JP2005322942A - プログラマブルメタライゼーションセル構造およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造が簡単で安価な読出し/書込みメモリ技術およびデバイスを提供する。
【解決手段】 プログラマブルメタライゼーションセルであって、金属イオンが内部に配された高速イオン導電体材料で形成された本体と、該材料本体上に配置された複数の導電電極とを有し、該電極が、該電極のうちの2つの電極間に第1の電圧が印加されるように構成され、該第1の電圧が印加されている間に該2つの電極のうちの負極から該2つのうちの電極の正極に向かって金属デンドライトを成長させることによって、該セルをプログラムするプラグラマブルメタライゼーションセル。
【選択図】図1A
【解決手段】 プログラマブルメタライゼーションセルであって、金属イオンが内部に配された高速イオン導電体材料で形成された本体と、該材料本体上に配置された複数の導電電極とを有し、該電極が、該電極のうちの2つの電極間に第1の電圧が印加されるように構成され、該第1の電圧が印加されている間に該2つの電極のうちの負極から該2つのうちの電極の正極に向かって金属デンドライトを成長させることによって、該セルをプログラムするプラグラマブルメタライゼーションセル。
【選択図】図1A
Description
本発明は、一般に、高速イオン導電体と、複数の電極と、高速イオン導電体の表面の電極間に形成される電圧制御金属構造体またはデンドライト(樹枝状晶)とを備えたプログラマブルメタライゼーションセル(programmable metallization cell)に関する。詳しくは、プログラマブルメタライゼーションセルを利用する、電子メモリ、プログラマブル抵抗器およびキャパシタ、集積光学デバイス、およびセンサなどのデバイスに関する。
(メモリデバイス)
メモリデバイスは電子システムおよびコンピュータで使用され、情報を二進法データの形態で記憶する。これらのメモリデバイスには様々なタイプがあり、各タイプは様々な長所および短所を有する。
メモリデバイスは電子システムおよびコンピュータで使用され、情報を二進法データの形態で記憶する。これらのメモリデバイスには様々なタイプがあり、各タイプは様々な長所および短所を有する。
例えば、パーソナルコンピュータに見出され得るランダムアクセスメモリ(「RAM」)は揮発性半導体メモリである。つまり、電源を切断または取り外すと、記憶されたデータは失われる。ダイナミックRAM(「DRAM」)は特に揮発性であり、記憶されたデータを維持するために2〜3マイクロ秒毎に「リフレッシュ」(すなわち、再充電)しなければならない。スタティックRAM(「SRAM」)は、電源が維持されている限り1回の書込み後データを保持し得る。しかし、電源が切断されると、データは失われる。従って、これらの揮発性メモリ構成では、情報は、システムへの電力がオフにされない場合に限って保持される。
CD−ROMは不揮発性メモリの1つの例である。CD−ROMは、長いオーディオおよびビデオセグメントを含むのに十分な大きさである。しかし、このメモリからは情報を読み出すだけであって、これに書き込むことはできない。従って、製造中にCD−ROMがプログラミングされると、新しい情報で再プログラミングすることはできない。
磁気記憶デバイス(すなわち、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクおよび磁気テープ)などの他の記憶デバイス、および光ディスクなどの他のシステムは不揮発性であり、極めて大きな容量を有し、何回も再書込みを行うことができる。残念なことに、これらのメモリデバイスは物理的に大きく、衝撃/振動に敏感であり、高価な機械的な駆動装置を必要とし、また消費電力量が比較的大きい。これらの否定的な局面により、これらのメモリデバイスは、ラップトップおよび手のひらサイズのコンピュータならびにパーソナルデジタルアシスタント(「PDA」)などの低電力の携帯型用途にとっては理想的ではない。
記憶された情報が規則的に変化する、小型で低電力の携帯型コンピュータシステムの数が急激に増大しているため、読出し/書込み半導体メモリが広く用いられるようになった。さらに、これらの携帯型システムは、電力がオフのときデータの記憶を必要とするため、不揮発性記憶デバイスが必要である。これらのコンピュータにおける最も簡単なプログラマブル半導体不揮発性メモリデバイスは、プログラマブル読み出し専用メモリ(「PROM」)である。最も基本的なPROMは可融性リンクアレイを用いる。PROMは一度プログラミングされると、再プログラミングはできない。これは、ライトワンスリードメニー(「WORM」)メモリの1つの例である。消去可能PROM(「EPROM」)は変更可能であるが、各再書込みの前に、紫外光への露光を含む消去ステップを行わなければならない。電気的消去可能なPROM(「EEPROM」または「E2PROM」)は何度も書込みが可能であるため、これが従来の不揮発性半導体メモリの中で恐らく最も理想的なものである。別のタイプのEEPROMであるフラッシュメモリは、低密度の従来のEEPROMより容量は高いが、耐久性に欠ける。EEPROMに伴う1つの主要な問題は、これらが本来的に複雑であることである。これらのメモリデバイスで使用される浮遊ゲート記憶要素は製造が困難で、比較的多い量の半導体実装可能面積(real estate)を消費する。さらに、回路設計はデバイスをプログラミングするのに必要な高電圧に耐えるものでなければならない。これは、記憶容量のビット当たりのEEPROMのコストが、他のデータ記憶手段に比べて極めて高いことを意味する。EEPROMの別の欠点は、これらは電源に接続せずにデータを保持し得るが、プログラミングするためには比較的多い電力量を必要とすることである。この電力ドレインは、バッテリによって電力を得るコンパクトな携帯型システムでは相当なものとなり得る。
最近、強誘電性材料に基づく別の不揮発性メモリ技術が大いに注目されている。残念なことに、このデータ記憶方法に関連する多くの問題が依然として存在し、これにより強誘電性材料の広範囲に亘る適用が妨げられている。これらの様々な問題としては、記憶特性が理想的ではないこと、製造が極めて困難であることが含まれる。
従って、上述の従来のデータ記憶デバイスに関連する様々な問題を考慮すると、本来的に製造が簡単で安価である読出し/書込みメモリ技術およびデバイスを有することが非常に望ましい。さらに、このメモリ技術は、高い記憶密度、不揮発性、および低い製造コストを提供する一方で、低電圧下で動作することによって、新世代の携帯型コンピュータデバイスの諸要件を満たさなければならない。
(プログラマブル受動素子および能動素子)
電子回路は、文字通り数百万個の素子部品を備え得る。これらの素子部品は概して2つの個別のカテゴリー、すなわち受動素子および能動素子に分けられる。抵抗器およびキャパシタなどの受動素子は、比較的一定である、これらに関連する電気値を有する。一方、トランジスタなどの能動素子の電気値は、電圧または電流が制御電極に印加されると変化するように設計される。
電子回路は、文字通り数百万個の素子部品を備え得る。これらの素子部品は概して2つの個別のカテゴリー、すなわち受動素子および能動素子に分けられる。抵抗器およびキャパシタなどの受動素子は、比較的一定である、これらに関連する電気値を有する。一方、トランジスタなどの能動素子の電気値は、電圧または電流が制御電極に印加されると変化するように設計される。
これら2つのタイプの素子は広範囲に使用されているため、受動素子および能動素子の機能の両方を行い得る低コストのデバイスを有することが非常に望ましい。例えば、抵抗および電気容量を変更することによって、印加信号に応答する能動素子として作用するデバイスであって、しかも同じデバイスが予めプログラミングされ得る(すなわち、プログラミングが完了した後、変化がデバイスによって「記憶」される)受動素子として作用するデバイスを持つことが非常に望ましい。このようなデバイスは、通信機器での同調回路からオーディオシステムのボリュームコントロールまで、多くの多様な適用において実現され得る。
(光学デバイス)
最近、ラップトップコンピュータ、高精細度テレビ(「HDTV」)、空間光変調器などのための表示デバイスなど、様々な光学デバイスに対して莫大な需要がある。例えば、光学セルを通る光の通路を妨害するシャッター、または走査入射ビームを画面または他のターゲットにまたはこれから外れて偏向させ得るミラーのような光学デバイスで利用され得る、低コストで製造性が高いデバイスを有することは、極めて望ましい。
最近、ラップトップコンピュータ、高精細度テレビ(「HDTV」)、空間光変調器などのための表示デバイスなど、様々な光学デバイスに対して莫大な需要がある。例えば、光学セルを通る光の通路を妨害するシャッター、または走査入射ビームを画面または他のターゲットにまたはこれから外れて偏向させ得るミラーのような光学デバイスで利用され得る、低コストで製造性が高いデバイスを有することは、極めて望ましい。
(センサ)
紫外線放射および他の形態の放射への露光の測定は非常に重要である。何故なら、放射は、例えば、皮膚癌および個体への他の損傷の影響を促進すると考えられているからである。
紫外線放射および他の形態の放射への露光の測定は非常に重要である。何故なら、放射は、例えば、皮膚癌および個体への他の損傷の影響を促進すると考えられているからである。
従って、紫外線放射(10−7〜10−9メートル)、X線(10−9〜10−11)およびガンマ線(10−11〜10−14)などの短波長放射のための低コストの波長センサまたはセンサアレイで使用され得る、製造性の高いデバイスを有することが望ましい。
メモリデバイス、プログラマブル抵抗器およびキャパシタデバイス、電気光学デバイス、およびセンサなどのデバイスが幅広く使用されているため、これらの様々な適用のすべてで実現され得る、低コストで製造が簡単なデバイスを有することがとりわけ非常に望ましい。
(発明の要旨)
本発明の例示的な実施形態によれば、プログラマブルメタライゼーションセル(「PMC」)は、カルコゲニド−金属イオンなどの高速イオン導電体と、導電材料よりなり高速イオン導電体の表面に互いに一定の距離だけ離れて配置された少なくとも2つの電極(例えば、アノードおよびカソード)とを備える。本明細書で述べるカルコゲニド材料は、硫黄、セレンおよび/またはテルルを含むようなすべての化合物を含む。1つの好適な実施形態では、高速イオン導電体は、カルコゲニドとI族またはII族金属(最も好ましくは、三硫化二砒素−銀)を含み、アノードは銀を含み、カソードはアルミニウムまたは他の導電材料を含む。アノードおよびカソードに電圧が印加されると、不揮発性金属デンドライトが、カソードから高速イオン導電体の表面に沿ってアノードに向かって急速に成長する。デンドライトの成長速度は、印加電圧および時間の関数である。デンドライトの成長は、電圧を取り除くことによって停止されるか、またはアノードとカソードの電圧極性を反転させることによってデンドライトをカソードに向かって後退させ得る。デンドライトの長さの変化は、PMCの抵抗および電気容量に影響を与える。
本発明の例示的な実施形態によれば、プログラマブルメタライゼーションセル(「PMC」)は、カルコゲニド−金属イオンなどの高速イオン導電体と、導電材料よりなり高速イオン導電体の表面に互いに一定の距離だけ離れて配置された少なくとも2つの電極(例えば、アノードおよびカソード)とを備える。本明細書で述べるカルコゲニド材料は、硫黄、セレンおよび/またはテルルを含むようなすべての化合物を含む。1つの好適な実施形態では、高速イオン導電体は、カルコゲニドとI族またはII族金属(最も好ましくは、三硫化二砒素−銀)を含み、アノードは銀を含み、カソードはアルミニウムまたは他の導電材料を含む。アノードおよびカソードに電圧が印加されると、不揮発性金属デンドライトが、カソードから高速イオン導電体の表面に沿ってアノードに向かって急速に成長する。デンドライトの成長速度は、印加電圧および時間の関数である。デンドライトの成長は、電圧を取り除くことによって停止されるか、またはアノードとカソードの電圧極性を反転させることによってデンドライトをカソードに向かって後退させ得る。デンドライトの長さの変化は、PMCの抵抗および電気容量に影響を与える。
本発明の1つの局面によれば、PMCはメモリ記憶デバイスとして利用される。詳しくは、カソードおよびアノードに一定のまたはパルス化されたバイアスを所定期間にわたって印加することによって、所定の長さのデンドライトが生成される。このデンドライトの長さに関連して、抵抗および電気容量などの電気的パラメータが測定可能となる。1つの好適な実施形態では、アナログまたはデジタル値の両方がデバイスに記憶され得る。
本発明の別の局面によれば、PMCはプログラマブル抵抗器/キャパシタデバイスとして用いられ、適切な期間にわたってDC電圧を印加することによって特定の抵抗または電気容量値がプログラミングされる。
本発明のさらに別の局面によれば、電気光学デバイスは、広い幅の電極を有するPMCを含む。電極に高電圧が印加されると、デンドライトの「シート」が生成され、これが光学セルを通る光の通路を妨害するシャッターとして、または走査入射ビームを画面または他のターゲットにまたはこれを外れて偏向させるミラーとして作用する。
本発明のさらに別の局面によれば、PMCは短波長放射センサとして利用される。金属デンドライトの成長および溶解速度は所定の波長に感応するため、デンドライトの成長速度の差は入射放射の強度に関連し得る。
以下に本発明を添付の図面を参照して述べる。
カルコゲニド金属イオンなどの高速イオン導電体、および高速イオン導電体の表面に配置され互いに所定の距離をおいて配置されたアノードとカソードとを備える構成は、電圧をアノードとカソードと間に印加することにより、高速イオン導電体の表面に沿って不揮発性金属デンドライトの成長を可能にする。この成長は、電圧を印加しないと起こらず、そして電圧の極性を逆にすることによって後退する。デンドライトの長さが変化するので、PMCの抵抗および電気容量が変化する。この構成を利用したメモリ素子、プログラマブル抵抗器/キャパシタ、光学デバイス、光センサが提供される。
(好適な実施形態例の詳細な説明)
(I.プログラマブルメタライゼーションセル)
次に図1Aおよび図1Bを参照して、本発明の実施形態の1つによる横方向または水平方向の構成の例示的なプログラマブルメタライゼーションセル(「PMC」)10を示す。図1Aは、PMC10の平面図であり、図1Bは、図1Aの1−1線に沿ったPMC10の断面図である。PMC10は、高速イオン導電体12、および高速イオン導電体12の表面に堆積された複数の電極13および14(例えば、カソード13およびアノード14)を含む。デバイス10に更なる強度および剛性を与えるために、支持基板11には、ベースに高速イオン導電体12、上方に電極13および14、またはその両方を任意に設け得る。基板11は、例えば、プラスチック、ガラスまたは半導体材料を適切に含み得る。
(I.プログラマブルメタライゼーションセル)
次に図1Aおよび図1Bを参照して、本発明の実施形態の1つによる横方向または水平方向の構成の例示的なプログラマブルメタライゼーションセル(「PMC」)10を示す。図1Aは、PMC10の平面図であり、図1Bは、図1Aの1−1線に沿ったPMC10の断面図である。PMC10は、高速イオン導電体12、および高速イオン導電体12の表面に堆積された複数の電極13および14(例えば、カソード13およびアノード14)を含む。デバイス10に更なる強度および剛性を与えるために、支持基板11には、ベースに高速イオン導電体12、上方に電極13および14、またはその両方を任意に設け得る。基板11は、例えば、プラスチック、ガラスまたは半導体材料を適切に含み得る。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、高速イオン導電体12は、固体電解質、金属イオン含有ガラス、金属イオン含有アモルファス半導体、カルコゲニド金属イオン等を含む。最も広い意味において、本発明のカルコゲニド材料は、3級化合物、4級化合物またはより高級にかかわらず化合物の硫黄、セレンおよび/またはテルルを含有する任意の化合物を含む。好適な実施形態において、高速イオン導電体12は、カルコゲニド−金属イオン組成物を含み、カルコゲニド材料は、砒素、ゲルマニウム、セレン、テルル、ビスマス、ニッケル、硫黄、ポロニウムおよび亜鉛からなる群より選択され(好ましくは、硫化砒素、硫化ゲルマニウムまたはセレン化ゲルマニウム)、金属は様々なI族またはII族金属を含む(好ましくは、銀、銅、亜鉛またはその組合せ)を含む。カルコゲニド−金属イオン組成物は、光溶解(photo dissolution)によって、カルコゲニドおよび金属を含む原料から堆積によって、または当該分野において公知の他の方法によって得ることができる。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、最も好適な実施形態において、高速イオン導電体12は三硫化二砒素−銀(arsenic trisulphide−silver)(「As2−S3−Ag」)を含む。銀は、銀薄膜およびAs2S3層に500ナノメートル未満の波長の光を照射することによってAs2S3に導入される。十分な銀が存在する場合、この処理の結果、安定なアモルファス材料である鉱質スミサイト(mineral smithite)(AgAsS2)と化学量論的に類似する3級化合物が形成される。好ましくは、十分な銀をカルコゲニド表面上に堆積して、これにより、カルコゲニド層全体にわたって平衡相(equilibrium phase)を形成する。高速イオン導電体12が平衡相になくてもPMC10は動作し得るが、PMC10の動作が非常に大きい電圧を必要とする。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、電極13および14は、高速イオン導電体12の表面において互いから適切に離して、好ましくは数百ミクロン〜数百分の1ミクロンの範囲の距離d1を形成して配置される。電極13および14は、高速イオン導電体12内の金属イオンの高速移動のための電場を生成する導電性材料を含み得る。電極13および14に電圧を印加すると、電源の負極に接続された電極である電極13(即ち、カソード)から金属デンドライト15が成長する。デンドライト15は、局在化した高電場によって生成されるカソード13上のカチオン(例えば、銀カチオン)の固溶体からの沈殿によって成長する。デンドライト15を、反対側電極14に到達するまで、高速イオン導電体12の表面に横切って成長させて、これにより、間隙を閉じて電気回路を完結させることが可能である。あるいは、電源を取り除くことにより、あるいは、アノードの前に絶縁性物理的バリアを配置することにより、デンドライト15がアノード14に到達する前にデンドライト15を停止し得る。デンドライト15が反対側電極14に接触しない限り、その成長は、電極13および14の電圧を反転させることによって、容易に停止および後退し得る。デンドライト15の長さの変化は、PMC10の抵抗および電気容量に影響する。その後、これらの変化は、当該分野において公知の簡単な回路を用いて容易に検出できる。デンドライト15の別の重要な特徴はその不揮発性である。電極13および14から電圧が除去されるとき、金属デンドライト15はそのままに(intact)維持され得る。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、高速イオン導電体12がAs2S3−Agを含む好適な実施形態において、アノード14は、固体銀層または銀−アルミニウム2重層(bilayer)のような銀を含む。これにより、アノード14が犠牲電極として作用するので、比較的低い電場で高速なデンドライトの成長を生じさせ得る。カソード13は、固体銀層、アルミニウム層または銀−アルミニウム2重層であり得、いくつかの構成においてはアルミニウムが好適な材料である。電極13および14が銀(例えば、純銀またはアルミニウム−銀2重層)を含む場合、デンドライト15は、電源の負極側に接続された電極から成長する。電圧が反転すると、以前のデンドライトが溶解または後退し、新たなデンドライトが反対側の電極から成長する。あるいは、カソード13がアルミニウムを含み、アノード14が純銀または銀−アルミニウム2重層を含む場合、デンドライト15はカソード13からのみ成長する。電圧極性が反転すると、デンドライト15はカソード13に向かって後退するが、反対側の電極14から成長するデンドライトはほとんどあるいは全くない。アノード14またはカソード13とアノード14との両方がアルミニウムまたは他の非溶解性金属(例えば、金)を含む場合、デンドライト15の成長は極めて遅くなり、高い印加電圧を必要とする。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、デンドライト15の成長速度は、印加電圧および時間の関数である。低い電圧は、比較的遅い成長につながり、より高い電圧は極めて高速な成長につながる。小さなジオメトリ(即ち、幅数ミクロン)のデバイスの場合、約0.5ボルトから1.0ボルトの範囲の電圧は、10−3m/sよりも早い成長速度で単一デンドライト構造を生成し、10ボルトを越える電圧は、電極13および14の間において、単一のデンドライトではなく、「シート」を生成し得る。
引き続き図1Aおよび図1Bを参照して、デンドライト15の成長は許可しながら、水分または物理的な損傷からPMC10を保護するために、ポリイミドまたはノボラック等の軟性高分子コーティング(図示せず)を高速イオン導電体12ならびに電極13および14の上に配し得る。
次に図2および図3を参照して、グラフによって、それぞれ、PMCにおける抵抗と時間、および電気容量と時間の関係が示される。これらの結果を得るために使用されるPMCは、比較的大きなデバイス(即ち、電極から電極まで約12ミクロン)であった。しかし、これらの結果は、PMCの一般的な電気特性の妥当な概観を与える。
特に図2を参照して、曲線32は、PMCの抵抗と時間との関係を示す。PMCの電極に何らかの電圧を印加する前、PMCの抵抗は約2.65メガオームである。小さな0.7ボルトのバイアスを一連の0.5秒のパルスとして電極に印加すると、PMCの抵抗は、電圧が電極に印加される時間の長さに対して反比例の関係を示す。例えば、4.5秒の印加電圧の後の抵抗値は、約2.1メガオームへと約550Kオーム減少している。より小さなPMCデバイスまたはより大きな電圧を使用した場合、抵抗値におけるより大きな変化が得られる。
次に図3を参照して、曲線42は、PMCの電気容量対時間の関係を示す。0.7ボルトのバイアスを約0.5秒印加した時点で、このPMCデバイスについて約0.45ピコファラドの電気容量がある。0.7ボルトを一連の0.5秒のパルスとして電極に印加した場合、4.5秒後には約0.9ピコファラドにまでPMCの電気容量は急速に上昇する。より小さいPMCデバイスを使用した場合、またはより大きい電圧を印加した場合、電気容量の上昇はさらに大きくなる。
次に図4Aおよび図4Bを参照して、本発明の別の実施形態の1つの垂直方向に構成されたPMC20が図示される。図1Aおよび図1Bの横方向の構成は比較的製造が容易であり、これに関連する製造コストは比較的低い一方、垂直方向の構成は、デバイスが非常にコンパクトになるという利点を提供する。図4Aは、垂直方向の構成のPMC20を示す平面図であり、図4Bは、図4Aの2−2線に沿ったPMC20の断面図である。
引き続き図4Aおよび図4Bを参照して、電極23(例えば、カソード)および電極24(例えば、アノード)は、互いに平行な平面において互いから離して配置されている。高速イオン導電体22は、電極23および24の間に配設または挟持される。カソード23に電圧を印加すると、デンドライト25は、カソード23から高速イオン導電体22の表面に沿ってアノード24に向かって成長する。好適な実施形態において、支持基板21は電極24または23に隣接して設けられ、これにより、PMC20を支持するとともに、PMC20に対して剛性を与える。
(II. 金属デンドライトメモリ)
上記のように、PMCは様々な異なる技術において実施し得る。このような用途の1つはメモリデバイスである。
上記のように、PMCは様々な異なる技術において実施し得る。このような用途の1つはメモリデバイスである。
次に図5Aおよび図5Bを参照して、横方向または水平方向の構成の例示的なメモリセルまたは金属デンドライトメモリ(「MDM」)セル50を示す。図5Aは、MDM50の平面図であり、図5Bは図5Aの5−5線に沿ったMDM50の断面図である。図示した本実施形態において、MDM50は、メモリセルまたはデバイスに物理的な支持を提供する基板51を備える。基板51が非絶縁性であったり、またはMDM50内で使用される材料と適合しない場合、MDM50の活性部分を基板51から隔離するために、絶縁体56を基板51上に配設し得る。次に、高速イオン導電体52が基板51上に形成される(または、絶縁体を使用した場合絶縁性層56上)。高速イオン導電体52を適切にパターニングし、これにより、セル50に隣接し得るメモリセルまたはデバイスからの隔離を提供する。高速イオン導電体52の寸法(例えば、長さ、幅および厚さ)は、MDM50の電気特性を部分的に決定する。例えば、高速イオン導電体52が薄く、その幅よりも長さのほうが大きい場合、MDM50の抵抗値は、高速イオン導電体52が厚く、その幅がその長さよりも大きかった場合の抵抗値よりも大きくなる。
引き続き図5Aおよび図5Bを参照して、電極材料を、その後、導電体52上に堆積し、適切にパターニングして電極53(例えば、カソード)および電極54(例えば、アノード)を形成する。カソード53およびアノード54に電圧を印加すると、デンドライト55がカソード53から高速イオン導電体52の表面に沿って電極54に向かって成長する。電極53および54の寸法および形状は、デバイス50の電気的特性に対する影響を有する。例えば、電極53が幅狭または先細(comes to a point)の場合、電極53の周りの電場53が高くなり、デンドライト55の成長が早くなる。一方、電極53が幅広な構成の場合、電極53における電場は比較的小さくなり、電極53からのデンドライト55の成長速度はより遅くなる。
引き続き図5Aおよび図5Bを参照して、次に、絶縁層59をデバイス50上に堆積する。この絶縁層59は、MDM50の活性領域を機械的な損傷または化学的汚染から保護する。その後、コンタクト57およびコンタクト58がそれぞれ電極53および電極54に電気的に接続できるように、穴35を絶縁層59内に適切に設ける。
引き続き図5Aおよび図5Bを参照して、これが、横方向のMDMデバイスを構築するための唯一の可能な構成または方法ではないことが当業者に理解される。例えば、MDM50の別の構成は基板51上に電極53および54を形成することと、高速イオン導電体52をこれらの電極の上に形成することとを含み得る。この構成の場合、デンドライト55は、基板51と高速イオン導電体52との界面に沿って成長する。
次に図5Cを考察して、この図に示されるデバイスは、図5Aおよび図5Bのメモリセルまたは金属デンドライトメモリセルに類似であるが、さらなる電極が設けられる。具体的には、次に図5Cを参照して、MDMセル250は、高速イオン導電体252を支持する絶縁体/基板部分251を備える。図5Aおよび図5Bで参照した構成の場合と同様に、高速イオン導電体252を適切にパターニングして、これにより、複数の隣接するセルまたはデバイスから隔離する。その後、電極材料を堆積およびパターニングして、カソードとして機能する電極253およびアノードとして機能する電極254を形成する。カソード253およびアノード254に電圧を印加すると、図5Cに示すように、高速イオン導電体252の表面に沿って電極254に向かってデンドライト255が成長する。図5Aおよび図5Bの構成と同様に、コンタクト257および258が、それぞれカソード253およびアノード254に接触して設けられる。さらに、図5Cに示すように、2つのさらなる電極260および262をそれぞれコンタクト264および266とともに設ける。実際には、本発明のこの局面によれば、電極260および262の一方または両方を設け得るが、図5Cには両方が存在する場合を示す。
本実施形態におけるさらなる電極260および/または262は、デンドライト255と同じ平面に設けられ、図5Cに示す材料270によって隔てられる。材料270は、誘電性材料であってもあるいは抵抗性材料であってもよい。誘電性材料の場合、図5Cに示すデバイスは、電極253および電極260の間、電極253および電極262の間、および電極260および262の間、ならびに無論電極253および254間においてプログラマブル電気容量を示す。様々な電極間のプログラマブル電気容量は、デンドライト255の成長の程度によってプログラムされる。
材料270が抵抗性材料である場合、デバイスは、デンドライトの成長の程度に応じて、対応するプログラマブルな抵抗を示す。具体的には、プログラマブルな抵抗は、電極253と260との間、電極253と262との間、電極260と262との間、およびもちろん電極253と254との間に存在する。すべての抵抗の大きさは、電極253と254との間に成長するデンドライトの長さに依存する。
図5Cに示されるデバイスは、電極を2つしか持たない図5Aおよび図5Bのデバイスに対して幾つかの利点を提供することができる。具体的には、デンドライトの長さを変えずに、従って、デバイスの電気容量および/または抵抗を変えずに、電極253および254以外の電極の任意の組み合わせの間にdcバイアス電圧を印加することができる。これは、メモリアレイおよび他の電子回路用途におけるデバイスの使用について重要な意味を持つ。これらと同じ考察および利点が、4電極デバイスではなく3電極デバイスに当てはまる。デンドライト成長の発生は、電極253と254との間では制限されるが、他の電極間では制限されない。従って、電極253および254はデバイスのプログラミング端子であり、他の電極はデバイスの出力端子である。
次に図5Dを参照して、図5Cのデバイスと類似したデバイスが断面図で示されるが、このデバイスでは、さらなる電極(単数または複数)が、デンドライトと同じ平面ではなく、デンドライトの平面の上方に設けられる。図5Dに示されるように、MDMセル350は、高速イオン導電体352を支持する絶縁体/基板部分351を備える。図5A、図5Bおよび図5Cで参照した構成の場合と同様に、高速イオン導電体352は、適切にパターニングされ、複数の隣接するセルまたはデバイスから分離される。その後、電極材料が堆積され、パターニングされて、カソードとして機能する電極353と、アノードとして機能する電極354とを形成する。カソード353およびアノード354に電圧が印加されると、デンドライト355は、高速イオン導電体352の表面に沿って電極354に向かって成長する。カソード353およびアノード354にそれぞれ接触するコンタクト357および358が設けられる。さらに、1つまたは2つのさらなる電極を設けてもよく、これらの電極360のうちの1つが、デンドライト355の平面の上方にあり、コンタクト364を有するものとして、図5Dに示される。本実施形態によるさらなる電極360(単数または複数)は、図5Dに示される材料370によって分離される。材料370は、誘電性材料であっても、抵抗性材料であってもよい。誘電性材料である場合、図5Dに示されるデバイスは、電極353と電極360との間、図示される電極360と、設けられる場合は高速イオン導電体の下にある別の電極362(図示せず)との間、電極360と電極354との間、およびもちろん電極353と354との間のプログラマブルな電気容量を示す。様々な電極間のプログラマブルな電気容量は、デンドライト355の成長の程度によってプログラムされる。
材料370が抵抗性材料である場合、デバイスは、デンドライトの成長の程度に従って、対応するプログラマブルな抵抗を示す。具体的には、プログラマブルな抵抗は、電極353と360との間、電極353と362(設けられる場合)との間、電極360と362(設けられる場合)との間、およびもちろん電極353と354との間に存在する。すべての抵抗の大きさは、電極353と354との間に成長するデンドライトの長さに依存する。
図5Dに示されるデバイスは、図5Cのデバイスと同様に、電極を2つしか持たない図5Aおよび図5Bのデバイスに対して幾つかの利点を提供することができる。具体的には、デンドライトの長さを変えずに、従って、デバイスの電気容量および/または抵抗を変えずに、電極353および354以外の電極の任意の組み合わせの間にdcバイアス電圧を印加することができる。これは、メモリアレイおよび他の電子回路用途におけるデバイスの使用について重要な意味を持つ。これと同じ考察および利点が、3電極デバイスおよび4電極デバイスに当てはまる。デンドライトの成長の発生は、電極353と354との間では制限されるが、他の電極間では制限されない。従って、電極353および354はデバイスのプログラミング端子であり、他の電極はデバイスの出力端子である。
次に図5Eを参照して、図5Dのデバイスと類似したデバイスが示されるが、このデバイスでは、さらなる電極(単数または複数)が、デンドライトの平面の下方の平面に設けられる。図5Eでは、MDMセル450は、高速イオン導電体452を支持する絶縁体/基板部451を備える。以前の実施形態の場合と同様に、高速イオン導電体452は、適切にパターニングされ、複数の隣接するセルまたはデバイスから隔離される。その後、電極材料が堆積され、パターニングされて、カソードとして機能する電極453と、アノードとして機能する電極454とを形成する。カソード453およびアノード454に電圧が印加されると、デンドライト455は、高速イオン導電体452の表面に沿って電極454に向かって成長する。カソード453およびアノード454にそれぞれ接触するコンタクト457および458が設けられる。さらに、1つまたは2つのさらなる電極を設けてもよく、これらの電極460のうちの1つが、デンドライト455の平面よりも下にあるものとして、図5Eに示される。電極460への電気的コンタクトは図5Eには具体的には示されていないが、基板451と絶縁体456とを貫通する絶縁された(insulated or isolated)ビアホールを通して、または、反対方向から、即ち、部分470を通して電極460に延びる適切な絶縁されたビアホールによって当業者に公知のように適切に作製され得る。部分470は、誘電性材料であっても抵抗性材料であってもよい。誘電性材料である場合、図5Eに示されるデバイスは、電極453と電極460との間、図示される電極460と高速イオン導電体の上の別の電極462(図示せず;設けられる場合)との間、電極460と電極454との間、およびもちろん電極453と454との間のプログラマブルな電気容量を示す。様々な電極間のプログラマブルな電気容量は、デンドライト455の成長の程度によってプログラムされる。
材料470が抵抗性材料である場合、デバイスは、デンドライトの成長の程度に従って、対応するプログラマブルな抵抗を示す。具体的には、プログラマブルな抵抗は、電極453と460との間、電極453と462(設けられる場合)との間、電極460と462(設けられる場合)との間、およびもちろん電極453と454との間に存在する。すべての抵抗の大きさは、電極453と454との間に成長するデンドライトの長さに依存する。
図5Eに示されるデバイスは、図5Cおよび図5Dのデバイスと同様に、電極を2つしか持たない図5Aおよび図5Bのデバイスに対して幾つかの利点を提供することができる。具体的には、デンドライトの長さを変えずに、従って、デバイスの電気容量および/または抵抗を変えずに、電極453および454以外の電極の任意の組み合わせの間にdcバイアス電圧を印加することができる。これは、メモリアレイおよび他の電子回路用途におけるデバイスの使用について重要な意味を持つ。これと同じ考察および利点が、3電極デバイスおよび4電極デバイスに当てはまる。デンドライトの成長の発生は、電極453と454との間では制限されるが、他の電極の間では制限されない。従って、電極453および454はデバイスのプログラミング端子であり、他の電極はデバイスの出力端子である。
次に、図6Aおよび図6Bを参照して、垂直方向に構成されたMDM60の例示的実施形態が示される。図6Aは、MDM60の平面図であり、図6Bは、図6Aの線6−6に沿う断面図である。
続けて図6Aおよび図6Bを参照して、MDM60は、メモリセルまたはデバイスのための物理的な支持を与える基板61を備え、適切であれば、MDM60の活性部から基板61を絶縁する絶縁体68を備える。
続けて図6Aおよび図6Bを参照して、絶縁体68の上に電極63が形成される。次に、電極63の一部分の上に絶縁層66が堆積され、かつパターニングされて、当該技術分野において公知の処理技術を用いてビアホール69を形成する。ビアホール69は、MDM60の活性領域のためのハウジングとしての役割を果たす。次に、従来の技術を用いて、ビアホール69内に、高速イオン導電体62が、ホール69の頂部から電極63まで延びるように堆積され、この電極63で、高速イオン導電体62が電気的に接続される。その後、デンドライトの成長を妨げない柔軟な絶縁材料などのビアフィル(via fill)67を用いて、ビアホール69の充填されていない部分を充填して、ホールを保護し、上にある層または材料がホール69を充填することを防ぐ。
続けて図6Aおよび図6Bを参照して、次に電極64が形成され、電極64の少なくとも一部分が高速イオン導電体62と電気的に接触するようにされる。電極64は、好ましくは、電極63によって形成される平面と平行な平面上に直角に形成される。電極64は、絶縁体66によって、電極63と直接電気的に接触することが防がれる。電極63および64に電圧が印加されると、デンドライト65は、高速イオン導電体62の表面で、ビアホール69の内側に沿って垂直方向に成長する。デンドライト65は、カソード(例えば、電極63)からアノード(例えば、電極64)に向かって延びる。
続けて図6Aおよび図6Bを参照して、MDM60の垂直方向の構成は、図5Aおよび図5Bの水平方向に構成されたMDMよりもかなりコンパクトであり、従って、単位面積当たりはるかに多くのMDM素子が作製され得るため、「高密度」構成であると考えられ得る。例えば、垂直方向バージョンの場合では、複数のアノード層およびカソード層を、高速イオン導電体を介在させて交互に積層させ、記憶容量を劇的に増大させることができる。1つの垂直方向の構成で、25Mb/cm2を越える記憶密度が可能であり、この密度は、アノード−カソード−アノード配列により2倍になる。そのような配列では、最大記憶密度は、行および列デコーダ回路のサイズおよび複雑さによって制限され得る。しかし、MDM記憶スタックを集積回路上に作製すれば、MDM素子はシリコンの実装可能面積を使用しないため、半導体チップ面積全体が、行/列デコード、センスアンプ、およびデータ管理回路の専用となり得る。これにより、平方センチメートル当たりのギガバイト数の大きい記憶密度を達成することが可能になるはずである。MDMをこの態様で使用すれば、MDMは、実質的に、既存のシリコン集積回路技術に容量および機能を付加する付加技術である。
図5および図6の例示的MDMは、従来のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスからの意義深い発展を表す。同じチップに制御エレクトロニクスが組み込まれない限り、MDMの動作にはシリコンは必要とされない。また、MDMの全体的な製造プロセスは、最も基本的な半導体処理技術と比べてもかなり単純である。単純な処理技術でなおかつ適度な材料コストであるため、MDMは、他のメモリデバイスよりもはるかに低い製造コストのメモリデバイスを提供する。
(1.PROMおよびアンチフューズ(Anti−fuse)用途)
続けて図5および図6を参照して、MDM50および60は、PROMタイプのメモリデバイスとして利用され得る。最新のPROMは、プログラミングの最中に破壊または溶融(blown)される可融リンクを用いる。一旦リンクが破壊されると、リンクを作り直すことはできない。本発明のMDMは、接続を破壊するのではなく形成する能力を提供する。これは、本発明がより多くの許容度および柔軟性を与えるため、より望ましい。例えば、誤ったリンク(即ち、デンドライト)が形成されても、このリンクは常に従来のフューズのように溶融され得る。また、MDMのデンドライトは、多くの形成/破壊サイクルに耐えることができ、従って、複数のリプログラミングサイクルが可能である。
続けて図5および図6を参照して、MDM50および60は、PROMタイプのメモリデバイスとして利用され得る。最新のPROMは、プログラミングの最中に破壊または溶融(blown)される可融リンクを用いる。一旦リンクが破壊されると、リンクを作り直すことはできない。本発明のMDMは、接続を破壊するのではなく形成する能力を提供する。これは、本発明がより多くの許容度および柔軟性を与えるため、より望ましい。例えば、誤ったリンク(即ち、デンドライト)が形成されても、このリンクは常に従来のフューズのように溶融され得る。また、MDMのデンドライトは、多くの形成/破壊サイクルに耐えることができ、従って、複数のリプログラミングサイクルが可能である。
本発明のMDMはまた、プログラマブル論理アレイ(「PLA」)において使用され得る。PLAでは、ゲートまたは加算器などの論理素子のブロックが形成されるが、これらのブロックは接続されない。接続は、特定の低体積用途(例えば、カスタムチップ設計を正当化しない用途)に適するように形成される。従来は、種々の論理素子間の最終的な接続は、製造施設で形成されている。しかし、本発明のMDMでは、金属のデンドライトを有するチップ上の部分間の確実な接続(hard connection)を電気的に形成することが比較的容易であるため、そのようなPLAデバイスを「フィールドプログラマブル」にすることが可能となる。
アンチフューズはまた、冗長技術を用いて、プロセスにより引き起こされた欠陥および作業中の失敗に対処する集積回路において見られる。例えば、64メガバイトDRAMなどの複雑な高密度回路は、実際に使用されるよりも多くのメモリをチップ上に有する。チップの一部分が処理中に損傷を受けるかまたは動作中に故障した場合、スペアメモリが作動され得、これを補償し得る。典型的には、このプロセスは、メモリチップ上の論理ゲートによって制御され、絶えずセルフテストおよび電気的再構成を必要とする。本発明によるMDMは、そのようなメモリチップに組み込まれ得、必要なときにチップ内部に新しい接続を適切に形成し得る。
本発明によれば、データは、デンドライト成長を促進するためのMDMの電極に一定のバイアスまたはパルス化されたバイアスを与えることによって、PROM形態のMDM(「MDM−PROM」)に書き込まれ得る。金属のデンドライトがアノードに達して低抵抗アンチフューズ接続を形成することが可能となる。この接続は、メモリシステムの抵抗および電気容量の両方を変化させる。MDM−PROMメモリセルは、その後、デンドライト接続を通じて小さい電流(即ち、デンドライトに損傷を与えない程度に十分に小さい電流)を通過させることによって、容易に「読み出され」得る。MDM−PROMの「消去」は、デンドライトに大きい電流を通過させて、デンドライトを破壊し接続を破壊することによって達成される。MDMの対向する電極間にまだ十分な金属イオン材料が残っていれば、後に、必要に応じて新しいデンドライトが成長され得る。
MDM−PROMにおいて、2つのデンドライトにより接続された電極間の電気的変化は非常に大きいため、トランジスタはMDMセルにおいては不要である。これは、横方向構造のMDMが用いられているか垂直方向構造のMDMが用いられているかにかかわらず、真理である。垂直方向または高密度構造の場合、メモリ素子のサイズは、アノード/高速イオン導電体/カソードジオメトリのみの関数となる。このジオメトリは、本発明のメモリが、入手可能な最もコンパクトな電気的記憶手段であり、トランジスタが記憶素子の一部であることを必要とするフローティングゲートまたは強誘電性メモリよりもはるかにコンパクトであることを可能にする。さらに、横方向および垂直方向の両方のMDM構造が、実際、いずれの化学的および力学的に安定な基板材料上にも形成され得る。さらなる回路用にシリコンが必要である場合、MDMは単にシリコン基板上に形成され得る。
(2.EEPROM用途)
続けて図5および図6を参照すると、抵抗または電気容量などの電気的パラメータにおける不揮発性変化を生成および制御する能力により、本発明のMDMは、そうでなければ伝統的なEEPROMまたはFLASH技術を利用するであろう多くの用途において用いられることが可能である。本発明により提供される、現行のEEPROMおよびFLASHメモリに勝る利点は、特に、低製造コストと、様々な用途に容易に適合し得るフレキシブルな製造技術を用いる能力とを含む。MDMは特に、スマートカードおよび電子在庫タグなどの、コストが主要な懸念である適用分野において有利である。さらに、プラスチックのカード上に直接メモリを形成する能力は、これらの適用分野において主要な利点である。なぜなら、このことは、他のすべての半導体メモリにおいて不可能であるからである。
続けて図5および図6を参照すると、抵抗または電気容量などの電気的パラメータにおける不揮発性変化を生成および制御する能力により、本発明のMDMは、そうでなければ伝統的なEEPROMまたはFLASH技術を利用するであろう多くの用途において用いられることが可能である。本発明により提供される、現行のEEPROMおよびFLASHメモリに勝る利点は、特に、低製造コストと、様々な用途に容易に適合し得るフレキシブルな製造技術を用いる能力とを含む。MDMは特に、スマートカードおよび電子在庫タグなどの、コストが主要な懸念である適用分野において有利である。さらに、プラスチックのカード上に直接メモリを形成する能力は、これらの適用分野において主要な利点である。なぜなら、このことは、他のすべての半導体メモリにおいて不可能であるからである。
さらに、本発明のMDMデバイスによると、メモリ素子は数ミクロン平方未満のサイズまで小型化され得、その場合デバイスの活性部は1ミクロン未満である。このことは、各デバイスおよび関連する相互接続が数10平方ミクロンを占め得る伝統的な半導体技術に比較して、非常に有利である。
本発明の別の実施形態によると、EEPROM構造MDM(「MDM−EEPROM」)において、EEPROMデバイスにDRAMタイプの密度を提供するためにパストランジスタが用いられ得る。あるいは、MDMデバイスまたは別個のダイオードまたは薄膜トランジスタ(「TFT」)の材料が、複数のデバイスを有するアレイ内のセル間短絡を防止するために、シリコンパストランジスタの代わりに用いられ得る。
本発明によると、一定のまたはパルス型のバイアスをMDMの電極に印加してデンドライトの成長を促進することにより、データがMDM−EEPROMに書き込まれ得る。デンドライトの成長は、デバイスの抵抗および電気容量の両方を変化させる。デバイスの抵抗および電気容量は両方とも容易に測定される。MDM−EEPROMにおいて、電圧が印加されたときにデンドライトがアノードに達してアノードと電気的に接続することを防止するために、酸化壁などの絶縁バリアがアノードに隣接して設けられ得る。MDM−EEPROMセルはその後、小さいAC信号をMDMデバイスに印加することにより(すなわち、アノードとカソードとを交替にすることにより)、容易に「読み出」され得る。このAC信号は、デンドライトを前後に「小刻みに振る」がデンドライトを完全には成長または後退させず、その結果、低または高状態近傍で電気容量および抵抗がダイナミックに変化する。MDM−EEPROMを「書き換え」る又は「消去する」ことは、単に、デンドライトの成長方向とは反対にバイアス電圧を印加すること(すなわち、アノードおよびカソードの反転)を含む。1つの電極がアルミニウムを含み他の電極が銀を含む好適な実施形態において、デンドライトはアルミニウム電極からのみ成長しアルミニウム電極方向にのみ後退する。後退事象中に新しいデンドライトが銀電極から形成されることはない。
MDM素子が非常に不揮発性の特性を示し且つデンドライトの位置(従って抵抗および電気容量)が印加電圧の大きさおよび期間の関数であるため、マルチ状態すなわちn状態の論理記憶もまた可能である。この記憶スキームにおいて、2(すなわちバイナリ)を越えるレベルが各記憶セル内に保持され得、従って、全体の記憶密度を大幅に向上させる。例えば、4状態記憶(4つのデンドライト位置を用いることにより可能である)は、同一の記憶セルサイズに関して単位面積当たりのメモリ容量を倍にすることを可能にする。従って本発明によると、MDMは、デジタルではなくアナログ量の連続体を記憶することが可能であり得る。従来のメモリ技術におけるアナログ値の記憶は、不可能でないにしても非常に困難である。
(3.軍事および航空用途)
本発明は、他の潜在的使用分野に至る多くの属性を有する。全ての読出し/書込み電子メモリは電荷格納の原理に基づく。DRAMにおいて、電荷は数マイクロ秒間保持され、EEPROMにおいて、電荷は何年間も保持され得る。不運にも、電離放射などの、この電荷を変化させ得る多くのプロセスがある。例えば、軍事および宇宙空間(space)での用途において、アルファ粒子は、典型的な半導体デバイスを通過するときに、電荷を帯びたトレールを残す。この電荷を帯びたトレールが半導体デバイス内の電荷を変化させる。メモリ技術の場合、これは、ソフトウェアのエラーおよびデータの破壊につながる。他方、本発明は、電荷保存ではなく、材料の物理的変化に依存する。この材料は、比較的大きな放射線線量に影響されない。換言すると、本発明は、放射線ハードである。このことは、軍事およびスペースのシステム並びに、航空機およびナビゲーションシステムなどの多くの高度一体的商用システムに、重要な利点を与える。
本発明は、他の潜在的使用分野に至る多くの属性を有する。全ての読出し/書込み電子メモリは電荷格納の原理に基づく。DRAMにおいて、電荷は数マイクロ秒間保持され、EEPROMにおいて、電荷は何年間も保持され得る。不運にも、電離放射などの、この電荷を変化させ得る多くのプロセスがある。例えば、軍事および宇宙空間(space)での用途において、アルファ粒子は、典型的な半導体デバイスを通過するときに、電荷を帯びたトレールを残す。この電荷を帯びたトレールが半導体デバイス内の電荷を変化させる。メモリ技術の場合、これは、ソフトウェアのエラーおよびデータの破壊につながる。他方、本発明は、電荷保存ではなく、材料の物理的変化に依存する。この材料は、比較的大きな放射線線量に影響されない。換言すると、本発明は、放射線ハードである。このことは、軍事およびスペースのシステム並びに、航空機およびナビゲーションシステムなどの多くの高度一体的商用システムに、重要な利点を与える。
(4.合成的ニューラルシステム)
本発明の別の用途は、合成的ニューラルシステム(「SNS])である。SNSデバイスは、ヒトの脳の働きに基づいており、次世代のコンピューティングおよび制御デバイスになる運命にある。SNSデバイスは、「学習」プロセスの一部として素子間を接続する能力に依存する。接続は最も活性な回路ノード(すなわち、ほとんどの時間に信号を有するノード)間に形成される。入力を印加することによるシステムの「訓練」は、ハードワイヤード論理の一形態という結果になる。しかし、このタイプのシステムは、従来のシリコンベースのデバイスにより達成することは非常に困難である。他方、本発明によると、SNSシステムは、MDMを含む。デンドライトの形成が電圧信号の存在に依存するため、接続は必然的に最も活性なノード間に形成される。なぜなら、デンドライトは電圧が印加されている電極方向に成長するからである。さらに、電気容量によって決定される接続の強度は、入力の強度に依存する。この指向可能アナログメモリ効果は、本発明の別の重要な局面である。
本発明の別の用途は、合成的ニューラルシステム(「SNS])である。SNSデバイスは、ヒトの脳の働きに基づいており、次世代のコンピューティングおよび制御デバイスになる運命にある。SNSデバイスは、「学習」プロセスの一部として素子間を接続する能力に依存する。接続は最も活性な回路ノード(すなわち、ほとんどの時間に信号を有するノード)間に形成される。入力を印加することによるシステムの「訓練」は、ハードワイヤード論理の一形態という結果になる。しかし、このタイプのシステムは、従来のシリコンベースのデバイスにより達成することは非常に困難である。他方、本発明によると、SNSシステムは、MDMを含む。デンドライトの形成が電圧信号の存在に依存するため、接続は必然的に最も活性なノード間に形成される。なぜなら、デンドライトは電圧が印加されている電極方向に成長するからである。さらに、電気容量によって決定される接続の強度は、入力の強度に依存する。この指向可能アナログメモリ効果は、本発明の別の重要な局面である。
(III.プログラマブル抵抗/電気容量デバイス)
図7および図8を参照すると、本発明による、例としてのプログラマブル抵抗および電気容量(「PR/C」)デバイスが示されている。図7Aおよび図7Bはそれぞれ、横方向タイプデバイスの平面図および断面図である。図8Aおよび図8Bはそれぞれ、本発明の別の実施形態による垂直方向タイプPR/Cデバイスの平面図および断面図である。
図7および図8を参照すると、本発明による、例としてのプログラマブル抵抗および電気容量(「PR/C」)デバイスが示されている。図7Aおよび図7Bはそれぞれ、横方向タイプデバイスの平面図および断面図である。図8Aおよび図8Bはそれぞれ、本発明の別の実施形態による垂直方向タイプPR/Cデバイスの平面図および断面図である。
図7Aおよび図7Bを特に参照すると、例としてのPR/Cデバイス70が、横方向または水平方向構造で示されている。図7Aは、PR/C70の平面図であり、図7Bは、PR/C70の、図7Aの7−7線に沿った断面図である。この実施形態において、PR/C70は、PR/Cデバイス70に対する物理的支持を提供する基板71を含む。基板71が非絶縁性であるか又はPR/C70で用いられている材料とコンパチブルでない場合、PR/C70の活性部を基板71から絶縁するために絶縁体76が基板71上に設けられ得る。次に、高速イオン導電体72が基板71上に形成される(または、絶縁体76が用いられている場合は絶縁層76上に形成される)。高速イオン導電体72は適切にパターニングされて、隣接するPR/Cまたは他のデバイスとの間に絶縁を提供する。高速イオン導電体72の寸法(例えば、長さ、幅、および厚み)は、PR/C70の電気特性に影響を与える。例えば、高速イオン導電体72が薄くて、幅よりも長さが大きい場合、PR/C70の抵抗値は、高速イオン導電体72が厚くて幅が長さよりも大きい場合の抵抗値よりも大きい。
続けて図7Aおよび図7Bを参照すると、その後、電極材料が高速イオン導電体72上に堆積され、適切にパターニングされて電極73(例えばカソード)および電極74(例えばアノード)を形成する。電圧がカソード73およびアノード74に印加されると、デンドライト75がカソード73から電極74に向けて、高速イオン導電体72の表面に沿って成長する。電極73および74の寸法および形状は、デバイス70の特性に貢献する。例えば、電極73が狭くて点になる場合、電場は強く電極73からのデンドライト75の成長は速い。他方、電極73が広い構造を有する場合、電極73における電場は比較的弱くて電極73からのデンドライト75の成長はより遅い。
続けて図7Aおよび図7Bを参照すると、次にデバイス70上に絶縁層79が堆積される。絶縁層79は、PR/C70の活性領域を機械的損傷または化学的汚染から保護する。その後、ホール125が絶縁層79内に適切に設けられ、その結果コンタクト77およびコンタクト78が、それぞれ電極73および電極74と電気的に接続することが可能になる。
続けて図7Aおよび図7Bを参照すると、当業者であれば、これは横方向PR/Cデバイスの唯一の可能な構造または構築方法ではないことを理解する。例えば、PR/C70の別の構造は、基板71上に電極73および74を形成し、次いでこれらの電極の上端に高速イオン導電体72を形成することを含む。この場合、デンドライト75は、基板71と高速イオン導電体72との間の界面に沿って成長する。
図5C、図5Dおよび図5Eに関連して上述し且つ金属デンドライトメモリ(MDM)デバイスに焦点を合わせて述べたように、本発明のいくつかの実施形態によるデバイスは、デンドライト成長をプログラムするために用いられる2つの電極に加えて、デバイスの「出力」に用いられ得る電極(単数または複数)を含む。これらは、図5C、図5Dおよび図5Eに示されており、同一の構造が、メモリ素子以外のプログラマブル電気容量および抵抗素子を提供するため、および電気容量および抵抗素子が利用される適切な適用分野において適用可能である。
図8Aおよび図8Bを参照すると、垂直方向構造のPR/C80の、例としての実施形態が示されている。図8Aは、PR/C80の平面図であり、図8BはPR/C80の、図8Aの8−8線に沿った断面図である。
続いて図8Aおよび図8Bを参照すると、PR/C80は、プログラマブルセルまたはデバイスに対して機械的支持を提供する基板81を備え、適切であれば、基板81をPR/C80の活性部から絶縁する絶縁体88を備える。その後、電極83が絶縁体88上に形成される。次いで、絶縁層86が電極83の一部分の上に設けられパターニングされて、当該分野で公知の処理技術を用いてビアホール89を形成する。ビアホール89は、PR/C80の活性領域を収容するために用いられる。次に、高速イオン導電体82が、従来の技術を用いて、ホール89の上端から電気的に接続される電極83まで下方に延びるように、ビアホール89内に設けられる。その後、デンドライトの成長を阻害しない柔軟な絶縁材料などのビアフィル87が、ビアホール89の充填されていない部分を充填するために用いられて、ホール89を保護し且つ上方に形成される電極がホール89を充填することを防止する。
続いて図8Aおよび図8Bを参照すると、次いで、オーバーレイ電極84が、オーバーレイ電極84の少なくとも一部が高速イオン導電体82と電気的に接触するように、形成される。電極84は好適には、電極83により形成される平面に平行な平面上に、且つ直角に形成される。電極84は、絶縁体86により、電極63と電気的に接触することを防止される。電圧が電極83および84に印加されると、デンドライト85は高速イオン導電体82において垂直にビアホール89内部に沿って成長する。デンドライト85はカソード(例えば電極83)からアノード(例えば電極84)方向に延びる。
続いて図8Aおよび図8Bを参照すると、PR/C80の垂直構造は図8Aおよび図8Bの水平構造よりも大幅にコンパクトであり、従って「高密度」構造と考えられ得る。なぜなら、より多くのPR/C素子が単位面積当たりに製造され得るからである。例えば、垂直構造において、高速イオン導電体を介して交互に設けられた複数のアノードおよびカソード層が積層され得、単位面積当たりの素子の数を大幅に増加させる。
図7および8を参照して、本発明のPR/Cデバイスは典型的には、図5および6のMDMデバイスより物理的に大きいように構築されることにより、より大きなパラメータ可変性を得られるようにする。本発明のPR/Cデバイスは、DC電圧を用いて「プログラム」される。従って、小さな信号AC電圧はデンドライト条件に影響を与えないので、抵抗または電気容量は変化しない。これらのプログラマブルデバイスは、チューニングされた回路一般として(例えば通信システムにおける周波数選択、トーンコントロールおよびオーディオシステム、電圧制御フィルタ回路など)、電圧制御発振器(「VCO」)、信号レベル(例えばボリュームコントロール)、自動利得制御(「AGC」)等に用いられ得る。
引き続き図7および8を参照して、本例におけるPR/Cは従来のシリコンベースのマイクロエレクトロニクスとは大きく離れたものである。実際、本PR/Cの動作においてはシリコンは必要でさえない。また、製造プロセス全体が、最も基本的な半導電体処理技術よりもかなり単純である。単純な処理技術が適度な材料コストとあいまって、低製造コストのデバイスを提供する。
(IV.電気光学デバイス)
本発明によれば、PMCデバイスはまた、高い印加電圧時の幅広い電極間における幅広いデンドライトの成長を利用して、電気光学用途にも導入可能である。
本発明によれば、PMCデバイスはまた、高い印加電圧時の幅広い電極間における幅広いデンドライトの成長を利用して、電気光学用途にも導入可能である。
次に図9Aおよび9Bを参照して、本例における光学デバイス90を示す。図9Aは光学デバイス90の平面図であり、図9Bは光学デバイス90の図9Aの線9〜9における断面図である。例示的な本実施態様において、デバイス90は、光学デバイスの機械的支持を提供する基板91を備えている。次に、高速イオン導電体92が基板91上に形成されており、高速イオン導電体92は隣接セルまたはその他のデバイスから隔離されるように適切にパターニングされている。
引き続き図9Aおよび9Bを参照して、電極材料を次に高速イオン導電体92上に堆積し、適切にパターニングすることにより電極93(例えばカソード)および電極94(例えばアノード)を形成する。電極93および94の形状は、図5Aおよび5Bの水平MDMの電極よりもずっと幅広である。高い電圧(すなわち5ボルトを越える電圧)が電極93および94に印加されたとき、金属デンドライト95の「シート」が生成される。デンドライト95は高速イオン導電体92の表面に沿ってカソード93から電極94に向かって成長する。デンドライトシート95は、光学セル中の光の通過を阻止するシャッタとして、または光学デバイス90の背面または前面に入射する光を反射するためのミラーとして用いられ得る。
引き続き図9Aおよび9Bを参照して、デンドライト95上に透明窓99が形成される。次にコンタクト97およびコンタクト98を電極93および電極94にそれぞれ電気的に接続する。
引き続き図9Aおよび9Bを参照して、本発明に基づく電気光学デバイスの他の構成あるいは構築方法が存在し得ることが当業者には理解される。
(V.光および短波長放射センサ)
次に図10Aおよび10Bを参照して、光および短波長放射センサ例100を示す。図10Aはセンサ100の平面図であり、図10Bはセンサ100の図10Aの線10−10における断面図である。
次に図10Aおよび10Bを参照して、光および短波長放射センサ例100を示す。図10Aはセンサ100の平面図であり、図10Bはセンサ100の図10Aの線10−10における断面図である。
図10Aおよび10Bを引き続き参照して、センサ100は、センサデバイスの支持を提供する基板101を有している。基板101が非絶縁性またはその他のセンサ100中に用いられている材料と不適合なものである場合は、絶縁体106を基板101上に堆積することにより、センセ100の活性部分を基板101から絶縁し得る。次に、高速イオン導電体102を基板101上に形成する(あるいは、絶縁体を用いる場合は、絶縁層106上に形成する)。高速イオン導電体102の寸法(長さ、幅および厚さ)は、センサ100の電気特性を部分的に決定する。例えば、高速イオン導電体102が薄くかつ自身の幅よりも大きい長さを有している場合のセンサ102の抵抗値は、高速イオン導電体102が厚くかつ自身の長さよりも大きい幅を有する場合の抵抗値よりも大きくなる。
引き続き図10Aおよび10Bを参照して、電極材料を次に高速イオン導電体102上に堆積し、適切にパターニングすることにより電極103(例えばカソード)および電極104(例えばアノード)を形成する。電圧がカソード103およびアノード104に印加されたとき、デンドライト105が高速イオン導電体102の表面に沿ってカソード103から電極104に向かって成長する。電極103および104の寸法および形状は、センサ100の特性に寄与する。例えば、電極103が幅狭か尖っていると、電場は高くなり、電極103からのデンドライト105の成長は速くなる。逆に、電極103が幅広の形状を有していると、電極103における電場は比較的小さくなり、電極103からのデンドライト105の成長は遅くなる。
引き続き図10Aおよび10Bを参照して、電極103および104上およびデンドライト105のために保存される領域上に、続いて透明窓109が形成される。次に窓109にホール145を適切に設けることにより、コンタクト107およびコンタクト108を電極103および電極104にそれぞれ電気的に結合することが可能になる。
引き続き図10Aおよび10Bを参照して、短波長放射110は窓109を介してセンサ100に入射される。デンドライト105の成長および分解速度は、橙色から紫色の範囲の可視光ならびにこれよりも短波長(特に紫外光)に対して敏感である。デンドライト105の成長速度は紫外光未満の波長に対してはずっと敏感でない。透明窓109に入射する短波長光110が、デンドライト105の成長または分解中の金属のイオン化を促進することにより、デンドライト105を成長または分解する時間が減少する。この時間差を電子手段により検出して、入射放射の強度に相関させてもよい。
引き続き図10Aおよび10Bを参照して、センサデバイスの構成あるいは構築方法は上記に限らないことが当業者には理解される。例えば、センサ100の別態様は、電極103および104を基板101上に形成した後にこれらの電極上に高速イオン導電体102を形成することを包含する。この場合、デンドライト105は、基板101と高速イオン導電体102との界面に沿って成長する。
(V.結論)
このように、本発明によれば、メモリ素子、プログラマブル抵抗素子および電気容量デバイス、光学デバイス、センサなどの様々な用途において用いられ得る、低コストで製造性の高いデバイスが得られる。
このように、本発明によれば、メモリ素子、プログラマブル抵抗素子および電気容量デバイス、光学デバイス、センサなどの様々な用途において用いられ得る、低コストで製造性の高いデバイスが得られる。
本明細書において、本発明を付属の図面について説明したが、本発明は図示した特定の形態に限定されないことが理解される。例えば本明細書に説明したPMCの設計、構成および実施態様における様々な他の改変、変形、および改善を、付属の請求項に述べた本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしになし得る。さらに、当業者には、示した特定の実施例に加えて、PMCデバイスの様々な他の用途および用途が存在することが理解される。
(要約)
プログラマブルメタライゼーションセル(10)(「PMC」)は、カルコゲニド金属イオンなどの高速イオン導電体と、高速イオン導電体(12)の表面に配置され、互いに所定の距離をおいて配置された複数の電極(13および14)(例えば、アノードおよびカソード)とを有する。好ましくは、高速イオン導電体は、IB族またはIIB族金属を伴うカルコゲニドを含み、アノードは銀を含み、カソードはアルミニウムまたは他の導電体を含む。電圧がアノードおよびカソードに印加されるとき、不揮発性金属デンドライトは、高速イオン導電体の表面に沿って、カソードからアノードに向かって成長する。デンドライトの成長速度は、印加電圧および時間の関数である。デンドライトの成長は、電圧を除去することによって停止され得、デンドライトは、電圧の極性をアノードおよびカソードで逆にすることによって後退し得る。デンドライトの長さが変化すると、PMCの抵抗および電気容量に影響する。PMCは、メモリデバイス、プログラマブル抵抗器/キャパシタデバイス、光学デバイス、センサ等の様々な技術に導入され得る。カソードおよびアノードの他に電極が設けられ、デンドライトの程度に依存する電気特性を感知する際のデバイスの出力またはさらなる出力として作用し得る。
プログラマブルメタライゼーションセル(10)(「PMC」)は、カルコゲニド金属イオンなどの高速イオン導電体と、高速イオン導電体(12)の表面に配置され、互いに所定の距離をおいて配置された複数の電極(13および14)(例えば、アノードおよびカソード)とを有する。好ましくは、高速イオン導電体は、IB族またはIIB族金属を伴うカルコゲニドを含み、アノードは銀を含み、カソードはアルミニウムまたは他の導電体を含む。電圧がアノードおよびカソードに印加されるとき、不揮発性金属デンドライトは、高速イオン導電体の表面に沿って、カソードからアノードに向かって成長する。デンドライトの成長速度は、印加電圧および時間の関数である。デンドライトの成長は、電圧を除去することによって停止され得、デンドライトは、電圧の極性をアノードおよびカソードで逆にすることによって後退し得る。デンドライトの長さが変化すると、PMCの抵抗および電気容量に影響する。PMCは、メモリデバイス、プログラマブル抵抗器/キャパシタデバイス、光学デバイス、センサ等の様々な技術に導入され得る。カソードおよびアノードの他に電極が設けられ、デンドライトの程度に依存する電気特性を感知する際のデバイスの出力またはさらなる出力として作用し得る。
メモリ素子、プログラマブル抵抗素子および電気容量デバイス、光学デバイス、センサなどの様々な用途において用いられ得る、低コストで製造性の高いデバイスが得られる。
10、20 プログラムメタライゼーションセル
11、21、51 基板
12、22、52、62、72 高速イオン導電体
13、14、23、24、53、54、63、64 電極
15、25、55 デンドライト
50、60、250、350、450 金属デンドライトメモリセル
59、68 絶縁層
69 ビアホール
70、80 プログラマブル抵抗/電気容量デバイス
90 光学デバイス
100 光センサ
11、21、51 基板
12、22、52、62、72 高速イオン導電体
13、14、23、24、53、54、63、64 電極
15、25、55 デンドライト
50、60、250、350、450 金属デンドライトメモリセル
59、68 絶縁層
69 ビアホール
70、80 プログラマブル抵抗/電気容量デバイス
90 光学デバイス
100 光センサ
Claims (55)
- プログラマブルメタライゼーションセルであって、金属イオンが内部に配された高速イオン導電体材料で形成された本体と、該材料本体上に配置された複数の導電電極とを有し、該電極が、該電極のうちの2つの電極間に第1の電圧が印加されるように構成され、該第1の電圧が印加されている間に該2つの電極のうちの負極から該2つのうちの電極の正極に向かって金属デンドライトを成長させることによって、該セルをプログラムするプラグラマブルメタライゼーションセル。
- 前記2つの電極が、前記第1の電圧と反対の極性を有する第2の電圧が該2つの電極に印加されるように構成され、該第2の電圧が印加されている間に前記金属デンドライトを逆成長させる、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記2つの電極間に挿入され、金属デンドライトの成長を妨げるための電気絶縁材料を有し、それにより、一方の電極から成長する該金属デンドライトが、もう一方の電極と接触する点まで成長することができない、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記高速イオン導電体が、金属イオン含有ガラスで形成される、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記高速イオン導電体が、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択されるカルコゲニド金属イオン材料で形成される、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記カルコゲニド金属イオン材料が、IB族およびIIB族金属からなる群から選択される金属を含む、請求項5に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記カルコゲニド金属イオン材料が、銀、銅および亜鉛からなる群から選択される金属を含む、請求項5に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記高速イオン導電体が、三硫化二砒素銀からなるカルコゲニド金属イオン材料で形成される、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記高速イオン導電体が、AgAsS2を含む、請求項1に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 金属イオンが内部に配された高速イオン導電体材料で形成された本体を提供する工程と、該材料本体上に配置された複数の金属電極を提供する工程とを包含するプログラマブルメタライゼーションセルを形成する方法。
- 前記複数の電極のうちの2つの電極間に第1の電圧を所定時間印加し、負極および正極を確立し、該電圧の所定印加時間中に、該負極から該正極に向かって金属デンドライトを成長させるさらなる工程を含む、請求項10に記載のプログラマブルメタライゼーションセルをプログラムする方法。
- 前記2つの電極に第2の電圧を所定時間印加することによって、請求項11に記載のプログラマブルメタライゼーションセルのプログラムを変更する方法。
- 前記第1の電圧と同じ極性の第2の電圧を印加し、前記負極から前記正極に向かって前記金属デンドライトをさらに成長させる、請求項12に記載のプログラマブルメタライゼーションセルのプログラムを変更する方法。
- 前記第1の電圧と反対の極性の第2の電圧を印加し、前記金属デンドライトの成長を逆にする、請求項12に記載のプログラマブルメタライゼーションセルのプログラムを変更する方法。
- プログラマブル電気特性を有するセルであって、
表面を有する高速イオン導電体材料と、
該表面に配置されたアノードと、
該アノードと所定の距離をおいて該表面に配置されたカソードと、
該表面に形成され、該カソードと電気的に結合されるデンドライトであって、該デンドライトは、該セルの電気特性を規定する長さを有し、該長さは、該アノードと該カソードとの間に印加される電圧によって変更可能である、デンドライトと、
を有するセル。 - 前記高速イオン導電体材料が、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択されるカルコゲニド材料を含む、請求項15に記載のセル。
- 前記高速イオン導電体材料が、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択される材料、ならびに周期表のIB族またはIIB族から選択される金属を含む、請求項15に記載のセル。
- 前記高速イオン導電体が、三硫化二砒素銀を含む、請求項17に記載のセル。
- 前記アノードが、銀、銅および亜鉛からなる群から選択される金属からなり、前記カソードがアルミニウムを含む、請求項17に記載のセル。
- 前記アノードが、銀−アルミニウム二重層からなり、前記カソードがアルミニウムからなる、請求項19に記載のセル。
- 前記アノードと前記カソードとの間の前記所定距離が、数百ミクロンから数百分の一ミクロン(hundredths of microns)の範囲である、請求項20に記載のセル。
- 前記高速イオン導電体材料が、前記アノードと前記カソードとの間に配置され、該アノードおよび該カソードが、平行面を形成する、請求項17に記載のセル。
- 前記セルに強度および剛性を供与するための支持基板をさらに有する、請求項15に記載のセル。
- 前記電圧が前記カソードと前記アノードとの間に印加されているとき、前記デンドライトの前記長さが増加し、該電圧が逆転されるとき、該デンドライトの該長さが減少する、請求項15に記載のセル。
- 前記電圧が約0.5から1.0ボルトのとき、前記デンドライトの前記長さが10−3m/sよりも大きい速度で増加または減少する、請求項24に記載のセル。
- 前記電圧が除去されるとき、前記デンドライトがそのまま維持される、請求項15に記載のセル。
- 前記デンドライトの前記長さに関連した電気特性を適切な時間間隔で測定するための回路をさらに有する、請求項15に記載のセル。
- 前記高速イオン導電体材料、前記アノード、前記カソードおよび前記デンドライトの少なくとも一部の上方に、該デンドライトの前記長さの変更を可能にしながら前記セルを損傷から保護するための層をさらに有する、請求項15に記載のセル。
- プログラマブルセルを形成する方法であって、
表面を有する高速イオン導電体材料を提供する工程と、
該表面にアノードを形成する工程と、
該アノードと所定の距離をおいて該表面にカソードを形成する工程と、
該表面に不揮発性デンドライトを形成する工程であって、該デンドライトは、該カソードと電気的に結合され、該デンドライトは該プログラマブルセルの電気特性を規定する長さを有する、工程と、
を包含する方法。 - 高速イオン導電体材料を提供する前記工程が、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択されるカルコゲニド、ならびに周期表のIB族またはIIB族から選択される金属を提供することを含む、請求項29に記載の方法。
- 高速イオン導電体材料を提供する前記工程が、三硫化二砒素銀材料を提供することを含む、請求項30に記載の方法。
- 三硫化二砒素銀材料を提供する前記工程が、銀膜および硫化砒素層に500ナノメーター未満の波長の光を照射する工程を含む、請求項31に記載の方法。
- アノードを形成する前記工程が、銀、銅および亜鉛からなる群から選択される材料でアノードを形成することを含み、カソードを形成する前記工程が、導電材料を含むカソードを形成することを含む、請求項29に記載の方法。
- カソードを形成する前記工程が、前記アノードと平行な面にカソードを形成することを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記プログラマブルセルに強度および剛性を供与するための支持基板を提供する工程をさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記デンドライトの前記長さに関連した電気特性を適切な時間間隔で測定するための回路を提供する工程をさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記高速イオン導電体材料、前記アノード、前記カソードおよび前記デンドライトの少なくとも一部の上方に、該デンドライトの前記長さの変更を可能にしながら前記セルを損傷から保護するための層を提供する工程をさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記カソードと前記アノードとの間に電圧を印加し、前記デンドライトの前記長さを増加または減少させる工程を含む、請求項29に記載のセルをプログラムする方法。
- プログラマブルメタライゼーションセルであって、金属イオンが内部に配された高速イオン導電体材料で形成された本体と、該材料本体上に配置されたカソードおよびアノードとを有し、該カソードおよび該アノードが、該カソードと該アノードとの間に第1の電圧が印加されるように構成され、該第1の電圧が該カソードと該アノードとの間に印加されている間に該カソードから該アノードに向かって金属デンドライトを成長させることによって、該セルをプログラムし、該本体内に設けられた少なくとも1つのさらなる電極をさらに有し、絶縁材料が、該少なくとも1つのさらなる電極を該金属デンドライトおよび該高速イオン導電体から絶縁し、それによって、該カソード、該アノード、および該少なくとも1つのさらなる電極のいずれか2つの間で測定される電気特性が、該金属デンドライトの成長に従って変化する、セル。
- 前記高速イオン導電体材料が、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択されるカルコゲニドであり、前記金属イオンが、銀、銅および亜鉛からなる群から選択される金属で形成される、請求項39に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記絶縁材料が、前記金属デンドライトの成長に従って変化する前記電気特性が電気容量となるように、誘電体を含む、請求項40に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記絶縁材料が、前記金属デンドライトの成長に従って変化する前記電気特性が抵抗となるように、抵抗性材料を含む、請求項40に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- プログラマブルメタライゼーションセルであって、硫黄、セレンおよびテルルからなる群から選択されるカルコゲニド材料で形成された高速導電体材料で形成され、銀、銅および亜鉛からなる群から選択される金属イオンが内部に配された本体と、該材料本体上に配置されたカソードとアノードとを有し、該カソードおよび該アノードが、該カソードと該アノードとの間に第1の電圧が印加されるように形成され、該第1の電圧が該カソードと該アノードとの間に印加されている間に該カソードから該アノードに向かって金属デンドライトを成長させることによって、該セルをプログラムし、該本体内に少なくとも2つのさらなる電極をさらに有し、材料が、該少なくとも2つのさらなる電極を該金属デンドライトおよび該高速イオン導電体から絶縁し、それによって、該カソード、該アノード、および該少なくとも2つのさらなる電極のいずれか2つの間で測定される電気特性が、該金属デンドライトの成長に従って変化する、セル。
- 前記絶縁材料が、前記金属デンドライトの成長に従って変化する前記電気特性が電気容量となるように、誘電体を含む、請求項43に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 前記絶縁材料が、前記金属デンドライトの成長に従って変化する前記電気特性が抵抗となるように、抵抗性材料を含む、請求項43に記載のプログラマブルメタライゼーションセル。
- 請求項1から9、15から28、および39から45のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを有する、不揮発性メモリ素子。
- 請求項10から14および29から38のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを形成する工程を含む、不揮発性メモリ素子を形成する方法。
- 請求項1から9、15から28、および39から45のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを有する、プログラマブル抵抗素子。
- 請求項10から14および29から38のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを形成する工程を含む、プログラマブル抵抗素子を形成する方法。
- 請求項1から9、15から28、および39から45のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを有する、プログラマブル電気容量素子。
- 請求項10から14および29から38のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを形成する工程を含む、プログラマブル電気容量素子を形成する方法。
- 光透過モードと光阻止または反射モードとの間で切り替わる光学デバイスであって、請求項1から9、15から28、および39から45のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを有し、電圧が印加され、前記金属デンドライトを形成する前記2つの電極が、比較的横方向に大きく、比較的横方向に大きな金属デンドライトを成長させるように機能し、前記高速イオン導電体が、いくらかの波長の光に対して透明な少なくとも1つの部分を有し、該デンドライトの形成をプログラムすることによって選択的に該高速イオン導電体の光の透過を阻止および該高速イオン導電体に光を透過させる、光学デバイス。
- 光学スイッチを形成する方法であって、請求項10から14および29から38のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションセルを形成することを含み、電圧が間に印加され、金属デンドライトの成長をプログラムする前記2つの電極が、比較的横方向に大きく、前記高速イオン導電体が、いくらかの波長の光に対して透明な少なくとも1つの部分を有し、それによって、デンドライト成長が選択的に制御され、該高速イオン導電体の該透明部分をブロックまたはアンブロックし、該透明部分を透過するように方向づけられた光に対して光学スイッチとして作用する、方法。
- 請求項1から9、15から28、および39から45のいずれかに従って形成されるプログラマブルメタライゼーションセルを有する放射センサであって、前記高速イオン導電体が、電圧が印加されデンドライト成長をプログラムする前記2つの電極間のデンドライト成長の軸と整列する位置で、該高速イオン導電体内に形成された光および短波長放射に対して透明な部分を有し、それによって、該2つの電極間の所定印加電圧に応じる該金属デンドライトの形成または分解速度が、該高速イオン導電体の該透明部分に入射される光または放射に依存し、該プログラマブルメタライゼーションセルが、光または放射センサとして機能する、放射センサ。
- 放射センサを形成する方法であって、請求項10から14および29から38のいずれかに記載のプログラマブルメタライゼーションを形成することを含み、前記高速イオン導電体が、光または短波長放射に透明な少なくとも1つの部分を有し、所定の電圧が、前記2つの電極に絶えず印加され、それによって、前記デンドライトの成長または分解速度が、入射光または入射短波長放射の強度の指標として機能する、方法。
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