DE112005001983T5 - Systeme und Verfahren zum Einstellen der Programmierschwellwerte für Polymerspeicherzellen - Google Patents

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David Brookline Gaun
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Abstract

Verfahren zum Einstellen eines Programmierschwellwerts einer Speichereinrichtung, mit:
Bestimmen einer Spannung in einer Löschrichtung über einen Löschschwellwert (404) einer Speicherzelle (215, 640) hinaus, um einen gewünschten Programmierschwellwert für eine nächste Programmierphase einzustellen, wobei die Speicherzelle (215, 640) auf der Grundlage einer Ionenbewegung durch eine passive Schicht (203) und eine aktive Schicht (201) arbeitet; und
Löschen der Speicherzelle (215, 640) durch Anlegen der Spannung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die kundenspezifische Anpassung von Programmierschwellwerten in Polymerspeicherzellen und betrifft insbesondere das Festlegen und/oder Einstellen von Schreib- und Löschschwellwertspannungen von Polymerspeicherzellen nach der Herstellung, um die Geschwindigkeit einzustellen, mit der derartige Polymerspeicherzellen ihren Zustand ändern.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die weite Verbreitung und die steigende Verwendung von tragbaren Computern und elektronischen Bauelementen hat die Nachfrage nach Speicherzellen stark vergrößert. In Digitalkameras, digitalen Audioabspielgeräten, persönlichen digitalen Assistenten und anderen elektronischen Geräten wird danach gestrebt, Speicherzellen mit großer Kapazität einzusetzen (Flash-Speicher, intelligente Medien, Kompakt-Flash-Speichereinrichtungen und dergleichen). Derartige Speicherzellen können typischerweise in diversen Arten von Speichereinrichtungen eingesetzt werden.
  • Im Allgemeinen wird Information in einer oder mehreren Arten an Speichereinrichtungen abgelegt und darin bewahrt. Zu Speichereinrichtungen gehören Langzeitspeichermedien, beispielsweise Festplatten, Kompaktdiskettenlaufwerke und entsprechende Medien, digitale Videodisketten-(DVD)Laufwerke und dergleichen. Die Langzeitspeichermedien speichern typischerweise große Informationsmengen bei geringen Kosten, sind aber langsamer als andere Arten an Speichereinrichtungen. Zu Speichereinrichtungen gehören auch Speicherbauelemente, die häufig aber nicht immer Kurzzeitspeichermedien sind. Tendenziell sind Speicherbauelemente deutlich schneller als Langzeitspeichermedien.
  • Zu derartigen Speicherbauelementen gehören beispielsweise dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), statische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), Speicher mit doppelter Datenrate (DDR), Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM) und dergleichen. Speicherbauelemente werden in flüchtige und nicht flüchtige Arten unterschieden. Flüchtige Speicherbauelemente verlieren im Allgemeinen ihre Information, wenn die Versorgungsspannung ausgeschaltet wird, und erfordern typischerweise periodische Auffrischimpulse, um ihre Information zu bewahren. Zu flüchtigen Speicherbauelementen gehören beispielsweise Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), DRAM, SRAM und dergleichen. Nicht flüchtige Speicherbauelemente bewahren ihre Information, unabhängig davon, ob die Versorgungsspannung angelegt ist oder nicht. Zu nicht flüchtigen Speicherbauelementen gehören, ohne einschränkend zu sein, ROM's, programmierbare Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicher (EPROM), Flash-Speicher und dergleichen. Flüchtige Speicherbauelemente bieten im Allgemeinen eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit bei geringen Kosten im Vergleich zu nicht flüchtigen Speicherbauelementen.
  • Folglich kann auf jede Speicherzelle in einem Speicherbauelement zugegriffen werden oder kann in Bezug auf Information „gelesen", „beschrieben" und „gelöscht" werden. Die Speicherzellen bewahren die Information in einem „Aus-" oder einem „Ein"-Zustand (beispielsweise auf zwei Zustände begrenzt), die auch als „0" und „1" bezeichnet werden. Typischerweise wird ein Speicherbauelement adressiert, um auf eine spezifizierte Anzahl an Bytes (beispielsweise 8 Speicherzellen pro Byte) zuzugreifen. Typischerweise müssen bei flüchtigen Speicherbauelementen die Speicherzellen periodisch „aufgefrischt" werden, um ihren Zustand zu bewahren. Derartige Speicherbauelemente werden für gewöhnlich aus Halbleiterbauelementen aufgebaut, die diverse Funktionen ausführen und in der Lage sind, zwischen den beiden Zuständen hin- und herzuschalten und diese beizubehalten. Die Bauelemente werden häufig auf der Grundlage einer anorganischen Festkörpertechnologie hergestellt, etwa in Form von kristallinen Siliziumbauelementen.
  • Auf Grund des zunehmenden Bedarfs für die Informationsspeicherung versuchen Entwickler und Hersteller von Halbleiterbauelementen ständig, die Arbeitsgeschwindigkeit und den Speicherzugriff für Speicherbauelemente (beispielsweise die Schreib/Lese-Geschwindigkeit) zu erhöhen. Nichtsdestotrotz ist im Allgemeinen bei derartigen Speicherzellen ein Programmierschwellwert während des Betriebs festgelegt, und die Schaltungen sind auf der Grundlage derartiger permanenter sich nicht ändernder Werte gestaltet. Gleichzeitig erreichen siliziumbasierte Bauelemente ihre grundsätzlichen physikalischen Grenzen hinsichtlich der Größe. Des weiteren sind anorganische Festkörperbauelemente typischerweise durch eine komplexe Architektur gekennzeichnet, die zu hohen Kosten und einem Verlust an Datenspeicherdichte führt. Es besteht daher ein Bedarf, die zuvor genannten Nachteile konventioneller Systeme zu überwinden.
  • Überblick über die Erfindung
  • Im Folgenden wird eine vereinfachte Übersicht über die Erfindung angegeben, um ein grundlegendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Diese Übersicht ist kein schöpfender Überblick über die Erfindung. Es ist weder beabsichtigt, wesentliche oder wichtige Elemente der Erfindung anzugeben noch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck dieses Überblicks liegt darin, gewisse Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als Einleitung für die detailliertere Beschreibung, die nachfolgend angegeben ist, zu präsentieren.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Systeme und Verfahren für anwenderangepasste diverse Programmierschwellwerte für Polymerspeicherzellen bereit, indem ein geregeltes elektrisches Feld und/oder eine Spannungspulsbreite während eines Stadiums nach der Herstellung angelegt wird. Folglich kann der Vorliebe eines Anwenders für einen speziellen Programmierschwellwert während eines gewünschten Zyklus des Programmierens der Speicherzelle Rechnung getragen werden. Eine derartige anwenderbezogene Anpassung kann die Flexibilität bei der Schaltungsgestaltung erhöhen, indem beispielsweise die Speichergeschwindigkeit im Hinblick auf die Leistungsaufnahme angeglichen wird, um damit ein optimales Leistungsverhalten zu erreichen. Die Programmierschwellen können beispielsweise eine Grenze kennzeichnen, die mit einem speziellen Programmierzustand für die Polymerspeicherzelle verknüpft ist, wenn das Bauelement von einem „Aus-Zustand" in einen „Ein-Zustand" wechselt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Schreibprogrammierspannung auf einen gewünschten Wert auf der Grundlage des Regelns einer Spannung gesetzt werden, die über einen Löschschwellwert hinaus, der der Polymerspeicherzelle zugeordnet ist, angelegt wird. Die Schreibspannung für den nächsten Programmierzyklus der Polymerspeicherzelle kann im Wesentlichen wie eine direkte proportionale lineare Funktion der Differenz der Spannung zu dem Löschschwellwert der Polymerspeicherzelle variieren. Folglich kann durch Variieren der über den Löschschwellwert hinaus angelegten Spannung (beispielsweise in einem Bereich von –10 Volt) eine gewünschte Schwellwertschreibspannung erreicht werden, um die Schaltungserfordernisse zu erfüllen. Beispielsweise kann das Erhöhen einer Spannung, die über die Löschschwellwertspannung hinaus angelegt wird, die Spannung höher machen, die zum Programmieren der Speicherzelle während eines nachfolgenden Programmierzyklus erforderlich ist.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Verwenden einer variablen Pulsbreite das Bereitstellen eines Bereiches aus Programmierschwellwertspannungen, der typischerweise als inverse Funktion des variablen Pulses variiert. Folglich kann eine gewünschte Schreibspannung eingestellt werden, und die Polymerspeicherzelle schaltet von einem „Aus-Zustand" in einen „Ein-Zustand" bei einem vorbestimmten Wert um, auf der Grundlage des Einstellens der Pulsbreite des Programmiertaktsignals. Somit kann das vorliegende Verfahren eine frequenzabhängige Schreibspannung verwirklichen und Systementwickler können Speichergeschwindigkeit und Leistungsversorgungsspannung geeignet anpassen, um bei der Schaltungsgestaltung eine optimale Leistung zu erreichen. Sowohl durch eine Strom-Spannungsabhängigkeit als auch durch eine Frequenz-Zeitabhängigkeit können das Einstellen von Programmierschwellwerten, die mit der Polymerspeicherzelle verknüpft sind, beeinflusst werden.
  • In einem zugeordneten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Löschschwellwertspannung für eine Polymerspeicherzelle ebenso anwendungsspezifisch eingestellt werden, indem eine variable Pulsbreite angewendet wird, um eine Sollschwellwertspannung in einer gewünschten Weise durch den Schaltungsentwickler einzustellen. Die Löschschwellwertspannung kann sich invers zu der Pulsbreite verhalten und ermöglicht das Einstellen der Löschspannung der Polymerspeicherzelle auf gewünschte Werte.
  • Um die vorhergehenden Aufgaben und weitere Ziele zu erreichen, umfasst damit die Erfindung Merkmale, die im Weiteren vollständig beschrieben sind. Die folgende Beschreibung und die angefügten Zeichnungen zeigen detailliert gewisse anschauliche Aspekte der Erfindung. Jedoch sind diese Aspekte nur für einige wenige Arten der diversen Möglichkeiten kennzeichnend, in denen die Prinzipien der Erfindung eingesetzt werden können. Weitere Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen studiert wird. Um das Studium der Zeichnungen zu erleichtern, sind einige Zeichnungen nicht maßstabsgetreu in Bezug auf andere Figuren oder auch innerhalb einzelner Bereiche der Figur dargestellt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht zur anwendungsspezifischen Einstellung der Programmierschwellwertspannungen einer Polymerspeicherzelle auf der Grundlage dreier unterschiedlicher Verfahrensabläufe.
  • 2 zeigt eine Blockansicht für ein System, das Programmierschwellwertspannungen einer Polymerspeicherzelle bzw. Speicherzellen gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung einstellen kann.
  • 3 ist ein Graph, der I-V Eigenschaften für eine spezielle Polymerspeicherzelle mit einstellbaren Programmierschwellwertspannungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Einstellen einer Programmierschwellwertspannung einer Speicherzelle durch Anwenden einer Spannung über eine Löschschwellwertspannung hinaus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Einstellen einer Programmierschwellwertspannung einer Speicherzelle mittels einer Pulsbreitenvariation gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine Programmierschaltung zum Programmieren eines Speichers mit einstellbaren Programmierschwellwertspannungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt Graphen, die Spannungs-Zeitabhängigkeiten und Strom-Zeitabhängigkeiten für diverse Programmierzustände einer Speicherzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung entsprechen.
  • 8 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Programmierung einer Speicherzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt diverse beispielhafte Strukturen von Speicherbauelementen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Graph, der die Auswirkung eines inneren Feldes an der Grenzfläche zwischen einer passiven oder superionischen Schicht und der Polymerschicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, in der eine Polymerspeicherzelle in diversen Zuständen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Es wird nun die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen durchwegs gleiche Elemente bezeichnen. In der folgenden Beschreibung sind zum Zwecke der Erläuterung diverse spezielle Details dargestellt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird jedoch deutlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details praktiziert werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Bauelemente in Blockansicht gezeigt, um damit das Beschreiben der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt Systeme und Verfahren zur anwendungsspezifischen Einstellung diverser Programmierschwellwertspannungen einer Polymerspeicherzelle bereit, indem diese einem geregelten elektrischen Feld (beispielsweise einer gesteuerten Spannung) und/oder einer Pulsbreite während einer Phase nach der Herstellung unterzogen wird. In 1 sind schematisch Graphen dargestellt, um die Abhängigkeit zwischen den Programmierspannungsschwellwerten und den gesteuerten Parameter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darzustellen. Der Graph 110 zeigt typischerweise eine lineare Beziehung zwischen dem Schreibschwellwert (VProgrammieren) und der Spannung (V), die in der Löschrichtung, wie dies nachfolgend weiter beschrieben ist, bis unter den Löschschwellwert (VLöschen) der Speicherzelle angelegt wird. Auf der Grundlage des Betrags der an die Polymerspeicherzelle über die Schwellwertspannung hinaus angelegten Spannung kann ein Schreibschwellwert für den nächsten Zyklus des Programmierens der Speicherzelle bestimmt werden. Typischerweise liegt die an die Speicherzelle angelegte Spannung in einem Bereich von ± 10 Volt. Je weiter in der Löschrichtung eine Spannung an die Speicherzelle angelegt wird (beispielsweise je „härter" die erreichte Löschung ist), desto höher ist die Programmierspannung, die folglich für den nächsten Zyklus der Polymerspeicherzelle erforderlich ist.
  • Der Graph 120 zeigt eine entsprechende Abhängigkeit zwischen der Programmierspannung und der Pulsbreite (beispielsweise ein Programmiertaktsignal) der Schreibspannung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, kann ein Bereich für Programmierspannungsschwellwerte erzeugt werden, indem eine Pulsbreite so variiert wird, dass Programmierschwellwerte typischerweise während jeder Phase des Programmierens der Polymerspeicherzelle geändert werden können. Wenn die Pulsbreite ansteigt, wird eine entsprechende Programmierschwellwertspannung bis zu einem asymptotischen Wert verringert, der ein Programmieren mittels eines typischen Gleichstrom repräsentieren kann.
  • Eine ähnliche hyperbolische Beziehung besteht zwischen der Pulsbreite und der Löschschwellwertspannung einer Speicherzelle. Der Graph 130 repräsentiert Änderungen einer Löschschwellwertspannung für eine Polymerspeicherzelle als Funktion einer variablen Pulsbreite, wobei der Löschschwellwert in einer Weise einstellbar ist, wie dies von dem Schaltungsentwickler typischerweise in einer beliebigen Phase des Programmierens der Polymerspeicherzelle gewünscht ist, indem eine geeignete Pulsbreite bei einer entsprechenden Spannung gewählt wird. Der Löschspannungsschwellwert kann als eine hyperbolische Funktion der Pulsbreite variieren und ermöglicht das Einstellen der Löschspannung der Polymerspeicherzelle auf gewünschte Werte.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Polymerspeicherzelle 215 mit zugeordneten Programmierschwellwerten, die auf der Grundlage eines Systems 200 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eingestellt sind., Wenn typischerweise die untere Elektrode 205 eine Kupferelektrode ist, kann eine Löschrichtung für eine derartige Speicherzelle definiert werden, indem eine negative Spannung an die Kupferelektrode angelegt wird. In ähnlicher Weise kann eine Programmierrichtung für die Speicherzelle mit einer unteren Kupferelektrode definiert werden, indem eine positive Spannung an die Kupferelektrode angelegt wird. Das Programmierschwellwerteinstellsystem 200 kann umfassen: eine Pulsbreitenbestimmungseinheit 220, einen Pulsgenerator 240 (beispielsweise Dreieckpulse, Rechteckpulse oder Schwingungsgeneratoren mit kombiniertem Modus), Differenzspan nungs/Strommesskomponenten 260 mit Fühlerverstärkern, und eine Anzeige 280, die diverse Steuerparameter (beispielsweise Spannung, Strom, Pulsbreite und dergleichen) als Teil des Einstellens des Programmierschwellwerts der Polymerspeicherzelle 215 überwacht. Des weiteren kann die Polymerspeicherzelle 215 ein Teil eines Arrays sein, das auf einem siliziumbasierten Träger ausgebildet ist, und kann mehrere Reihen (nicht gezeigt), die als Bitleitungen bezeichnet sind, und mehrere Spalten (nicht gezeigt), die als Wortleitungen bezeichnet sind, enthalten. Der Schnitt einer Bitleitung und einer Wortleitung bildet die Adresse einer speziellen Speicherzelle, die eine Programmierspannung aufweist, die mittels dem System 200 eingestellt ist.
  • Die Polymerspeicherzelle 215 kann eine aktive Schicht 201 und eine passive Schicht 203 aufweisen, die über einer leitenden Schicht 205 abgeschieden sind. Die aktive Schicht 201 kann einen Impedanzzustand (beispielsweise von großen Widerstand auf geringen Widerstand) ändern, wenn sie einem stimulierenden Ereignis, etwa einer Spannung oder einem Strom, ausgesetzt wird. Ein aktives Molekül oder eine molekulare Gruppe, das die aktive Schicht bildet, kann derart gestaltet sein, dass eine Eigenschaft sich ändert, wenn diese einem elektrische Feld und/oder einer Lichtstrahlung (beispielsweise ionisierbare Gruppe) ausgesetzt wird; etwa: Nitrogruppe, Aminogruppe, Zyklopentadienyl, Dithiolan, Methylzyklopentadienyl, Valendiyl, Idenyl, Fluorenyl, Zyklobis(Paraquart-p-Phenylen), Bipyridinium, Phenothianzen, Diazapyrenium, Benzonitril, Benzonat, Benzamid, Carbazol, Dibenzothiophene, Nitrobenzen, Aminobenzensulfonat, Aminobenzonat und molekulare Einheiten mit redox-aktiven Metallen; Metallozen-(Fe, V, Cr, Co, Ni und dergleichen)Komplexe, Polypyridinemetallkomplexe (Ru, Os und dergleichen).
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die aktive Schicht 201 Polymere aufweisen, etwa Polyanillin, Polythiophen, Polypyrrol, Polysilan, Polystyren, Polyfuran, Polyindol, Polyazulen, Polyphenylen, Polypyridin, Polybipyridin, Polyphthalozyanin, Polysxeithiophen, Poly(Silikonoxohemiporphyrazin), Poly(Germaniumoxohemiporphyrazin), Poly(Ethylendioxythiophen), Polyfluoren, Polyphenylazetylen, Polydiphenylazetylen und verwandte Derivate mit aktiver molekularer Gruppe. Zu beachten ist, dass andere geeignete und verwandte chemische Verbindungen ebenso eingesetzt werden können, wozu gehören: aromatische Kohlenwasserstoffe; organische Moleküle mit Geber- und Akzeptoreigenschaften (N-Ethylkarbazol, Tetrathioitetrazen, Tetrathiofulvalen, Tetrazyanoquinodimethan, Tetrazyanoethylen, Chloranol, Dinitro-n-Phenyl usw.); metallorganische Komplexe (Bis diphenylglyoxime, Bisorthophenylendiimin, Tetraazaatetramethylannulen usw.); Porphyrin, Phthalozyanin, Hexadecafluorophthalozyanin und deren Derivate mit aktiver molekularer Gruppe.
  • In einem damit verwandten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die aktive Schicht: Polymerpolyphenylenazetylen + Moleküle des Chloranil oder Tetrazyano-Quino-Dimethan oder Dichlordizyanoquinon, Kupferphtalozyanin (die durch thermisches Abscheiden mit ungefähr 30 Angstrom bis 1000 Angstrom aufgebracht werden können); Kupferhexadekafluorophthalozyanin, amorphes Palladium oder Kohlenstoff (die auf einer oberen Fläche der aktiven Schicht durch Magnet-Ko-Sputtern aufgebracht werden können); und Polysilane mit N-Karbozylpropylgruppe; Polymerpolythiothen mit Zyklopentadienylgruppen; Polysilane mit Zyklopentadienylgruppen; Polysilane mit Aminogruppen; Polythiophen mit Alkylaminogruppen; Polythiophen mit Zyklopentadienylalkylgruppen; Zusammensetzungen mit polydiphenylazetylenenthaltenden Karbazolylgruppen und Dinitro-n-Phenyl (DNP); Polyethylendioxythiophen und poröses ferroelektrisches Poly(vinylenfluorid) enthaltendes LiCF3SO3-Salz, Polyethylendioxythiophen und Salz des Kaliumhexyzyanoferrat.
  • Wie in 2 gezeigt ist, kann die aktive Schicht 201 über der passiven Schicht 203 auf einer leitenden Schicht 205 gebildet werden, um damit Schichten einer Polymerspeicherzelle zu bilden. Die aktive Schicht 201 kann mittels einer Reihe von geeigneten Verfahren hergestellt werden. Eine derartige Technik beinhaltet das Aufwachsen der aktiven Schicht 201 in Form einer organischen Schicht aus der passiven Schicht 203. Während eines derartigen Aufwachsens kann eine Menge des Materials von dem leitenden Substrat in die aktive Schicht mit eingebaut werden, beispielsweise in Form von Metallionen (beispielweise 2 bis 12% Kupferkonzentration), das chemisch in der aktiven Schicht 201 gebunden oder eingefangen ist. In ähnlicher Weise können Aufschleuderverfahren für die Herstellung angewendet werden. Des weiteren können chemische Dampfabscheidungs-(CVD)techniken eingesetzt werden. Typischerweise gehören zur CVD eine chemische Dampfabscheidung mit geringem Druck (LPCVD), CVD bei atmosphärischem Druck (APCVD), plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und chemische Dampfabscheidung mit hoher Dichte (HDCVD).
  • In einem zugehörigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die aktive Schicht 201 aus einem konjugierten organischen Material aufgebaut, etwa einem kleinen organischen Molekül und einem konjugierten Polymer. Wenn die organische Schicht ein Polymer ist, kann sich ein Polymergerüst des konjugierten organischen Polymers in der Länge zwischen der leitenden Schicht 205 und einer Oberseitenleitungselektrode (nicht gezeigt) erstrecken, die auf der aktiven Schicht nach deren Behandlung mit einer Nachbehandlungsverbindung (beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu inneren zugewandeten Flächen der leitenden Schicht 205) gebildet ist. Das konjugierte organische Molekül kann linear oder verzweigt sein, so dass das Grundgerüst seine konjugierte Natur beibehält. Derartige konjugierte Moleküle zeichnen sich dadurch aus, dass sie überlappende π-Orbitale aufweisen und dass sie zwei oder mehr resonante Strukturen annehmen können. Die konjugierte Natur der konjugierten organischen Materialien erleichtert das Steuern der Eigenschaften der entsprechenden Speicherzelle, die aus derartigen Schichten hergestellt wird. In diesem Zusammenhang soll das konjugierte organische Material der aktiven Schicht 201 die Fähigkeit besitzen, Ladungen abzugeben oder aufzunehmen (Löcher und/oder Elektronen) und Ionen einzufangen. Im Allgemeinen besitzt das konjugierte organische Molekül mindestens zwei relativ stabile Oxidations-Reduktionszustände. Die beiden relativ stabilen Zustände ermögliche es dem konjugierten organischen Polymer, Ladungen abzugeben und aufzunehmen, wenn eine Wechselwirkung mit der passiven (superionischen) Schicht stattfindet. Wenn ferner CVD-Verfahren eingesetzt werden, ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, ein oder mehrere Enden des organischen Moleküls zu funktionalisieren, um es an der passiven Schicht 203 anzuhaften. Manchmal können derartige organische Moleküle eine chemische Bindung aufweisen, die zwischen dem konjugierten organischen Polymer der aktiven Schicht 201 und der passiven Schicht 203 ausgebildet ist.
  • In einem speziellen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das als Teil der aktiven Schicht 201 verwendete organische Material zyklisch oder azyklisch. Für einige Fälle, etwa bei organischen Polymeren, kann das organische Material selbstanordnend während der Herstellung oder der Abscheidung sein. Zu Beispielen von konjugierten organischen Polymeren gehören eines oder mehrere von: Polyazetylen (cis oder trans); Polyphenylazetylen (cis oder trans); Polydiphenylazetylen; Polyanilin; Poly(p-Phenylenvinylen); Polythiophen; Polyporphyrin; Polyporphyrin; porphyrinische Makrozyklen, thiolderivarisierte Polyporphyrine; Poly(p-Phenylene); Poly(imide); Polymetallozene, etwa Polyferrozen; Polythalozyanine; Polyvinylene; Polystyrole; und dergleichen. Des weiteren können die Eigenschaften des organischen Materials durch Dotieren mit einem geeigneten Dotiermittel modifiziert werden.
  • Ein derartiges organisches Material, das in einem anschaulichen Aspekt die aktive Schicht 201 bildet, besitzt eine geeignete Dicke, die von der gewählten Implementierung der herzustellenden Speicherzelle abhängt. Geeignete beispielhafte Bereiche für die Dicke für die organische Polymerschicht, die teilweise die aktive Schicht 201 bilden kann, sind ungefähr 10 nm oder mehr bis ungefähr 200 nm oder weniger. In ähnlicher Weise kann die passive Schicht 203 eine geeignete Dicke aufweisen, die in Abhängigkeit der Anwendung der herzustellenden Speicherzelle variieren kann. Zu Beispielen einer geeigneten Dicke für die passive Schicht 203 gehört eine Dicke von ungefähr 5 nm oder mehr und ungefähr 200 nm oder weniger.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die passive Schicht selektiv aufgewachsen, aufgeschleudert oder abgeschieden auf der leitenden Schicht 205 mittels CVD, thermischer Vakuumverdampfung, Sputtern oder plasmaunterstützter chemischer Dampfabscheidung (PECVD), wobei ein metallorganisches (MO) Vorstufenmaterial eingesetzt wird. Der Abscheideprozess kann überwacht und gesteuert werden, um damit u. a. das Abscheiden der die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung mit einer gewünschten Dicke zu erleichtern.
  • Des weiteren ermöglicht die passive Schicht 203 eine Metallioneninjektion in die aktive Schicht 201 und erhöht die Konzentration an Metallionen in der aktiven Schicht 201, die die Leitfähigkeit der aktiven Schicht 201 modifizieren können.
  • Die passive Schicht 203 enthält mindestens eine die Leitfähigkeit erzeugende Verbindung, die die Fähigkeit hat, Ionen abzugeben oder aufzunehmen. Im Allgemeinen besitzt die die Leitfähigkeit ermöglichende Verbindung mindestens zwei relativ stabile Oxidations-Reduktions-Zustände, die es der die Leitfähigkeit ermöglichenden Verbindung ermöglichen Ionen abzugeben und aufzunehmen. Zu Beispielen anderer die Leitfähigkeit erzeugender Verbindungen, die für die passive Schicht 203 eingesetzt werden können, gehören eines oder mehrere der folgenden Materialien: Wolframoxid (WO3), Molybdenoxid (MO3), Titansilinid (TiSe2), eines oder mehrere der folgenden: Kupfersulfid (Cu2S, CuS), Kupferoxid (CuO, Cu2O), Manganoxid (MnO2), Titandioxid (TiO2), Indiumoxid (I3O4), Silbersulfid (Ag2S), Eisenoxid (Fe3O4) und dergleichen. Die passive Schicht 203 kann unter Anwendung von Oxidationsverfahren aufgewachsen werden, kann über Gasphasenreaktionen gebildet werden oder kann zwischen leitenden Elektroden einer Polymerspeicherzelle abgeschieden wer den. Zu beachten ist, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und andere leitende und/oder halbleitende Materialien können ebenso eingesetzt werden. Die passive Schicht 203 besitzt eine geeignete Dicke, die auf der Grundlage der Anwendung und/oder des herzustellenden Speicherbauelements variiert werden kann. Die passive Schicht 203 kann in einigen Fällen als ein Katalysator dienen, wenn die aktive Schicht 201 gebildet wird. In dieser Hinsicht kann sich ein Grundgerüst eines konjugierten organischen Moleküls anfänglich benachbart zu der passiven Schicht 203 ausbilden und im Wesentlichen senkrecht weg von der passiven Oberflächenschicht wachsen oder sich anordnen. Folglich können die Grundgerüste der konjugierten organischen Moleküle in einer Richtung selbstjustiert sein, die die leitende Schicht 205 (beispielsweise Kupferelektrode) schneidet. Die passive Schicht 203 kann durch einen Abscheideprozess (beispielsweise thermische Abscheidung, PVD, nicht selektive CVD, und dergleichen) oder durch eine vollständige Sulfidbildung einer zuvor abgeschiedenen dünnen Kupferschicht gebildet werden.
  • 3 zeigt einen beispielhaften Strom-Spannungsgraphen 300 für eine Polymerspeicherzelle mit einer unteren Kupferunterseitenelektrode während eines „Ein"- und eines „Aus"-Zustands. Wie zuvor erläutert ist, kann für eine derartige Elektrode eine Löschrichtung definiert werden, indem eine negative Spannung an die untere Kupferelektrode angelegt wird und eine Programmierrichtung kann definiert werden, wenn eine positive Spannung an die untere Kupferelektrode angelegt wird. Wie dargestellt ist, erfordert ein beliebiger Strom eine höhere Spannung für einen „Aus"-Zustand im Vergleich zu einem „Ein"-Zustand. Der „Ein"← und „Aus"-Zustand können unterschieden werden, indem ein Strom eingestellt und eine entsprechende Spannung gemessen wird oder umgekehrt. Die Speicherzelle kann einen I/O-Graphen aufweisen, der symmetrisch in Bezug auf den Ursprung ist. Wie dargestellt ist, gibt die Steigung der Linie 301 typischerweise den strombegrenzenden Widerstand der Schaltung an (beispielsweise indem eine Lastkurve wiedergegeben wird, die durch eine Kombination der angelegten Spannung und einem Widerstand in Reihe mit der Speicherkomponente variiert werden kann). Ein derartiger Verlauf gibt typischerweise einen Übergangszustand an, wenn das Bauelement umschaltet.
  • Wenn die Spannung in einer Richtung des Pfeils 302 erhöht wird, indem dem „Aus"-Zustand (durchgezogene Kurve) gefolgt wird, so dass eine Schreibschwellwertspannung (VSchreiben) erreicht wird, schaltet die Speicherzelle dann von einem „Aus"-Zustand mit geringem Widerstand in einen „Ein"-Zustand mit hohem Widerstand um. Der Wert einer derarti gen VSchreiben für den unmittelbar nächsten Zyklus des Programmierens kann anwendungsspezifisch eingestellt werden auf der Grundlage einer Spannung, die in einer Löschrichtung über den Löschschwellwert hinaus angelegt wird, beispielsweise bis zu einem Pegel Vj = VLöschen + )V. Die Schreibspannung für den nächsten Programmierzyklus der Polymerspeicherzelle kann im Allgemeinen als eine direkte proportionale lineare Funktion des Unterschieds der Spannung über der Schwellwertspannung ()V) variieren.
  • Wie dargestellt ist, folgt beim Erreichen eines Ein-Zustands eine Abnahme der Spannung in einer Richtung des Pfeils 303 in die negativen Spannungswerte einem Verlauf des Ein-Zustands (gestrichelte Kurve). Danach kann ein Löschschwellwertspannungswert (VLöschen) erhalten werden, der dann das Bauelement von einem „Ein"-Zustand in einen „Aus"-Zustand umschaltet, wie dies durch den Pfeil 307 angegeben ist. Wenn vor dem Erreichen einer derartigen Löschschwellwertspannung die Spannung umgekehrt wird, verläuft die I/O-Kurve zurück auf der „Ein"-Zustandskurve in einer Richtung entgegengesetzt dem Pfeil 303. Wenn der Löschschwellwert in der negativen Spannungsrichtung überschritten wird, wird eine Spannungsumkehr typischerweise der „Aus"-Zustandskurve folgen und die entsprechende Schwellwertschreibspannung wird für den nächsten Programmierzyklus erhöht. Folglich kann durch das Variieren der über die Schwellwertspannung hinaus angelegten Spannung (beispielsweise bis zu einem Bereich bis – 10 Volt) die gewünschte Schwellwertschreibspannung erhalten werden, um damit die Schaltungserfordernisse zu erfüllen, wobei die Programmierspannung, die für den nächsten Zyklus der Polymerspeicherzelle erforderlich ist, je höher ist, desto weiter eine Spannung in der Löschrichtung an die Speicherzelle angelegt wird (beispielsweise je „härter" das erreichte Löschen ist). Eine derartige anwendungsspezifische Einstellung kann die Flexibilität bei der Schaltungsgestaltung verbessern und ermöglicht die Gestaltung von Schaltungen entsprechend den Erfordernissen des Anwenders.
  • 4 zeigt ein entsprechendes Verfahren 400 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird beginnend bei 402 ein gewünschter Programmierschwellwert (VSchreiben) auf der Grundlage der Priorität des Anwenders oder im Hinblick auf spezielle Erfordernisse für eine Schaltung festgelegt. Nachfolgend wird bei 404 ein Spannungswert, der zum Überschreiten des bestehenden Löschschwellwertes für die Polymerspeicherzelle erforderlich ist, berechnet oder mittels eines Graphen erhalten, der den gewünschten Programmierschwellwert als eine Funktion des Spannungswertes zeigt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Schreibspannung für den nächsten Programmierzyklus der Polymerspeicherzelle im Allgemeinen als eine direkte proportionale lineare Funktion des Unterschieds der Spannung über der Löschschwellwertspannung variieren. Nachfolgend wird bei 406 die Polymerspeicherzelle einer entsprechenden Spannungsdifferenz über der Löschschwellwertspannung ausgesetzt, und die gewünschte Schreibschwellwertspannung wird bei 408 ermittelt. Es ist zu beachten, dass 4 ein Strom-Spannungs-Verfahren auf der Grundlage einer speziellen Programmierfrequenz darstellt, und dass sowohl ein Strom-Spannungs-Bereich sowie ein Frequenz-Zeitbereich Programmierschwellwerte, die mit einer Polymerspeicherzelle verknüpft sind, beeinflussen können.
  • 5 zeigt ein entsprechendes Verfahren 500 unter Anwendung eines Frequenz-Zeitbereichs gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei eine variable Pulsbreite das Erstellen eines Bereichs an Programmierspannungsschwellwerten ermöglicht, die typischerweise als eine hyperbolische Funktion der variablen Pulsbreite variieren. Anfänglich wird bei 502 ein gewünschter Programmierschwellwert (VSchreiben) auf der Grundlage der Priorität des Anwenders oder spezieller Erfordernisse für eine Schaltung festgelegt. Nachfolgend wird bei 504 eine zugeordnete Pulsbreite berechnet oder mittels eines Graphen ermittelt, der die Pulsbreite als Funktion der gewünschten Programmierschwellwertspannung darstellt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung variiert die Programmierschwellwertspannung typischerweise als eine hyperbolische Funktion der variablen Pulsbreite. Folglich kann eine gewünschte Schreibspannung eingestellt werden, und die Polymerspeicherzelle kann von einem „Aus"-Zustand in einen „Ein"-Zustand an einem vorbestimmten Wert auf der Grundlage des Einstellens der Pulsbreite des Programmiertaktimpulses umgeschaltet werden. Somit kann das vorliegende Verfahren eine frequenzabhängig Schreibspannung bereitstellen, und Systementwickler können die Speichergeschwindigkeit im Hinblick auf die Leistungsversorgungsspannung anpassen, um damit bei der Schaltungsgestaltung ein optimales Verhalten zu erreichen. In einem entsprechenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Löschschwellwertspannung für die Polymerspeicherzelle in anwendungsspezifischer Art mittels einer variablen Pulsbreite in einer von dem Schaltungsgestalter gewünschten Art eingestellt werden. Der Löschspannungsschwellwert kann als eine hyperbolische Funktion der Pulsbreite variieren und ermöglicht das Einstellen der Löschspannung der Polymerspeicherzelle auf gewünschte Werte.
  • 6 zeigt eine Schaltung, die eine Speicherzelle 640 mit einstellbaren Programmierschwellwerten programmiert. Das Steuersystem zum Programmieren der Speicherzelle 640 umfasst einen Generator 620, der einen steuerbaren elektrischen Strompegel (beispielsweise einen programmierbaren Strom) während des Schreibens an Information und/oder des Aufzeichnens an Information in der Speicherzelle 640 bereitstellen kann. Die Speicherzelle 640 umfasst zwei Elektroden, die diverse passive und aktive Schichten dazwischen einschließen. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und dass andere Schichten, etwa diverse Barrierenschichten ebenso verwendet werden können.
  • Ein Lastwiderstand 660 ist funktionsmäßig mit der Speicherzelle 640 verbunden und besitzt einen Widerstandswert, der gestaltet ist, den durch die Speicherzelle 640 fließenden maximalen Strom zu begrenzen. Entsprechende Registriereinrichtungen 670 und 680 können die Schaltungszustände während der diversen Programmierphasen der Speicherzelle 640 überwachen. Beispielsweise kann der durch die Speicherzelle fließende Strom ermittelt werden, indem die Spannung an dem Lastwiderstand 660 gemessen wird und ein derartiges Überwachungsgerät kann Spannungsmesser, Oszillographen, Aufzeichnungseinheiten und andere Geräte mit einschließen, die für die Überwachung der Schaltungszustände zu jedem Zeitpunkt verwendet werden.
  • Gemäß einer speziellen Verfahrensabfolge der vorliegenden Erfindung bildet der Generator 620 einen anfänglichen Spannungspuls, der eine Schwellwertreferenzspannung (beispielsweise Spannungswert) übersteigt, der zum Programmieren einer Speicherzelle erforderlich ist. Beispielsweise zeigt 7 entsprechende Spannungs-Zeit- und Strom-Zeit-Graphen eines derartigen Verfahrens zum Beschreiben einer 2 Bit-Speicherzelle. Die Spannungspegel „Z" und „Y" geben einen anfänglichen Spannungspuls und eine Schwellwertspannung an. Die Werte des durch die Speicherzelle 640 fließenden Stromes können dann ermittelt werden, indem die Spannung an dem Lastwiderstand 660 gemessen wird. Der durch die Speicherzelle fließende Strom kann so gesteuert werden, dass diverse elektrische Strompulszustände den entsprechenden Informationsbits, die in die Speicherzelle geschrieben werden, entsprechen. Beispielsweise kann, wie in 7 gezeigt ist, ein elektrischer Strompegel „A" einen Wert „00", ein elektrischer Strompegel „B" einen Wert „01", ein elektrischer Strompegel „C" einen Wert „10" und ein elektrischer Strompegel „D" den Wert „11" bezeichnen, die alle in der Speicherzelle 640 programmierbar sind.
  • Anschließend, wenn der elektrische Strompuls den gewünschten programmierten Zustand erreicht, ist die Schreibprogrammierung abgeschlossen, und die Programmierspannung wird abgeschaltet. In ähnlicher Weise wird zum Auslesen von Informationsbits aus der Speicherzelle 640 eine Lesespannung „X", die kleiner ist als der Schwellwertspannungswert „Y" durch den Generator 620 erzeugt. Auf der Grundlage des Betrags des durch den Lastwiderstand 660 aus 6 fließenden Stromes und auf der Grundlage der Lesespannung „X" kann dann der Widerstand der Speicherzelle 640 berechnet werden. Ein derartiger Strom entspricht dann einem elektrischen Referenzstrom, um einen programmierten Zustand der Speicherzelle zu verifizieren. In ähnlicher Weise wird zum Löschen von Information ein negativer Spannungspuls B von dem Generator 620 erzeugt, wodurch ein Strom erzeugt wird, der so gesteuert wird, dass ein Löschschwellwert erreicht wird, der sodann durch die Speicherzelle fließt. Zu beachten ist, dass andere geeignete Eigenschaften neben der Spannung, dem Strom oder der Impedanz verwendet werden können, um eine Speicherzelle mit einer funktionalen Zone zu programmieren. Beispielsweise kann der gesteuerte Wert eine Lichtintensität sein (optisches Programmieren, wenn die Lichtsensor/Ermitter-Schichten verwendet werden) oder die Zeitdauer, mit der die Speicherzelle mit einem externen stimulierenden Ereignis und/oder einem Signal beaufschlagt wird. Ferner kann auch eine Abhängigkeit von der Struktur einer speziellen Speicherzelle vorhanden sein, und auch von einem bei der Herstellung verwendeten Material, wie dies beispielsweise für die spezielle Speicherstruktur der Fall ist, die in 6 gezeigt ist, bei der es erforderlich ist, die Zelle in ihren Anfangszustand zurück zu versetzen, um aufgezeichnete Information zu löschen, bevor eine weitere Schreiboperation ausgeführt werden kann.
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Programmieren einer Speicherzelle gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei 802, wo allgemeine Initialisierungsvorgänge ausgeführt werden. Zu derartigen Initialisierungsvorgängen gehören, ohne einschränkend zu sein: das Einrichten von Zeigern, das Zuordnen von Speicherplatz, das Festlegen von Variablen, das Einstellen von Kommunikationskanälen, und dergleichen. Bei 804 empfängt die zu programmierende Speicherzelle einen externen stimulierenden Reiz. Ein derartiger externer stimulierender Reiz bzw. ein Ereignis kann mittels einer Steuerkomponente zugeführt werden und kann ein elektrisches und/oder optisches Verhalten, das mit der Polymerspeicherzelle verknüpft ist, ändern. Die Steuerkomponente kann ferner das externe stimulierende Ereignis ferner überwachen/regulieren, um damit die beeinflusste Eigenschaft der Polymerspeicherzelle zu steuern. Bei 808 wird der Wert der Eigenschaft, die auf diese Weise beeinflusst wird, ermittelt (beispielsweise berechnet und/oder gemessen). Nachfolgend wird bei 808 der gewonnene Wert (beispielsweise mittels einem Komparator des Steuersystems) mit einem Referenzschwellwert, der für diese spezielle Eigenschaft bestimmt ist, verglichen. Ein derartiger Referenzschwellwert kann eine obere Grenze, die mit einem speziellen Programmierzustand für die zu programmierende Polymerspeicherzelle verknüpft ist, festlegen. Zu beachten ist, dass andere elektrische/optische Eigenschaften, die von der beeinflussten Eigenschaft abhängig sind, ebenso mit entsprechenden vorbestimmten Werten verglichen werden können und als Referenzkriterien für das Verifizieren des Programmierzustands eingesetzt werden können.
  • Als nächstes geht der Ablauf zum Vergleichsschritt 810 weiter, wenn der Wert der beeinflussten Eigenschaft größer oder gleich ist dem Referenzschwellwert, wobei dann das Programmieren eines derartigen Zustands als abgeschlossen erachtet wird. Das Verfahren geht weiter mit dem Abschalten des externen stimulierenden Ereignisses bei 812 und endet bei 814. Ansonsten kehrt das Programm zurück, um die Speicherzelle mit einem neuen stimulierenden Ereignis zu beaufschlagen. Zu beachten ist, dass der Referenzschwellwert eine untere mit einem speziellen Programmierzustand verknüpfte Grenze festlegen kann. Ferner kann die Schwellwertreferenz auch einen Bereich bilden, und der Schritt des Vergleichens, der verifiziert, ob die beeinflusste Eigenschaft der Polymerspeicherzelle innerhalb eines Bereichs liegt oder nicht, angeben.
  • Obwohl das beispielhafte Verfahren hierin als eine Reihe von Blöcken dargestellt und beschrieben ist, die für diverse Ereignisse und/oder Aktivitäten repräsentativ sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Reihenfolge derartiger Blöcke beschränkt. Beispielsweise können einige Aktivitäten oder Ereignisse in unterschiedlicher Reihenfolge und/oder gleichzeitig zu anderen Aktivitäten oder Ereignissen auftreten, unabhängig von der hierin dargestellten Reihenfolge, wobei dies durch die vorliegende Erfindung mit berücksichtigt ist. Z. B. kann die Polymerspeicherzelle einem stimulierenden Ereignis ausgesetzt sein, das das Auslesen von Informationsbits anstatt das Schreiben oder Löschen ermöglicht. Des weiteren sind unter Umständen nicht alle dargestellten Blöcke, Ereignisse oder Aktivitäten zum Einrichten eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich. Es ist ferner zu beachten, dass das beispielhafte Verfahren und andere Verfahren gemäß der Erfindung in Verbindung mit dem Programmieren der Polymerspeicherzelle, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, eingerichtet werden können, sowie in Verbindung mit anderen Systemen und Vorrichtungen, die hierin nicht dargestellt oder beschrieben sind.
  • Gemäß den 9 sind Strukturen von Speicherzellen mit diversen beispielhaften Elektrodenanordnungen und passiven/aktiven Schichten, die einem Nachbehandlungsprozess unterzogen werden können, dargestellt. Typisch für derartige Speicherzellen ist, dass obere und untere Elektroden diverse andere aktive und passive Schichten einschließen und programmiert und/oder hergestellt werden können mit einem Material, so dass gewünschte Haltezeiten für darin gespeicherte Daten erreicht werden, wie dies zuvor detailliert beschrieben ist. Die Elektroden (beispielsweise 910, 920) können aus einem leitenden Material, etwa Aluminium, Chrom, Kupfer, Germanium, Gold, Magnesium, Mangan, Indium, Eisen, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Zink, Legierungen davon, Indium-Zinn-Oxid, Polysilizium, dotiertem amorphen Silizium, Metallsiliziden, und dergleichen aufgebaut sein. Zu beispielhaften Legierungen, die für das leitende Material verwendet werden können, gehören Hastelloy, Kovar, Invar, Nonel, Inconel, Messing, rostfreier Stahl, Magnesiumsilberlegierung und diverse andere Legierungen.
  • Die Dicke der Elektroden kann in Abhängigkeit der Implementierung und des aufzubauenden Speicherbauelements variieren. Zu einigen beispielhaften Dickenbereichen gehören ungefähr 100 nm oder mehr und ungefähr 10 μm oder weniger für 910 und 920. Die Elektroden können in abwechselnder Weise zwischen den diversen Schichten aus beispielsweise Halbleiterschichten, Polymerschichten und passiven Schichten angeordnet werden.
  • Wie zuvor erläutert ist, dient die passive Schicht 930 zum Transport von Ionen von der Elektrode 910 zu der Grenzfläche zwischen der aktiven (beispielsweise organischen) Schicht 940 und der passiven Schicht 930. Des weiteren erleichtert die passive Schicht 930 eine Inneninjektion in die aktive Schicht 940 und erhöht die Konzentration der Ionen in der aktiven Schicht, woraus sich eine Modifizierung der Leitfähigkeit der aktiven Schicht 940 ergibt. Des weiteren kann die passive Schicht 930 in einigen Fällen als ein Katalysator dienen, wenn die aktive Schicht 940 hergestellt wird. In dieser Hinsicht kann sich das Grundgerüst des konjugierten organischen Moleküls anfänglich benachbart zu der passiven Schicht 930 ausbilden und im Wesentlichen senkrecht weg zur Oberfläche der passiven Schicht weiter wachsen oder sich anordnen. Somit können die Grundstrukturen der konjugierten organischen Moleküle in einer Richtung quer zu den zwei Elektroden selbstjustiert sein. Die nachfolgende Erläuterung beschreibt und zeigt die ionische Konzentration und moduliert das Verhalten derartiger organischer Speicherbauelemente.
  • In dem folgenden Beispiel ist die aktive Schicht aus leitendem Polymer hergestellt mit organischem Material und Cu2S wird als Material für die passive Schicht verwendet. Es hat eine relativ starke Fähigkeit, Elektronen von einem kontaktierenden Polymer anzuziehen und ergibt die folgenden Gleichungen: Cu2S → Cu + Cu1,99S und Cu → Cu+ + e– (1)
  • Die Konsequenz ist, dass auf Grund der an der Grenzfläche zwischen dem CuS und dem Polymer angesammelten Ladungen ein inneres Feld erzeugt wird. Dies ist in 10 gezeigt, das einen Graphen repräsentiert, der die Wirkung eines inneren elektrischen Feldes an einer Grenzfläche zwischen Cu(y)S (wobei y einen geeigneten Wert annimmt, beispielsweise zwischen 1 und 2) und einem Polymer zeigt. Das oxidierte Kupfer (Cu+) ist der Ladungsträger, wenn eine externes Feld angelegt wird. Die Leitfähigkeit des Polymers wird durch seine Konzentration und seine Beweglichkeit bestimmt. σ = q p μ (2)wobei q die Ionenladung, p die Ionenkonzentration und μ die Beweglichkeit ist.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, die ein Polymerspeicherbauelement 1100 in diversen Zuständen (1101, 1102 und 1103) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Bauelement 1100 ist in einem ersten „Aus"-Zustand 1101, einem „Ein"-Zustand 1102 und einem zweiten „Aus"-Zustand 1103 dargestellt. Zu beachten ist, dass Speichereinrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, andere Zustände aufweisen können, als in 11 gezeigt sind. Das Polymerspeicherbauelement 1100 umfasst eine obere Elektrode 1104, eine untere Elektrode 1106 und eine selektiv leitende Schicht 1108 mit einer aktiven Schicht (beispielsweise PPA) und mindestens einer passiven Schicht (beispielsweise Cu2S). In dem ersten Aus-Zustand 1101 sammeln sich Ladungen (z. B. positive Ionen) 1110 in der selektiv leitenden Schicht 1108 in der Nähe der unteren Elektrode 1106.
  • In dem Ein-Zustand 1102 werden die Ladungen 1110 gleichförmig verteilt, wodurch ein Ein-Zustand angegeben wird. In dem zweiten Aus-Zustand 1103 sammeln sich die Ladungen in der selektiv leitenden Schicht 1108 in der Nähe der oberen Elektrode 1104.
  • Obwohl die Erfindung in Bezug auf gewisse anschauliche Aspekte hierin gezeigt und beschrieben ist, ist zu beachten, dass äquivalente Änderungen und Modifizierungen für den Fachmann auf der Grundlage des Studiums und des Verständnisses der Anmeldung und der begleitenden Zeichnungen möglich sind. Insbesondere auf die diversen Funktionen, die von den zuvor beschriebenen Komponenten (Anordnungen, Bauelementen, Schaltungen, Systemen, etc.) ausgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf eine „Einrichtung"), wie sie hierin zur Beschreibung derartiger Komponenten verwendet werden, auch beliebigen Komponenten entsprechen, sofern dies nicht anders angegeben ist, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführen (beispielsweise die funktionell äquivalent sind), obwohl keine strukturelle Äquivalenz zu der offenbarten Struktur vorliegt, die die Funktion in dem hierin gezeigten beispielhaften Aspekten der Erfindung ausführt. In dieser Hinsicht ist ferner zu beachten, dass die Erfindung ein System sowie ein computerlesbares Medium mit von Computer ausführbaren Befehlen zum Ausführen der Aktivitäten und/oder Ereignisse der diversen Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung sind auf dem Gebiet der Halbleiterbearbeitung und Herstellung anwendbar. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, um zentrale Recheneinheiten und Speichereinrichtungen mit nicht flüchtigen Speicherbauelementen herzustellen.
  • Zusammenfassung
  • Es werden Systeme und Verfahren bereitgestellt, um einen mit dem Betrieb einer Polymerspeicherzelle (216, 640) verknüpften Schwellwert einzustellen, indem ein geregeltes elektrisches Feld und/oder eine gesteuerte Spannungspulsbreite in einer Phase nach der Herstellung angelegt werden. Eine derartige anwendungsspezifische Einstellung der Programmierschwellwerte kann typischerweise während eines beliebigen Zyklus des Programmierens der Speicherzelle (215, 640) erreicht werden, um damit die Flexibilität bei der Gestaltung der Schaltung zu erhöhen. Somit bietet die vorliegende Erfindung eine Strom-Spannungs-Abhängigkeit und/oder eine Frequenz-Zeit-Abhängigkeit, um das Einstellen der Programmierschwellwerte der Polymerspeicherzelle (216, 640) zu ermöglichen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einstellen eines Programmierschwellwerts einer Speichereinrichtung, mit: Bestimmen einer Spannung in einer Löschrichtung über einen Löschschwellwert (404) einer Speicherzelle (215, 640) hinaus, um einen gewünschten Programmierschwellwert für eine nächste Programmierphase einzustellen, wobei die Speicherzelle (215, 640) auf der Grundlage einer Ionenbewegung durch eine passive Schicht (203) und eine aktive Schicht (201) arbeitet; und Löschen der Speicherzelle (215, 640) durch Anlegen der Spannung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Anlegen einer Spannung an die aktive Schicht (201) umfasst, um einen Impedanzzustand der Speichereinrichtung einzustellen, wobei der Impedanzzustand einen Informationsinhalt repräsentiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Vergleichen eines durch die Speichereinrichtung fließenden Stromes mit einem vorbestimmten Wert umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Einstellen eines Schreibschwellwerts und/oder eines Löschschwellwerts der Speicherzelle (216, 640) auf einen vorbestimmten Wert umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner Ändern des Programmierschwellwertes gemäß einer linearen Funktion der Spannung umfasst.
  6. Speichereinrichtung mit: einer aktiven Schicht (201), die einen Zustand auf der Grundlage einer Wanderung von Ionen ändert, wenn sie einem externen elektrischen Feld und/oder einer Lichtstrahlung ausgesetzt ist; einer passiven oder superionischen Schicht (203), die das Zuführen von Ionen zu der aktiven Schicht (201) ermöglicht, wobei die aktive Schicht (201) und die passive oder superio nische Schicht (203) Ladungen austauschen und einen einstellbaren Programmierschwellwert bereitstellen.
  7. Speichereinrichtung nach Anspruch 6, wobei der einstellbare Programmierschwellwert durch das Einstellen einer Spannung auf einen vorbestimmten Wert gegeben ist.
  8. Speichereinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannung in einer Löschrichtung der Speichereinrichtung angelegt ist.
  9. Speichereinrichtung nach Anspruch 6, wobei der einstellbare Programmierschwellwert durch eine Pulsbreite eingestellt ist.
  10. Speichereinrichtung nach Anspruch 6, wobei die aktive Schicht (201) mindestens eine der folgenden Substanzen aufweist: Kohlenwasserstoffe; organische Moleküle mit Donator und Akzeptor-Eigenschaften, metallorganische Komplexe; Porphyrin, Phthalozyanin, Hexadekafluorophthalozyanin.
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