I1 , I2 , und I3 von den Beträgen der zuvor angewendeten negativen Gegenspannungen UG1 , UG2 , und UG3 abhängen. Der Strom wurde dabei auf maximal 105 µA begrenzt. Die resultierende Schalthysterese wird in 4B mit entsprechenden Pfeilen illustriert (logarithmische Stromskala). Gemäß dem in 4A gezeigten Stromverlauf fällt der in 4C gezeigte Widerstand des Widerstands-Bauelements, der durch die Leitfähigkeit der Barriereschicht 3 bestimmt wird, bei den ersten Schaltspannungen US1 , US2 , und US3 sprunghaft ab: R1 , R2 und R3 . 4th illustrates electrical properties of the resistance device 10th according to the 1 and 2nd . The 4A and 4C show the electric current I. and the resistance R as a function of the electrical voltage U between the electrodes 1 and 2nd (Positive pole on the first electrode 1 ). The measurement was made e.g. B. with a change in voltage over time U from 1 V / min. The amount of current | I | is in 4B shown. 4A shows that the current at certain positive first switching voltages U S1 , U S2 , and U S3 increases by leaps and bounds, the increase in the individual current curves I 1 , I 2 , and I 3 from the amounts of the negative counter tensions previously applied U G1 , U G2 , and U G3 depend. The current was limited to a maximum of 105 µA. The resulting switching hysteresis is in 4B illustrated with corresponding arrows (logarithmic current scale). According to the in 4A shown Current flow falls in 4C Shown resistance of the resistance component, which is due to the conductivity of the barrier layer 3rd is determined at the first switching voltages U S1 , U S2 , and U S3 abruptly from: R 1 , R 2 and R 3 .

Der Widerstandssprung gemäß 4C demonstriert, dass die im spannungsfreien Zustand oder nach Anlegen der negativen Gegenspannung vorhandene Barriereschicht 3 unter der Wirkung der positiven Spannung elektrochemisch aufgelöst wird. Bei der anschließenden Absenkung der Spannung, ggf. bis zur Umkehrung der Polarität bleibt der Widerstand zunächst gering, bis die Barriereschicht 3 wieder gebildet und der Zustand hohen Widerstands erreicht wird. Für die Generation des hohen Widerstands wird zwar keine negative Spannung benötigt. Durch Anlegen einer negativen Spannung wird die Bildung der Barriereschicht jedoch verstärkt. Oberhalb einer zweiten Schaltspannung erfolgt eine sprunghafte Verringerung der Leitfähigkeit. Die drei repräsentativen Stromkurven I1 , I2 , und I3 gemäß 4A zeigen beispielhaft, dass die erste Schaltspannung mit zunehmendem Betrag der vorher angewendeten negativen Konditionierungsspannung anwächst. Der Schwellwert der sprunghaften Steigerung der Leitfähigkeit kann somit durch die in der Vergangenheit angewendete Gegenspannung gesteuert werden.The resistance jump according to 4C demonstrates that the barrier layer present in the de-energized state or after application of the negative counter-voltage 3rd is electrochemically dissolved under the effect of the positive voltage. When the voltage is subsequently reduced, possibly until the polarity is reversed, the resistance initially remains low until the barrier layer 3rd is formed again and the state of high resistance is reached. No negative voltage is required for the generation of high resistance. However, the application of a negative voltage increases the formation of the barrier layer. Above a second switching voltage there is a sudden decrease in conductivity. The three representative current curves I 1 , I 2 , and I 3 according to 4A show by way of example that the first switching voltage increases with increasing amount of the previously applied negative conditioning voltage. The threshold value of the sudden increase in conductivity can thus be controlled by the counter-voltage applied in the past.

5 zeigt mit den Teilbildern A, B und C wie in 4 den Strom I, den Betrag des Stroms |I| und den Widerstand R für einen Teilbereich der positiven Spannung U, wobei die durch die Pfeile angezeigte Hysterese der Schaltcharakteristik verdeutlicht wird. Vorteilhafterweise ist das wiederholte Durchlaufen der Hysterese bei einer Vielzahl von Schaltvorgängen zwischen den isolierenden und leitfähigen Zuständen des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements ohne Alterungserscheinungen möglich. 5 shows with the partial images A, B and C as in 4th the current I, the amount of the current | I | and the resistance R for a subrange of the positive voltage U, the hysteresis of the switching characteristic indicated by the arrows being clarified. Repeatedly running through the hysteresis is advantageously possible with a large number of switching operations between the insulating and conductive states of the resistor component according to the invention without any signs of aging.

Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass die veränderliche Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements durch die Bildung oder Auflösung der Barriereschicht 3 verursacht wird. Es wurde insbesondere festgestellt, dass bei Verwendung von Gold für die zweite Elektrode 2 die Schaltcharakteristik gemäß 4 nicht beobachtet wird, was konsistent mit der Untersuchung von Gold-Chalkogenid-Grenzflächen in [14] und[15] ist. Für den Fall, dass das Kontakt-Pad 5 durch einen weiteren AI-Kontakt ersetzt wird, ergibt sich die Spannungs-Strom-Kennlinie gemäß 6, die einen Übergang im Verhalten I ~ Vn mit n = 1 ... 2 (siehe Geraden in 5) bei einem Schwellwert von 0,7 V verdeutlicht. Die nichtlineare Spannungs-Strom-Kennlinie des kleinen Stroms, der den hochohmigen Barriereschichten zugeordnet ist, wird unabhängig von der Polarität der Spannung beobachtet, da das hochohmige Bauelement nie ohne eine Barriereschicht sein kann.Investigations by the inventors have shown that the variable conductivity of the resistance component due to the formation or dissolution of the barrier layer 3rd is caused. In particular, it was found that when using gold for the second electrode 2nd the switching characteristics according to 4th is not observed, which is consistent with the study of gold chalcogenide interfaces in [ 14 ] and[ 15 ] is. In the event that the contact pad 5 is replaced by another AI contact, the voltage-current characteristic curve results according to 6 that have a transition in behavior I ~ V n with n = 1 ... 2 (see lines in 5 ) at a threshold of 0.7 V. The non-linear voltage-current characteristic of the small current, which is assigned to the high-resistance barrier layers, is observed regardless of the polarity of the voltage, since the high-resistance component can never be without a barrier layer.

7 illustriert das Verhalten der ersten Schaltspannung bei systematischer zeitlicher Veränderung der Konditionierungsspannung. Dabei wird der Messvorgang gemäß 4 über viele Zyklen mit einer erhöhten Änderungsrate von 5,5 V/min wiederholt. Die Konditionierungsspannung | Urmax | wurde treppenartig variiert, wie durch die waagerechten Striche gezeigt ist. Durch die entsprechende Verschiebung der ersten Schaltspannungen (Punkte im unteren Teil der 7) wird die Steuerbarkeit und Reproduzierbarkeit der Schaltcharakteristik des Widerstands-Bauelements bestätigt. Des Weiteren verdeutlicht 7, dass die hohe Änderungsrate zu einem komplexen Schaltverhalten führt. Insbesondere treten Verzögerungen in der Reaktion der ersten Schaltspannung auf (gestrichelte Ellipsen), da die erste Schaltspannung von mehr als einer der vorangegangenen Konditionierungsspannungen abhängt. Dieser erweiterte Gedächtniseffekt, der sich über ein Zeitintervall mit mehr als einem Schaltzyklus erstreckt, stellt die Grundlage für die Funktion des Widerstands-Bauelement als Memristor, insbesondere in künstlichen neuronalen Netzwerken, dar. 7 illustrates the behavior of the first switching voltage when the conditioning voltage changes systematically over time. The measuring process is according to 4th repeated over many cycles with an increased rate of change of 5.5 V / min. The conditioning tension | U rmax | was varied in steps, as shown by the horizontal lines. By correspondingly shifting the first switching voltages (points in the lower part of the 7 ) The controllability and reproducibility of the switching characteristics of the resistance component is confirmed. Furthermore clarified 7 that the high rate of change leads to complex switching behavior. In particular, delays occur in the reaction of the first switching voltage (dashed ellipses), since the first switching voltage depends on more than one of the preceding conditioning voltages. This expanded memory effect, which extends over a time interval with more than one switching cycle, forms the basis for the function of the resistance component as a memristor, in particular in artificial neural networks.

Die Barriereschicht 3 des erfindungsgemäßen Widerstands-Bauelements 10 wurde mit Röntgenbeugungsmessungen und Ramanspektroskopie untersucht, wie in 8 illustriert ist. Die Kurven sind in 8 aus Übersichtlichkeitsgründen zueinander versetzt gezeigt. 8A zeigt ω-2θ-Röntgenkurven von Messungen an der gemäß 3 gebildeten Bi-Cu-S-Schicht (obere Kurve) und an einem Schichtverbund aus der Bi-Cu-S-Schicht und einer AI-Schicht mit einer Dicke von 100 nm (untere Kurve). Die Messung an der Bi-Cu-S-Schicht (obere Kurve) zeigt eine inhomogene Verteilung von Bi in der Schicht und das Auftreten von Cu3S2-Mikrokristallen. Der Peak bei 38,5° (siehe Pfeil) in der Messung vom Schichtverbund (untere Kurve) stammt von der AI-Schicht.The barrier layer 3rd of the resistor component according to the invention 10th was examined with X-ray diffraction measurements and Raman spectroscopy, as in 8th is illustrated. The curves are in 8th shown offset from one another for reasons of clarity. 8A shows ω-2θ X-ray curves of measurements on the according 3rd formed Bi-Cu-S layer (upper curve) and on a layer composite of the Bi-Cu-S layer and an Al layer with a thickness of 100 nm (lower curve). The measurement on the Bi-Cu-S layer (upper curve) shows an inhomogeneous distribution of Bi in the layer and the occurrence of Cu 3 S 2 microcrystals. The peak at 38.5 ° (see arrow) in the measurement of the layer composite (lower curve) comes from the Al layer.

Die Ramanspektroskopie (Wellenlänge des Anregungslasers: 632,8 nm) ergab gemäß 8B unterschiedliche Messkurven für die Fokussierung des Lasers auf Mikrokristallen an der Oberfläche der Bi-Cu-S-Schicht (C1) sowie unterschiedlichen Stellen an der Oberfläche der Bi-Cu-S-Schicht (C2 und C3). Diese Messungen bestätigen eine Inhomogenität der Bi-Cu-S-Schicht. Kurve C4 zeigt die Messung an einem an die Bi-Cu-S-Schicht gebondeten AI-Draht, wobei das breite Maximum bei 100 cm-1 der Barriereschicht 3 zugeordnet wird. Die Inhomogenität der Bi-Cu-S-Schicht ist jedoch keine zwingende Voraussetzung für die Leitfähigkeitsänderung des erfindungsgemäßen Bauelements, die auch mit einer homogenen Bi-Cu-S-Schicht gegeben wäre.Raman spectroscopy (wavelength of the excitation laser: 632.8 nm) showed in accordance with 8B different measurement curves for focusing the laser on microcrystals on the surface of the Bi-Cu-S layer (C1) and different locations on the surface of the Bi-Cu-S layer ( C2 and C3 ). These measurements confirm an inhomogeneity of the Bi-Cu-S layer. Curve C4 shows the measurement on an Al wire bonded to the Bi-Cu-S layer, the broad maximum at 100 cm -1 of the barrier layer 3rd is assigned. However, the inhomogeneity of the Bi-Cu-S layer is not a mandatory requirement for the change in conductivity of the component according to the invention, which would also be the case with a homogeneous Bi-Cu-S layer.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the above description, the drawings and the claims can be used both individually and in Combination or sub-combination may be of importance for the implementation of the invention in its various configurations.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Schaltbares Widerstands-Bauelement (10), das einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweist, umfassend - eine erste Elektrode (1), die ein erstes elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial umfasst, - eine zweite Elektrode (2), die ein zweites elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial umfasst, und - eine Barriereschicht (3), die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei - das Widerstands-Bauelement (10) eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode (1) und der zweiten Elektrode (2) veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Elektrodenmaterial ein Chalkogenid mit metallischer Leitfähigkeit umfasst, - das zweite Elektrodenmaterial ein Metall umfasst, und - die Barriereschicht (3) eine Schichtzusammensetzung aufweist, die mindestens teilweise das erste Elektrodenmaterial und mindestens teilweise das zweite Elektrodenmaterial enthält.Switchable resistance component (10) which has a variable electrical resistance, comprising - a first electrode (1) which comprises a first electrically conductive electrode material, - a second electrode (2) which comprises a second electrically conductive electrode material, and - a barrier layer (3) which is arranged between the first electrode and the second electrode, wherein - the resistance component (10) has an electrical conductivity which can be obtained by applying an electrical voltage between the first electrode (1) and the second electrode ( 2) is variable, characterized in that - the first electrode material comprises a chalcogenide with metallic conductivity, - the second electrode material comprises a metal, and - the barrier layer (3) has a layer composition which at least partially comprises the first electrode material and at least partially the second Contains electrode material. Widerstands-Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem - das erste Elektrodenmaterial ein Chalkogenid umfasst, das ein Element der 6. Hauptgruppe, ein Element der 5. Hauptgruppe und ein Übergangsmetall enthält.Resistor component according to Claim 1 , in which - the first electrode material comprises a chalcogenide which contains an element of the 6th main group, an element of the 5th main group and a transition metal. Widerstands-Bauelement gemäß Anspruch 2, bei dem - das Chalkogenid eine chemische Verbindung X-Y-Z ist, wobei X mindestens eines von Bismut und Antimon umfasst, Y mindestens eines von Kupfer und Silber umfasst und Z mindestens eines von Schwefel, Selen und Tellur umfasst.Resistor component according to Claim 2 , wherein - the chalcogenide is a chemical compound XYZ, where X comprises at least one of bismuth and antimony, Y comprises at least one of copper and silver and Z comprises at least one of sulfur, selenium and tellurium. Widerstands-Bauelement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem - das erste Elektrodenmaterial (BixCu1-x)yS mit x > 0 bis x = 0,3 und y im Bereich von 1 bis 2 umfasst.Resistor component according to Claim 2 or 3rd , in which - the first electrode material (Bi x Cu 1 - x ) comprises y S with x> 0 to x = 0.3 and y in the range from 1 to 2. Widerstands-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das zweite Elektrodenmaterial Aluminium umfasst.Resistor component according to one of the preceding claims, in which - The second electrode material comprises aluminum. Widerstands-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Schichtzusammensetzung der Barriereschicht (3) ein Chalkogenid umfasst, das mindestens teilweise das zweite Elektrodenmaterial enthält.Resistor component according to one of the preceding claims, in which - The layer composition of the barrier layer (3) comprises a chalcogenide which at least partially contains the second electrode material. Widerstands-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die erste Elektrode (1) eine erste Elektrodenschicht auf einem Substrat (4) umfasst, und - die zweite Elektrode (2) mindestens eines von einer zweiten Elektrodenschicht, einem Drahtleiter und einem Kontaktpad umfasst und auf der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist.Resistor component according to one of the preceding claims, in which - The first electrode (1) comprises a first electrode layer on a substrate (4), and - The second electrode (2) comprises at least one of a second electrode layer, a wire conductor and a contact pad and is arranged on the first electrode layer. Widerstands-Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements (10) eine sprunghafte Spannungsabhängigkeit aufweist, bei der bei Anlegen einer elektrischen Spannung bei einer vorbestimmten ersten Schaltspannung eine sprunghafte Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit auftritt.Resistor component according to one of the preceding claims, in which - The electrical conductivity of the resistance component (10) has an abrupt voltage dependency, in which an abrupt increase in electrical conductivity occurs when an electrical voltage is applied at a predetermined first switching voltage. Widerstands-Bauelement gemäß Anspruch 8, bei dem - das Widerstands-Bauelement (10) einen Gedächtniseffekt aufweist, wobei die erste Schaltspannung von einer zuvor angewendeten Konditionierungsspannung mit umgekehrter Polarität abhängt.Resistor component according to Claim 8 , in which - the resistance component (10) has a memory effect, the first switching voltage depending on a previously applied conditioning voltage with reversed polarity. Widerstands-Bauelement gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem - die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements (10) eine sprunghafte Spannungsabhängigkeit aufweist, bei der bei Anlegen einer elektrischen Spannung bei einer vorbestimmten zweiten Schaltspannung mit einer relativ zur ersten Schaltspannung umgekehrten Polarität eine sprunghafte Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit auftritt.Resistor component according to one of the Claims 8 or 9 , in which - the electrical conductivity of the resistance component (10) has an abrupt voltage dependency, in which an abrupt reduction in electrical conductivity occurs when an electrical voltage is applied at a predetermined second switching voltage with a polarity reversed relative to the first switching voltage. Widerstands-Bauelement gemäß Anspruch 10, bei dem - die elektrische Leitfähigkeit des Widerstands-Bauelements (10) eine Spannungsabhängigkeit mit Schalthysterese aufweist, wobei die erste Schaltspannung und die zweite Schaltspannung verschieden sind.Resistor component according to Claim 10 , in which - the electrical conductivity of the resistance component (10) has a voltage dependency with switching hysteresis, the first switching voltage and the second switching voltage being different. Verfahren zur Herstellung eines Widerstands-Bauelements gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten - reaktive Dampfabscheidung der ersten Elektrode (1) auf einem Substrat (4), wobei Ausgangssubstanzen des ersten Elektrodenmaterials aus getrennten Quellen in einen Dampfzustand überführt und auf dem Substrat abgeschieden werden und zu dem ersten Elektrodenmaterial reagieren, und - Positionierung des zweiten Elektrodenmaterials unmittelbar auf der Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials, wobei die Barriereschicht (3) durch eine Reaktion des ersten Elektrodenmaterials und des zweiten Elektrodenmaterials gebildet wird.Method for producing a resistance component according to one of the preceding claims, comprising the steps - reactive vapor deposition of the first electrode (1) on a substrate (4), wherein starting substances of the first electrode material from separate sources are converted into a vapor state and deposited on the substrate and react to the first electrode material, and - Positioning of the second electrode material directly on the surface of the first electrode material, the barrier layer (3) being formed by a reaction of the first electrode material and the second electrode material. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei - die Positionierung des zweiten Elektrodenmaterials ein mechanisches Aufdrücken, insbesondere ein Ultraschallbonden eines Drahtleiters oder eines Kontaktpads auf die Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials umfasst.Procedure according to Claim 12 , wherein - the positioning of the second electrode material comprises mechanical pressing, in particular ultrasonic bonding of a wire conductor or a contact pad onto the surface of the first electrode material. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei - die Positionierung des zweiten Elektrodenmaterials ein Ultraschallbonden eines Drahtleiters oder eines Kontaktpads mit der Oberfläche des ersten Elektrodenmaterials umfasst. Procedure according to Claim 12 or 13 , wherein - the positioning of the second electrode material comprises ultrasound bonding of a wire conductor or a contact pad to the surface of the first electrode material. Anwendung eines Widerstands-Bauelements (10) gemäß einem Ansprüche 1 bis 10, als - Memristor-Bauelement, - Logik-Bauelement, insbesondere mehrstufiges Logik-Bauelement, - Speicherzelle eines dynamischen Speichers, und/oder - Schaltelement in einem neuronalen Netzwerk.Application of a resistance component (10) according to one Claims 1 to 10th , as - memristor component, - logic component, in particular multi-stage logic component, - memory cell of a dynamic memory, and / or - switching element in a neural network.
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