KR100895901B1 - 메모리 효과를 갖는 스위치 요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제 1, 2 전극들 사이에 배열되고 분자 시스템 및 이 시스템 내에 분포된 이온 복합물들을 포함하는 활성 영역을 갖는 새로운 스위칭 디바이스를 제공한다. 활성 영역에 인가된 전계를 제어하는 제어 전극이 제공되는바, 이는 소정 극성 및 세기를 갖는 전계가 소정 시간 동안 인가될 때, 상기 활성 영역을 고 임피던스 상태와 저 임피던스 상태 사이에서 스위칭한다.
메모리, 스위치 요소, 임피던스, 제어 전극, 활성 영역, 이온 복합물

Description

메모리 효과를 갖는 스위치 요소{SWITCH ELEMENT HAVING MEMEORY EFFECT}
관련 출원
본 발명은, 2001년 5월 7일 출원되었으며 그 명칭이 "전기적으로 어드레스가능한 메모리 스위치(Electrically Addressable Memory Switch)인 계류중인 미국 가 특허 출원 제 60/289,057호에 개시된 기술 요지와 관련된 기술 요지를 포함한다.
본 발명은 스위칭 디바이스에 관한 것으로서, 특히 메모리 기능을 갖는 스위칭 디바이스에 관한 것인바, 여기서 메모리/스위칭 디바이스는 어드레스될 수 있으며, 스위칭 상태는 전계를 외부적으로 인가함으로써 반전된다.
컴퓨터 데이터를 저장하기 위한 다양한 타입의 전기적으로 어드레스가능한 메모리 디바이스들이 종래에 알려져있다. 대부분의 디바이스들은 데이터 비트를 캐패시터 내에 전하로서 저장한다. 충전 상태는 판독될 수 있으며, 출력 신호는 컴퓨터 프로세서 내에서의 처리들을 제어하는 데에 이용된다. 이러한 디바이스들의 대부분은 복잡한 실리콘 처리 단계들, 및 메모리 타입에 의존하는 전용 디바이스 아키텍쳐를 요구한다.
메모리 디바이스들은 그들의 속도 및 데이터 보유 특성에 의해 구별된다. 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)는 파괴성 판독(destructive read)을 특징으로 하는 휘발성 메모리이다. 이는 메모리 비트들에 항상 전압을 공급해야 하고, 그렇지 않으면 정보가 사라지게 될 것임을 의미한다. 또한, 각 메모리 요소는 그에 관련된 트랜지스터를 갖는다. 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)는, 일반적으로 교차 결합된 인버터들로 이루어지는 쌍안정 플립 플롭에 데이터를 저장한다. 이는 "정적"이라 불리는데, 그 이유는 전력이 공급되는한 값을 유지할 것이기 때문이다. 이는 여전히 휘발성이다. 즉, ROM과 달리, 전력이 꺼지게 되면 그의 내용을 잃어버릴 것이다. SRAM은 일반적으로 DRAM 보다 고속이지만, 각 비트는 몇 개(약 6개)의 트랜지스터들을 필요로 하며, 결과적으로 DRAM과 비교하여 동일 영역 내에서의 SRAM 비트들의 수가 적어지게 된다.
소거가능하고 프로그램가능한 판독 전용 메모리(EPROM)는, 절연("플로팅") MOS 트랜지스터 게이트에 저장된 전하에 의해 데이터가 결정되는 타입의 저장 디바이스이다. 절연에 의해, 전하를 외부 전력의 공급없이 거의 무기한으로(10년 이상) 보유할 수 있게 된다. EPROM은 터널 효과에 기초하는 기술을 이용하여 전하를 플로팅 게이트 내에 "주입"함으로써 프로그램된다. 이는 정상 전압(대개 12-25V) 보다 높은 전압을 요구한다. 플로팅 게이트는 UV 조사에 의해 또는 전기적으로(EEPROM) 방전될 수 있다. 대개, 바이트들 또는 워드들은 시스템이 동작하는 동안 개별적으로 소거 및 재프로그램될 수 있다. EEPROM은 RAM 보다 더 비싸고 밀도가 더 낮다. 이는 드물게 변경되는 작은 양의 데이터를 저장하는 데에 적절하다. 알려진 다른 비휘발성 메모리 디바이스는 강자성 RAM (Fe-RAM)으로서, 여기서 개별적인 저장 셀들은 전용 트랜지스터를 필요로 하지 않는다.
따라서, 제조가 용이하고 저렴하며 예측할 수 있는 메모리 그리고/또는 스위칭 효과를 갖는, 데이터 저장 및 데이터 조작을 위한 디바이스를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 새로운 스위칭 디바이스를 제공하는바, 이 디바이스는 제 1, 2 전극들과, 상기 제 1, 2 전극들 사이에 제공되며 분자 시스템을 포함하는 활성 영역과, 그리고 상기 활성 영역에 인가되는 전계를 제어하는 제어 전극을 포함한다. 이온 복합물(ionic complex)들이 상기 분자 시스템 내에 분포된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성 영역의 전계를 제어하여, 상기 활성 영역을 고 임피던스 상태 또는 오프 상태와 저 임피던스 상태 또는 온 상태 사이에서 스위칭한다. 오프 상태와 온 상태 간의 재생가능한 스위칭은, 소정의 극성 및 크기를 갖는 전계를 소정 시간 동안 인가함으로써 이루어질 수 있다.
특히, 상기 활성 영역은, 제 1 극성의 전압이 제어 전극과 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 오프 상태에서 온 상태로 스위칭될 수 있다. 결과적으로, 제 1, 2 전극들 사이에 전기적으로 전도성인 채널이 제공된다. 상기 활성 영역은, 상기 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 전압이 제어 전극과 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 다시 오프 상태로 스위칭될 수 있다.
상기 이온 복합물은 외부적으로 인가된 전계의 영향으로 분리되어, 디바이스의 전기 전도성을 변화시킨다. 분자 매트릭스(molecular matrix)는 폴리컨쥬게이션 화합물들(polyconjugated compounds), 방향성 및 헤테로고리 분자들(aromatic and heterocyclic molecules), 준 일차원 복합물들(quasi-one-dimensional complexes)(예를 들어, 프탈로시아닌(phthalocyanines) 및 포르피린(porphyrins)) 및 이방성 무기 물질들(예를 들어, NbSe3)이 될 수 있다. 이온 복합물들 각각은, 예를 들어 Na 및 Cl의 이온들 또는 Cs 및 Cl의 이온들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활성 영역은 안정 및 준안정(metastable) 동작 모드들을 제공할 수 있다. 안정 모드에서 스위칭 디바이스를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭시키는 데에 필요한 전계의 세기는 준안정 상태에서 보다 크다. 안정 모드에서의 활성 영역의 온 상태 임피던스는 준안정 모드에서 보다 낮지만, 안정 모드에서의 데이터 저장 시간 뿐 아니라 스위칭 시간은 준안정 모드에서 보다 길다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 디바이스의 제 1, 2 전극들은 절연 기판 위에 제공될 수 있다. 제 1, 2 전극들과 전기적으로 접촉하는 활성 영역이 또한 기판 위에 제공될 수 있다. 활성 영역을 덮는 절연층 위에 제어 전극이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 어떠한 절연 기판도 요구되지 않는다. 활성 영역은 제 1, 2 전극들 사이에 끼워질 수 있다. 제어 전극은 제 1 전극을 덮는절연층 위에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 게이트 단자와, 적어도 2개의 신호 단자들과, 그리고 분자 시스템 및 이 시스템 내에 분포된 이온 복합물들을 포함하는 활성 요소를 갖는 메모리 스위치가 제공된다. 신호 단자들 사이에 전기적으로 연결된 활 성 요소는 게이트 단자에 인가된 신호에 응답하여 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭된다.
본 발명의 상기 특징들, 다른 특징들, 양상들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 설명되는 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
하기의 도면은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시한다. 이러한 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로서, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 1a 내지 1d는 다양한 동작 상태들에서의 분자 복합 메모리 셀의 단순 구조를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 스위칭 디바이스의 오프 상태를 도시한다.
도 3은 도 2의 예시적인 스위칭 디바이스의 온 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 예시적인 스위칭 디바이스의 온 상태를 도시한다.
본 발명은 메모리 기능을 가질 수 있는 새로운 스위칭 디바이스의 제공에 관련된 문제들을 제기하고 해결한다. 본 발명은, 한 쌍의 신호 단자들 사이에 전기적으로 연결된 활성 영역을 제공함으로써, 상기 문제들을 해결한다. 활성 영역은, 소정의 값 및 극성을 갖는 전압이 소정 시간 동안 제어 단자와 신호 전극들 사이에 인가될 때, 신호 단자들을 연결하도록 전도성이 된다.
거시 디바이스들(macrosocpic devices)에 적용할 수 있는 재생가능한 스위칭 및 메모리 효과를 나타내는 활성 영역은 분자 시스템으로 이루어지는바, 이 분자 시스템은 이를 통해 분포되는 이온 복합물들을 갖는다. 이러한 이온 복합물들은 인가된 전계의 영향하에서 분자 시스템 내에서 분리될 수 있다.
활성 영역의 분자 복합 물질(molecular composite material)은 일 차원에서 구조적인 전자 불안정성을 나타내며, 이러한 분자 시스템들의 전도성에 대한 정적 및 동적인 제어를 가능하게 한다. 메모리 및 스위칭 효과에 대한 메커니즘은 일 차원 분자 시스템들의 구조적인 전자 불안정성에 관련되고, 외부 전계에서의 분자들의 해리 그리고/또는 원자들의 변위와 관련된 것으로 여겨진다.
분자 전자 공학의 발달은, 전기 스위칭 및 메모리 응용들에 새로운 기술들을 야기시킬 수 있는 새로운 물리적인 효과들을 제공하는 얇은 분자 막의 전기 물리적인 특성들에 대한 보다 상세한 연구를 촉진시켰다. 1960년대에 처음으로 보고되었음에도 불구하고, 이러한 현상들에 대해 일반적으로 인정되는 해석은 여전히 부족하다. 이는, 동일한 화합물들을 이용할 때 조차도, 결과들의 비재생성에 부분적으로 기인한다.
서로 다른 많은 물질들이 분자 복합 물질로서 이용될 수 있다. 예시적인 물질들이 하기에서 설명되지만, 이는 Yu H. Krieger의 논문 "Structural instability of one-dimensional systems as a physical principle underlying the functioning of molecular electronic devices", 구조 화학 저널, Vol.40, No.4, 1999(Yu H Krieger)에서 또한 설명된다. 이는 본원의 참조로서 인용된다.
많은 분자 메모리 스위치들은 구조적인 불안정성(페이얼스 효과(Peierls-effets))을 나타내는 일차원의 전도성 분자 시스템들을 포함할 수 있다. 이들은 메모리에 있어 S 형상의 (오목한) 전압-전류 특성을 갖는 경향이 있다. 이러한 메모리 스위치들의 임피던스는 스위칭 조건에 따라 ~10㏁ 내지 ~100Ω이 될 수 있다.
이러한 시스템들의 구조적인 구성에는 2개의 주요한 타입들이 있다. 첫째로, 이들은 선형 컨쥬게이션 폴리머들의 가닥(strand)들인바, 이들은 서로 약하게 결합되며 그 상호 배열은 일반적으로 불완전하게 구성된다. 둘째로, 이들은 결정 구조들인바, 이 결정 구조에서 개별적인 분자들은 일차원 칼럼(column)들을 형성하고, 다른 칼럼들로부터의 분자들이 작용하는 것 보다 훨씬 더 활발하게 상호 작용한다. 최근에는, 이러한 두 가지 타입의 분자 시스템들이 합성되었다.
폴리컨쥬게이션 시스템들은 주로 폴리비닐렌(polyvinylenes), 즉 비고리 컨쥬게이션 시스템(acyclic conjugation system)을 갖는 폴리머들을 포함하는바, 여기서 구조의 일차원 특성은 선형의 고분자(macromolecule)들의 컨쥬게이션 메커니즘에 의해 규정된다. 폴리아세틸렌은 이러한 부류의 폴리머들을 전형적으로 대표한다. 그의 전자 구조는 다른 많은 컨쥬게이션 폴리머들에 대한 프로토타입(prototype)이다.
다른 넓은 부류의 분자 화합물들은, 분자들 간의 π결합들로 인해 높은 전기전도성을 갖는 방향성 및 헤테로고리 분자들로부터 형성되었다. 이러한 분자 시스템들은 π-복합물들 또는 전하 이송 복합물들이라 칭하는바, 이러한 시스템들의 구조는 메모리 응용들을 스위칭하는 데에 현저한 전기-물리적인 특성들을 갖는 절연된 일차원 칼럼들 또는 가닥들을 포함한다. 분자 이송 복합물들은 2개의 분자들(하나는 도너(donor)의 특성을 갖고, 나머지 하나는 억셉터(acceptor)의 특성을 갖는다)로부터 형성되는 도너-억셉터 시스템들이다. 일차원 구조를 갖는 정의가 명확한 복합물들 중에서, 테트라-시아노-퀴노-디메탄(tetra-cyano-quino-dimethane)(TCNQ)은, 준 일차원 시스템을 형성하는 평행 스택들로서 결정 내에 배열된, 불포화 결합들을 갖는 평면 분자들이다.
일차원 시스템들의 다른 부류에서, 양이온(cation)들은 동적으로 불규칙하게 된다. 이는 일반식 (TMTSF)2X를 갖는 분자 화합물들을 포함한다. K2 Pt(CN)4 Br0.3 ×3H2O (KCP) 타입의 천이 금속 염들(transition metal salts) 또한 전형적으로 혼합 원자가(mixed-valence) 준 일차원 복합물들(예를 들어, 프탈로시아닌 및 포르피린)을 대표한다. 또한, NbSe3와 같은 순수한 무기 화합물들 또한 준 일차원 구조를 갖는 화합물들의 관심있는 예들이다.
도 1a 내지 1d는 단순화된 분자 메모리 셀(MC)의 일부를 형성하는 예시적인 분자 복합물을 도시한다. 이 분자 복합물은 준 일차원의 -또는 적어도 구조적으로 그리고 전기적으로 이방성인- 분자 매트릭스를 포함하는바, 여기서 이온 복합물들이 매트릭스 내에 분포된다. 상기 설명된 예시적인 준 일차원 시스템들, 예를 들어 폴리페닐아세틸렌과 같은 폴리컨쥬게이션 화합물들이 이방성 분자 매트릭스로서 이용될 수 있다. 이온 복합물은 염화 나트륨(NaCl), 염화 세슘(CsCl)과 같은 염, 또는 인가된 전계 내에서 분리될 수 있는 다른 어떠한 물질이 될 수 있다. 도 1a 내지 1d의 예시적인 이방성 분자 매트릭스는, 전극 표면들에 수직하게 배향된 사슬형 분자들(chain-like molecules)의 어셈블리로 구성된 것으로 도시된다. 그러나, 도 1a 내지 1d에 도시된 타입의 전하 분리가 가능하기만 하면, 상기 분자들 또는 이방성 "채널들"의 다른 방위들이 가능하다.
이론에 얽매이는 것은 아니지만, 발명자들은 다음의 내용이 분자 복합 물질의 전도성 변화를 위한 메커니즘을 설명하는 것으로 일반적으로 믿고 있다. 도 1a 내지 1d에 도시된 얇은 분자 막들에서의 전기 스위칭은, 2개의 안정한 상태들, 즉 고 임피던스 상태(오프 상태) 및 저 임피던스 상태(온 상태)의 존재에 의해 특징화된다. 오프 상태의 임피던스는 대개 ~10㏁ 이상이다. 오프 상태에서 온 상태로의 스위칭은 인가된 전계의 세기가 임계값을 넘을 때 일어난다. 온 상태의 임피던스는 ~100Ω보다 작다. 온 상태에서 오프 상태로의 변화는, 인가된 전계의 극성이 반전될 때 일어난다.
2개의 메모리 셀 동작 모드들, 즉 준안정 모드(도 1b) 및 안정 모드(도 1c)이 확인될 수 있다. 메모리 셀 동작의 안정 모드는 오프 상태와 온 상태 사이의 스위칭을 위한 높은 임계 전압 레벨(약 3-10V 범위), 온 상태의 저 임피던스(100Ω미만), 긴 스위칭 시간(1ms 이상) 및 긴 저장 시간(2달 이상)의 특징을 갖는다. 일부 메모리 셀들은 6년 동안 저장한 후에도 실질적으로 변경되지 않은 전기적인 특성들을 나타낸다.
역으로, 메모리 셀 기능의 준안정 모드는 오프 상태와 온 상태 간의 스위칭을 위한 낮은 임계 전압 레벨(약 0.1-0.5V 범위), 온 상태의 고 임피던스(넓은 범위, 약 1㏀-1㏁), 짧은 스위칭 시간(1㎲ 미만) 및 짧은 저장 시간(약 10s 내지 몇 시간)의 특징을 갖는다.
도 1a는 오프 상태를 도시하는바, 여기에서는 이방성 분자 매트릭스 자체가 우수한 전기 절연물이라고 가정하여, 전기 전도성은 본질적으로 0이다. 도 1b에 나타낸 바와 같이, 외부 전계(E)가 인가되면, 염화 나트륨은 나트륨과 염소 이온들로 분리되고, 이온들은 이방성 분자 매트릭스 내의 그들의 최초 위치로부터 이동되며, 결과적으로 MC의 전기 전도성이 증가되어(온 상태) 준안정 상태가 된다. 전계가 더 증가하게 되면, 이온들은 더 강하게 분리되어(도 1c)(이는 MC의 전기 전도성을 한층 더 증가시킴), 상기 설명된 안정 상태를 달성하게 된다. 매우 큰 전계가 긴 시간 동안 인가되면, 음이온들 및 양이온들이 전극들에 축적되어(도 1d), 이동 전하들의 부재로 인해 MC의 전기 전도성을 급격하게 감소시킨다(오프 상태).
알 수 있는 바와 같이, 설명된 예에서 전기 전도성에 관계하는 전하들은 Na+ 및 Cl- 이온들(이온 전도성)이 아니라, 그 물질 내에 존재하는 전자들 그리고/홀들이다. 이 전자들 그리고/또는 홀들은 "가변 범위 호핑 전도(variable range hopping conduction)"라 칭하는 프로세스에 의해 물질을 통해 이동할 수 있다. Na+ 및 Cl- 이온들은 전위 장벽에 영향을 미쳐 캐리어 이동도를 증가시키는 것으로 여겨진다. 그러나, 이러한 이론적인 설명은 본원에서 설명되는 내용의 범위를 한정하는 것으로서 이해되어서는 안된다.
도 1에 관련하여 상기 설명된 결과들은 도 2 및 3에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 게이트 제어 스위칭 디바이스에서 구현될 수 있다. 이제, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어드레스가능한 스위칭 디바이스(20)는 절연 기판(21)(예를 들어, 유리 또는 사파이어 기판)을 포함하며, 이 기판(21) 위에는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 소스 및 드레인을 닮은 전극들(22, 24)이 형성되어 있다. 도 1a 내지 1d에서 설명된 타입의 합성 물질로 된 활성층(28)이 전극들(22, 24) 위에 증착된다. FET의 게이트 산화물과 유사한 절연물(27)이 합성 물질로 된 활성층(28) 위에 증착되며, 절연물(27) 위에는 예를 들어 알루미늄으로 형성될 수 있는 게이트 전극(26)이 증착된다. 도 1a 내지 1d와 관련하여 설명된 활성층(28)을 오프 상태로부터 온 상태로 스위칭시키는 데에 필요한 임계 레벨 보다 낮은 전압이 게이트 전극(26)과 전극들(22, 24) 사이에 각각 인가되면, 합성 물질층(28)은 절연이 되며, 전극(22)과 전극(24) 사이에는 어떠한 전류도 흐를 수 없게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 임계 레벨을 초과하는 양의 게이트 전압(VG)이 게이트 전극(26)과 전극들(22, 24) 사이에 인가되면, 이온 NaCl 복합물은 Na+ 및 Cl- 이온들로 해리되는바, 음으로 대전된 Cl- 이온들은 게이트 전극 근처에 더 집중되고, 양으로 대전된 Na+ 이온들은 합성 물질(28)과 절연 기판(21) 사이의 인터페이스에 더 집중된다. 예를 들어, 디바이스(20)를 그의 전도성 상태(온 상태)로 스위칭시키기 위해서는, 게이트 전극(26)에 0V가 인가되고, 전극(22)에 -5V가 인가되며, 그리고 전극(24)에 10V가 인가될 수 있다.
다시 말해, 전계에 의해, 절연 기판 근처의 합성 물질(28)에 양전하들이 축적된다. 상기 설명한 바와 같이, 이러한 양 전하들은 합성 물질(28) 내에서 전도성을 촉진시킴으로써, 활성층(28) 내에 전도 채널을 제공하는바, 이 전도 채널을 통해 전기 전하들이 전극(22)과 전극(24) 사이를 통과할 수 있게 된다. 이에 따라, 디바이스(20)는, 전계가 게이트 전극(26)에 인가될 때, 그의 전도 상태로 스위칭된다. 합성 물질(28)이 준안정 상태에 있으냐, 아니면 안정 상태에 있느냐에 따라, 활성층(28)의 높은 전도성 상태는 몇초 또는 심지어 몇달 또는 몇년 동안 유지될 수 있다.
디바이스(20)는 게이트 전극(26)과 전극들(22, 24) 사이에 역 (음) 전압을 인가함으로써 비전도 상태(오프 상태)로 돌아갈 수 있다. 예를 들어, 디바이스(20)를 오프 상태로 스위치시키기 위해, 게이트 전극에 -20V가 인가되는 반면, 전극들(22, 24)에는 각각 -5V 및 -10V의 전위들이 인가된다.
따라서, 이러한 구성은 메모리 기능을 갖는 스위치, 또는 메모리 디바이스 또는 스위칭 디바이스로서 이용될 수 있는 메모리 스위치를 생성한다. 디바이스(20)가 메모리 디바이스로서 이용될 때, 기록은 게이트 전극(26)과 전극들(22, 24) 사이에 전압을 인가함으로써 수행될 수 있으며, 판독은 전극들(22, 24) 사이의 전기 전도성을 검출함으로써 수행될 수 있다.
이제, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 디바이스(40)는 도 2 및 3에 도시된 디바이스(20)에 대해 변형되었다. 즉, 도 1a 내지 1d를 참조하여 설명된 타입의 합성 물질로 된 활성층(48)이 하부 전극(42)과 상부 전극(44) 사이에 직접 배치됨으로써, 기판의 필요성을 없앤다. 전극(42)은 예를 들어 메모리 또는 스위칭 디바이스의 로우 전극이 될 수 있으며, 전극(44)은 칼럼 전극이 될 수 있다. 게이트 전극(46)은 전극(44) 위에 형성되며, 절연층(47)이 전극(46)과 전극(44) 사이의 전기적인 절연을 제공한다.
도 2에 도시된 실시예에서 처럼, 전극(42)에서의 전위 보다 전극(44)에서의 전위를 보다 양으로 하기 위해 게이트 전극(46)과 전극(42) 사이에 양의 전압(VG)이 인가되면, 이온 NaCl 복합물은 Na+ 및 Cl- 이온들로 해리된다. 음으로 대전된 Cl- 이온들은 상부 전극(44) 근처에서 보다 집중되며, 양으로 대전된 Na+ 이온들은 하부 전극(42) 근처에서 보다 집중된다. 결과적으로, 합성 물질층(48)의 전기 전도성이 증가하여, 전극(42)과 전극(44) 사이에 전류가 흐를 수 있게 된다. 이 상태는 디바이스(40)의 온 상태에 대응한다.
디바이스(40)는 게이트 전극(46)과 전극(42) 사이에 역 (음) 전압을 인가함으로써 비전도 상태(오프 상태)로 되돌아갈 수 있다. 디바이스(40)는 3단자 메모리 디바이스가 될 수 있는바, 여기서 기록 사이클은 게이트 전극(46)과 전극(42) 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함한다. 디바이스(40)는 전극들(42, 44) 사이의 전기 전도성을 검출함으로써 판독될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예들과 관련하여 개시되어 상세히 설명되었지만, 당업자라면 이에 대한 다양한 변형들 및 개량들이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (52)

  1. 제 1, 2 전극들과;
    상기 제 1, 2 전극들 사이에 제공되며 분자 시스템을 포함하는 활성 영역과; 그리고
    상기 활성 영역에 인가된 전계를 제어하는 제어 전극을 포함하며,
    여기서, 상기 활성 영역은 이온 복합물들을 구비하고, 상기 이온 복합물들 각각은 상기 분자 시스템 내에 분포된 적어도 하나의 Cl- 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 온 상태 및 오프 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전계는 상기 활성 영역을 상기 온 상태와 상기 오프 상태 사이에서 스위칭하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 활성 영역은, 제 1 극성의 전압이 상기 제어 전극과 상기 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 상기 오프 상태로부터 상기 온 상태로 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 활성 영역은, 상기 제 1 극성과 극성이 반대인 제 2 극성의 전압이 상기 제어 전극과 상기 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 상기 온 상태로부터 상기 오프 상태로 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 상기 온 상태에서 상기 제 1, 2 전극들 사이에 전도성 채널을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 저 임피던스 상태 및 고 임피던스 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전계는 상기 활성 영역을 상기 저 임피던스 상태와 상기 고 임피던스 상태 사이에서 스위칭하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성 영역은, 상기 제 1 극성의 전압이 상기 제어 전극과 상기 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 상기 고 임피던스 상태로부터 상기 저 임피던스 상태로 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 활성 영역은, 상기 제 1 극성과 극성이 반대인 제 2 극성의 전압이 상기 제어 전극과 상기 제 1, 2 전극들 사이에 인가될 때, 상기 저 임피던스 상태로부터 상기 고 임피던스 상태로 스위칭되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 제 1, 2 동작 모드들을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 상기 제 1 동작 모드의 온 상태에서의 임피던스가 상기 제 2 동작 모드의 온 상태에서의 임피던스 보다 낮은 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서의 온 상태와 오프 상태 사이의 스위칭 시간은 상기 제 2 모드에서의 온 상태와 오프 상태 사이의 스위칭 시간 보다 더 긴 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서 상기 활성 영역을 스위칭시키는 데에 필요한 전계의 세기는 상기 제 2 모드에서 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 복합물들 각각은 Na 및 Cl 이온들로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 복합물들 각각은 Cs 및 Cl 이온들로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 준 일차원 분자 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 구조적으로 그리고 전기적으로 이방성인 분자 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 폴리컨쥬게이션 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 방향족 분자(aromatic molecule)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 헤테로고리 분자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 포르피린을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 프탈로시아닌을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 분자 시스템은 이방성 무기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 전극에 인접하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제어 전극과 상기 활성 영역 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  28. 제 27 항에 있어서,
    기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 전극들은 상기 기판 위에 제공되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 상기 기판 위에 제공되며 상기 제 1, 2 전극들과 전기적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제어 전극과 상기 제 1 전극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 활성 영역은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 디바이스.
  33. 게이트 단자와;
    적어도 2개의 신호 단자들과; 그리고
    상기 신호 단자들에 전기적으로 결합되고, 상기 게이트 단자에 인가된 신호에 응답하여 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭되는 활성 요소를 포함하며,
    여기서, 상기 활성 요소는 이온 복합물들을 구비하고, 상기 이온 복합물들 각각은 분자 시스템 내에 분포된 적어도 하나의 Cl- 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 활성 요소는 상기 온 상태에서의 임피던스가 상기 오프 상태에서의 임피던스 보다 낮은 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 활성 요소는, 자신에게 인가되는 전계의 세기가 임계값을 넘을 때, 상기 온 상태와 상기 오프 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 활성 요소는, 상기 전계가 제 1 극성을 가질 때, 상기 오프 상태로부터 상기 온 상태로 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 활성 요소는, 상기 전계가 상기 제 1 극성에 반대되는 극성의 제 2 극성을 가질 때, 상기 온 상태로부터 상기 오프 상태로 스위칭되도록 구성된 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  38. 제 33 항에 있어서,
    상기 활성 요소에 인가되는 전계는 상기 메모리 스위치의 어드레싱을 제공하는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  39. 제 33 항에 있어서,
    절연 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 신호 단자들은 상기 기판상에 제공되는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 활성 요소는 상기 기판상에서 상기 신호 단자들 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 게이트 단자와 상기 활성 요소 사이에 제공되는 절연물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  43. 제 33 항에 있어서,
    상기 게이트 단자와 상기 신호 단자들중 하나 사이에 제공되는 절연물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 활성 요소는 상기 신호 단자들 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  45. 제 33 항에 있어서,
    제 1, 2 스위칭 모드들을 갖는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서 상기 메모리 스위치를 스위칭시키기 위해 상기 활성 요소에 인가되는 전계의 세기는 상기 제 2 모드에서 보다 큰 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서의 스위칭 시간은 상기 제 2 모드에서 보다 긴 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 제 1 모드에서의 데이터 저장 시간은 상기 제 2 모드에서 보다 긴 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  49. 제 33 항에 있어서,
    상기 이온 복합물들 각각은 Na 및 Cl 이온들로 구성되는 것을 특징으로 하는 메모리 스위치.
  50. 제어 단자, 한 쌍의 신호 단자들, 및 상기 신호 단자들 사이에 전기적으로 연결되며 분자 시스템을 포함하는 활성 요소를 갖는 디바이스의 스위칭 방법으로서,
    상기 디바이스를 오프 상태에서 온 상태로 스위칭시키기 위해, 상기 신호 단자들에 대해 제 1 극성을 갖는 신호를 상기 제어 단자에 인가하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 활성 요소의 상기 온 상태에서의 임피던스는 상기 오프 상태에서의 임피던스 보다 낮으며,
    상기 활성 요소는 이온 복합물들을 구비하고, 상기 이온 복합물들 각각은 상기 분자 시스템 내에 분포된 적어도 하나의 Cl- 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 스위칭 방법.
  51. 삭제
  52. 제 50 항에 있어서,
    상기 디바이스를 온 상태에서 오프 상태로 스위칭시키기 위해, 상기 신호 단자에 대해 상기 제 1 극성과 극성이 반대인 제 2 극성을 갖는 신호를 상기 제어 단자에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 스위칭 방법.
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