本文中揭示的實施例涉及電子裝置、存儲器單元及使電流流動的方法。

背景技術：

電子裝置是集成電路的組件。一個此種裝置包含兩個導電電極，所述兩個導電電極在其間具有較低電導的材料。兩個電極之間足夠的電壓差可致使電流從電極中的一者通過較低電導材料流動到另一者。

存儲器是一種類型的集成電路，且被用在計算機系統(tǒng)中以存儲數(shù)據(jù)?？梢砸换蚨鄠€個別存儲器單元陣列制造存儲器?？墒褂脭?shù)字線(其還可稱為位線、數(shù)據(jù)線、感測線或數(shù)據(jù)/感測線)及存取線(其還可稱為字線)對存儲器單元進行寫入或從存儲器單元讀取。數(shù)字線可沿著陣列的各列與存儲器單元導電互連，且存取線可沿著陣列的各行與存儲器單元導電互連。每一存儲器單元可通過數(shù)字線及存取線的組合而進行唯一尋址。

存儲器單元可為易失性或非易失性。非易失性存儲器單元可長時間存儲數(shù)據(jù)(包含當關閉計算機時)。易失性存儲器發(fā)生耗散且因此需要刷新/重寫，在許多情況下是每秒進行多次。不管如何，存儲器單元經(jīng)配置用于以至少兩個不同可選擇狀態(tài)保留或存儲存儲器。在二進制系統(tǒng)中，狀態(tài)被認為是“0”或“1”。在其它系統(tǒng)中，至少某些個別存儲器單元可經(jīng)配置以存儲超過兩個級別或狀態(tài)的信息。一種類型的存儲器單元包含與存儲數(shù)據(jù)的存儲器裝置串聯(lián)電耦合的選擇裝置。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖2是示意性地描繪圖1電子裝置的操作狀態(tài)的圖1電子裝置的視圖。

圖3是示意性地描繪圖1電子裝置的操作狀態(tài)的圖1電子裝置的視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖7是圖6構造的電子裝置的俯視圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖9是圖8構造的電子裝置的俯視圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置的一部分的示意截面圖。

圖11是圖8構造的電子裝置的俯視圖。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器單元的一部分的示意截面圖。

具體實施方式

參考圖1展示且首先描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子裝置10。電子裝置10包括兩個導電(即，電)電極12及14，所述兩個導電電極12及14在其間具有第一材料16及第二材料18。電子裝置10包括從電極12或14中的一個電極通到另一電極的第一電流(即，電)路徑20，所述第一電流路徑20具有0.5ev到3.0ev的主導熱活化傳導活化能。電子裝置10包括從所述一個電極12或14通到另一電極的第二電流路徑22，第二電流路徑22與第一電流路徑20呈電路并聯(lián)式。第二電流路徑22對于在300℃與800℃之間、在不超過50℃的溫度范圍內(nèi)升溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的增加(即，導電率超出至少100倍)。此外，第二電流路徑22對于在50℃的溫度范圍內(nèi)降溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的減少。在一個實施例中，在50℃溫度范圍內(nèi)的導電率的此相應增加及減少是最小值1,000倍，且在一個實施例中是最小值10,000倍。在一個實施例中，50℃的溫度范圍完全在400℃到500℃的范圍內(nèi)，且在一個實施例中完全在500℃到600℃的范圍內(nèi)。在一個實施例中，第二電流路徑中的導電率的最小值100倍的增加及減少與50℃的溫度范圍內(nèi)的溫度改變速率無關。在一個實施例中，在最小值100倍的已增加狀態(tài)中的第二電流路徑22具有至少10西門子/厘米的導電率。在一個實施例中，第二電流路徑在低于300℃的情況下具有不超過0.1西門子/厘米的導電率。在一個實施例中，在第二電流路徑中發(fā)生導電率最小值100倍的增加及導電率最小值100倍的減少的溫度范圍是300℃與800℃之間不超過35℃，且在一個實施例中是300℃與800℃之間不超過25℃。

將第一電流路徑20展示為由第一材料16包圍或在第一材料16內(nèi)通到電極12及14且在電極12與14之間。將第二電流路徑22展示為由第二材料18包圍或在第二材料18內(nèi)通到電極12及14且在電極12與14之間。實例第一材料16包含非晶硅、多晶硅、鍺及硫?qū)倩锊Ａе械囊换蚨嗾摺５谝徊牧?6且由此第一電流路徑20可主要(即，超過50原子％)包括此材料。這些材料中的任何者可經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜以提供第一電流路徑20的所要整體電阻/電導。此外，除非另外指示，否則本文中描述的任何材料及/或結構可為均質(zhì)或非均質(zhì)，且不管如何這些材料及/或結構可為連續(xù)或不連續(xù)地上覆在任何材料上方。此外，除非另外指示，否則每一材料可使用任何適合現(xiàn)有或待開發(fā)技術形成，其中原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、外延生長、擴散摻雜及離子植入是實例。在一個實施例中，電極12與14之間的第二電流路徑是均質(zhì)的且在一個實施例中是非均質(zhì)的。在一個實施例中，電極12與14之間的第一電流路徑是均質(zhì)的且在一個實施例中是非均質(zhì)的。在其中第一材料16且由此第一電流路徑20是非均質(zhì)的實施例中，第一電流路徑20可具有多個熱活化傳導活化能，這是歸因于其中不同組合物材料具有不同此類活化能。然而，第一電流路徑20可能取決于第一電流路徑20內(nèi)個別不同材料的相應體積而將仍具有0.4ev到3.0ev的主導(意味著控制)此類活化能。因此且不管如何，不管特定路徑/材料的均質(zhì)性為何，在本文中使用且應用“主導”。

實例第二材料18包括莫特(mott)絕緣體(例如，特定氧化釩、氧化鈦、釔-鈦氧化物、釔-釩氧化物及鑭-鈦氧化物)及一或多個過渡金屬氧化物(即，不管是否為莫特絕緣體)。第二材料18且由此并聯(lián)的第二電流路徑22可主要包括此類材料。此外，此類材料中的任何材料可經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜以提供所要整體電阻/電導且使材料在其中發(fā)生導電率最小值100倍改變的50℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生相關改變。僅作為一個特定實例，v2o5(莫特絕緣體)對于在410℃到435℃的范圍內(nèi)升溫及降溫的情況下在導電率方面將呈現(xiàn)可逆的約10,000+倍的改變。當然可使用其它材料及/或與v2o5組合(例如)以實現(xiàn)在300℃與800℃之間、在其它50℃的最大值溫度范圍內(nèi)的導電率最小值100倍的改變?？蛇x擇第一材料16的組合物及結構以對于電極12及14處的選定操作電壓及其間的電壓差在足夠短時間內(nèi)(例如，以納秒測量)完成加熱到50℃的溫度范圍內(nèi)。

用于電極12及14的實例導電材料包含以下中的一或多者：元素金屬、兩個或更多個元素金屬的合金、導電金屬化合物及導電摻雜半導體材料。關于電極12、電極14及第一材料16中的每一者的實例厚度是25到300埃。在此文獻中，“厚度”自身(無前置方向形容詞)定義為從不同組合物的緊鄰材料或緊鄰區(qū)域的最接近表面垂直通過給定材料或區(qū)域的平均直線距離。另外，本文中描述的各種材料可具有大體上恒定厚度或具有可變厚度。如果具有可變厚度，那么除非另外指示，否則厚度指平均厚度。

接著參考圖2及3描述電子裝置10的實例操作特性。參考圖2，已相對于電極12及14施加適合電壓差以引起從電極12到電極14的電流流動(作為一個實例)，由此使電流流動通過第一電流路徑20，第一電流路徑20現(xiàn)由以數(shù)字20標記的多個實線箭頭說明。電極12與14之間的電壓差且由此流動通過第一電流路徑20的電流經(jīng)配置以足以將第二電流路徑22加熱到其中發(fā)生導電率最小值100倍的增加的50℃的溫度范圍內(nèi)。圖2展示初始或先前狀態(tài)，其中電流正在流動通過第一電流路徑20但在量值及/或時間方面不足以引起第二材料18內(nèi)導電率的此最小值100倍的增加。由此，將第二電流路徑22展示為單條虛線，其中歸因于第一電流路徑20內(nèi)相較于第二電流路徑22顯著更低的電阻，可忽略的(如果存在)電流流動通過第二電流路徑22。

圖3希望示意性地說明一旦達到在50℃的溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍以實現(xiàn)升溫而因此發(fā)生導電率最小值100倍的增加時發(fā)生的情況。明確來說，在此實例中，已充分地加熱第一材料16以將第二材料18加熱到其中在50℃范圍內(nèi)、發(fā)生高導電率轉(zhuǎn)變的升高適合溫度，且所述高導電率則高于材料16的導電率。由此，通過第二材料18且由此通過第二電流路徑22的電流流動已變得超過流動通過第一電流路徑20的電流(如果存在)。這在圖3中由多個實線第二電流路徑箭頭22示意性地描繪且對于第一電流路徑20僅由單個虛線箭頭示意性地描繪?？蓪⑷康诙牧?8充分地加熱到轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍，借此第二電流路徑22涵蓋全部第二材料18。替代地作為實例，可僅充分地加熱第二材料18的較小部分，借此在其最高導電狀態(tài)中的第二電流路徑22僅構成第二材料18的最接近第一材料16且由此最接近第一電流路徑20的一部分。

不管如何，在那時，通過第一電流路徑20的此減少的(如果存在)電流流動導致第一材料16內(nèi)的溫度下降，借此第二材料18內(nèi)的溫度也將下降。第二電流路徑22內(nèi)的溫度將由此在50℃的溫度范圍內(nèi)減少直到達到轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍，借此第二電流路徑22內(nèi)的導電率減少最小值100倍。這本質(zhì)上將是圖2的第二電流路徑22中的低導電率狀態(tài)的反轉(zhuǎn)，因此電流開始再次流動通過第一電流路徑20、足以再次開始加熱第二電流路徑22。這持續(xù)進行到在50℃的溫度范圍內(nèi)、其中在第二電流路徑22中發(fā)生導電率最小值100倍的增加的轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍，因此返回到圖3的最高導電率狀態(tài)。只要在電極12與14之間維持足夠電壓差，那么這可重復且持續(xù)進行。因此，電子裝置10可充當溫度限制且充當電流密度限制裝置。取決于材料組合物、構造及/或施加的電壓，電子裝置10可基本上操作以在轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍下在電極12與14之間產(chǎn)生大的持續(xù)電流流動。替代地，電子裝置10可基本上操作以在轉(zhuǎn)變溫度或轉(zhuǎn)變溫度范圍下在電極12與14之間大量產(chǎn)生且發(fā)送離散電流脈沖。

圖1僅說明電子裝置10的一個實例構造?？墒褂锰娲F(xiàn)有或待開發(fā)構造，其中在隨后圖式中展示且在下文描述一些實例。舉例來說，圖4展示替代實施例電子裝置10a。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以后綴“a”指示一些構造差異。在圖4中，第一材料及第二材料的相對位置相較于圖1的相對位置已反轉(zhuǎn)。由此，第一電流路徑20a及第二電流路徑22a在相應描繪的材料16a及18a內(nèi)已反轉(zhuǎn)。相較于圖1構造中的全部18，圖4的構造可能更不易于充分地加熱全部第二材料18a。不管如何，可使用如上述的任何其它屬性或構造。

圖1及4的實施例展示第一材料16/16a及第二材料18/18a彼此直接抵靠，借此第一電流路徑20/20a及第二電流路徑22/22a彼此直接抵靠。在此文獻中，當材料、路徑或結構相對于彼此存在至少一些物理觸碰接觸時所述材料或結構彼此“直接抵靠”。相比之下，前面未加“直接”的“上方”、“上”及“抵靠”涵蓋“直接抵靠”以及其中介入材料或結構導致所述材料或結構相對于彼此不物理觸碰接觸的構造。如果兩個所述材料不彼此直接抵靠，那么在其間有不同組合物的材料。如本文中所使用，“不同組合物”僅需要兩個所述材料的可彼此直接抵靠的那些部分在化學上及/或物理上不同(例如如果此類材料不是均質(zhì)的)。如果兩個所述材料不彼此直接抵靠，那么“不同組合物”僅需要兩個所述材料的彼此最接近的那些部分在化學上及/或物理上不同(如果此類材料不是均質(zhì)的)。圖5展示其中第一電流路徑及第二電流路徑不彼此直接抵靠的替代實施例電子裝置10b。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以后綴“b”或以不同數(shù)字指示一些構造差異。電子裝置10b具有物理上在第一材料16b與第二材料18之間的任何處的阻隔材料40。實例阻隔材料40包含(例如)具有至少5.0ev的帶隙的電介質(zhì)(例如，二氧化硅及/或氮化硅)?？墒褂萌缟鲜龅娜魏纹渌鼘傩曰驑嬙?。

可認為電極12及14中的每一者具有面對另一電極的表面26。在一個實施例中，第一電流路徑直接抵靠這些表面中的每一者(例如，歸因于第一材料16直接抵靠表面26，因此圖1中的第一電流路徑20直接抵靠表面26中的每一者)。在一個實施例中，第一電流路徑不直接抵靠這些表面中的每一者(例如，由于第一材料16a不直接抵靠表面26，因此圖4中的第一電流路徑20a不直接抵靠表面26)。在一個實施例中，第二電流路徑直接抵靠這些表面中的每一者(例如，歸因于第二材料18a直接抵靠表面26，因此圖4中的第二電流路徑22a直接抵靠表面26中的每一者)。在一個實施例中，第二電流路徑不直接抵靠這些表面中的每一者(例如，由于第二材料18不直接抵靠表面26，因此圖1中的第二電流路徑22不直接抵靠表面26)。

在圖6及7中展示另一實例替代實施例電子裝置10c。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以后綴“c”或以不同數(shù)字指示一些構造差異。在電子裝置10c中，第一電流路徑20c包括歸因于第一材料16c呈環(huán)帶形狀而圓周地圍繞第二電流路徑22a的環(huán)帶42。在一個此類實施例中，環(huán)帶42還圓周地圍繞電極12及14中的每一者，例如如所展示?？墒褂萌缟鲜龅娜魏纹渌鼘傩曰驑嬙?。

可反轉(zhuǎn)圖6及7的構造的組件關系，例如如關于圖8及9中的替代實施例電子裝置10d所展示。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以后綴“d”指示一些構造差異。在電子裝置10d中，第二電流路徑22d包括歸因于材料16及18d的構造關系而圓周地圍繞第一電流路徑20的環(huán)帶42。在一個實施例中，環(huán)帶42圓周地圍繞兩個電極12及14中的每一者，例如如所展示?？墒褂萌缟鲜龅娜魏纹渌鼘傩曰驑嬙?。

在圖10及11中展示另一實例替代實施例電子裝置10e。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以后綴“e”或以不同數(shù)字指示一些構造差異。在電子裝置10e中，歸因于第一材料16e及第二材料18e直接抵靠表面26，因此第一電流路徑20e及第二電流路徑22e直接抵靠表面26中的每一者。此外，第一電流路徑20e包括圓周地圍繞第二電流路徑22e的環(huán)帶48。當然可反轉(zhuǎn)這些關系，借此將第二材料18e/第二電流路徑22e形成為環(huán)帶且在其中心形成第一材料16e/第一電流路徑20e(未展示)。不管如何，可使用如上述的任何其它屬性或構造。

上文實施例中的每一者將相應電子裝置展示為垂直裝置，且其中第一及第二導電路徑彼此橫向擱置(即，在至少一個直線橫截面中)。在此文獻的背景內(nèi)容中，垂直裝置的特征是通過其的主要電流流動正交于裝置位于其中或其上的襯底的主要/主水平最外表面且與此襯底在三維空間中的定向無關。當然可使用替代構造，例如水平裝置、對角裝置、其一或多個組合等，其中此類定向指電流流動相對于此表面的方向，與此襯底在三維空間中的定向無關。

本發(fā)明的實施例包含存儲器單元，所述存儲器單元并入上述電子裝置中的任何者作為此存儲器單元中的選擇裝置。參考圖12展示且描述一個此類實例存儲器單元50。已在適當處使用來自上述實施例的相同數(shù)字，其中以不同數(shù)字指示一些構造差異。實例存儲器單元50包括與選擇裝置(例如，選擇裝置10c)串聯(lián)電耦合的可編程存儲器裝置52。雖然關于圖6及7的電子裝置10c展示且描述實例存儲器單元50中的選擇裝置，但可使用圖1、4到5、8到11的任何其它選擇裝置或其它構造。此外，可使用任何現(xiàn)有或待開發(fā)可編程存儲器裝置。將可編程存儲器裝置52展示為包括在其間具有可編程材料56的兩個導電電極54及12，且在一個實施例中其中此類電極中的一者(例如，電極12)構成選擇裝置10c及可編程存儲器裝置52的相同且共享電極。適合可編程材料具有兩個或更多個可選擇存儲器狀態(tài)以實現(xiàn)通過個別存儲器單元存儲信息。讀取單元包括確定可編程材料處于哪個狀態(tài)，且將信息寫入到單元包括將可編程材料置于預定狀態(tài)中。一些可編程材料在缺乏刷新的情況下保留存儲器狀態(tài)，且因此可并入到非易失性存儲器單元中?？墒褂萌魏维F(xiàn)有或待開發(fā)的可編程材料56。在一個實施例中，可編程存儲器裝置52是非易失性的。

具有存儲器單元50的集成電路(未展示)將可能具有相對于存儲器陣列或子陣列制造的數(shù)千或數(shù)百萬個此類存儲器單元，且非特定于本文中的揭示內(nèi)容的材料。此類陣列或子陣列將可能具有多個存取線及選擇線，在所述多個存取線及選擇線交叉處其間具有個別存儲器單元50?？烧J為個別存儲器單元包括個別存取線及交叉的個別選擇線的若干部分。舉例來說，選擇裝置10c的電極14可作為或經(jīng)由導電路徑75與存取線或選擇線的部分連接或包括存取線或選擇線的部分，且存儲器裝置52的電極54可作為或經(jīng)由導電路徑85與存取線或選擇線的另一者的部分連接或包括存取線或選擇線的另一者的部分。

在一個實施例中，存儲器裝置52包括鐵電電容器，例如其中可編程材料56是鐵電材料。實例鐵電材料19包含鐵電體，鐵電體具有過渡金屬氧化物、鋯、氧化鋯、鉿、氧化鉿、鋯鈦酸鉛及鈦酸鋇鍶中的一或多者且可在其中具有包括硅、鋁、鑭、釔、鉺、鈣、鎂、鍶及稀土元素中的一或多者的摻雜劑。兩個特定實例是hfxsiyoz及hfxzryoz?？墒褂萌缟鲜龅娜魏纹渌鼘傩曰驑嬙?。

本發(fā)明的實施例包含使電流流動的方法。此方法包括操作存在于兩個電極之間的兩個電路并聯(lián)式電流路徑。電流路徑中的一個電流路徑對于在300℃與800℃之間、在不超過50℃的溫度范圍內(nèi)升溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的增加。此電流路徑還對于在50℃的溫度范圍內(nèi)降溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的減少。所述操作包括按順序反復進行以下各項：

a)使電流流動通過兩個電極之間的另一電流路徑以足以在50℃的溫度范圍內(nèi)加熱一個電流路徑以使所述一個路徑中的導電率增加最小值100倍，且所述一個路徑中的電流則超過流動通過所述另一電流路徑的任何電流；及

b)通過所述另一電流路徑的減少的(如果存在)電流流動降低所述另一電流路徑內(nèi)的溫度直到所述一個電流路徑內(nèi)的溫度在50℃的溫度范圍內(nèi)減少以使所述一個路徑中的導電率減少最小值100倍。

在實施根據(jù)本發(fā)明的方法時可使用如上述的任何其它屬性或構造。

總結

在一些實施例中，一種電子裝置包括兩個導電電極。第一電流路徑從所述電極中的一個電極延伸到另一電極且具有0.5ev到3.0ev的主導熱活化傳導活化能。第二電流路徑從所述一個電極延伸到所述另一電極且與所述第一電流路徑呈電路并聯(lián)式。所述第二電流路徑對于在300℃與800℃之間、在不超過50℃的溫度范圍內(nèi)升溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的增加，且對于在所述50℃的溫度范圍內(nèi)降溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的減少。

在一些實施例中，一種存儲器單元包括與選擇裝置串聯(lián)電耦合的可編程存儲器裝置。所述選擇裝置包括兩個導電電極。第一電流路徑從所述電極中的一個電極延伸到另一電極且具有0.5ev到3.0ev的主導熱活化傳導活化能。第二電流路徑從所述一個電極延伸到所述另一電極且與所述第一電流路徑呈電路并聯(lián)式。所述第二電流路徑對于在300℃與800℃之間、在不超過50℃的溫度范圍內(nèi)升溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的增加，且對于在25℃的溫度范圍內(nèi)降溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的減少。

在一些實施例中，一種使電流流動的方法包括操作存在于兩個電極之間的兩個電路并聯(lián)式電流路徑。所述電流路徑中的一個電流路徑對于在300℃與800℃之間、在不超過50℃的溫度范圍內(nèi)升溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的增加，且對于在所述50℃的溫度范圍內(nèi)降溫的情況下在導電率方面呈現(xiàn)最小值100倍的減少。所述操作包括按順序反復進行以下(a)及(b)：(a)使電流流動通過所述兩個電極之間的另一電流路徑以足以在所述50℃的溫度范圍內(nèi)加熱所述一個電流路徑以使所述一個路徑中的導電率增加所述最小值100倍，且所述一個路徑中的電流則超過流動通過所述另一電流路徑的任何電流；及(b)通過所述另一電流路徑的減少的(如果存在)電流流動降低所述另一電流路徑內(nèi)的溫度直到所述一個電流路徑內(nèi)的溫度在所述50℃的溫度范圍內(nèi)減少以使所述一個路徑中的導電率減少所述最小值100倍。

遵照法規(guī)，本文中所揭示的主題已用文字對結構及方法特征或多或少進行特定描述。然而，應理解，權利要求書不限于所展示及描述的特定特征，這是因為本文中揭示的手段包括實例實施例。因此權利要求書將被賦予如字面表達的全面范圍且應根據(jù)等同原則進行適當解釋。