RU2256957C2

RU2256957C2 - Ячейка памяти

Info

Publication number: RU2256957C2
Application number: RU2003106700/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Кригер (RU); Ю.Г. Кригер; Н.Ф. Юданов (RU); Н.Ф. Юданов
Original assignee: Кригер Юрий Генрихович
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2005-07-20
Also published as: RU2003106700A

Abstract

Использование: изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в запоминающих устройствах компьютеров различного назначения, в разработке систем ассоциативных запоминающих устройств, создания синапсов (элемента электрической цепи с программируемым электрическим сопротивлением) для нейронных сетей, созданием банков данных с прямым доступом, созданием фотовидео-аудио аппаратуры нового поколения. Технический результат: создание принципиально новой ячейки памяти, которая позволяла бы хранить несколько битов информации, характеризовалась бы быстрым временем переключения сопротивления и низкими рабочими напряжениями, но при этом позволяла бы совместить технологию ее изготовления с технологией производства современных полупроводниковых устройств. Сущность изобретения: в ячейке памяти, содержащей трехслойную структуру, включающую два электрода, между которыми расположена функциональная зона, в качестве электродов используются металл и/или полупроводник, и/или проводящий полимер, и/или проводящий и оптически прозрачный оксид или сульфид, а функциональная зона выполнена из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру различными типами активных элементов, а также их сочетания друг с другом и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения. 24 з.п. ф-лы, 24 ил.

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в запоминающих устройствах компьютеров различного назначения, в разработке систем ассоциативных запоминающих устройств, создания синапсов (элемента электрической цепи с программируемым электрическим сопротивлением) для нейронных сетей, созданием банков данных с прямым доступом, созданием фото-видео-аудио аппаратуры нового поколения.

В современных компьютерах используются запоминающие устройства различного назначения с отличающимися характеристиками по скорости записи, времени хранения, времени доступа и считывания информации. Это существенно усложняет работу вычислительных систем, увеличивает время подготовки компьютеров к работе, усложняет проблему сохранения информации и т.д.

Одной из приоритетных задач, стоящей в области микроэлектроники, является создание универсально запоминающего устройства, обладающего высокой скоростью записи и считывания информации наряду с большим временем хранения и высокой информационной плотностью. Вместе с этим имеется большая потребность в создании эффективного и простого элемента синапса для нейронных компьютеров. Отсутствие такого элемента сдерживает создание реальных нейрокомпьютеров.

Вместе с тем, потенциальные возможности физических принципов, заложенных в основу работы электронных устройств полупроводниковой микроэлектроники, практически исчерпаны. В настоящее время идет интенсивный поиск новых принципов функционирования и производства электронных устройств на основе идей молекулярной электроники с использованием новых, в том числе и молекулярных материалов или супромолекулярных ансамблей.

Вследствие вышеупомянутых недостатков, связанных с существующей технологией запоминающих устройств, приоритетной задачей микроэлектронной промышленности является создание/разработка универсального запоминающего устройства/системы, имеющего высокую скорость считывания/записи, высокую плотность размещения информации и длительный срок сохранения данных.

Патент США 6055180 (МПК⁶ G 11 С 11/36, 2000) описывает электрически адресуемое пассивное запоминающее устройство для регистрации, запоминания и/или обработки данных, содержащее функциональную среду в форме непрерывной или рельефной структуры, способной испытывать физические или химические изменения состояния. Функциональная среда включает индивидуально адресуемые ячейки, каждая из которых представляет зарегистрированное или обнаруженное значение или имеет присвоенное предопределенное логическое значение. Каждая ячейка заключена в слоистую сэндвич-структуру между анодом и катодом (электродами), которые находятся в контакте с функциональной средой ячейки для обеспечения электрической связи через нее, при этом функциональная среда имеет нелинейную частотную характеристику полного сопротивления (импеданса), за счет чего ячейка может напрямую получать энергию для осуществления изменения физического или химического состояния ячейки.

Недостаток запоминающего устройства, описанного в патенте США 6055180, состоит, однако, в том, что запись информации может происходить только один раз, а считывание запоминаемой информации выполняется оптически, что приводит к увеличению размера устройства и повышению сложности устройства и его применения и в то же время снижает надежность считывания информации из-за трудности точного позиционирования оптического луча. Кроме того, альтернативный метод записи с использованием теплового пробоя, вызываемого приложением высокого напряжения, также имеет недостаток в том, что запись информации может происходить только один раз и что требуются высокие напряжения и, следовательно, высокие электрические поля.

Японский патент 62-260401 (МПК Н 01 С 7/10, С 23 С 14/08, Н 01 В 1/12, 1990) описывает запоминающий элемент с трехслойной структурой, состоящий из пары электродов с высокотемпературным компаундом между ними. Запоминающий элемент работает по принципу, использующему изменение электрического сопротивления компаунда после приложения внешнего электрического поля. Поскольку проводимость компаунда может контролируемо изменяться между двумя различными уровнями, в нем можно сохранять информацию в битовой форме.

Патент США 5761116 (МПК G 11 С 16/04, H 01 L 29/788, 1998) описывает "программируемую металлизированную ячейку", состоящую из "проводника легкоподвижных ионов", такого как пленка или слой халькогенида, легированного ионом металла, например, серебра или меди, и пары электродов, например, анода (например, из серебра) и катода (например, из алюминия), расположенных на заданном расстоянии друг от друга на поверхности легированного халькогенида. Ионы серебра или меди можно заставить двигаться через халькогенидную пленку или слой под воздействием электрического поля. Таким образом, когда напряжение прилагается между анодом и катодом, металлический дендрит ("нано-провод") вырастает на поверхности халькогенидной пленки или от катода к аноду, значительно уменьшая сопротивление между анодом и катодом. Скорость роста дендрита является функцией от прилагаемого напряжения и интервала его приложения. Рост дендрита может быть прекращен путем снятия прилагаемого напряжения и может быть обращен в противоположную сторону, по направлению к катоду, путем изменения полярности прилагаемого напряжения.

Патент США 5670818 (МПК H 01 С 29/00, 1997) описывает постоянное запоминающее устройство в форме электрически программируемой “антипрожигаемой” перемычки, состоящей из слоя аморфного кремния между металлическими проводниками. Под воздействием высокого напряжения часть аморфного кремниевого слоя испытывает фазовое изменение, и атомы из металлических проводников мигрируют в кремниевый слой, результатом чего является образование тонкой проводящей нити ("нано-провода"), представляющего собой сложную смесь кремния и металла.

Принципиальные недостатки вышеописанных запоминающих устройств, основывающихся на образовании нано-провода, связаны с низким быстродействием по причине продолжительного интервала, требуемого для осуществления значительного изменения в электрическом сопротивлении между электродами/проводниками и с тем, что требуется высокое напряжение, например, ~60 В. Такие недостатки значительно ограничивают практическое использование этих элементов в существующих высокоскоростных электронных устройствах.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является токоуправляемый бистабильный пороговый или запоминающий переключатель (патент США 4652894, МПК H 01 L 29/28, 1987), состоящий из слоя поликристаллического органического полупроводникового материала, заключенного между парой металлических электродов, где слой органического полупроводникового материала является акцептором электронов для обеспечения быстрого переключения при низких напряжениях между состояниями высокого и низкого импеданса.

Практическое осуществление порогового запоминающего переключателя, описанного в патенте США 4652894, имеет, однако, принципиальное ограничение из-за использования низкотемпературных органических полупроводниковых компаундов, которые не являются механически устойчивыми и, что более важно, имеют недостаточную устойчивость к химической деструкции при воздействии повышенных температур, обычно связанных с современной технологией изготовления полупроводников, т.е. выше примерно 150° С и до 400° С. Вдобавок, физические характеристики органических полупроводниковых материалов вызывают плохую повторяемость цикла считывания/записи/стирания, а память ограничена только 1 битом информации, не позволяя тем самым реализовывать применения/устройства с высокой информационной плотностью.

Основными недостатками известного технического решения являются, во-первых, невозможность объединения существующей технологии производства полупроводниковых приборов с предложенной технологией изготовления известной ячейки памяти, т.к. используемые в ней низкотемпературные молекулярные соединения являются механически, а главное, термически неустойчивыми веществами, способными выдерживать температуру только до 150° С. Это не позволяет применить их совместно с современной технологией изготовления полупроводников, использующих в технологических процессах температуры до 400° С.

Во-вторых, известная ячейка памяти способна хранить только один бит информации, что не позволяет использовать ее при создании устройств с высокой информационной плотностью.

Кроме того, физические характеристики примененных материалов обуславливают неудовлетворительную повторяемость цикла (запись-чтение-стирание).

Все вышеприведенные, а также известные в литературе ячейки памяти данного типа имеют общий недостаток - позволяют хранить лишь один бит информации.

Ввиду вышеизложенного, существует явная потребность в запоминающих устройствах, которые были бы свободны от вышеописанных недостатков, связанных с существующими запоминающими устройствами. Поэтому настоящее изобретение имеет своей принципиальной целью разработку универсального запоминающего устройства/системы для высокоскоростного запоминания и поиска данных, обладающего способностью долговременного запоминания при высокой плотности битов.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание принципиально новой ячейки памяти, которая позволяла бы хранить несколько битов информации, характеризовалась бы быстрым временем переключения сопротивления и низкими рабочими напряжениями, но при этом позволяла бы совместить технологию ее изготовления с технологией производства современных полупроводниковых устройств.

Эта задача достигается тем, что в ячейке памяти, содержащей трехслойную структуру, включающую два электрода, между которыми расположена функциональная зона, в качестве электродов используются металл и/или полупроводник, и/или проводящий полимер, и/или проводящий и оптически прозрачный оксид или сульфид, а функциональная зона выполнена из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру различными типами активных элементов, а также их сочетания друг с другом и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

Предпочтительно выполнить электрод ячейки памяти в виде нескольких пространственно и электрически разделенных между собой элементов, например, двух или трех элементов, расположенных над функциональным слоем, что позволяет более точно контролировать величину электрического сопротивления ячейки, тем самым повысить уровень дискретности записи информации, либо точности величины аналогового значения электрического сопротивления ячейки, а также позволяет развязать электрические цепи записи и считывания информации.

Предпочтительно выполнить функциональную зону ячейки из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов положительными или отрицательными ионами, в том числе и молекулярными ионами, а именно на основе композитов из органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов кластерами на основе твердых электролитов. Указанное выполнение функциональной зоны позволяет создать структуру, способную изменять электрическое сопротивление активного слоя и/или образовывать высокопроводящие области или нити в активном слое под воздействием внешних электрических и/или световых воздействий на ячейку памяти и сохранять это состояние продолжительное время без приложения внешних электрических полей.

Весьма эффективно использовать в качестве одного из активных элементов функциональной зоны ячейки памяти молекулы и/или ионы с электрическим дипольным моментом и/или с встроенными в качестве активных элементов кластерами на основе твердых полимерных и неорганических ферроэлектриков, что обеспечивает работоспособность ячейки памяти при низких прикладываемых напряжениях. Это связано с тем, что присутствие ферроэлектрических элементов увеличивает величину напряженности внутреннего электрического поля, а следовательно, потребует приложения меньшего внешнего электрического напряжения при записи информации.

Предпочтительно выполнить функциональную зону из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов донорными и/или акцепторными молекулами, органическими и/или неорганическими солями и/или кислотами и/или молекулами воды. Встроенные в качестве активных элементов молекулы могут диссоциировать в электрическом поле и/или под действием светового излучения и имеют переменную валентность металлов или атомарных групп, входящих в них. Функциональную зону предпочтительно выполнить из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических сопряженных полимеров со встроенными в основную цепь и/или присоединенными к цепи или плоскости и/или встроенными в структуру активными элементами, образующими или не образующими светоизлучающую структуру.

Предпочтительно выполнить функциональную зону ячейки памяти в виде многослойной структуры, состоящей из нескольких активных, пассивных, барьерных, светоизлучающих и фоточувствительных слоев, выполненных из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру активными элементами и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения, что позволяет расширить диапазон и дискретность величин электрического сопротивления, а следовательно, повысить информационную плотность памяти.

Целесообразно выполнить функциональную зону ячейки памяти в виде многослойной структуры, состоящей из чередующихся активных, пассивных и барьерных слоев, снабженных элементами оптической или электрической развязки, при этом пассивные слои выполнены из органических, металлорганических и неорганических материалов, являющихся донорами и/или акцепторами носителей зарядов и обладающих ионной и/или электронной проводимостью, а барьерный слой выполнен из материалов с электронной проводимостью и низкой ионной проводимостью, что позволяет повысить временную стабильность ячейки памяти и одновременно увеличить информационную плотность за счет более высокой дискретности хранимых значений величин электрического сопротивления ячейки памяти. Такое выполнение функциональной зоны позволяет создать многослойную структуру, способную изменять электрическое сопротивление активного слоя и/или образовывать высокопроводящие области или нити с металлической проводимостью в активном слое под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения на ячейку памяти и сохранять это состояние продолжительное время без приложения внешних электрических полей.

Функциональная зона имеет двухслойную структуру, состоящую из активного и пассивного слоев, где активный слой выполнен из органических, металлорганических и неорганических материалов и обладает низкой электронной проводимостью.

Также функциональная зона имеет трехслойную структуру с наружными слоями, выполненными из активных слоев и барьерного слоя, расположенного между ними, четырехслойную структуру с двумя активными слоями, которые разделены третьим барьерным слоем, а четвертый является пассивным слоем, и пятислойнуго структуру с двумя наружными пассивными слоями и расположенными между ними двумя активными слоями, которые разделены пятым барьерным слоем.

Элементы электрической развязки выполнены в виде дополнительного электрода, изготовленного из электропроводящего материала и слоя из полупроводникового и/или органического материала, образующих диодную структуру.

Выгодно выполнить электрод ячейки памяти в виде двух параллельных пространственно разделенных полупроводниковым и/или органическим светоизлучающим материалом элементов и образующих, например, или диодную структуру, или фотосопротивление или фоточувствительный элемент, что позволяет электрически или оптически развязать цепи записи и считывания информации.

Также выгодно выполнить электрод ячейки памяти в виде трех параллельных пространственно разделенных полупроводниковым и/или органическим светоизлучающим материалом элементов и образующих, например, светоизлучающую структуру и фотосопротивление или фоточувствительный элемент, что тоже позволяет оптически развязать цепи записи и считывания информации.

Указанное выполнение ячейки памяти позволяет создать элемент памяти с однобитовым или многобитовым способом записи, хранения и считывания информации. При этом информация сохраняется в виде величины сопротивления функциональной зоны. Для ячейки памяти с однобитовым режимом хранения информации величина сопротивления ячейки имеет два уровня - высокий (соответствует значению, например, 0) и низкий (соответствует значению, например, 1), а для ячейки памяти с многобитовым режимом хранения информации величина сопротивления ячейки имеет несколько уровней, соответствующих определенному биту информации. Так, например, для двухбитовой ячейки имеется четыре уровня значений ее сопротивлений, для четырехбитовой - шестнадцать уровней и т.д. Ячейка памяти выгодно отличается от используемых в настоящее время элементов памяти тем, что во время хранения информации она не требует постоянного питания. Время хранения информации зависит от структуры ячейки памяти и используемого материала функциональной зоны, режима записи и может варьироваться от нескольких секунд (может быть использована для создания динамической памяти) до нескольких лет (может быть использована для создания долговременной памяти, типа флэш-памяти).

Настоящее изобретение основывается на том, что: (1) существуют или могут быть приготовлены материалы, которые показывают обратимые изменения, т.е. модуляцию, их электропроводности при приложении и последующем удалении электрического поля и/или светового излучения; и (2) можно изготавливать полезные устройства, в частности, запоминающие устройства - ячейки памяти, в которых явление обратимого изменения или модуляции проводимости, проявляемое такими материалами, образует основу для работы этих устройств.

Существует широкое разнообразие материалов с относительно низкой собственной удельной электропроводностью, включая различные диэлектрики, сегнетоэлектрики, полупроводники, керамику, органические полимеры, молекулярные кристаллы, и соединения вышеупомянутых материалов, которые являются потенциально пригодными в качестве активного слоя ячейки памяти. Такие материалы можно формировать в слои, проявляющие существенное повышение проводимости (т.е. модуляцию проводимости) при легировании заряженными частицами различных типов, например, ионами или комбинацией ионов и электронов, которые встраиваются в материал под влиянием прилагаемого электрического поля одной полярности, и каковые слои реверсивно проявляют существенное снижение электропроводности, когда заряженные частицы должны, по крайней мере, частично, покинуть материал в результате воздействия электрическим полем другой (противоположной) полярности. Таким образом, активные слои, согласно настоящему изобретению, подвержены модуляции проводимости с помощью встраивания активных элементов - реверсивного введения/удаления заряженных частиц, например, ионов или комбинации ионов и электронов, под влиянием прилагаемых электрических полей соответствующей полярности.

Одними из наиболее чувствительных материалов по изменению электропроводности под действием электрического поля в присутствии активных элементов являются сопряженные полимеры, органические, металлорганические материалы, состоящие из молекул, образующих комплексы с переносом заряда, различного типа соединения-включения.

Другим важным классом материалов, изменяющих свою электропроводность, является также широкий класс неорганических материалов, в частности, полупроводниковые материалы, а также соединения-включения со смешанным типом проводимости. Для данного типа материалов характерно изменение проводимости при внедрении под действием электрического поля таких активных элементов, каким являются различного типа ионы. Последние материалы также характеризуются большой подвижностью ионов типа лития, натрия, водорода и т.д.

В число полимеров с варьируемой электропроводностью входят сопряженные полимеры, характеризующиеся сопряженными ненасыщенными связями, которые способствуют движению электронов. В число подходящих сопряженных полимеров входят те, которые выбираются из группы, состоящей из полидифенилацетилена, поли(т-бутил)дифенилацетилена, поли(трифторметил)дифенилацетилена, полибис(т-бутил)дифенилацетилена, поли(триметилсилил)дифенилацетилена, поли(карбазол)дифенилацетилена, полидиацетилена, полифенилацетилена, полипиридиндифенилацетилена, полиметоксидифенилацетилена, поли(т-бутил)фенилацетилена, полинитрофенилацетилена, поли(трифторметил)дифенилацетилена, поли(триметилсилил)фенилацетилена, поли(этилендиокситиофена) и их производных, содержащие улавливающие ионы молекулярные группы, выбираемые из группы, состоящей из краун-эфиров, циклических аналогов краун-эфиров, карбоксилов, дииминов, сульфоновых соединений, фосфоновых соединений и дитиокарбоновых соединений.

В число других подходящих полимеров входят те, что выбираются из группы, состоящей из полианилина, политиофена, полипиррола, полисилана, полифурана, полииндола, по-лиазулена, полифенилена, полипиридина, полибипиридина, полифталоцианина и их производных, содержащие улавливающие ионы молекулярные группы, выбираемые из группы, состоящей из краун-эфиров, циклических аналогов краун-эфиров, карбоксилов, дииминов, сульфоновых, фосфоновых и дитиокарбоновых соединений.

Другими подходящими и связанными химическими соединениями являются: ароматические углеводороды; органические молекулы с донорными и акцепторными свойствами (N-этилкарбазол, тетратиотетрацен, тетратиофульвален, тетрацианохинодим), металлоорганические комплексы (бисдифенилглиоксим, бисортофенилендиимин, тетрааза-тетраметиланнулен и т.д.); порфирин, фталоцианин и их производные, в частности те, что содержат улавливающие ионы молекулярные группы, выбираемые из группы, состоящей из краун-эфиров, циклических аналогов краун-эфиров, карбоксилов, дииминов, сульфоновых, фосфоновых и дитиокарбоновых соединений и т.д.

Предпочтительными полимерами являются те, что обладают высокой термостойкостью, например, остаются термически стойкими при температуре примерно 300-400° С и выше.

Желательно также использовать композиционный материал, включающий пористый диэлектрик, содержащий, по крайней мере, один полимер с варьируемой проводимостью. В число подходящих для создания пористых материалов входят те, что выбираются из группы, состоящей из аморфного кремния (Si), диоксида кремния (SiO₂), оксида алюминия (Аl₂О₃), оксида меди (Сu₂О), оксида титана (TiO₂), нитрида бора (BN), оксида ванадия (V₂О₃), нитрида углерода (СN₃), ферроэлектрических материалов, включая титанат бария-стронция и т.д.

По крайней мере, один активный слой имеет толщину от примерно 10 до примерно

предпочтительно, от примерно 500 до примерно

Способность материалов изменять свою проводимость под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения определяется наличием в составе материала активных элементов, которые, изменяя свое электронное состояние, структуру или пространственное положение под действием электрического поля, влияют на электронную проводимость материала. Встраивание активных элементов в функциональную зону проводят различными способами: они могут быть введены в состав материала в процессе его изготовления или в процессе создания активного слоя ячейки памяти, или внедрятся в активный слой в процессе работы ячейки под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

В качестве активных элементов используются любые, известные из уровня техники, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

К активным элементам, которые предлагается использовать, в первую очередь относятся: положительные или отрицательные ионы, включая молекулярные ионы; молекулы или молекулярные группы, имеющие в составе металлы или атомные группы с переменной валентностью; молекулы, органические, неорганические или металлорганические соли, органические и неорганические кислоты, а также молекулы воды, диссоциирующие в электрическом поле и/или световом излучении; донорные и акцепторные молекулы или атомные группы; молекулы, ионы, атомные группы с электрическим дипольным моментом; молекулы или атомные группы, способные захватывать ионы различного типа; кластеры, полученные на основе твердых электролитов, полимерных и неорганических сегнетоэлектриков.

При использовании в качестве активных элементов ионов металлов (серебра, меди, лития, натрия и т.д.) в активном слое может происходить формирование нано-точки или нано-проводов, что также сопровождается резким изменением электрического сопротивления между электродами ячейки памяти. Для подобного типа ячеек можно использовать практически любые материалы с собственной низкой электрической проводимостью, предпочтительно использовать пористые или с дефектной структурой материалы.

В число предпочтительных активных элементов входят молекулы и/или ионы с электрическим дипольным моментом или кластеры на основе твердых полимерных и неорганических ферроэлектриков, т.к. они дают возможность использовать более низкое напряжение при записи информации.

Ключевой особенностью настоящего изобретения является присутствие дополнительного слоя материала, обозначаемого как пассивный слой, который может реверсивно функционировать как источник заряженных частиц, например, ионов или ионов+электронов, которые встриваются (инжектируются) в активный слой в ходе приложения электрического поля одной полярности, и как акцептор (сток) заряженных частиц, которые удаляются из активного слоя в ходе приложения электрического поля другой (противоположной) полярности. В соответствии с изобретением, донорские/акцепторные материалы реверсивно заряженных частиц, подходящие для использования в качестве пассивного слоя, включают, например, соединения с подвижными ионами, включая суперионные проводники и соединения включения, например, AgI, AgBr, Ag₂S, Ag₂Se, Ag_2-xTe, RbAg₄I₅, CuI, CuBr, Cu_2-xS, Cu_2-xSe, Cu_2-xTe, Ag_xCu_2-xS, Cu₃HgI₄, AuI, Au₂S, Au₂Se, Аu₂S₃, Na_xCu_ySe₂, Li₃N, LiNiO₂, Li_xTiS₂, Li_xMoSe₂, Li_xTaS₂, Li_xVSe₂, Li_xHfSe₂, Li_xTiSe₂, Li_xVSe₂, Li_xNbSe₂, Li_xCoO₂, Li_xWO₃, Cu_xWO_3-x, Na_xWO_3-x, H_xWO_3-x, Li_xMoO_3-x, Nа_хМоО_3-х, Сu_xМоО_3-х, Li_xV₂O₅, H_xPd, Nаβ -Аl₂О₃, (AgI)_x(Ag₂O_nB₂O₃)_1-x, Ag₂CdI₄, Cu_xPb_1-xBr_2-x, Li₃M₂(РO₄)₃, где М = Fe, Sc or Cr, К₃Nb₃В₂O₁2, K_1-xTi_1-xNb_xOPO₄, SrZr_1-xYb_xO₃, Sr_1-x/2Ti_I-x, Nb_хО_3-х, β -Mg₃Bi₂, Сs₅Н₃(SO₄)_х· Н₂O, NаZr₂(РO₄)₃, Na_y FeP₂O₈(OF)_1-x, ZrO_2-x, CeO_2-x, CaF₂ и BaF₂. Эти материалы реверсивно отдают/принимают ионы серебра (Ag), меди (Сu), золота (Аu), лития (Li), натрия (Na), калия (К), цинка (Zn), магния (Mg), кальция (Са), ионы других металлов или металлсодержащие ионы, водород (Н), кислорода (О), фтора (F) и другие галогенсодержащие ионы.

Некоторые из вышеупомянутых материалов, например, Li_xVSe₂, Li_xHfSe₂, Li_xTiSe₂, Li_xVSe₂, Li_xNbSe₂, Li_xCoO₂, Li_xMoO_3-x, могут одновременно использоваться для активного слоя и пассивного слоя, посредством такого воплощения устройств памяти, изготовленных согласно изобретению с такими материалами, способными к одновременному функционированию в качестве активного и пассивного слоя, поскольку функциональная зона включает единственный (отдельный) слой, зажатый между парой электродов.

В некоторых воплощениях запоминающего устройства, изготовленного согласно настоящему изобретению, по крайней мере, один активный слой и, по крайней мере, один пассивный слой состоят из одного и того же материала, за счет чего функциональная зона, имеющая многослойную структуру, в сущности, включает единый слой. Функциональная зона - единый слой включает композиционный материал, включающий пористый диэлектрик, состоящий, по крайней мере, из одного полимера с варьируемой проводимостью. Пористый диэлектрик выбирается из группы, состоящей из Si, аморфного Si, диоксида кремния (SiO₂), оксида алюминия (Аl₂О₃), оксида меди (Сu₂O), оксида титана (ТiO₂), нитрида бора (BN), оксида ванадия (V₂O₃), нитрида углерода (CN₃), ферроэлектрических материалов, включая титанат бария-стронция. Многослойная структура с единым слоем может, далее, включать барьерный слой, расположенный внутри структуры и состоящий из материала, который препятствует спонтанному движению заряженных частиц, когда разность электрических потенциалов не прилагается между упомянутыми первым и вторым электродами.

В некоторых воплощениях запоминающего устройства, изготавливаемого в соответствии с настоящим изобретением, многослойная структура, в сущности, включает единый слой, содержащий, по крайней мере, один полимер с варьируемой проводимостью, который легируется заряженными частицами или электролитными кластерами при встраивании их в полимер.

Материалы, используемые в качестве пассивного слоя, характеризуются легкостью, т.е. быстротой, с которой они отдают и принимают заряженные частицы, например, ионы или ионы+электроны, под влиянием относительно слабого электрического поля, т.е. в диапазоне электрических полей, используемых в типичных полупроводниковых устройствах, таких как флэш-память. Таким образом, приложение электрического поля с одной полярностью к функциональной зоне с многослойной структурой - стопке слоев, состоящей из, по крайней мере, одного активного слоя и, по крайней мере, одного пассивного слоя, будет вызывать перемещение заряженных частиц, таких как ионы или ионы+электроны, из последнего слоя в первый, а приложение электрического поля с другой (противоположной) полярностью будет "оттягивать", по крайней мере, некоторые из ионов или ионов + электронов из первого слоя и возвращать их во второй слой. Далее, отдача и прием заряженных частиц являются реверсивными (обратимыми) процессами и могут модулироваться на протяжении чрезвычайно продолжительных периодов времени и в течение миллионов циклов.

В соответствии с изобретением, рабочие показатели запоминающих элементов или устройств являются функцией от характеристик модуляции проводимости полимерного материала активного слоя. Следовательно, легкость, с которой заряженные частицы, такие как ионы, реверсивно встраиваются (отдаются) в активный слой (т.е. легируют его) и выводятся оттуда, определяет легкость, с которой происходит "программирование" и "стирание" в запоминающем устройстве. Поскольку обязательным условием этой характеристики является легкость движения заряженных частиц, например, ионов или ионов+электронов, в активный слой и из него, ионы или ионы+электроны будут свободно двигаться в полимерном материале и будут, таким образом, иметь тенденцию к возврату в начальное состояние или местоположение под влиянием внутренних электрических полей (как происходит во время отсутствия электрического поля, действующего извне). Поэтому согласно изобретению, чтобы улучшить характеристики удержания данных запоминающего устройства, интервал, на протяжении которого происходит релаксация, регулируется, т.е. регулируется интервал, когда ранее инжектированные подвижные ионы или ионы+электроны частично смещаются или выходят из активного слоя и возвращаются в пассивный слой, отчего проводимость снижается. Такая регулировка может, например, достигаться путем введения, по крайней мере, одного барьерного слоя для того, чтобы препятствовать движению заряженных частиц в отсутствие прилагаемого электрического поля. Поэтому, материал, который может использоваться в качестве барьерного слоя, должен иметь свойство не допускать легкого перемещения сквозь него заряженных частиц, таких как ионы или ионы+электроны, или свойство не притягивать или даже отталкивать ионы или ионы+электроны. Следовательно, барьерный слой ограничивает спонтанное движение заряженных частиц (т.е. движение в отсутствие электрического поля, действующего извне) между активным слоем и пассивным слоем, тем самым увеличивая время удержания данных запоминающего устройства. В число материалов, подходящих для использования в качестве барьерного слоя, согласно изобретению, входят SiO_x, AlO_x, NbO_x, TiO_x, CrO_x, VO_x, TaO_x, MoO_x, CuO_x, MgO_x, WO_x, AlN_x, Al, Pt, Nb, Be, Zn, Ti, W, Fe, Ni и Рd.

В соответствии с изобретением образуется функциональная зона с многослойной структурой, которая включает, по крайней мере, один активный слой и, по крайней мере, один пассивный слой, и может включать, по крайней мере, один барьерный слой. Функциональная зона с многослойной структурой располагается между парой электропроводящих электродов, которые служат в качестве электрических соединений для обеспечения действия внешних электрических полей.

В число подходящих электропроводящих материалов, используемых в качестве электродов, входят металлы, металлические сплавы, нитриды, оксиды, сульфиды металлов, углерод и полимеры, включая, например: алюминий (Al), серебро (Ag), медь (Сu), титан (Ti), вольфрам (W), их сплавы и нитриды, аморфный углерод, прозрачные оксиды, включая оксид индия и олова (IТО), прозрачные сульфиды и органические полимеры. Рабочие функции отдельных материалов, используемых для электродов, определяются легкостью, с которой электроны и/или дырки встраиваются (инжектируются) в ячейку памяти под влиянием прилагаемого электрического поля, и, в свою очередь, влияют на функцию памяти устройства, т.е. скорость, с которой устройство может программироваться, считывать и стирать, а также количество электроэнергии, требуемое для выполнения этих функций. Вдобавок, один из электродов может, в некоторых случаях, служить в качестве материала-реагента для формирования пассивного слоя устройства.

фиг.1 (А)-1 (В) схематически показывают вид в перспективе с частичным разрезом примера двухслойной ячейки памяти 10, соответствующего изобретению, для иллюстрации принципа модуляции проводимости;

фиг.2 является графиком зависимости тока (I) и напряжения (V) (вольтамперная характеристика), иллюстрирующим работу ячейки памяти в соответствии с изобретением;

фиг.3 является графиком зависимости напряжения (V) и тока (I) от времени (в нсек) в ходе переключения ячейки памяти в соответствии с изобретением от состояния "OFF" с высоким сопротивлением (соответствующего логическому 0) в состояние "ON" с низким сопротивлением (соответствующего логической 1);

фиг.4-21 иллюстрируют в виде упрощенного схематического вида в поперечном разрезе различные конструкции ячеек памяти, соответствующего изобретению, каждая из которых содержит стопку слоев между вертикально разнесенными друг от друга первым и вторым электродами;

фиг.22, 23 представляют схемы, поясняющие принцип записи, стирания и считывания информации с заявляемой ячейки памяти;

фиг.24 представляют эпюры напряжения и тока при записи, стирании и считывании информации с заявляемой ячейки памяти.

На фиг.1 (А)-1 (Б) показан схематический вид в перспективе с частичным разрезом примера двухслойной ячейки памяти, соответствующего изобретению, для иллюстрации принципа модуляции проводимости. Как показано на фиг.1(А)-1(Б), ячейка памяти включает верхний электрод 1 и нижний электрод 2 с функциональной зоной, расположенной между ними и состоящей из верхнего, активного, слоя 3 (ограниченного по противоположным вертикально протяженным сторонам герметизирующим защитным материалом 9), находящегося в контакте с верхним электродом 1, и нижнего, пассивного, слоя 5, находящегося в контакте с нижним электродом 2. Указанная ячейка памяти не содержит барьерного слоя 4. Пассивный слой 5 является источником активных элементов (т.е. донором) и акцептором заряженных частиц, например, положительно заряженных ионов 6 (типичными являются ионы металлов), а активный слой 3 состоит из материала с плохой электропроводностью (например, изолятор), включающего множество микроканалов или пор 7, имеющих, в основном, вертикальную протяженность между пассивным слоем 5 и верхним электродом 1, которые способствуют инжекции и перемещению ионов 6 в активном слое 3.

Рассмотрим работу ячейки памяти на примере наиболее сложной по функционированию, наиболее характерной для изобретения ячейки, которая изображена на фиг.10.

Фиг.1 (А) иллюстрирует состояние ячейки памяти, когда она имеет высокое сопротивление и находится в состоянии "OFF", характеризующемся низкой проводимостью, т.е. при отсутствии действия электрического поля, при этом активные элементы - подвижные ионы 6, по существу, ограничены пассивным слоем 5, а микроканалы или поры 7, по существу, лишены ионов 6; тогда как фиг.1 (Б) иллюстрирует состояние ячейки памяти, когда она имеет низкое сопротивление и находится в состоянии "ON", характеризующемся высокой проводимостью, т.е. после приложения электрического поля, полярность и напряженность которого достаточны для того, чтобы вызвать встраивание активных элементов - инжекцию ионов 6 из пассивного слоя 5 в микроканалы или поры 7 активного слоя 3 с целью формирования обладающих электропроводностью "нано-проводов" 8. (По поводу этого следует заметить, что некоторые ионы 6 могут присутствовать внутри микроканалов или пор 7, когда ячейка памяти (фиг.10) находится в состоянии "OFF"; однако количество ионов является недостаточным для того, чтобы создать электропроводящие "нано-провода" 8).

Обращаясь к фиг.2, видим график зависимости тока (I) и напряжения (V) (вольтамперная характеристика), иллюстрирующий работу ячеек памяти в соответствии с изобретением. Начиная с начальной точки графика (т.е. V и I=0), напряжение (V), прилагаемое к устройству в состоянии "OFF" (изолирующее, с высоким сопротивлением или низкой проводимостью), вначале нарастает по кривой 1. Когда прилагаемое напряжение достигает программирующего порогового напряжения V_П, обычно в диапазоне 0,5-4 В, ячейки памяти быстро переключаются из состояния "OFF" с высоким сопротивлением, следуя кривой 2. В ходе программирования ионы из пассивного слоя мобилизуются прилагаемым электрическим полем, встраиваются - инжектируются в активный слой и распределяются в проводящих микроканалах (как показано на фиг.1 (Б)). Резкое снижение сопротивления соответствует точке, в которой образование электропроводящих микроканалов завершается, обеспечивая тем самым низкое сопротивление.

С ячейки памяти можно производить считывание при любом напряжении ниже порогового напряжения V_П, т.е. в "области считывания". Следовательно, низкое напряжение можно использовать для тестирования устройства и проверки его сопротивления, когда низкий ток указывает, что устройство находится в состоянии "OFF" с высоким сопротивлением, а высокий ток указывает, что устройство находится в состоянии "ON" с низким сопротивлением. Операция "считывания" является неразрушающей и не нарушает состояния устройства.

От состояния с низким сопротивлением прилагаемое напряжение может быть уменьшено до 0 В, следуя кривой 3. Спад кривой I-V указывает, что ячейка памяти находится в состоянии низкого сопротивления, и чем круче спад кривой I-V, тем ниже сопротивление. Разница между состояниями "on" и "off" определяется "отношением ON/OFF ", которое может иметь значение до 9 порядков величины для ячеек памяти, описываемых в изобретении, т.е. от нескольких М’Ω до ~ 10–100’Ω , но обычно составляет ~ 4-6 порядков величины.

При нахождении ячейки памяти в состоянии "ON" с низким сопротивлением можно производить стирание путем приложения все более отрицательного напряжения (следуя кривой 3), пока не достигнется пороговое напряжение стирания (V_c), в точке которого устройство быстро переключается обратно в состояние "OFF" с высоким сопротивлением, следуя кривой 4. Пороговые напряжения стирания V_c обычно находятся в том же диапазоне, что и программирующие пороговые напряжения V_п, но могут настраиваться в зависимости от выбора материалов для активного и пассивного слоев, электродов, и в зависимости от значений толщины слоя. В концептуальном выражении, операция стирания соответствует удалению такого минимального количества заряженных частиц, например, ионов, из микроканалов или пор, которого достаточно, чтобы прервать непрерывность проводящих нано-проводов. Как следствие, лишь небольшое количество ионов необходимо удалить из микроканалов или пор, чтобы эффективно разорвать проводящий провод и, тем самым, увеличить сопротивление.

Обращаясь к фиг.3, который представляет собой график зависимости напряжения (V) и тока (I) от времени (в нсек) в ходе переключения ячейки памяти в соответствии с изобретением от состояния "OFF" с высоким сопротивлением (соответствующего логическому 0) в состояние "ON" с низким сопротивлением (соответствующего логической 1), видим, что время переключения является очень быстрым, т.е. порядка примерно 100 нсек, что указывает на высокую скорость работы.

Эффективной работе ячейки памяти также благоприятствует то, что подвижность ионов в электрическом поле сильно зависит от ее напряженности. Как известно, ионная подвижность резко возрастает при напряженности электрического поля более 10⁴-10⁵ V/см, что соответствует приложению) IV к пленке толщиной 1μ . Как правило, первое включение (инициализация) ячейки памяти требует большего напряжения программирования, чем в последующем устойчивом режиме. В устойчивом режиме работы ячейки достаточно смешения ионов на 1-2 периода, а в некоторых случаях и значительно меньше, чтобы сильно изменить проводимость активного слоя. Это требует меньших напряжений и определяет быстродействие ячейки памяти. Поведение вольтамперных характеристик подобны друг другу для различных типов материалов активных слоев, и в значительной мере задается характеристическими параметрами тестового генератора, используемого при программировании и стирании ячейки памяти (см. раздел “Процедура записи, чтения и стирания информации в ячейках памяти”).

Изобретение позволяет создать разнообразные конструкции ячейки памяти, включающей слои между вертикально разнесенными друг от друга первым и вторым электродами, как показывает упрощенный схематический вид в поперечном разрезе на фиг.4-21, где каждый из различных составляющих слоев состоит из одного или более вышеописанных материалов, отмеченных как подходящие для использования в качестве такого составляющего слоя.

Заявляемая ячейка памяти (фиг.4) содержит два сплошных электрода 1 и 2, между которыми расположена однослойная функциональная зона, состоящая из одного активного слоя, который может быть допирован ионами 3 или кластерами электролитов (3а) (фиг.4-5) или двух активных допированных слоев 3б и 3в (фиг.6), или двух активных слоев с кластерами электролитов 3 г и 3д (фиг.7), или двух активных допированных слоев 3б и 3в (фиг.8), разделенных барьерным слоем 4, или двух активных слоев с кластерами электролитов 3 г и 3д (фиг.9), разделенных барьерным слоем 4. На фиг.10-15 функциональная зона выполнена многослойной структурой, состоящей из одного активного слоя 3 и одного пассивного слоя 5 (фиг.10) или из двух активных слоев 3б и 3в и одного пассивного слоя 5 (фиг.11) или из одного активного слоя 3, одного барьерного 4 и одного пассивного слоя 5 (фиг.12) или из двух активных слоев 3б и 3в, одного барьерного слоя 4, разделяющих их и одного пассивного слоя 5 (фиг.13) или из двух активных слоев 3б и 3в, двух барьерных слоев 4а, 4б и одного пассивного слоя 5 (фиг.14), или из двух активных слоев 3б и 3в, одного барьерного 4 и двух пассивных слоев 5а и 5в (фиг.15).

На фиг.16 заявляемая ячейка памяти содержит алюминиевые электроды 1 и 2, при этом верхний электрод 1 состоит из двух элементов 1а и 1в. Между электродами расположена функциональная зона из одного активного слоя 6, выполненная аналогично изображенной на фиг.4-5, или функциональная зона с многослойной структурой, которая может быть выполнена аналогично функциональным зонам, изображенным на фиг.6-15.

На фиг.17 заявляемая ячейка памяти содержит алюминиевые электроды 1 и 2, при этом верхний электрод 1 состоит из трех элементов 1а, 1в и 1б. Между электродами расположена функциональная зона из одного активного слоя 6, выполненная аналогично изображенной на фиг.4-5, или функциональная зона, которая имеет многослойную структуру и может быть выполнена аналогично функциональным зонам, изображенным на фиг.6-15.

На фиг.18 представлена заявляемая ячейка памяти, содержащая электроды 1 и 2, каждый из которых состоит из двух элементов 1а, 1б и 2а, 2б. Между электродами расположена функциональная зона из одного активного слоя 6, выполненная аналогично изображенной на фиг.4-5, или функциональная зона с многослойной структурой, которая может быть выполнена аналогично функциональным зонам, изображенным на фиг.6-15.

Заявляемая ячейка памяти фиг.19-20 содержит два алюминиевых сплошных электрода 1 и 2, между которыми расположена функциональная зона многослойной структуры 6, которая может быть выполнена аналогично изображенной функциональным зонам, изображенным на фиг.6-15 и снабженная элементами электрической развязки - дополнительным электродом 7 и слоем 8 из полупроводникового и/или органического материала, образующего диодную структуру фиг.19, или элементами оптической развязки - дополнительным электродом 9 из электропроводящего и оптически прозрачного материала и слоем 10 из полупроводникового и/или органического материала, образующего фотосопротивление или фоточувствительный элемент (фиг.20), или элементами оптической развязки - электродом 7, изготовленным из электропроводящего материала и двух слоев 10, 11 из полупроводниковых и/или органических материалов, разделенных электродом 9, изготовленным из электропроводящего и оптически прозрачного материала и образующих фотодиод или светоизлучающую структуру 11 и фотосопротивление или фоточувствительный элемент 10 (фиг.21).

Каждый из составляющих слоев в каждом из реализации ячеек памяти, проиллюстрированных на фиг.4-21, имеет следующую толщину:

первый и второй электропроводящие электроды 1 и 2: от примерно 1000 до примерно

с предпочтительным значением от 3000 до примерно

активный слой 3 или активные слои 3а и 3в: от примерно 10 до примерно

с предпочтительным значением от 500 до примерно

пассивный слой 5 или пассивные слои 5 А и 5В: от примерно 20 до примерно

с предпочтительным значением от 100 до примерно

и

барьерный слой 4: от примерно 20 до примерно

с предпочтительным значением

Каждый из составляющих слоев можно приготовить согласно известным способам. Для краткости, подробности здесь не приводятся, за исключением того, что указано ниже и в нижеописанных примерах 1-51:

- электроды создаются с помощью общепринятых методов тонкопленочного осаждения, например, термовакуумное напыление, магнетронное распыление, электронно-лучевое напыление, и т.д.;

- пассивный слой может создаваться с помощью общепринятых методов тонкопленочного осаждения, таких как термовакуумное напыление, магнетронное распыление, химическое осаждение из газовой фазы, нанесение покрытия методом центрифугирования, или путем осаждения сначала металлического слоя, в конечном счете, включаемого в пассивный слой, например, путем реакции первоначально сформированного слоя Сu с газом или жидкостью, содержащими S, Se или Те, чтобы получить слой, состоящий из продукта реакции, например, Cu₂S или Cu₂Se, контактирующий со слоем Сu;

- пористые активные слои, такие как пористые полимерные материалы, могут создаваться с помощью известных методов тонкопленочного осаждения, таких как термовакуумное напыление, нанесение покрытия центрифугированием, химическое осаждение из газовой фазы (CVD) и т.д.

В соответствии с реализацией настоящего изобретения, полимер (полимеры) активного слоя (слоев) могут сначала осаждаться как мономерный предшественник путем химического осаждения из газовой фазы (CVD). Пример образования одного активного слоя с помощью упомянутого процесса включает: образование полимерной пленки, такой как полидифенилацетиленовая пленка, на поверхности пассивного слоя из дифенилацетилена в качестве мономерного предшественника. Подобным же образом, пример образования более одного активного слоя с помощью упомянутого процесса включает: образование полимерной пленки, такой как фталоцианиновая пленка, на поверхности первого активного слоя из тетрацианобензола в качестве мономерного предшественника.

Процедура записи, чтения и стирания информации в ячейках памяти происходит следующим образом.

Для пояснения принципа записи, стирания и считывания информации с заявляемой ячейки памяти рассмотрим схему, представленную на фиг. 22, содержащую: специальный тестовый генератор 12, основанный на программируемом генераторе тока и обеспечивающий контролируемую величину тока во время записи информации, постоянное напряжение во время считывания, а также формирующий отрицательные импульсы напряжения при стирании; ячейку памяти, включающую электроды 1, 2 и функциональную зону 6, которая может быть выполнена в виде одного из вариантов, представленных на фиг.4-15; балластного сопротивления 13 и устройств для регистрации напряжения 14 и 15, которые могут быть выполнены в виде вольтметров, самописцев или осциллографов. Измеряя падение напряжения на балластном сопротивлении 13, можно получить информацию о величине тока, проходящего через ячейку памяти.

Устройство работает следующим образом.

Тестовый генератор 12 формирует импульс напряжения 16 (фиг.24), превышающий пороговое значение 23. После того как величина импульса тока записи 19 достигнет запрограммированного значения, генератор 12 переходит в режим считывания и формирует напряжение считывания 18, которое значительно ниже порогового значения 23. Запись считается произведенной, если контролируемая величина тока записи 19 достигает запрограммированного значения, после чего прикладываемое электрическое напряжение отключается. По величине тока 22 (a-d) через балластное сопротивление 13 можно судить о величине сопротивления ячейки памяти и эти значения сопротивлений можно поставить в соответствие с определенным битом информации. Так, например, для двухбитовой ячейки памяти:

- ток 22а соответствует значению (00);

- ток 22в соответствует значению (01);

- ток 22с соответствует значению (10);

- ток 22d соответствует значению (11).

Время хранения информации, а также и дискретность установления соответствующих значений электрического сопротивления ячейки памяти, зависит от выбора структуры функциональной зоны и используемых материалов. Стирание информации производится генератором 12 путем подачи импульса отрицательного напряжения 17. Стирание считается произведенным, если контролируемая величина тока стирания 20 достигает заданного значения, после чего прикладываемое отрицательное электрическое напряжение отключается. После стирания ячейка памяти возвращается в исходное состояние с очень большим электрическим сопротивлением функциональной зоны 6. Для приведенной на фиг.22 структуры ячейки памяти, перед каждым актом записи информации необходимо перевести ячейку памяти в исходное состояние, т.е. стереть имеющуюся информацию.

Аналогичным образом происходит работа ячеек памяти, электроды которых выполнены в виде нескольких разделенных между собой элементов, изображенных на фиг.16-18. Рассмотрим их работу на примере ячейки, изображенной на фиг.17. Для этого используется тестовый генератор 12, изображенный на фиг.23. Программирование ячейки памяти происходит при приложении импульса электрического поля к нижнему электроду 2 и к центральному элементу верхнего электрода 1б, которое по величине превосходит пороговое значение 23 с одновременным контролем величины электрического сопротивления между крайними элементами верхнего электрода 1а и 1в. Запись считается произведенной, если контролируемые величины электрического сопротивления достигают заданного значения, после чего прикладываемое электрическое напряжение отключается. Чтение информации с ячейки происходит методом измерения величины электрического сопротивления между крайними элементами верхнего электрода 1а и 1в с использованием импульса электрического напряжения малой величины, при этом к центральному электроду 1б и к нижнему электроду 2 может в некоторых случаях прикладываться дополнительное контрольное напряжение. Стирание ячейки памяти происходит при приложении обратного (отрицательного) импульса электрического поля к нижнему электроду 2 и к центральному элементу верхнего электрода 1б с одновременным контролем величины электрического сопротивления между крайними элементами верхнего электрода 1а и 1в. Стирание считается произведенным, если контролируемые величины (ток или сопротивление) достигают заданного значения, после чего прикладываемое отрицательное электрическое напряжение отключается. Такая ячейка характеризуется более высокой информационной плотностью за счет развязки электрических цепей записи и считывания и, как следствие, более прецизионного контроля величины программируемого значения величины электрического сопротивления ячейки памяти.

Ниже приведены различные варианты выполнения заявляемой ячейки памяти.

Пример 1: Ti/полифенилацетилен+молекулы хлоранила или тетрацианхинодиметана/ аморфный углерод (а-С). Нижний электрод формируется из материалов, выбранных среди: алюминия, серебра, меди, палладия, платины, титана, вольфрама и их сплавов и нитридов, проводящих оксидов (ITO) и аморфного углерода (а-С). Слой первого или нижнего электрода имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Активный слой - композит из полимера полифенилацетилена и молекул хлоранила или тетрацианхинодиметана или дихлор-дицианобензохинона, который осаждается из раствора методом центрифугирования. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй электрод осаждается на верхнюю поверхность активного слоя подобным же образом, как и первый электрод. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 2: Ti /фталоцианин меди/ фторированный фталоцианин меди / а-С или Pd или оксид индия и олова (ITO). Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

предпочтительным значением

Нижний активный слой 3а - фталоцианин меди, который наносится методом термического напыления, имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Верхний активный слой 3б - фторированный фталоцианин меди, который наносится методом термического напыления, имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй электрод состоит из аморфного углерода, который осаждается на верхнюю поверхность активного слоя путем магнетронного распыления. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 3: Ti / Полисилан с N-карбазолилпропиловыми группами+пористый оксид кремния (SiO₂) / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена, как в примере 1, за исключением того, что активный слой является композитом, состоящим из пористого оксида кремния (SiO₂) и полисилана с N-карбазолилпропиловыми группами.

Пример 4: Ti/Политиофен с циклопентадиениловыми группами/аморфный углерод (а-С). Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 1, за исключением того, что материалом активного слоя является политиофен с циклопентадиениловыми группами.

Пример 5: Ti/Политиофен N-карбазолилпропиловыми группами / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 4, за исключением того, что материалом активного слоя является политиофен с N-карбазолилпропиловыми группами.

Пример 6: Ti/Полисилан с циклопентадиениловыми группами / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 4, за исключением того, что материалом активного слоя является полисилан с циклопентадиениловыми группами.

Пример 7: Ti/Полисилан с аминогруппами / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 4, за исключением того, что материалом активного слоя является полисилан с аминогруппами.

Пример 8: Ti/Политиофен с аминогруппами / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 4, за исключением того, что материалом активного слоя является политиофен с аминогруппами.

Пример 9: Ti/Политиофен с алкиламиногруппами / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 4, за исключением того, что материалом активного слоя является политиофен с алкиламиногруппами.

Пример 10: Ti/Политиофен N-карбазолилпропиловыми группами+пористый оксид кремния (SiO₂) / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 3, за исключением того, что активный слой является композитом, состоящим из пористого оксида кремния (SiO₂) и политиофена с N-карбазолилпропиловыми группами.

Пример 11: Ti/Полисилан с циклопентадиениловыми группами+пористый оксид кремния (SiO₂) / а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 3, за исключением того, что материалом активного слоя является композит, состоящий из пористого оксида кремния (SiO₂) и полисилана с циклопентадиениловыми группами.

Пример 12: Ti/полидифенилацетилен с карбазольными группами+динитро-n-фенил/а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 3, за исключением того, что материалом активного слоя является композит, состоящий из полидифенилацетилена с карбазольными группами+динитро-n-фенил.

Пример 13: Ti/полиэтилендиокситиофен+LiCF₃SO₃/ а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 4, за исключением того, что материалом активного слоя является композит, состоящий из полиэтилендиокситиофен+соли литий трифторметан сульфонат (LiCF₃SO₃).

Пример 14: Ti/полидифенилацетилен с карбазольными группами +динитро-n-фенил+пористый сегнетоэлектрик (поливинилиденфторид (ПВДФ)) /а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 3, за исключением того, что материалом активного слоя является композит, состоящий из полидифенилацетилена с карбазольными группами+динитро-n-фенил+пористый сегнетоэлектрик (поливинилиденфторид (ПВДФ)).

Пример 15: Ti/полиэтилендиокситиофен+К₄[Fе(СN)₆]/ а-С или Pd или ITO. Эта ячейка памяти изготовлена как в примере 4, за исключением того, что материалом активного слоя является композит, состоящий из полиэтилендиокситиофен+соли калий гексацианоферат (K₄[Fe(CN)₆]).

Пример 16: Ti/Полидигидроксинол/ аморфный углерод (а-С). Эта ячейка памяти изготовлена аналогично примеру 1, за исключением того, что материалом активного слоя является полидигидроксинол.

Пример 17: Тi/Li_хТiS₂/поли(1-бутил) дифенилацетилен/Аl или Ti или аморфный углерод (а-С). Первый или нижний электрод формируется из материалов, выбранных среди: алюминия, серебра, меди, титана, вольфрама и их сплавов и нитридов, проводящих оксидов (оксид индия и олова (ITO)) и аморфного углерода (а-С). Слои первого или нижнего электрода имеют толщину примерно

с предпочтительным значением

Пассивный слой Li_xTiS₂ наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Пассивный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Интеркаляция ионов лития в слое TiS₂ выполняется с помощью раствора n-бутиллития в гексане. Активным слоем является поли(t-бутил)дифенилацетилен, который осаждается из раствора путем нанесения покрытия центрифугированием. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй электрод осаждается на верхнюю поверхность активного слоя из поли(t-бутил)дифенилацетилена подобным же образом, как и первый электрод. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 18: Ti/полимерный электролит+поли(t-бутил) дифенилацетилен/а-С. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Активный слой представляет собой полимерную электролитную смесь, содержащую поли(оксид пропилена) с солью лития (LiClO₄ и поли(t-бутил)дифенилацетилен, которая может осаждаться из раствора путем нанесения покрытия центрифугированием. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 19: Ti/Сu_2-xS/полидифенилацетилен/а-С. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пассивный слой состоит из Сu_2-xS. Пассивный слой из Cu_2-xS осаждается на верхнюю поверхность первого или нижнего электрода. Слой меди имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Этот слой осаждается в камере с газом H₂S в течение 15 минут при комнатной температуре. Cu_2-xS получают путем реакции между медью и газом H₂S. Активный слой состоит из полидифенилацетилена, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Полидифенилацетиленовая пленка формируется на поверхности Cu_2-xS при 125° С из дифенилацетилена в качестве мономерного предшественника. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй электрод состоит из аморфного углерода, который осаждается на верхнюю поверхность активного слоя из полидифенилацетилена путем магнетронного распыления. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

.

Пример 20: Ti/Ag₂S/полифенилацетилен/а-С - ячейка памяти изготовлена таким же образом, как в примере 19, за исключением того, что пассивный слой изготовлен из Ag₂S, который осаждается на верхнюю поверхность нижнего электрода. Пассивный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пассивный слой из Ag₂S наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD) или испарения. Активный слой состоит из полифенилацетилена, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD) или центрифугированием.

Пример 21: Ti/Li_xWO₃/ поли(t-бутил) дифенилацетилен /Pd или Ti или а-С - ячейка памяти изготовлена таким же образом, как в примере 17, за исключением того, что пассивный слой изготовлен из Li_xWO₃ и осаждается на верхнюю поверхность первого или нижнего электрода. Пассивный слой из Li_xWO₃ осаждается в виде следующего процесса: вольфрамовый слой осаждается на верхнюю поверхность нижнего электрода. Вольфрамовый слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Этот слой осаждается в камере с газом O₂ в течение 20 минут при 250° С. В результате реакции между вольфрамом и газообразным кислородом получают WО₃. Интеркаляция ионов лития в WO₃ формируется с помощью раствора n-бутиллития в гексане. Пассивный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 22: Ti/W/Cu_xWO₃/ поли(t-бутил) дифенилацетилен /Аl или Ti или а-С ячейка памяти изготовлена с использованием Cu_xWO₃ в качестве пассивного слоя. Пассивный слой из Cu_xWO₃ осаждается в виде следующего процесса: вольфрамовый слой осаждается на верхнюю поверхность первого или нижнего электрода и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

. Этот слой осаждается в камере с газом О₂ в течение 20 минут при 250° С. В результате реакции между вольфрамом и кислородом получают WO₃. Затем CuI осаждается на слой WO₃ из раствора путем нанесения покрытия центрифугированием. После нагрева до температуры 150° С получают Cu_xWO₃. Поли(t-бутил) дифенилацетилен служит в качестве активного слоя.

Пример 23: Тi/W/H_xWО₃/полианилин/Аl или Ti или а-С или ITO. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пассивный слой из WO₃ осаждается в виде следующего процесса: вольфрамовый слой осаждается на верхнюю поверхность первого или нижнего электрода и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Затем вольфрамовый слой осаждается в камере с газом O₂ в течение 20 минут при 250° С. Активным слоем является полианилин, который осаждается из раствора путем нанесения покрытия центрифугированием. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй электрод состоит из аморфного углерода, который осаждается на верхнюю поверхность активного слоя из полианилина путем магнетронного распыления. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Вольфрам (W) служит в качестве барьерного слоя.

Пример 24: Ti/полианилин/Рd/полианилин/а-С или Ti или ITO. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Нижний активный слой состоит из полианилина, который осаждается из раствора путем нанесения покрытия центрифугированием и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Барьерный слой состоит из палладия, который может осаждаться путем магнетронного распыления и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Верхний активный слой также состоит из полианилина с предпочтительным значением толщины

Второй электрод состоит из аморфного углерода, который осаждается на верхнюю поверхность второго активного слоя из полианилина путем магнетронного распыления. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

.

Пример 25: Т1/Сu_2-хS/SiO₂+полидифенилацетилен/а-С или Ti или IТО. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пассивный слой состоит из Cu_2-xS. Пассивный слой из Cu_2-xS наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий пористый диоксид кремния (SiO₂) и полидифенилацетилен. Активный слой осаждается в виде следующего процесса: сначала пленка из пористого диоксида кремния наносится на верхнюю поверхность пассивного слоя с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Затем пленка из полидифенилацетилена выращивается в порах диоксида кремния из дифенилацетилена, используемого в качестве мономерного предшественника, при 125° С. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

.

Пример 26: Ti/Cu_2-xS/пористый ферроэлектрик+полидифенилацетилен/а-С или Ti или ITO. Ячейка памяти изготовлена так же, как в примере 25, за исключением того, что активный слой представляет собой композиционный материал из полидифенилацетилена и пористого (Ва, Sr)ТiO₃, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Cu_2-xS служит в качестве пассивного слоя.

Пример 27: Ti/Cu_2-xS/ полидифенилацетилен /полифталоцианин/а-С или Ti или ITO. Первый или нижний электрод формируется из титана и имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Нижний активный слой состоит из полидифенилацетилена, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Полидифенилацетиленовая пленка формируется на поверхности пассивного слоя из Cu_2-xS при 125° С из дифенилацетилена в качестве мономерного предшественника. Верхний активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Второй активный слой состоит из полифталоцианина с предпочтительным значением толщины

Полифталоцианиновые пленки формируются из тетрацианобензола, в качестве мономерного предшественника, на поверхности пленки полидифенилацетилена. Второй электрод состоит из аморфного углерода, который осаждается на верхнюю поверхность второго активного слоя из полифталоцианина путем магнетронного распыления. Второй электрод имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 28 Тi/Сu_2-хS/полифталоцианин/а-С ячейка памяти изготовлена с использованием полифталоцианина в качестве активного слоя, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD). Полифталоцианиновая пленка формируется на поверхности пассивного слоя из Cu_2-xS из мономера тетрацианобензола. Активный слой имеет толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 29: Ti/W/H_xWO₃/SiO₂+полианилин/ Ti или а-С или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 23, за исключением того, что активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий пористый диоксид кремния (SiO₂) и полианилин.

Пример 30: Ti/W/H_xPd/SiO₂+полианилин / Ti или а-С или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 29, за исключением того, что пассивный слой состоит из палладия, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD) или термического испарения.

Пример 31: Ti/Cu_2-xS/Cu₂O+полифенилацетилен/а-С или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 25, за исключением того, что активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий пористый диоксид меди (Сu₂O) и полифенилацетилен.

Пример 32: Ti/W/H_xWO₃/пористый ферроэлектрик+полианилин / Ti или а-С или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 29, за исключением того, что активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий полианилин и пористый (Ва,Sr)ТiO₃, который наносится с помощью химического осаждения из газовой фазы (CVD).

Пример 33: Ti/SiO₂+полианилин /Pd/SiO₂+полианилин /а-С или Ti или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 24, за исключением того, что каждый активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий пористый диоксид кремния (SiO₂) и полианилин. Активные слои имеют толщину примерно

с предпочтительным значением

Пример 34: Ti/Li_xWO₃/ поли (этилендиокситиофен)+поли (стироловая сульфоновая кислота)/Ti или а-С или ITO. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 21, за исключением того, что каждый активный слой представляет собой композиционный материал, содержащий поли (этилендиокситиофен) и поли (стироловую сульфоновую кислоту).

Пример 35: Ti/Li_xHfSe₂/Pd (или Ti). При этом Li_xHfSe₂ является одновременно материалом активного и пассивного слоя. Li_xHfSe₂ наносится посредством CVD метода толщиной приблизительно

предпочтительно

Интеркаляция ионами лития производится обработкой в растворе бутил лития в гексане.

Пример 36: Ti/Li_xTiS₂/VSe₂/ Pd (или Ti). Li_xTiS₂ является пассивным слоем, a VSE₂ - активным слоем. Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 35, за исключением того, что VSE₂ - активный слой наносится посредством CVD метода на поверхность Li_xTiS₂ - пассивного слоя до нанесения верхнего электрода. Толщина VSe₂ активного слоя составляет

предпочтительно

Пример 37: Ti/Li_xVSe₂/HfSe₂/ Pd (или Ti). Li_xVSe₂ является пассивным слоем, а HfSe₂ - активным слоем. Эта ячейка памяти был изготовлена подобным же образом, как в примере 35.

Пример 38: Ti/Li_xVSe₂/Li₃N/HfSe₂/ Pd (или Ti). Li_xVSe₂ является пассивным слоем, а HfSe₂ - активным слоем, Li₃N служит как барьерный слой, и VSe₂ служит как активный, слой. Li₃N слой составляет приблизительно

предпочтительно

Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 35.

Пример 39: Ti/Li_xTiS₂/a-Si/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 36, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой аморфный кремний (Si).

Пример 40: Ti/Li_xTiS₂/p-Si/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 39, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой пористый кремний (p-Si).

Пример 41: Ti/Li_xWO₃/p-Si/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 34, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой пористый оксид кремния (p-Si).

Пример 42: Ti/Cu_2-xS/p-SiO₂/Al (или Ti). Cu_2-xS является пассивным слоем, а пористый SiO₂ - активным слоем. Cu_2-xS (предпочтительно Cu_1.8S) сформирован следующим образом. На поверхность нижнего электрода (Ti) наносится слой меди

Затем выдерживается в камере с H₂S газом для формирования Cu_2-xS.

Пример 43: Ti/Cu_2-xS/Cu₂O/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 42, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой пористый Сu₂O. Слой Сu₂О формируется посредством последующего прогрева в атмосфере кислорода.

Пример 44: Ti/Cu_2-xSe/p-SiO₂/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 42, за исключением того, что материал пассивного слоя представляет собой Cu_2-xSe и для его получения используется H₂Se газ вместо Н₂S.

Пример 45: Ti/Ag₂S/p-SiO₂/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 42, за исключением того, что материал пассивного слоя представляет собой Ag₂S

Пример 46: Ti/ Li_xTiS₂/МоО₃/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 41, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой МоО_3-х, который наносится методом термического или магнетронного напыления и составляет приблизительно

Пример 47: Тi/Сu_2-хS/ВаТiO₃/Аl (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 41, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой сегнетоэлектрик ВаТiO₃, который наносится CVD-методом и составляет приблизительно

Пример 48: Тi/Сu_2-хS/полистирол/Аl (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 42, за исключением того, что материал активного слоя представляет собой полистирол, который наносится из раствора с помощью центрифуги и составляет приблизительно

Пример 49: Ti/Cu_xWO₃/p-Si/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 40, за исключением того, что материал пассивного слоя представляет собой Cu_xWO₃ и сформирован следующим образом. На поверхность нижнего электрода (Ti) наносится слой вольфрама

Затем выдерживается в камере в атмосфере кислорода при высокой температуре примерно 250° С, для формирования слоя WО₃, затем из раствора наносится слой CuI с последующим прогреванием приблизительно при 150° С, чтобы сформировать слой Cu_xWO₃. и составляет приблизительно

Пример 50: Cu/Cu_2-xS/p-SiO₂/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 42, за исключением того, что материал первого проводящего слоя представляет собой медь (Сu).

Пример 51: Ag/Ag₂S/p-SiO₂/Al (или Ti). Эта ячейка памяти была изготовлена подобным же образом, как в примере 45, за исключением того, что материал первого проводящего электрода представляет собой серебро (Ag).

Вышеописанные примеры ячеек памяти и их элементы, изготовленных в соответствии с идеей и методологией изобретения, отражают исключительную гибкость и универсальность в отношении структуры ячейки памяти и выбора материалов для нее, которые делает возможным настоящее изобретение. Насколько характеристики считывания, записи и стирания ячеек памяти, описываемых в изобретении, легко поддаются изменениям посредством соответствующего подбора материалов и толщины слоев, настолько же хорошо эти устройства подходят для различных видов применения, где в настоящее время используются обычные запоминающие устройства на основе полупроводников. Кроме того, ячейки памяти, описываемые в изобретении, можно легко изготовить простым экономичным методом, используя общепринятые производственные технологии.

Опытные образцы заявляемой ячейки памяти были изготовлены и испытаны на специальном стенде с использованием тестового генератора. Были изготовлены варианты с цельными электродами из алюминия, а также варианты с использованием двух и трех элементных алюминиевых электродов, между которыми расположен полисопряженный полимер полидифенилацетилен, допированный ионами лития. Нижний слой алюминия был нанесен на стеклянную подложку, а верхний электрод нанесен на слой полисопряженного полимера. Используемый полисопряженный полимер выдерживает нагрев до 400° С, что позволяет изготавливать заявляемые ячейки памяти совместно с производством полупроводниковых приборов. Испытаниями была доказана возможность создания ячейки памяти, позволяющей хранить как многобитовую, так и однобитовую цифровую информацию, а также формировать аналоговые значения величин ее электрического сопротивления, что позволяет использовать ее также в качестве синапсов для нейронных сетей.

Таким образом, заявляемую ячейку памяти можно считать принципиально новым устройством для хранения информации, как в цифровом, так и в аналоговом виде.

Claims

1. Ячейка памяти, содержащая трехслойную структуру, включающую два электрода, между которыми расположена функциональная зона, отличающаяся тем, что в качестве электродов используются металл, и/или полупроводник, и/или проводящий полимер, и/или проводящие и оптически прозрачные оксиды или сульфиды, а функциональная зона выполнена из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру активными элементами различных типов, а также их сочетания друг с другом и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

2. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что электрод выполнен в виде нескольких пространственно и электрически разделенных между собой элементов.

3. Ячейка памяти по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что электрод выполнен в виде двух или трех разделенных между собой элементов, расположенных над функциональной зоной.

4. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов положительными или отрицательными ионами, в том числе и молекулярными ионами.

5. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе композитов из органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов кластерами на основе твердых электролитов.

6. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов молекулами и/или ионами с электрическим дипольным моментом.

7. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе композитов из органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов кластерами на основе твердых полимерных и неорганических ферроэлектриков.

8. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов донорными и/или акцепторными молекулами.

9. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов органическими и/или неорганическими солями, и/или кислотами, и/или молекулами воды.

10. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов молекулами, которые могут диссоциировать в электрическом поле и/или под действием светового излучения.

11. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических и неорганических материалов с встроенными в качестве активных элементов неорганическими, и/или металлорганическими, и/или органическими солями и/или молекулами с переменной валентностью металлов или атомарных групп, входящих в них.

12. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона выполнена из активного слоя на основе органических, металлорганических сопряженных полимеров со встроенными в основную цепь и/или присоединенными к цепи или плоскости и/или встроенными в структуру активными элементами, образующими или не образующими светоизлучающую структуру.

13. Ячейка памяти по п.1, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет многослойную структуру, состоящую из нескольких различных активных слоев, выполненных из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру активными элементами и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

14. Ячейка памяти по п.13, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет многослойную структуру, включающую несколько активных, пассивных, барьерных, светоизлучающих и фоточувствительных слоев, выполненных из органических, металлорганических и неорганических материалов со встроенными в молекулярную и/или кристаллическую структуру активными элементами и/или кластерами на их основе, которые изменяют свое состояние или положение под действием внешнего электрического поля и/или светового излучения.

15. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет многослойную структуру, состоящую из чередующихся активных, пассивных и барьерных слоев, снабженных элементами оптической или электрической развязки.

16. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что пассивные слои выполнены из органических, металлорганических и неорганических материалов, являющихся донорами и/или акцепторами носителей зарядов и обладающих ионной и/или электронной проводимостью.

17. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что барьерный слой выполнен из материалов с электронной проводимостью и низкой ионной проводимостью.

18. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет двухслойную структуру, состоящую из активного и пассивного слоев.

19. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет двухслойную структуру, один слой выполнен из органических, металлорганических и неорганических материалов и обладает низкой электронной проводимостью, а второй является пассивным слоем.

20. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет трехслойную структуру с наружными слоями, выполненными из активных слоев и барьерного слоя, расположенного между ними.

21. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет четырехслойную структуру с двумя активными слоями, которые разделены третьим барьерным слоем, а четвертый является пассивным слоем.

22. Ячейка памяти по п.14, отличающаяся тем, что функциональная зона имеет пятислойную структуру с двумя наружными пассивными слоями и расположенными между ними двумя активными слоями, которые разделены пятым барьерным слоем.

23. Ячейка памяти по п.15, отличающаяся тем, что элементы электрической развязки выполнены в виде дополнительного электрода, изготовленного из электропроводящего материала и слоя из полупроводникового и/или органического материала, образующих диодную структуру.

24. Ячейка памяти по п.15, отличающаяся тем, что элементы оптической развязки выполнены в виде дополнительного электрода, изготовленного из электропроводящего и оптически прозрачного материала и слоя из полупроводникового и/или органического материала, образующих или фотосопротивление, или фоточувствительный элемент.

25. Ячейка памяти по п.15, отличающаяся тем, что элементы оптической развязки выполнены в виде дополнительного электрода, изготовленного из электропроводящего материала и двух слоев из полупроводниковых и/или органических материалов, разделенных вторым дополнительным электродом, изготовленным из электропроводящего и оптически прозрачного материала и образующих фотодиод или светоизлучающую структуру и фотосопротивление или фоточувствительный элемент.