专利名称：：开关装置、可重写逻辑集成电路和存储器装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及利用电化学反应的开关装置、具有该开关装置的可重写逻辑集成电路和存储器装置。
背景技术：
：目前，大量集成电路被应用于电子设备中。在电子设备中所使用的大部分集成电路为专用集成电路(ASICs)。该专用集成电路是设计用于特定电子设备的专用电路。该专用集成电路的电路结构包括逻辑单元(用于"与"电路、"或"电路等的单位逻辑电路)的布置和在这些逻辑单元中的连接，该电路结构在制造后就无法再改变。近年来，开发电子设备的竞争日益激烈，并且已经在使电子设备小型化方面作了很多努力。在这样的情况下，大量注意力已经投向可编程逻辑ICs(可重写逻辑集成电路)，可编程逻辑ICs甚至在制造后也允许通过用电子信号改变其电路结构进而从一块芯片上的许多功能中选择特殊功能。在该可编程逻辑IC中，多个逻辑单元通过开关连接在一起。该可编程逻辑IC的典型实例包括FPGA(现场可编程门阵列field-programmablegatearray)禾BDRP(动态可重配置处理器)。尽管已经给予该可编程逻辑IC大量的关注，但是在电子设备中安装该可编程逻辑IC的实例数量仍然有限。原因如下在常规的可编程逻辑IC中，将逻辑单元连接在一起的开关具有很大尺寸，并从而具有很高的导通电阻。因此，为了使所安装的开关数量最少化，已经采用了具有较少数量逻辑单元的结构，其中每个该逻辑单元包含大量的晶体管。这减小了该逻辑单元的组合的自由度，限制了该可编程逻辑IC的功能。也就是说，开关的大尺寸和高导通电阻限制了该可编程逻辑IC的功能。这样也限制了该可编程逻辑IC在电子设备中的安装。因此，为了提供具有多种功能的可编程逻辑ic以促进该可编程逻辑IC在电子设备等装置中的安装，需要减小将逻辑单元连接在一起的开关的尺寸和导通电阻。作为满足这种需求的开关，已经提出了利用离子导体(一种固体，离子通过其能够自由迁移)中的金属离子迁移和电化学反应的开关装置(例如，参见WO2003/094227)。与常规可编程逻辑ICs中经常使用的半导体开关(MOSFETs)相比，在WO2003/094227中所公开的开关装置具有较小的尺寸和较低的导通电阻。图7是示出在WO2003/094227中所公开的该开关装置的结构的示意性剖视图。该开关装置具有第一电极11，和通过离子传导层13(在专利文献1中称作"固体电解质")层压在第一电极11上的第二电极12。在这种情况下，离子传导层13用作通过其传导金属离子的媒质。现在，将描述图7所示的开关装置的操作。第二电极12接地，并向第一电极11施加负电压。然后，在第二电极12中的金属作为金属离子溶解到离子传导层13。在离子传导层13中的金属离子作为金属沉淀在第一电极11的表面上。所沉淀的金属形成连接第一电极11和第二电极12的金属枝晶。该金属枝晶是由包含在离子传导层13中该金属离子的沉淀所造成的金属沉淀物。该金属枝晶将第一电极11和第二电极12电连接在一起以接通该开关。另一方面，在该开关处在导通状态下，第二电极12接地，向第一电极ll施加正电压。然后，该金属枝晶溶解进入离子传导层13，并且该金属枝晶的一部分被分离(severed)。这将第一电极11从第二电极12电断开以关掉该开关。在电连接被完全切断之前，电气特性发生变化。例如，在电连接被最终切断之前，在第一电极11和第二电极12之间的电阻增加或极间电容发生变化。此外，用于第一电极ll的所期望的材料是在向第一电极11施加该电压时没有金属离子供应到该离子传导层的材料。此外，为了将关断状态变成导通状态，可以再次向第一电极施加负电压。JOURNALOFSOLIDSTATECIRCUITS的2005年第1期，第40巻，168—176页中提出，如图7所示的这样一种开关装置用作可编程装置的布线开关(wiringswitch)。与常规的开关相比，这种开关装置将开关面积减小到1/30，并将开关电阻减小到1/50。而且，该开关装置能够形成到布线层中。预计这能减少芯片的面积并改善可能的布线延迟。此外，还可以减小该可编程逻辑IC中的逻辑单元的尺寸，允许电路利用效率的急剧增加。结果，芯片面积减小到1/10，功率效率变成原来的3倍。常规可编程逻辑IC的大芯片尺寸和低功率效率限制了其应用的范围。但是，使用如图7所示的开关装置的可编程逻辑ICs能够涵盖更广的应用范围。WO2003/094227公开了Cu/Cu2S、Ag/Ag2S等等作为电极材料和离子传导层组合的实例。为了将该开关装置从导通状态变为关断状态或者从关断状态变为导通状态，任何一种该材料组合都包括向第一电极ll(图7)施加大约0.05至0.30[V]的电压(开关电压)。另一方面，对于在该可编程逻辑IC中作为信号使用的逻辑信号，指示两种类型信息之一的电压，即用于该逻辑IC的操作电压是Vdd[V]。指示另一种类型信息的电压是0.0[V]。当前在硅集成电路中，常常使用的Vdd[V]是大约1.0至2.0[V]。在WO2003/094227中公开的开关装置具有最大0.30[V]的开关电压。因此，如果该逻辑信号的Vdd是l.O[V]，则该开关电压小于Vdd。这样，每次向该开关装置输入具有该电压Vdd[V]的逻辑信号，就向该第一电极施加l.O[V]的电压。逻辑信号可以由此改变该开关的状态。在这种情况下，可能发生致命问题，该开关可能不工作。因此，需要设置较高的开关电压以稳定该开关装置。此外，需要等于或大于该可编程逻辑IC的产品寿命(一般为10年)的时间来保持该开关装置的状态(保持非易失性所需的时间)。在室温下的热能一般为26.0[meV]。由此，当该开关电压更接近于26.0[mV]时，会产生热噪声并很可能导致该开关状态自动地变化。因此，为了允许该开关装置的状态能保持更长的时间，也需要提高该开关电压。
发明内容本发明的目的是解决现有技术中的这些问题。具体地，本发明的目的是提供一种开关装置、使用该开关装置的可重写逻辑集成电路和存储器装置，其中用于该开关装置的开关电压设置得比现有技术中的更高。根据本发明的开关装置包括经由至少一层离子传导层所层压的第一电极和第二电极。从该第二电极向该离子传导层馈送金属离子，并且该金属离子沉淀在该离子传导层中作为将该第一和第二电极电连接在一起的金属。该沉淀的金属溶解进该离子传导层，以将该第一和第二电极相互电断开。替代地，从在该第二电极和该离子传导层之间提供的离子供应层向该离子传导层馈送金属离子，并且该金属离子沉淀在该离子传导层中作为将该第一和第二电极电连接在一起的金属。该沉淀的金属溶解到该离子传导层中，以将该第一和第二电极相互电断开。该离子传导层包含氧化钛。包含在该离子传导层中的氧化钛理想地具有氧与钛的比率为2:1的氧钛化学计量组成。此外，理想地，用于该第二电极的材料是铜，并且用于该第一电极的材料避免向该离子传导层提供金属离子。此外，理想地，该开关装置进一步包括限制当在该第一和第二电极之间施加电压时在该第一和第二电极之间流动的电流的电路。可以通过使用根据本发明的开关装置作为接通或切断逻辑单元之间的连接的开关来配置可重写逻辑集成电路。可以通过使用根据本发明的开关装置和检测该开关装置处于导通状态还是关断状态的晶体管装置来配置存储器装置。在这种情况下，该开关装置的第一电极连接到该晶体管装置的漏级。该开关装置的第二电极连接到第一位线。该晶体管装置的源极连接到不同于第一位线的第二位线。该晶体管装置的栅极连接到字线。从下面参考示出了本发明实例的附图所作的描述中，本发明的上述和其它的目的、特征以及优点都将清楚。图1是示出了根据本发明的开关装置的示例性实施例的实例的示意性剖视图2是示出了氧化钛的漏电流特性的图3是示出了根据本发明的开关装置的开关特性的图4是示出了在根据本发明的开关装置中的电流控制电路的结构的实例的图5是示出了使用根据本发明的开关装置的可编程逻辑IC的结构的实例的示意图6是示出了使用根据本发明的开关装置的存储器装置的结构的实例的示意性电路图；以及图7是示出了常规开关装置的结构的实例的示意性剖视图。具体实施例方式将描述根据本发明的开关装置的示例性实施例的实例。图1是示出本例中的开关装置的基本结构的示意性剖视图。如图1所示，本例中的开关装置具有由二氧化硅膜26覆盖的硅衬底25。在二氧化硅膜26上，层压有第一电极21、离子传导层23和第二电极22。换句话说，第一电极21和第二电极22跨过离子传导层23被层压。这里，仅示出了一层离子传导层23。但是，可以层压至少两层离子传导层23，同时在所层压的离子传导层23的外面提供第一电极21和第二电极22。离子传导层23由具有15.0[nm]厚度的氧化钛膜形成。第一电极21由具有100.0[nm]厚度的铂膜形成。第二电极22由具有100.0[nm]厚度的铜膜形成。而且，第一电极由其上形成开口27的二氧化硅膜(绝缘层24)覆盖，且第一电极21的一部分在绝缘层24内的开口27处与离子传导层23接触。即，在本例中的开关装置，其中实际上沉淀了金属的开关部分是在绝缘层24内的开口27中形成的。由此，在第一电极21和离子传导层23之间的接合面积取决于开口27的底部表面积。也就是说，当开口27的图形(pattern)确定时，即使第一电极21、第二电极22和离子传导层23的图形比开口27的图形大，该接合面积仍然由开口27的底部面积决定。因此，当在衬底中形成多个开关装置时，通过准确地在所述装置的每一个中形成开口27，能够使这些装置的开关特性一致。这样，第二电极22、第一电极21和离子传导层23的图形就不必象开口27的图形那样准确地形成了。此外，如图1所示，除了该开关部分之外，通过绝缘层24将第二电极22和第一电极21相互分离。由此，当该开关装置关断时，能够抑制来自该开关装置的可能的漏电流。现在，将基于实验结果来描述选择铜作为第二电极22的材料以及氧化钛作为离子传导层23的材料的原因。首先，将采用图7所示的常规开关装置来描述当该开关状态改变时会发生的现象。当该开关装置从关断状态变为导通状态时，同时发生了三种反应。这三种反应是(1)金属离子(本例中是铜离子)在离子传导层13中的迁移、(2)在第一电极11中该金属离子的沉淀反应，和(3)在第二电极12中该金属的溶解反应。发明人尝试通过控制该金属离子的迁移速度、该金属的沉淀速度和该金属的溶解速度来将该开关装置从关断状态变为导通状态所需的施加电压(即开关电压)设置为任意值。表1示出了用于离子传导层和金属离子的材料组合的扩散率和开关电压。在该表中，该组合用字母A至H分类。该扩散率和离子传导性成比例，并且该离子传导性与该扩散率一致地增加。在表1中，用于除D和E组合以外的组合的开关电压是由发明人利用如图8所示配置的开关装置测量并制作的。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>如表1所示，在除了使用氧化物作为该离子传导层的F和G之外的其它组合中，该开关电压大约为0.2[V]，这远远低于l.O[V]的该逻辑电压。下面将详细描述这些组合的每一个的结果。A至E组合中的每一个都使用由硫族元素(S、Se、Ge或Te)和金属元素(Ag或Cu)的组合所组成的材料作为该离子传导层。这些化合物中的每一种都是硫族化物一类的卤化物。许多卤化银和卤化铜(Ag2S、Agl等)具有高的离子传导性，并且有时被称为"超级离子导体"。作为诸如超级离子导体的材料的显著特征，高的离子传导性是由于基于这些化合物的晶体结构的结构性缺陷引起的。在这些化合物中，在其晶体中存在对应于金属或硫族元素缺失的大量的晶格中空，并形成传导金属离子通过的地点。另一方面，F至H组合中的每一个使用氧化物作为该离子传导层。在该氧化物中的离子传导分成两种类型像在卤化物情况中一样通过晶格中空来传导金属离子的类型和在晶格之间传导金属离子的类型。可以通过引入杂质离子来生成晶格中空。在晶格之间传导金属离子的类型的离子传导通常包含极低的离子传导性。发明人已经注意到作为用于该离子传导层的氧化物的二氧化硅(Si02)和氧化钛(Ti02)。这些氧化物用作常规LSI(大规模集成电路)的材料，且具有提供高的工艺耐受性和可靠性并使根据本发明的开关装置易于引入该LSI的优点。当该金属离子是铜时，在表1中的F和G组合表现出至少l.O[V]的开关电压并提供所期望的开关电压。在使用钛离子作为传导种类的H组合中，观察不到开关。而且，当使用该F组合制造开关装置时，在一些该开关装置中观察到电介质击穿现象。由此，在表1所示的这些组合中，G组合是最佳的。因而，在本例中，如图1所示，氧化钛用于离子传导层23。铜用于第二电极22。这里，没有进行使用银和氧化钛组合的实验。但是，因为银离子具有类似于铜离子在氧化钛中的扩散率，所以预期银会产生类似的效果。预期将从表现出类似于铜离子在氧化钛和离子传导层中类似的扩散率的金属离子的任何组合中获得类似于由G组合提供的开关电压。此外，该开关电压取决于铜离子在该氧化钛中的扩散状态。这样，即使是部分包含氧化钛的该离子传导层，也预期会提供类似于从G组合中所获得的开关电压。现在，将描述如图l所示的该开关装置的制造方法。在硅衬底25的表面上形成了膜厚300.0[nm]的二氧化硅膜26。随后，如在现有技术中一样，通过剥离(liftoff)技术形成由铂构成的第一电极21。具体地，将抗蚀剂旋转涂覆在二氧化硅膜26上。然后，利用光刻技术在该抗蚀剂上形成第一电极21的图案。随后，利用真空沉积方法形成具有100.0[nm]厚度的铂膜。然后，当移除该抗蚀剂时，在该抗蚀剂上的铂被剥离。剩下的部分将成为第一电极21。随后，如下所述，使用主要由二氧化硅构成的HSQ(含氢硅酸盐类hydrogensilsesquioxane)来形成绝缘层24。旋转涂覆膜厚100.0[nm]的HSQ，且通过电子束曝光方法在第一电极21上形成开口27的图案。这样，第一电极27经由开口27部分地曝光。HSQ的使用使得能够通过电子束曝光形成图案，消除了将抗蚀图案转移到下层膜的步骤的需要。例如，在JOURNALOFVACUUMSCIENCETECHNOLOGYB的1998年第16巻第1期，69至76页中公开了使用HSQ的图案形成技术。因此，就省略了对该技术的详细描述。已知HSQ是一种具有低介电常数(大约2至3的特定介电常数specificinductivecapacity)的绝缘膜，并用作LSI的中间层绝缘膜。因为低介电常数减少布线层之间的静电耦合并进而减小布线延迟，所以对用于LSI的材料，优选为低介电常数的。本例中的结构能够减少在第一电极21和第二电极22之间的静电耦合。这能够抑制电极的每一个中的信号延迟。随后，如下所述地形成由铜构成的第二电极22和由氧化钛构成的离子传导层23。在绝缘层24上旋转涂覆抗蚀剂，并利用光刻技术使该抗蚀剂形成图案。该图案的形成不仅在抗蚀剂中暴露开口27，还形成比开口27图案更大的开口。在形成图案后，通过氧等离子体清洁第一电极21的暴露表面，以移除诸如抗蚀剂残渣的有机物质。利用激光烧蚀方法沉积膜厚15.0[nm]的氧化钛。这时，将氧化钛的化学计量组成，即氧与钛的比率尽可能地设置为接近2:1。具体地，在激光烧蚀时提供足量的氧。将描述用于确定氧化钛的形成条件的实验结果。发明人分别在O.O[Pa]、l.O[Pa]、2.0[Pa]和5.0[Pa]的局部氧气压强下形成氧化钛。图2是示出了分别在2.0[Pa]和5.0[Pa]的局部氧气压强下形成氧化钛的情况下的漏电流的图表。如图2中图表所示，尽管氧化钛是绝缘体，对于在2.0[Pa]的局部氧气压强下形成的氧化钛，在2.5[V]时观察到至少l.O[uA]的漏电流。预期由于在形成过程中的低局部氧气压强造成的氧缺陷导致了l.O[iiA]的大的漏电流。另一方面，对于在5.0[Pa]的局部氧气压强下形成的氧化钛，该漏电流减少为大约l.O[pA]。微微安[pA]数量级的漏电流是由隧道效应造成的，并显示该形成的氧化钛起绝缘膜的作用。在5.0[Pa]的局部氧气压强下，氧与钛的构成比率成功地设置为2:1。也就是说，实现了对应于2:1的氧化钛的化学计量组成。但是，成分分析显示，该成分比率包含士O.l的误差。因此，优选地，对应于氧和钛的比率为2:1的氧化钛理想配比成分用于抑制当该开关装置关断时可能的漏电流。在上述确定的形成条件下沉积氧化钛。然后利用真空沉积方法沉积膜厚100.0[nm]的铜。随后，当移除该抗蚀剂时，用剥离的方式将该抗蚀剂上的氧化钛和铜与该抗蚀剂一起移除。由此形成离子传导层23和第二电极22。优选地，在同一真空室中进行上述的激光烧蚀和真空沉积。这避免将该氧化钛和铜之间的分界面暴露在大气中，以使该分界面保持清洁。通过形成氧化钛，并然后在不将该氧化钛的表面暴露于大气中的情况下沉积铜已经确定可以提高该开关装置的产量。这样预期是因为防止了在大气中包含的金属离子和诸如有机物质的灰尘粘附到该氧化钛以抑制由该灰尘导致的可能的不当绝缘。尽管在本例中没有描述，但是使用势垒金属防止该电极材料通过该绝缘层扩散是技术常识。当把图1中所示的开关装置并入到集成电路中时，在第一电极21和绝缘层24之间以及在第二电极22和绝缘层24之间形成势垒金属。此外，在本例中，铂用作第一电极21的材料。但是，第一电极21的材料不限于铂，而是可以使用避免流出金属离子进入离子传导层23的任何电极材料。例如，可以使用钨、钽或钛。现在，将描述图1所示的开关装置的操作。图3是示出了用于检査开关特性的测量结果的图表。在该测量中，使用测量设备将电流的绝对值限制到10.0[uA]。如图3所示，当施加到图1所示的第一电极的负电压值逐渐从0.0[V]向负侧增加时，当该电压接近一3.0[V]时，该电流值到达10.0[uA]的极限值(图3中的虚线A)。然后该开关装置从关断状态(高电阻状态)变为导通状态(低电阻状态)。由图3中的虚线A所示，该开关装置初始在关断状态，然后变为导通状态以呈现3.0[kQ]的电阻值。然后，当施加到第一电极21的电压返回到O.O[V]时，取消对该电流的限制。随后，所施加的正电压逐渐增加。然后，当该电压接近0.3[V]时，至少9.0[mA]的电流开始流动。然后，该电压进一步增加，并且当该电压到达0.8[V]时该电流开始迅速减小。该开关装置变为关断状态(图3中所示的实线B)。随后，即使当该电压增加到大约l.O[V]时，该流动的电流也仅仅增加到10—8[A]。由此该开关装置保持在关断状态。然后，当施加到第一电极21的电压返回到O.O[V]时，将该电流的绝对值限制在100.0[uA]。施加到该第一电极21的电压从0.0[V]向负侧增加。然后当该电压接近-1.2[V]时，该电流值到达100.0[uA]的极限值。由此该开关装置变为导通状态(图3中所示的实线C)。随后，通过如上所述地向第一电极21施加正或负电压，成功地使该开关装置交替地变为导通状态和关断状态。此外，即使当该开关装置已经进入导通或关断状态之后停止施加电压，该开关装置仍然会保持在该状态。在这种情况下，该测量设备用来控制流过该开关装置的电流。下面将描述当把该开关装置安装到可编程逻辑IC和存储器中的集成电路中时所使用的电流限制方法的实例。图4是示出限制电流的电路结构的实例的图。如图4所示，MOSFET30连接到开关装置20。可变电压源32连接到MOSFET30的漏极D。控制电压源34连接到MOSFET30的栅极G。此外，开关装置20的第一电极21连接到MOSFET30的源极S。开关装置20的第二电极22连接到地电位。在MOSFET30的Id(漏极电流)一Vd(漏极电压)特性的饱和区域中，即使随着施加到漏电极D的漏极电压的变化，漏极电流基本上还是保持恒定。这能够实现对流入第一电极21的最大电流的限制。可以通过施加到栅极G的栅电压控制该漏极电流的大小。为了防止开关装置20被焦耳热击穿，对流过开关装置20的电流进行限制。现在，将描述图3所示的开关特性。当向如图1所示的第一电极21施加负电压时，如图1所示的第二电极22中的铜作为铜离子溶解到离子传导层23中。然后，溶解到该离子传导层23中的该铜离子作为铜沉淀在第一电极21的表面上，以增加在离子传导层23中的导电性。所沉淀的铜形成将第一电极21和第二电极22连接在一起的金属枝晶。该金属枝晶将第一电极21和第二电极22电连接在一起以接通该开关装置。另一方面，在导通状态下，当向第一电极21施加正电压时，该金属枝晶(铜)溶解到离子传导层23中，并且该金属枝晶的一部分被分离。将第一电极21从第二电极22电断开以使该开关装置进入关断状态。当所沉淀的铜开始溶解到该离子传导层23中时，在该离子传导层23中的导电性减小了。由此，在完全切断该电连接之前，电特性改变了。例如，在第一电极21和第二电极22之间的电阻增加，或者电极间的电容变化。随后，该电连接最终被切断。如图3所示，在负电压的第一施加(图3所示的虚线A)和负电压的第二施加(图3所示的实线C)之间，用于该改变所需的电压(开关电压)不同。这样预期是因为该负电压的第一施加将该铜离子扩散到离子传导层23中，使得即使所施加的电压回到0.0[V]，所扩散的铜离子仍然保留在离子传导层23中。因为在该负电压的第一施加过程中的开关电压较高，所以考虑到当该开关装置首次从关断状态变为导通状态时所产生的焦耳热，需要减小流过该开关装置的电流的极限值。在将氧化物(氧化钛)用于该离子传导层的本例中的该开关装置中，在该导通状态和关断状态之间变化所需的开关电压大约为1.0至2.0[V]，并且比将硫化铜用于该离子传导层的开关装置所需的开关电压要高。由此，该开关电压设置得比处于输入到该开关装置电极的热噪声级别(level)的电压更高。这样，能够防止该开关装置从该设定状态向另一状态的改变。此外，通过限制在导通状态中在电极21和电极22之间流动的电流，不仅能够防止对该开关装置可能的破坏，还可以减少功率消耗。现在，将描述在本例中的使用该开关装置的可编程逻辑IC。图5是示出该可编程逻辑IC结构的实例的示意图。如图5所示，可编程逻辑IC90由大量的二维布置的逻辑单元92、将逻辑单元92连接在一起的布线，以及接通和切断大量开关布线之间的连接的开关97。改变开关97的连接状态(连接和断开)能够设置在逻辑单元92、逻辑单元92的功能件等之间的布线结构。由此，能够提供符合规格的逻辑集成电路。每个开关97都使用如图l所示的本例中的开关装置。这里，省略了对限流结构的图示和描述。但是，可以在每个开关97中提供如图4所示的MOSFET30。开关97的第一电极21连接到可编程逻辑IC90中的信号线96。开关97的第二电极22连接到逻辑单元92。如果用户执行所需的操作以将开关97设为该导通状态，则保持在第一电极21和第二电极22之间的电连接。刚一经过信号线96到达第一电极21，逻辑信号就经过第二电极22输入到逻辑单元92。另一方面，如果将开关97设在关断状态，则第一电极21和第二电极22就相互保持电断开。在这种情况下，虽然该逻辑信号经信号线96到达第一电极21，但是却无法输入到逻辑单元92，该逻辑单元92连接到第二电极22。如上所述，由用户设为导通状态的开关97起信号线的作用，使得连接到设在该导通状态的开关97的逻辑单元92保持有效。通过使用本例中的开关装置作为用于该可编程逻辑IC的开关，将该开关电压设置为比该逻辑信号电压更高的值。这样可以防止该开关从该设定状态变成另一状态。这里，本例的开关装置被用来接通和切断到该逻辑单元的连接。但是，还可以使用该开关装置开关该布线或该逻辑单元的功能件。该开关装置还可以应用于FPGA或DRP，其允许响应于电子信号改变电路结构，使得一块芯片能够提供许多功能。图6示出使用本例中的开关装置的存储器装置的结构的实例。该存储器装置具有允许信息得到保持的开关装置77和允许信息从开关装置77读出的晶体管装置72。开关装置77是如图1所示的本例中的开关装置。晶体管装置72具有连接到位线73的源极和连接到字线74的栅极。开关装置77具有连接到晶体管装置72漏极的第一电极21和连接到位线76的第二电极22。位线76连接到地电位。现在，将描述将信息写入该存储器装置的方法。所保持的信息是"1"或"0"。该开关装置的导通状态对应于"1"。该开关装置的关断状态对应于"0"。此外，该开关装置的开关电压定义为vt[v]。晶体管装置72的操作电压定义为VR[V]。这里，该开关电压的绝对值为Vt[V]=2.0[V]。为了将信息"1"写入该存储器装置，向位线73施加开关电压-Vt[V]，并向字线74施加电压VR[V]以接通晶体管装置72。由此，向开关装置77的第一电极21施加切换电压-Vt[V]以接通开关装置77，用于将该信息"1"写入该存储器装置。另一方面，为了将信息"0"写入该存储器装置，向位线73施加开关电压+Vt[V]，并向字线74施加电压VR[V]以接通晶体管装置72。由此，向开关装置77的第一电极21施加切换电压+Vt[V]以断开开关装置77，用于将该信息"0"写入该存储器装置。现在，将描述读出保持在该存储器装置中的信息的方法。向字线74施加电压VR[V]以接通晶体管装置72，用于确定在位线73和76之间的电阻值。该电阻值对应于晶体管装置72的导通电阻和开关装置77的合成电阻。如果该合成电阻值无限大，则可以确定开关装置77处于关断状态。这表明该存储器装置所保持的信息为"0"。另一方面，如果该合成电阻值小于预定值，则可以确定开关装置77处于导通状态。这表明该存储器装置中保持的信息为"1"。已经省略了对限制流过该开关装置的电流的方法的描述。但是，除了上述操作以外，晶体管装置72还可以执行电流控制。通过使用本例中的该开关装置作为用于该存储器装置保持信息的存储装置，即使具有热噪声级别的电压输入，也能够防止该开关装置的设定状态改变。由此，保持了所存储的信息。此外，即使无电源，在本例中的该存储器装置也允许保持该开关装置的状态，进而起非易失性存储装置的作用。而且，因为该开关电压比该热噪声级别的电压更高，所以预期在无电源情况下信息能够存储在该非易失性存储装置中的时段至少是10年。在本例的开关装置中，该离子传导层仅由氧化钛组成。但是，也可以层压不同于氧化钛的膜。与现有技术中的结构相比，这样的结构对于增大该开关电压也有效。在上述描述中，该金属离子的供应源是第二电极。但是，该金属离子的供应源不限于该第二电极。例如，如果该第二电极是由不提供金属离子的材料构成的，则可以在该第二电极和该离子传导层之间提供离子供应层作为该金属离子的供应源。这里，该离子供应层意味着包含能够提供该金属离子的材料的层。该材料的实例是包含金属离子的硫化物(例如，硫化铜、硫化银或硒化铜)。包括该离子供应层的该开关装置的层压结构为该第一电极(Pt)、该离子传导层(Ti02)、该离子传导层(CuS、AgS或CuSe)和该第二电极(Pt)。权利要求1.一种开关装置，包括经过至少一层离子传导层所层压的第一电极和第二电极，从所述第二电极或从在所述第二电极和所述离子传导层之间提供的离子供应层向所述离子传导层馈送金属离子，并且所述金属离子沉淀在所述离子传导层中作为将所述第一和第二电极电连接在一起的金属，所述沉淀的金属溶解进入所述离子传导层以将所述第一和第二电极相互电断开，其中，所述离子传导层包含氧化钛。2.根据权利要求l所述的开关装置，其中，所述氧化钛具有氧与钛的比率为2:1的氧与钛的化学计量组成。3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其中，所述第二电极的材料是铜，且所述第一电极的材料避免向所述离子传导层提供金属离子。4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关装置，进一步包括用于当在所述第一和第二电极之间施加电压时限制在所述第一和第二电极之间流动的电流的电路。5.—种可重写逻辑集成电路，其中，根据权利要求1至4中任一项所述的开关装置被用作接通和切断逻辑单元之间的连接的开关。6.—种存储器装置，包括根据权利要求1至4中任一项所述的开关装置，以及用于检测所述开关装置处于导通状态还是关断状态的晶体管装置。7.根据权利要求6所述的存储器装置，其中，所述开关装置的所述第一电极连接到所述晶体管装置的漏级，所述开关装置的所述第二电极连接到位线，所述晶体管装置的源极连接到与和所述第二电极相连接的所述位线不同的位线，并且所述晶体管装置的栅极连接到字线。全文摘要根据本发明的开关装置包括包含氧化钛的离子传导层23；以与离子传导层23相接触的方式提供的第一电极21；和以与离子传导层23相接触的方式提供的第二电极22，并且该第二电极22可以向离子传导层23提供金属离子。文档编号H01L21/82GK101385154SQ20078000506公开日2009年3月11日申请日期2007年2月6日优先权日2006年2月9日发明者井口宪幸申请人:日本电气株式会社