专利名称：存储器件和使用及制造该器件的方法
技术领域：
本发明总的说来关于存储器件及制造和使用所述存储器件的方法。特别是本发明关于含有可控制导电层的存储器件。
背景技术：
计算机和存储器件的基本功能包括处理信息和储存。在一般计算机系统中，这些算法、逻辑及存储器操作是由可以在两个通常指称为“0”和“1”的状态间可逆地切换的器件执行。这些切换器件是由可以执行这些多种功能而且可以在两个状态间以高速进行切换的半导体器件所组装制造。。
电子寻址或逻辑器件，例如用于储存或处理数据，是使用无机固态技术，特别是结晶硅器件来制造。金属氧化物半导体场效应应晶体管(MOSFET)为主要的重要器件之一。
许多为使计算机及存储器件更快、更小及更便宜的进展涉及将更多晶体管或其它电子结构集成、挤入在邮票大小的硅上。邮票大小的硅片可能包括数千万个晶体管，每个晶体管小到为几百纳米。然而，以硅为主的器件正接近他们的基本物体尺寸极限。
无机固态器件通常无法使用复杂结构，因为这会导致高成本和损失数据储存密度。以无机半导体材料为基础的易失性半导体存储器的电路必须持续供给电流以保持储存信息，结果导致热和高电力损耗。非易失性半导体器件具有降低的数据速率(data rate)及相对高的能量损耗和高度的复杂度。
再者，由于无机固态器件尺寸降低且集成度升高，使对准容许值的敏感度提高，因而造成制造有着显著的更多困难。用小的最小尺寸形成特征并不代表最小尺寸可以用于制造工作电路。必须具有远小于小的最小尺寸的对准容许值，例如最小尺寸的四分之一。
缩小无机固态器件造成掺杂物扩散长度的问题。当维度降低，硅中的掺杂物扩散长度造成制作设计的困难。在此关系中，则使用许多调节来降低掺杂物移动性和降低处于高温的时间。然而，并不确定这些调节可以持续而无限制。
横越半导体接面(在反向偏压方向)施以电压会在接面附近产生耗尽区域。耗尽区域的宽度是依据半导体的掺杂程度而定。如果耗尽区域延伸而和另一个耗尽区域接触，则可能产生穿通(punch through)或不可控制的电流。
较高掺杂程度趋向于使避免穿通所需的间隔最小化。然而，如果每单位距离的电压变化很大，则会产生其它困难为每单位距离的大电压变化造成电场的强度大。通过如此陡峭梯度的电子可能会加速至显著地大于最小导电带(conduction band)能量的能级。如此的电子已知为热电子，且可能具有足够能量通过绝缘体，导致不可恢复的半导体器件损坏。
缩小及集成造成单芯片半导体衬底的绝缘性更具挑战性。特别是器件相互之间的横向绝缘性在某些状况中具有困难。另一个困难是漏电流缩小。又另一个困难是载流子在衬底的扩散；即自由载流子可扩散超过数十微米且中和储存电荷。
发明内容
为了提供本发明一些方面方面的基本了解，下述为本发明的概要说明。此概要说明并不用于定义本发明的主要/关键因素或用于描述本发明的范围。其唯一目的为以简化形式表现本发明的一些概念作为之后的更详细描述的前言。
本发明提供新的存储器件，其具有下述一者或多者相比于传统存储器件来说小的尺寸、可储存多位(multiple bits)的信息、短电阻/阻抗切换时间、低操作电压、低成本、高可靠度、常寿命(数千/数百万个循环)、可三维封装、相对低温(或高温)处理、重量轻、高密度/集成度、及延长的存储器保持度。
本发明的一方面是关于含有至少一个存储单元的存储器件，该存储单元是由两个电极构成，该两个电极之间具有可控制导电介质，该可控制导电介质含有低导电层和无源层，其中该无源层具有接近于低导电层的价带费米能级(Fermi level)。本发明的其它方面是关于使用(例如编程)所述存储器件/单元来制造存储器件/单元，以及关于含有所述存储器件/单元的例如计算机的器件。
为了完成前述及相关目的，本发明包括在下面完整描述和特别在权利要求书中指出的特征。下列说明及附图详细地描述本发明的某些方面和实施方式。然而这些仅为代表性的，且本发明的法则可使用一些方式变化。本发明的其它目的、优点或新颖特征将由下列本发明的详细说明并参考附图而变得更显著。
图1为根据本发明的一方面，描述含有多个存储器件的二维微电子器件的透视图。
图2为根据本发明的另一方面，描述含有多个存储器件的三维微电子器件的透视图。
具体实施例方式
本发明涉及由两个电极构成的存储单元，该两个电极之间具有可控制导电介质。可控制导电介质含有导电层和无源层。此介质可为有机、无机或有机混合无机材料。存储单元可任选地含有其它层，例如其它电极、电荷保持层、和/或化学有源层。可控制导电介质的阻抗会在施以外界刺激如施加电场时改变。多个存储单元，其可称为阵列，形成一个新的存储器件。在此关系中，存储单元可形成新的存储器件且以类似于常规半导体存储器件中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的方式运作。然而，在存储器件中使用新的存储单元替换常规MOSFET具有优点。
参考图1，简要描述根据本发明一方面的含有多个存储单元的微电子存储器件100，以及例示性存储单元104的分解图102。微电子存储器件100含有所需数目的存储单元，由所出现的列、行和层(如后述的三维方向)的数目决定。第一电极106及第二电极108以基本上垂直的方向显示，虽然其它方向也可能达到分解图102的结构。每一个存储单元104含有第一电极106和第二电极108，以及位于两电极之间的可控制导电介质110。可控制导电介质110含有低导电层112和无源层114。周边电路及器件为了简化而没有显示出来。
存储单元含有至少两个电极，如一个或多个电极可设置于两个夹住可控制导电介质的电极的中间。电极可由导电材料例如导电金属、导电金属合金、导电金属氧化物、导电聚合物薄膜、半导体材料等制成。
电极的例子包括如下物质中的一种或多种铝、铬、铜、锗、金、镁、锰、铟、铁、镍、钯、铂、银、钛、锌及其合金；氧化铟锡(ITO)；多晶硅；掺杂的非晶硅；金属硅化物等。合金电极特别包括哈氏合金(Hastelloy)、科伐合金(Kovar)、殷瓦合金(Invar)、蒙耐尔合金(Monel)、英科耐尔合金(Inconel)、黄铜、不锈钢、镁-银合金及多种其它合金。
在一具体实施例中，每一个电极的厚度独立地为约0.01Φm或更大且为约10μm或更小。在另一具体实施例中，每一个电极的厚度独立地为为约0.05μm或更大且为约5μm或更小。在又一具体实施例中，每一个电极的厚度独立地为约0.1μm或更大且为约1μm或更小。
可控制导电介质，设置于两个电极之间，可使用外界刺激以可控制方式表现为导电性、半导电性或非导电性。通常在没有外界刺激时，可控制导电介质为非导电性或具有高阻抗。再者，在一些具体实施例中，可通过可控制方式对可控制导电介质建立多个程度的导电性/电阻率。例如，用于可控制导电介质的多个程度的导电性/电阻率可包括非导电状态、高导电状态和半导电状态。
可控制导电介质可藉由外界刺激(外界表示来自可控制介质的外部)以可控制方式表现为导电性、非导电性或任何介于其间(导电性程度)的状态。例如，在外部电场、辐射等之下，原本为非导电性可控制导电介质转换为导电性可控制导电介质。
可控制导电介质含有一个或多个低导电层及一个或多个无源层。在一具体实施例中，可控制导电介质含有至少一个邻接于无源层的有机半导体层(没有任何中间层位于有机半导体层和无源层之间)。在另一具体实施例中，可控制导电介质含有至少一个邻接于无源层的无机低导电层(没有任何中间层位于无机层和无源层之间)。在又一具体实施例中，可控制导电介质含有有机和无机材料的混合物作为低导电层邻接于无源层(没有任何中间层位于低导电层和无源层之间)。
有机半导体层含有至少一种有机聚合物(如共轭有机聚合物)、有机金属化合物(如共轭有机金属化合物)、有机金属聚合物(如共轭有机金属聚合物)、巴克球(Buckyball)、碳纳米管(如C6至C60碳纳米管)等。有机半导体因此具有碳为主的结构，通常为碳-氢为主的结构，其不同于常规的MOSFET。有机半导体材料的典型特征为它们具有重迭的p轨道，和/或它们具有至少两个稳定的氧化态。有机半导体材料的特征也在于它们可呈现两个或更多个共振结构。重迭p轨道提供了可控制导电介质的可控制导电性质。电荷注入有机半导体层的量也影响有机半导体层的导电性程度。
碳纳米管通常为碳原子(通常从约6至约60个碳原子)的六角形网状物卷成的无缝圆筒。每一端可以被半个富勒烯(fullerence)分子覆盖。碳纳米管可由碳标靶的激光蒸发作用(碳-镍催化剂可加速成长)或碳-电弧方法制备，以成长为单壁纳米管的类似阵列。巴克球更特定为巴克敏斯特富勒烯(Buckminster Fullerene)，为足球形状60个原子的纯碳簇。
有机聚合物通常含有共轭有机聚合物。共轭有机聚合物的聚合物骨干在电极间沿长度方向延伸(通常实质垂直于电极的内部，面对表面)。共轭有机聚合物可为线性或支链状，只要该聚合物保留其共轭性质。共轭聚合物的特征为它们具有重迭的p轨道。共轭聚合物的特征也在于它们呈现两个或更多个共振结构。共轭有机聚合物的共轭性质提供了可控制导电介质的可控制导电性质。
在此关系中，低导电层或有机半导体层，如共轭有机聚合物，具有给予或接受电荷的能力。通常，有机半导体或聚合物中的原子/部分具有至少两个相对稳定的氧化态。两个相对稳定的氧化态使得有机半导体能够给予及接受电荷以及与导电性促进化合物电性地互相作用。有机半导体层给予及接受电荷以及与无源层电性地互相作用的能力也根据导电性促进化合物的特性而定。来自无源层的注入电荷可被局限(trap)在有机半导体层以及邻接于无源层的界面。此会改变低导电层的导电性而造成存储效果。
有机聚合物(或构成有机聚合物的有机单体)可为环状或非环状。在形成或沉积期间，有机聚合物在电极间自组装。共轭有机聚合物的例子包括一种或多种的聚乙炔；聚苯乙炔；聚二苯乙炔；聚苯胺；聚(对-苯基-乙烯基)；聚噻吩；聚卟啉；卟啉大环；硫醇衍生的聚卟啉；聚金属茂类如聚二茂铁、聚酞菁；聚乙烯基系；聚苯乙烯(polystiroles)；聚(叔丁基)二苯乙炔；聚(三氟甲基)二苯乙炔；聚双(三氟甲基)乙炔；聚双(叔丁基二苯基)乙炔；聚(三甲基甲硅烷基)二苯乙炔；聚(咔唑)二苯乙炔；聚二乙炔；聚吡啶乙炔；聚甲氧基苯乙炔；聚甲基苯乙炔；聚(叔丁基)苯乙炔；聚硝基-苯乙炔；聚(三氟甲基)苯乙炔；聚(三甲基甲硅烷基)苯乙炔；聚二吡咯基甲烷；聚吲哚醌(polyindoqiunone)；聚二羟基吲哚；聚三羟基吲哚；呋喃-聚二羟基吲哚；聚吲哚醌-2-羧基；聚吲哚醌；聚苯并二噻唑；聚(对-苯基硫化物)；聚吡咯；聚苯乙烯；聚呋喃；聚吲哚；聚甘菊环；聚苯基；聚吡啶；聚二吡啶；聚六噻吩；聚(硅酮基半紫菜嗪)[poly(siliconoxoporphyrazine)]；聚(锗酮基半紫菜嗪)；聚(乙烯基二氧基噻吩)；聚吡啶金属络合物等。
制造共轭有机聚合物和共轭有机金属聚合物的重复单元/部分的化学结构例子包括式(I)至(XIII)中的一种或多种
其中每一个R独立地为氢或烃基；每一个M独立地为金属；每一个E独立地为O、N、S、Se、Te或CH；每一个L独立地为含有或连续共轭(未饱和)的基团；以及每一个n独立地为约1或更大以及约25,000或更小。在另一具体实施例中，每一个n独立地为约2或更大以及约10,000或更小。在又一具体实施例中，每一个n独立地为约20或更大以及约5,000或更小。金属的例子包括Ag、Al、Au、B、Cd、Co、Cu、Fe、Ga、Hg、Ir、Mg、Mn、Ni、Pb、Pd、Pt、Rh、Sn及Zn。L基团的例子包括具有共轭性或具有形成共振结构的能力的烃基，例如苯基、经取代的苯基、乙炔基等。
任何所述的化学式可具有一个或多个侧链取代基，其并没有显示在化学式中。例如，苯基可出现在聚噻吩结构上，如在各个噻吩部分的3位上。另一个例子中，烷基、烷氧基、氰基、胺基、和/或羟基取代基可出现在任何聚苯乙炔、聚二苯乙炔、和聚(对-苯基乙烯基)共轭聚合物的苯环上。
名词“烃基”包括碳氢化合物及经取代(substantially)的碳氢基团。烃基含有1个或更多碳原子且通常约60个或更少的碳原子。在另一具体实施例中，烃基含有2个或更多碳原子且约30个或更少的碳原子。经取代的碳氢是指基团含有杂原子取代基或杂原子且不会影响聚合物的主要有机性质，以及不妨碍有机聚合物形成共轭结构的能力。烃基的例子包括下述(1)碳氢取代基，即脂肪族基(如烷基或烯基)、脂环基(如环烷基、环烯基)取代基、酰基、苯基、经芳香基-、脂肪族基-及脂环基-取代的芳香族取代基等，以及环状取代基，其中所述环为完全通过分子的另一个部分(亦即，例如，任两个指定的取代基可一起形成一个脂环基)；(2)经取代的碳氢取代基，即那些含有非碳氢基团的取代基，在本发明全文中，其并不会改变取代基的主要有机性质；本领域技术人员会知道这些基团(如卤素(特别是氯及氟，例如全氟烷基、全氟芳基)、氰基、氰硫基、胺基、烷胺基、磺酰基、羟基、氢硫基、硝基、亚硝基、硫氧基(sulfoxy)等)；
(3)杂原子取代基，即在本发明全文中具有主要有机性质，含有除了碳以外的原子、出现在环中或链中而其它部分为碳原子所组成的取代基(如烷氧基、烷硫基)。适当杂原子对本领域技术人员为显而易知的，包括，例如，硫、氧、氮、氟、氯及该些取代基如吡啶基、呋喃基、噻吩基、咪唑基、亚胺基、酰胺基、胺基甲酰基等。
除了有机材料以外或作为有机材料的替代物，有源低导电层可含有无机材料。无机材料包括，低导电性硫属化合物(chalcogenide)或过渡金属氧化物。过渡金属氧化物通常具有低导电性，以通式MxOy表示，其中M为过渡金属，以及x和y独立地为从约0.25至约5。类似过渡金属硫化物也可以使用。处于氧化物中的过渡金属允许多个氧化态，导致在外部场下改变导电性。例子包括铜氧化物(CuO、Cu2O)、铁氧化物(FeO、Fe3O4)、锰氧化物(MnO2、Mn2O3等)、氧化钛(TiO2)。此材料可以热蒸镀、CVD或等离子体形成。使用无机材料的一个优点为具有使用高温制作的更大弹性，使得可将其用途与常规技术结合以沉积顶层如电极。另一个优点为无机材料具有高热扩散能力。这使所得器件的高电流操作具有高可靠性。
有源低导电层可为有机和无机材料的混合物。无机材料(过渡金属氧化物/硫化物)通常嵌入有机半导体材料中。例子包括聚苯乙炔和Cu2S混合、聚苯乙炔和Cu2O混合等。此层可以经济的方式形成。例如，可以旋转涂布溶解有如苯乙烯4-磺酸铜的Cu+盐的聚苯乙炔。衬底可为无源层或促进层。接着使用CVD方法导入如H2S的反应性气体，以和Cu+反应而产生均匀嵌入的Cu2S。此种有机-无机混合材料可通过调整铜离子浓度而具有可控制的起始导电性。相比于纯有机材料的另一个优点为有机无机混合材料可以在一些例子中因为无机材料的存在而有良好热扩散能力。因此，其可允许所得器件的高电流操作具有良好可靠性。
在一个具体实施例中，新存储单元含有无机Cu2O及有机半导体材料两者作为有源低导电层。在此具体实施例中，Cu2O就在无源层上且具有约1纳米至约3纳米的厚度。有机半导体材料在Cu2O上且具有约0.001微米或更多至约1微米或更少的厚度。
在一具体实施例中，低导电层含有设计为增进或延长电荷保持时间的薄层。该薄层可设置于低导电层的任何地方，但通常接近层的中间。薄层含有任何电极材料或下述杂环/芳香族化合物层的化合物。在一具体实施例中，薄层具有约50埃()或更多至约0.1微米或更少的厚度。在另一具体实施例中，薄层具有约100埃或更多至约0.05微米或更少的厚度。例如，存储单元可含有铜的第一电极、硫化铜的无源层、聚(苯基乙烯基)的低导电层、以及铝的第二电极，其中聚(苯基乙烯基)低导电层在其中含有250埃厚的铜层。
在一具体实施例中，有机半导体材料不含有机金属化合物。在另一具体实施例中，有机半导体材料含有以有机金属化合物掺杂的有机聚合物。在又一具体实施例中，存储单元任选地含有有机金属化合物层。在再一具体实施例中，低导电层含有有机金属化合物。多种有机金属化合物的化学结构例子包括式(XIV)至(XVII)
式中M和E为如前所定义。
在一具体实施例中，低导电层不以盐掺杂。在另一具体实施例中，低导电层以盐掺杂。所述盐为具有阴离子与阳离子的离子化合物。可用于掺杂低导电层的盐的一般例子包括碱土族金属卤素、硫酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等；碱金属卤素、硫酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等；过渡金属卤素、硫酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等；铵卤素、硫酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等；四级烷基铵卤素、硫酸盐、过硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐等。
在一具体实施例中，低导电层具有约0.001微米或更多至约5微米或更少的厚度。在另一具体实施例中，低导电层具有约0.01微米或更多至2.5微米或更少的厚度。在又一具体实施例中，低导电层具有约0.05微米或更多至约1微米或更少的厚度。
低导电层可使用旋转涂布技术形成(沉积聚合物/聚合物前体及溶剂的混合物，接着从衬底/电极移除溶剂)，使用任选的包括气体反应、气相沉积的化学气相沉积(CVD)形成等。CVD包括低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增益化学气相沉积(PECVD)及高密度化学气相沉积(HDCVD)。在形成或沉积期间，低导电材料可在电极间自组装。通常不需要将有机聚合物的一个或多个末端官能基化以将其附加到电极/无源层。
在低导电材料和无源层间可行成共价键。或者，需要紧密接触以提供在低导电层和无源层间的良好电荷载流子/电子交换。低导电层及无源层为电性耦合使得在两层间有电荷载流子/电子交换。
无源层含有至少一种导电促进化合物，其提供可控制导电介质的可控制导电性质。导电促进化合物具有给予或接受电荷(电洞和/或电子)的能力。无源层因此可在电极及低导电层/无源层界面间运送、促进电荷/载流子注入至低导电层、和/或增加在低导电层的电荷载流子浓度。在一些例子中，无源层可储存相反电荷由此提供整体存储器件的电荷平衡。储存电荷/电荷载流子是通过导电促进化合物的两个相对稳定氧化态的存在而促进。
在其它例子中，无源层具有铁电行为(ferroelectric behavior)，如在外加场下的离子置换。这通常发生在有源层的接面。“铁电”性质造成受外加场影响的极性，其显著地修改界面状态，接着改变存储单元的导电性。由此类无源层材料制作的存储单元具有离子-电子导电机构，且因为在界面的金属离子的置换，故存储单元的数据保留时间通常相对较长。然而，在一些例子中则具有缺点，因为有时需要较长时间将存储单元由一个状态切换到另一个状态。
通常，导电促进化合物或在导电促进化合物中的原子具有至少两个相对稳定的氧化态。两个相对稳定氧化态让导电促进化合物可以给予或接受电荷且与低导电层电性地互相作用。在给定的存储单元中所使用的特定导电促进化合物经过一定选择，以使得其两个相对稳定氧化态与低导电材料的两个相对稳定氧化态匹配。使导电促进化合物和低导电材料的两个相对稳定氧化态的能带相匹配，促进电荷载流子在低导电层的保留。
匹配能带是指无源层的费米能级接近于有源低导电层的价带。结果，当充电的低导电层的能带实质上不改变时，注入的电荷载流子(至有源层)可重新与处于无源层的电荷结合。匹配能带包括折衷电荷注入的抹除和电荷(数据)保留时间的长度。
在一具体实施例中，当匹配能带时，无源层的费米能级为在低导电层的价带的约0.7电子伏特(eV)内。在另一具体实施例中，无源层的费米能级为在低导电层的价带的约0.5电子伏特内。在又一具体实施例中，无源层的费米能级为在低导电层的价带的约0.3电子伏特内。在再一具体实施例中，无源层的费米能级为在低导电层的价带的约0.15电子伏特内。在一些例子中，价带为材料的最高被占用分子轨道(HOMO)。
根据场方向施以外加场可降低无源层和低导电层间的能障(energybarrier)。因此，可获得在编程操作中在正向场强化电荷注入，且在抹除操作中在逆向场也强化电荷结合。
在一些例子中，当形成低导电材料时，特别是当低导电层含有共轭有机聚合物时，无源层可作为催化剂。在此关系中，共轭有机聚合物的聚合物骨干一开始可邻接无源层而形成，并远离及实质上垂直于无源层表面而生长或组合。结果，共轭有机聚合物的聚合物骨干是自我对准于两电极间的横越方向。
可组成无源层的导电促进化合物的例子包括一种或多种酮硫化物(CuxS，其中x为约0.5至约3)、银硫化物(Ag2S、AgS)、金硫化物(Au2S、AuS)等。在这些材料中，Cu2S和Ag2S可具有铁电性质，指金属离子在外部操作场下有置换。无源层可含有两层或更多层子无源层(sub-passive layers)，每一子层含有相同、不同或多种导电促进化合物。
无源层的成长使用氧化技术，在电极间经由气相反应或沉积形成。在一些例子中，为了促进长的电荷保留时间(在低导电层中)，无源层形成后可以等离子体处理。等离子体处理修饰了无源层的能障。
在一具体实施例中，含有导电促进化合物的无源层的厚度为约2埃或更多至约0.1微米或更少。在另一具体实施例中，无源层具有厚度为约10埃或更多至约0.01微米或更少。在又一具体实施例中，无源层具有厚度为约50埃或更多至约0.005微米或更少。
为了促进新存储单元的制造和操作，有源低导电层比无源层厚。在一具体实施例中，低导电层的厚度比无源层的厚度厚约10至约500倍。在又一具体实施例中，低导电层的厚度比无源层的厚度厚约25至约250倍。
在一具体实施例中，新存储单元任选地含有杂环/芳香族化合物层。在另一具体实施例中，低导电层掺杂有杂环/芳香族化合物。如果存在，该杂环/芳香族化合物层的厚度为约0.001微米或更多至约1微米或更少。多种杂环/芳香族化合物的化学结构的例子特定地包括含氮杂环，包括式(XVIII)至(XXIII)
单个存储单元的面积大小(测量互相直接重迭的两个电极的表面积)相比于常规以硅为主的存储单元如MOSFET较小。在一具体实施例中，本发明的存储单元的面积大小为约0.0001平方微米或更多至约4平方微米或更小。在另一具体实施例中，本发明的存储单元的面积大小为约0.001平方微米或更多至约1平方微米或更小。
使用外部刺激促进新存储器件/单元的操作以达到切换效果。外部刺激包括外部电场和/或光辐射。在多种状况下，存储单元为导电(低阻抗或“开”状态)或非导电(高阻抗或“关”状态)。
存储单元可再具有多于一个的导电或低阻抗状态，例如非常高导电状态(非常低阻抗状态)、高导电状态(低阻抗状态)、导电状态(中等程度阻抗状态)及非导电状态(高阻抗状态)，由此使得可将多位的信息储存在单一存储单元中，例如2或更多位的数据或者4或更多位的资料。
当外部刺激如施加的电场超过阀值时，则发生存储单元从“关”切换到“开”状态。当外部刺激未超过阀值或不存在时，则发生存储单元从“开”切换到“关”状态。阀值根据多种因素改变，包括构成存储单元、低导电层及无源层的材料性质、多种层的厚度等。
一般而言，当存在超过阀值的外部刺激如施加的电场时(“开”状态)，则使得施加的电压将信息写入存储单元或从存储单元抹除信息，且存在低于阀值的外部刺激如施加的电场时，则使得施加的电压从存储单元读取信息；反之，不存在超过阀值的外界刺激时(“关”状态)，则避免施加的电压将信息写入存储单元或从存储单元抹除信息。
为将信息写入到存储单元，则施加超过阀的电压或脉冲讯号。为读取已写入存储单元的信息，则施加任何极性的电压或电场。测量阻抗以决定存储单元是处于低阻抗状态或高阻抗状态(因此为“开”或“关”)。为了从存储单元抹除写入的信息，则施以超过阀值的负电压或极性相反于写入讯号的极性。
在此描述的存储器件可用于形成逻辑器件，如中央处理器(CPU)；易失性存储器件如DRAM器件、SRAM器件等；输入/输出器件(I/O芯片)；以及非易失性存储器件如EEPROM、EPROM、PROM等。存储器件可以平面方向(二维)制造，或以含有至少两个存储单元的平面阵列的三维方向制造。
参考图2，根据本发明的一方面，显示含有多个存储单元的三维微电子存储器件200。三维微电子存储器件200含有多个第一电极202、多个第二电极204、以及多个存储单元层206。在各个第一和第二电极之间为可控制导电介质(未显示)。多个第一电极202和多个第二电极204以基本上垂直的方向显示，但其它方向也有可能。三维微电子存储器件可以含有极高数目的存储单元，因此增进器件密度。为了简洁而没有显示周边电路和器件。
所述存储单元/器件可用于任何需要存储的器件。例如，存储器件用于计算机、装备、工业设备、手持器件、通信设备、媒体设备、研究和研发设备、运输车辆、雷达/卫星器件等。手持器件，且特别是手持电子器件，因为新存储器件的体积小和重量轻，故可达到携带性的增进。手持器件的例子包括手机及其它两地沟通器件、个人数据助理、掌上型导航器、呼叫器、笔记本电脑、远程控制器、纪录器(影片和声音)、收音机、小型电视和网页浏览器、摄相机等。
下述实施例描述本发明。除非另有注明，否则下述实施例及说明书和权利要求书的其它部分，所有份和百分比为以重量计算，所有温度为摄氏温度，以及压力为大气压或接近大气压。
实施例1使用具有2,000埃厚度ITO的上电极和具有1,000埃厚度银的下电极形成存储单元。在下电极上提供具有50埃厚度的硫化银无源层。将含有聚苯乙炔且具有800埃厚度的有机半导体层以CVD技术形成在无源层上。接着再将上电极固定于聚合物层上。
实施例2使用具有1,000埃厚度铜的上电极和具有1,000埃厚度铜的下电极形成存储单元。在下电极上提供具有70埃厚度的硫化铜无源层。使用热加热技术在硫化铜上形成具有2纳米厚度作为第一有源层的Cu2O。将含有聚苯乙炔且具有900埃厚度的作为第二有源层的有机聚合物层以CVD技术形成在第一有源层的Cu2O上。接着再将上电极固定于聚合物层上。
实施例3使用具有1,500埃厚度铝的上电极和具有1,000埃厚度铜的下电极形成存储单元。在下电极上提供具有65埃厚度的硫化铜无源层。将含有聚苯乙炔且具有700埃厚度的有机半导体层以CVD技术形成在无源层上。接着再将上电极固定于聚合物层上。
实施例4使用具有1,500埃厚度铜的上电极和具有1,000埃厚度铜的下电极形成存储单元。在下电极上提供具有25埃厚度的硫化铜无源层。将其中嵌入有聚噻吩及Cu2S纳米微粒、且具有700埃厚度的有机半导体层以旋转涂布和CVD技术形成在无源层上。接着再将上电极固定于聚合物层上。
虽然本发明以特定优选具体实施例或具体实施例显示和描述，但本领域普通技术人员会了解在阅读和了解此说明书和附图时，可发生等效的替换和修饰。特别是对于上述组件(组件、器件、电路等)所拥有的多种功能，除非另有指明，否则名词(包括任何指称为“意指”)是用于描述与这些组件相关的任何组件施行所述组件的特定功能(亦即功能等效)，甚至和所揭示的结构不为结构上相等但拥有本发明例示实施例所述的功能。此外，虽然本发明特定特征可能仅使用数个实施例中的一种公开，但此等特征可结合其它实施例的一个或多个其它特征，以有利于任何给定或特定的应用。
权利要求
1.一种存储单元(104)，包括第一电极(106、202)；第二电极(108、204)；以及位于第一电极和第二电极之间的可控制导电介质(110)，该可控制导电介质包括低导电层(112)，其包括至少一种共轭有机聚合物、共轭有机金属化合物、共轭有机金属聚合物、巴克球、碳纳米管、低导电性硫属化合物、及过渡金属氧化物，以及无源层(114)，其包括导电促进层。
2.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的低导电层(112)包括至少一种共轭有机聚合物，所述共轭有机聚合物选自聚乙炔；聚苯乙炔；聚二苯乙炔；聚苯胺；聚(对-苯基-乙烯基)；聚噻吩；聚卟啉；卟啉大环；硫醇衍生聚卟啉；聚金属茂类、聚酞菁；聚乙烯基系或聚苯乙烯。
3.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的导电促进化合物(110)包括选自铜硫化物、银硫化物和/或金硫化物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的存储单元，其中所述低导电层(112)的厚度为约0.001微米或更多及约5微米或更少，且所述无源层(114)的厚度为约2埃或更多及0.1微米或更少。
5.如权利要求1所述的存储单元，其中所述低导电层(112)的厚度为约0.01微米或更多及1微米或更少，且所述无源层(114)的厚度为约10埃或更多及0.01微米或更少。
6.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的低导电层(112)包括至少一种选自由下式所组成的组群的共轭有机金属化合物或共轭有机金属聚合物
7.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的第一电极(106、202)和第二电极(108、204)独立地包括选自铝、铬、铜、锗、金、镁、锰、铟、铁、镍、钯、铂、银、钛、锌或其合金；氧化铟锡；多晶硅；掺杂的非晶硅；或金属硅化物中的至少一种。
8.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的导电促进化合物(110)包括选自铜硫化物或银硫化物中的至少一种，且所述低导电层包括共轭聚合物，该共轭聚合物包括如下的重复单元 。
9.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的导电促进化合物(110)包括选自铜硫化物或银硫化物中的至少一种，且所述低导电层(112)包括共轭聚合物，该共轭聚合物包括如下的重复单元 。
10.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的导电促进化合物(110)包括选自铜硫化物或银硫化物中的至少一种，且所述低导电层(112)包括共轭聚合物，该公轭聚合物包括如下的重复单元 。
11.如权利要求1所述的存储单元，其中所述的导电促进化合物(110)包括选自铜硫化物或银硫化物中的至少一种，且所述低导电层(112)包括具有下列重复单元的共轭有机聚合物 。
12.一种将信息储存在存储单元(104)中的方法，该存储单元(104)包括第一电极(106、202)、第二电极(108、204)、位于所述第一电极和第二电极之间可控制导电介质(110)，该可控制导电介质包括低导电层(112)以及无源层(114)，该低导电层包括共轭有机聚合物、共轭有机金属化合物、共轭有机金属聚合物、巴克球、碳纳米管、低导电性硫属化合物、及过渡金属氧化物中的至少一种，以及所述无源层包括导电促进层，该方法包括提供超过阀值的外部刺激以使可控制导电介质(110)表现为导电的；以及输入写入讯号。
13.如权利要求12的方法，其中所述的外部刺激包括外部电场和光辐射中的至少一个。
14.如权利要求12的方法，其中在写入之后，所述的存储单元包括2个或更多位的信息。
15.如权利要求12的方法，其中所述无源层(114)具有在所述低导电层(112)价带的约0.7电子伏特内的费米能级。
16.一种制造存储单元(104)的法，包括提供第一电极(106)；在所述第一电极上形成包括导电促进化合物的无源层(114)；在所述无源层(114)上形成包括共轭有机聚合物、共轭有机金属化合物、共轭有机金属聚合物、巴克球、碳纳米管、低导电性硫属化合物、及过渡金属氧化物中的至少一种的低导电层(112)，其中所述无源层的导电促进化合物是经选择的；以及在所述低导电层(112)上提供第二电极(108)。
17.如权利要求16的方法，其中所述的低导电层(112)是以化学气相沉积或旋转涂布技术形成的。
全文摘要
本发明公开由两个电极(106，202，108，204)所构成的存储单元(104)，该两个电极之间具有可控制导电介质。可控制导电介质(110)含有有源低导电层(112)和无源层(114)。若于可控制导电介质(110)上施加外界刺激如施加电场时时，该可控制导电介质会改变其阻抗。本发明也公开制造存储器件/单元的方法、使用该存储器件/单元的方法，以及例如含有该存储器件/单元的计算机的器件。
文档编号H01L27/28GK1849718SQ200480025672
公开日2006年10月18日 申请日期2004年5月21日 优先权日2003年7月9日
发明者Z·蓝, M·A·范巴斯柯克, C·S·比尔 申请人:先进微装置公司