電動開關的制作方法

專利名稱：電動開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子開關，并且尤其涉及電動開關。
背景技術：
在過去十年中，制造基于分子或分子級(scale)部件的電子電路 的前景引起了許多研究者的興趣。通過制作能夠使其本身至少部分地組 裝到有用電路中的特制器件，分子電子學的潛能已給電子工業帶來了合 成化學的能力。這一預期引起了對分子的電子特性的大量研究以及對存 儲器與邏輯電路的某些原理循證的論證。
先前已經報導了對納米級交叉線器件中的開關的研究，其可以被可 逆地開關并且具有104的通-斷電導比。這些器件已被用來構造交叉 (crossbar)電路并且為超高密度非易失性存儲器的制作提供了 一條有 希望的途徑。能夠用于制作鎖存器的串聯連接的交叉線開關已經得到了 論證；這樣的鎖存器是一種用于邏輯電路以及用于邏輯和存儲器之間的 通信的重要部件。已經描述了新的邏輯系列，其能夠完全由交叉開關陣 列構造或者被構造為由開關和晶體管組成的混合結構。這些新的邏輯系 列具有如下潛能極大地提高CMOS電路的計算效率，從而能夠實現數 量級的性能改善而不必縮小晶體管；或者甚至對于某些應用如果需要的 話可以代替CMOS。然而，期望的是改善目前制作的器件的性能，尤其是 改善它們的可循環性(cyclability)。

發明內容
一種電動開關包括第一電極、第二電極以及設置在它們之間的活性 區(active region)。該活性區可以包括至少一個主活性區，其包括至 少一種材料，用于輸送和宿存(host)用作摻雜劑的離子以控制電子經過開關的流動；以及次活性區，其包括至少一種用于為一個(或多個) 主活性區提供離子摻雜劑源的材料。還提供了操作該開關的方法。


圖1A是連接兩個不同交叉線的固態開關的示例的透視圖； 圖1B是與圖1A類似的視圖，示出了圖1A的開關的陣列，也稱為 交叉開關；
圖2是連接兩段線的固態開關的示例的透視圖； 圖3A是基于圖2的分段線配置的示例性電動開關的結構的示意表 示的透視圖3B是基于圖1A的交叉線配置的示例性電動開關的結構的示意表 示的透視圖4是基于圖3A的分段線配置的用于把示例性開關驅動(或切換 (toggling))到接通(ON)狀態的開始過程的示意表示的透視圖5是用于把開關驅動(或切換)到關斷(OFF)狀態的開始過程 的示意表示的透視圖6A-6C是處于關斷狀態的示例性開關的示意圖，其中圖6A是開 關的視圖，圖6B是開關的狀態的等效電路圖，而圖6C是與開關相關聯 的能帶圖7A-7C是處于中間狀態的示例性開關的示意圖，其中圖7A是開 關的視圖，圖7B是開關的狀態的等效電路圖，而圖7C是與開關相關聯 的能帶圖8A-8C是處于接通狀態的示例性開關的示意圖，其中圖8A是開 關的視圖，圖8B是開關的狀態的等效電路圖，而圖8C是與開關相關聯 的能帶圖；以及
圖9A-9C是開關的另一個實施例的示意圖，其描繪了摻雜劑的移動。
具體實施例方式
這些圖僅出于圖解說明的目的描繪了本發明的實施例。本領域技術 人員根據以下討論將容易意識到在不偏離本文所描述的發明原理的情 況下可以采用本文所說明的結構和方法的其它實施例。定義
如本文所使用的，如應用于"結"的術語"自對準"意指無論兩條 線在哪里彼此交叉，都產生在兩條線之間形成開關和/或其它電連接的 結，因為正是這種交叉作用才產生該結，其中任一條線可以被涂覆或功 能化。
如本文所用的術語"自組裝"指的是一種由于系統部件的同一性
(identity)而自然采取某種幾何圖案的系統；該系統通過采取這種配
置至少達到其能量上的局部極小值。
術語"可單配置(singly configurable)"意指開關經由不可逆
過程(比如氧化或還原反應)而只能使其狀態改變一次；這樣的開關例
如能夠成為可編程只讀存儲器(PROM)的基礎。
術語"可重新配置"意指開關經由可逆過程(比如氧化或還原)而
能夠使其狀態改變多次；換言之，該開關能夠被接通和關斷多次，比如
隨機存取存儲器(RAM)中的存儲位。
術語"可配置"意指"可單配置"或"可重新配置"。 微米級尺寸指的是大小在1微米到幾微米范圍的尺寸。 亞微米級尺寸指的是范圍從1微米向下變化到0. 04微米的尺寸。 納米級尺寸指的是范圍從0. 1納米到50納米(0. 05微米)的尺寸。 微米級和亞微米級的線指的是寬度或直徑的尺寸為0. 04-IO微米、
狀導體或半導體。^ '、* 、 、 、 ' 、 5
交叉開關是開關陣列，其能夠把一組平行線中的每條線連接到與第 一組相交的第二組平行線的每個成員(通常這兩組線彼此垂直，但這不 是必要條件)。
如本文所用的，器件的功能尺寸是按納米測量的(一般小于50nm), 但橫向尺寸可以是納米、亞微米或微米。
關于納米線結的背景
圖1A示出了連接兩個不同交叉線102、104的固態開關100的示例。 開關結106可以用來連接這兩個不同線102、 104。開關結106可以包括 至少一種材料106a,具體為可切換分子(即，具有在兩個不同狀態中能 量相對穩定的可切換片段或部分的分子)；這種分子的示例在分子電子(分子電子學(moletronic))切換的領域中現在是眾所周知的。 一條 或兩條線102、 104可以是金屬或半導體。在許多情況下，兩條線都是 金屬，具體為鉑，并且在分子106a上形成薄鈦層106b,然后在鈦層上 形成頂部柏線(plati麵top wire) 104。
圖IB示出了采用圖1A所示的多個固態開關100的交叉開關陣列 110。如圖1B所示，第一層112近似平行線102被第二層114近似平行 線104重疊。第二層U4在取向上與第一層112的這些線大致垂直，不 過這些層之間的取向角可以變化。這兩層線形成晶格或交叉開關，第二 層114的每條線104疊加在第一層112的所有線102上并且在代表兩條 線之間的最緊密接觸的線交點處與第一層的每條線緊密接觸。所示的開 關結106被設置在線102、 104之間。(示出了三個這樣的開關結，以 便不會弄亂此圖；要明白開關結106形成在線102與線104的每個交點 處。)這樣的交叉開關可以由微米、亞微米或納米級的線制成，這取決 于應用。
雖然圖中各個線示為具有方形或矩形橫截面，但是這些線還能夠具 有圓形、橢圓形或更復雜的橫截面。這些線還可以具有許多不同的寬度 或直徑以及縱橫比或偏心率。術語"納米線交叉開關"可以指代除了納 米線之外還具有一層或多層亞微米級線、微米級線或更大尺寸的線的交 叉開關。
圖2是連接兩段納米線的固態開關的示例。這里，兩段102、 104 納米線由切換結106連接，該切換結106包括切換層106a和薄鈦層 106b,兩者如上所述。
眾所周知，這樣的開關可以被用作存儲器(例如1或0的信息位的 存儲裝置)的基礎、用作交叉點存儲器中的閉合或打開開關以用于類似 現場可編程門陣列的邏輯電路中的配置位、或者用作布線邏輯可編程邏 輯陣列的基礎。這些開關還可用于各種各樣的其它應用中。
電動開關
依據本文的教導，提供了一種改進的電動開關，其可以在微米或納 米級進行制造并且用作各種各樣的電子電路中的部件。該開關可以用來 連接兩條不同線，比如一對如圖1A-1B所示的交叉線，這兩條不同線可
以是較大交叉開關陣列中的兩條線；或者該開關可以用在線內以便允許或阻斷電流沿該線的流動，比如圖2所示。
改進的開關能夠用作如上所描述的存儲器、開關以及邏輯電路與功 能的基礎。
這些開關可以具有以下特性
(1) 該開關的主活性層或區包括薄膜材料，該材料電子上是半導 電的或者是標稱地(nominally)電絕緣的但也是弱離子導體。主活性 材料能夠輸送和宿存用作摻雜劑的離子以控制電子經過該開關的流動。 基本的操作模式是在開關上施加足夠大的電場(漂移場，其可以超過用 于使得離子能夠在主材料中運動的某個閾值)以使得離子種類
(species)經由離子運輸而被輸送到主材料中或從主材料中輸送出。 所述離子種類是從那些用作主材料的電摻雜劑的離子中具體選擇的，從 而使材料的電導率從低電導率(即未摻雜的半導體或絕緣體一開關-關 斷配置)變化到高電導率(被摻雜以提供較高電導率一開關-接通配置) 或者從高電導率變化到低電導率(開關-接通到開關-關斷)。而且，主 材料和摻雜劑種類被選擇為使得離子漂移進主材料中或從主材料中漂 移出來是可能的但不是太容易的，從而確保該開關保持在其被設置成的 任何狀態達相當長的時間，也許在常溫下保持很多年。這就保證了該開 關是非易失性的，也就是說在去除了漂移場之后該開關保持其狀態。該 開關是二端器件一對開關施加高偏壓會導致電子電流和離子電流兩者 的流動，而在低偏壓下離子電流的流動是可忽略的，這就允許開關保持 其電阻狀態。
(2) 次活性層或區包括作為主材料的摻雜劑源的薄膜材料。這些 摻雜劑可以是比如氫的雜質原子或其它一些陽離子種類，比如堿金屬或 過渡金屬，其用作主材料的電子施主；或者這些摻雜劑可以是陰離子空 位，其在主材料中是帶電的因此也是晶格的施主。還可能把陰離子種類 驅趕到主宿主材料中，該主宿主材料將變成電子受主(或空穴施主)。
(3) 主活性材料可以是薄膜(厚度一般小于50nm)，并且在很多 情況下是納米晶體的、納米多孔的或無定形的。摻雜劑種類在這樣的納 米結構材料中的遷移率比在塊狀晶體材料中的遷移率高很多，原因在于 通過晶粒邊界、孔或通過無定形材料中的局部結構缺陷可能發生擴散。 此外，因為該膜如此薄，所以把足夠多的摻雜劑漂移到膜的局部區內或 從該局部區中漂移出來以實質改變其電導率所需的時間量相對較快(例如，擴散過程所需的時間t隨所覆蓋距離的平方而變化，因此擴散一納 米所需的時間是擴散一微米所需的時間的百萬分之一)。
(4) 切換材料(主活性材料和次活性材料)在每一側由金屬電極 或線接觸，或者在一側由半導體接觸而在另一側由金屬接觸。金屬到切 換材料的接觸耗盡了半導體的自由電荷栽流子，因此實際上該材料具有 凈電荷，該電荷取決于摻雜劑的特性一在施主的情況下為正而在受主的 情況下為負。金屬-半導體接觸區電學上類似于肖特基(Schottky)勢 壘。金屬-半導體肖特基勢壘的傳統描述由以下事實進行修正這些材 料是在納米級結構化的，因此結構屬性和電學屬性在大距離上不是平均 的，而半導體-金屬接觸的理論是在大距離上開發的。
(5) 電子經過主活性材料的傳導是經由電子的量子力學隧道效應。 當半導電材料實質上是本征的時，隧穿勢壘高且寬，因而經過開關的電 導率很低(關斷狀態) 當向半導體注入了相當大數量的摻雜劑種類時， 帶電種類的電勢降低了隧穿勢壘的寬度以及也許高度。這導致開關電導 率的增加(接通狀態)。
(6 )如果連接開關與金屬或半導體電極的界面之一是非共價鍵合 的，則大大提高了帶電種類擴散到主材料中和從主材料中擴散出來的能 力。這樣的界面可能由材料中的空隙造成或者其可能是含有分子材料的 界面所致，所述分子材料不會與電極、主開關材料或這兩者形成共價鍵。 這種非共價鍵合的界面降低了用于使主材料中的離子種類漂移所需的 原子重新排列的活化能。這種界面實質上是極薄的絕緣體，并且對該開 關的總串聯電阻增加很少。
如上所提及的，主活性材料具有用于實踐本發明的某些屬性。這些 材料屬性之一是其為弱離子導體。弱離子導體的定義是基于設計開關所 針對的應用的。晶格中種類的遷移率和擴散常數經由"愛因斯坦關系" 彼此成正比。因而，如果晶格中電離種類的遷移率很高，則擴散常數也 很高。 一般而言，期望的是切換器件在特定狀態(接通或關斷)停留一 段時間量，該時間量可以從一秒鐘的一部分變化到數年，這取決于應用。 因而，在實施例中，這種器件的擴散常數足夠低以確保期望的穩定水平， 從而避免經由電離種類擴散而使器件不注意地從接通變成關斷或者從 關斷變成接通，而不是通過用電壓脈沖有意設定開關的狀態。因此，"弱 離子導體"是一種其中離子遷移率以及因而擴散常數足夠小以確保器件的接通或關斷狀態在期望的條件下穩定必要長的時間(例如，器件不會 由于摻雜劑的擴散而改變狀態)的導體。"強離子導體"的電離種類遷 移率較大，因而對于擴散是不穩定的。
圖3A示出了本發明的開關200'的實施例的結構，其采用圖2的一 列式(in-line)配置。圖3B示出了本發明的開關100'的另一個實施 例的結構，其采用圖1A的交叉點配置。
圖3A-3B是示例性電動開關的結構的圖示。該開關的活性區306具 有兩個主要部分主活性層或區306，其是一種既是電學上半導電又是 弱離子導體層的材料，該層能夠用如填隙(interstitial)、空位或雜 質的電子施主進行摻雜；以及次層或區310,其用作摻雜種類的源和宿 (sink)。可替換地，主活性區308的材料可以既是標稱地電絕緣的又 是弱離子導體。如下文所討論的，活性區306可以任選地包括作為非共 價鍵合的界面的分子層106a;該分子層可以包括可能是可切換的或可能 是不可切換的分子。
在圖3A所描繪的開關200，的實施例中，這兩個電極102、 104都 是鉑(Pt)金屬，半導電離子導體308是Ti02，摻雜劑源310是TiOh， 并且任選的非共價界面包括電極102和主切換材料308之間的薄分子層 106a。化學式TiOh指示在晶體結構中二氧化鈦的氧原子稍微不足；缺 失氧(0)原子所處的部位將是帶正電的空位。在這種情況下摻雜劑種 類是氧空位。這種開關的另一個實施例在圖3B中被示為開關100'，其 具有與圖3A相同的活性區開關結構306。
通過分別增加或減少半導體層308中施主摻雜劑部位的數量來接通 (即增加導電率，圖4)或關斷(減少導電率，圖5)經由施主注入或 排出進行操作的開關。這些施主部位可以是半導體的主晶格(host lattice)中的填隙陽離子種類、主晶格中的陰離子空位、比如H的填 隙雜質、或者其它作為半導體的電子施主的填隙或替代雜質。由于半導 體層308的厚度小于中度(moderately)高摻雜的半導體中的栽流子的 耗盡寬度(例如，大約100 nm的厚度)，所以這意味著薄半導體被完 全耗盡了自由栽流子，原因在于該薄半導體在至少一側上與金屬緊密接 觸。這些電子僅僅駐留在半導體308的每一側的金屬接觸102、 104內。 例如，每cm3 IO"個摻雜劑原子的摻雜濃度(這是"中度高的")對應 于30 nm的耗盡層厚度。1021 cm—3的摻雜濃度(這是很高的摻雜，但對于許多氧化物而言完全可能)對應于3 nm的耗盡厚度。
圖4是用于把開關驅動(或切換)到接通狀態的開始過程的示意圖。 在這種情況下，通過在該結上施加正偏壓420，帶正電的施主(比如Ti02 中的氧空位)被從源/宿材料310驅趕到半導體材料308中，其中所述 正偏壓超過用于使電離種類漂移的閾值場。由于半導體層308被徹底地 耗盡了電荷載流子，所以這意味著半導體層308獲得了凈正電荷。通過 駐留在金屬層102、 104中的電子維持了凈電荷中性。對于上面討論的 示例，用化學計量的(stoichiometric) TiO:制作的層308形成開關的初 始態(關斷狀態)。金屬接觸和主半導體之間的電勢差對Pt電極之間 的電流形成了隧穿勢壘。TiO^層310含有相對較高濃度的空位，因此 是相當好的導體。在給電極104施加正電壓后，電極104變成電化學電 池的陽極。氧空位被驅趕出TiOh層310 (其被氧化)并進入Ti02層308 (其被還原)，如箭頭422所示。對TiOh層310的電導率的影響相對 較小，原因在于少數空位被推出這個區，但Ti02層308的電導率急劇地 增加(開關接通)，原因在于Ti02層308從沒有空位的狀態變化到有一 些空位的狀態。
在關斷狀態中，薄半導體層308實質上是本征的-例如，在晶格中 存在很少的摻雜劑。在這種情況下，在半導體308的兩側實質上都存在 肖特基勢壘，并且半導體能帶相對于金屬費米(Fermi)能級的對準大 約是中間帶隙(mid-gap)，這取決于各種物理及化學問題。對于比如 TiO^的氧化物半導體(其也是弱離子導體)，器件的這個關斷狀態是 "全氧化，，狀態，例如材料的化學計算盡可能地接近Ti02并且存在很少 雜質或缺陷摻雜的一種狀態。對于具有適當寬的帶隙的半導體，對于電 流的流動存在大的隧道勢壘，這使得關斷開關的電導率很低。
圖5是用于把開關驅動(或切換)到關斷狀態的開始過程的示意圖。 通過在該結上施加負偏壓420,帶正電的施主被從半導體材料308驅趕 到源/宿材料310中，其中所述負偏壓420超過用于使電離種類(其可 能是空位)漂移的閾值場。半導體層308失去其凈正電荷并且再次變成 中性。對于上面討論的示例，略微偏離化學計量的Ti(Vs形成開關的傳 導接通狀態，原因在于該層中的凈正電荷使得對于電流在電極102、 104 之間流動的隧穿勢壘變窄且降低。TiO^層310含有相對較高濃度的空 位，因此仍是相當好的導體。在給電極104施加負電壓后，電極104變成電化學電池的陰極。氧空位被驅趕出Ti(Vs層308 (其被再次氧化為 Ti02)并回到TiOh摻雜劑源層310(其被還原)，如箭頭424所示。對 TiOh層310的電導率的影響相對較小，但TiOi層308的電導率急劇地 降低(開關關斷)。
無需同意(without subscribing to)任何特定的理論，經過主材料的 傳導似乎是經由電子的量子力學隧道效應的。當半導體材料實質上是本 征的時，隧穿勢壘會很高，因而經過開關的電導率很低(關斷狀態)。 當向半導體注入了相當大數量的摻雜劑種類時，帶電種類的電勢會降低
隧穿勢壘。這會增加開關的電導率(接通狀態)。
圖6A-6C、圖7A-7C和圖8A-8C是處于不同開關狀態的開關200' 的示意圖。在每組圖中，"A"圖是開關200，的真實空間圖或圖示，"B" 圖描繪了等效的電路圖，而"C"圖是能帶圖。
在這個實施例中，開關的示例性厚度r是2nm而Ti02/Ti(V,層308、 310的示例性總寬度w。是3 nm。
在圖6A中，例如切換材料308、 310可以是夾在兩個Pt電極102、 104之間的銳鈦礦(二氧化鈦的多型體)納米晶體。為了該討論的目的， 假設這個納米晶體的尺度為1.9 nmxl.9 nm x 2. 9 nm并且含有總計75 個銳鈦礦單位晶胞或900個原子，這表明其對于要開發的能帶結構是4艮 小的但對于量子化學計算是很大的。在此階段，可以利用能帶方法來勾 畫系統的電子狀態的定性圖，但不應當把這太當真。在這種納米晶體中 單一雜質原子或空位會產生102° cm"的摻雜密度，并且可以假設該納米 晶體可以含有多至2%的氧空位(例如~ 12)。金屬-半導體接觸區電學 上類似于由納米級的系統所修正的肖特基勢壘，因此電學屬性在大距離 上不會進行平均，而半導體-金屬接觸的理論是在大距離上開發的。
與非共價區106a相鄰的1402區308是化學計量的因而是高電阻性 的，如大隧穿勢壘所指示的。與第二電極104相鄰的TiOh區310是高 度缺少氧的，因而這個區是高導電的。在圖6C的頂部的能帶圖中，界 面601、 603兩者都是肖特基勢壘。左邊是金屬-絕緣體-半導體界面601 而右邊是金屬和高施主摻雜的半導體之間的界面603,該高施主摻雜的 半導體的帶隙已從化學計量Ti02的值下降了一點。
在圖6C的圖示的左手側的Pt-Ti02界面601表示金屬電極102和半 導體308之間的非共價鍵合的界面，其由介入分子層106a調解(mediated).所描繪的大致能帶圖示表明在這個界面601處存在勢壘。 該膜的這個區被設計并制作成是化學計量Ti02。銳鈦礦的電子親合勢被 估計為大約4. OeV, Pt的功函數為5. 64 eV,因此在這個界面601處能 夠估計1.6 eV的勢壘高度。Pt費米能級應當在銳鈦礦的中間帶隙區附 近，銳鈦礦的大塊(bulk)帶隙為3.2eV，不過其對于納米晶體而言可 能由于量子約束而更寬。即使對于1021 cm—3的摻雜水平，銳鈦礦中的耗 盡長度為 3nm,因此納米晶體被完全耗盡并且因而帶正電。這些電子 位于Pt接觸的窄區中。
在圖6A的圖示的右手側存在與該納米晶體的第二Pt接觸104。在 實施例中，該系統被設計并制作為使得二氧化鈦的這個區具有相當大濃 度的氧空位。因而，在圖6A中從左向右移動時，TiOh中的x值從零變 到高至0,04的值。這是足夠高濃度的氧空位以產生大量的施主態，所 述施主態顯著加寬了導帶邊緣附近的態密度并且因而有效地使帶隙變 窄。這在圖6C的能帶圖中示為這個界面603處的勢壘與左手側相比下 降了，這是通過由于極高濃度的帶正電施主態引起的帶隙的變窄以及顯 著的能帶彎曲而造成的。
在圖6C所示的所制成(as-fabricated)狀態中，由銳鈦礦納米晶 體所表示的勢壘601很大并且因而這個狀態開關的電導率很低；這是開 關-關斷狀態。如果左手Pt電極102接地并且對右手電極104施加正電 勢(右手電極104變成納米級電化學電池的陽極)，則將迫使帶正電的 氧空位向接地電極(其為陰極)漂移。已經在陽極附近存在大濃度空位 的事實意味著為了接通開關不必產生空位。納米晶體銳鈦礦中氧空位的 形成焓比空位跳躍的活化能大得多，因此具有其中在開關的陽極附近有 預先存在的氧空位(或其它適當的帶正電摻雜劑)的結構消除了在對開 關進行預處理以形成電空位期間會出現的大量能量消耗。
在表示接通開關的初始階段的圖7A-7C中，使氧空位遠離陽極意味 著TiOh被氧化，即x值減小了微量s。由于陽極104附近的空位濃度初 始較大，所以這種微小氧化對區310的電導率的影響很小。另一方面， 陰極附近的初始化學計量或氧化材料被還原，例如化學計量現在為 Ti02-e。這對納米晶體的中部的能帶的影響相當大，如圖7C所示。經過 納米晶體的電子隧穿的總有效勢壘寬度被降低，且電導率增大。
如果該偏壓被增大或施加更長時間，則更多的氧空位會漂移到左邊并且使隧穿勢壘變窄得甚至更多，如圖8A-8C所示。開關現在完全處于 接通狀態，更多空位現在處于308中，這樣該區的化學計量被標記為 Ti02-s。反轉右手電極104上的電壓極性會使陽極和陰極的意義(sense ) 顛倒并且使得氧空位漂移回右手側，恢復圖6A-6C的狀態并且如果這個 反極性的偏壓被施加足夠長的時間，使開關回到關斷。
無需同意任何特定理論，器件的非共價區106a中的分子似乎僅充 當被動的角色。它們在第一 Pt電極102和納米晶體308之間形成薄絕 緣區，這能夠輔助肖特基勢壘的形成。納米晶體的這個界面601與Pt 電極不是共價鍵合的事實可能使得氧空位更容易朝這個界面漂移，原因 在于實質上存在一個可容納晶格畸變的內部自由表面。最后，盡管這里 介紹的晶體308、 310被認為是納米晶體，但是分子106a的主要作用可
能是確保主活性材料(例如二氧化鈦)308實際上是無定形的。
如圖6B、 7B和8B所示，等效電路僅僅是兩個串聯電阻器 一個電 阻器Rs,其表示不隨時間變化的開關的接線和任何部件的串聯電阻；以 及隨時間變化的可變電阻器Rv (t)，所述變化取決于所施加的電壓和 流經其的電流。假設歐姆定律適用(而不是事實上存在的隧穿電阻，隧 穿電阻使數學急劇復雜化)，
V(t) = I(t)[Rs+Rv(t)]. .
該可變電阻與納米晶體中存在的計量化學Ti02 308的寬度w ( t) 成比例，
Rv(t)= "(t)/A， 2
其中空位的漂移前(drift front)之后的材料視為具有基本為零的電 阻，p是未摻雜二氧化鈦的電阻率，而A是與電流流動的方向正交的納 米晶體的面積。對于其中開關處于關斷并且施加偏壓以將其接通的初始 條件，未摻雜二氧化鈦的寬度變化率剛好是在未摻雜寬度上施加的電場 中的空位漂移率，
宇LE(t) = "I(t)/A ， dt 3.
其中ILU是二氧化鈦中氧空位的遷移率，E (t)是未摻雜材料上的電場， 其正好是電壓降pw(t) I(t) /A除以寬度w(t),出現負號是因為未摻 雜區的寬度在減小。對方程3積分，這就變為<formula>formula see original document page 16</formula>
其中w。是未摻雜二氧化鈦在t = 0處的寬度，w(t)被定義為使其不能為
負。關于V和I的整個方程變為
<formula>formula see original document page 16</formula>
因而，上面所做的假設產生相當復雜的數學表達式，其中開關在時 間t的電壓涉及對電流和/或電壓在時間上的積分，這就給開關引入了 路徑相關性。方程5說明了針對開關操作的更寬種類的描述性方程，并 且本發明包括由其它方程所描述的離子漂移切換機制。例如，如果空間 電荷對于離子漂移而言很重要，則在方程5中對電流的功能相關性從對 電流一次方(I)的積分變化到對二次方(I2)的積分。針對這種系統的 最高效電路模型可能需要憶阻器(memristor)。如在從圖6B變到圖7B 到圖8B的等效電路的序列中所看到的，開關在閉合，因此w(t)以及因 而Rv ( t )隨時間變得更小；也就是說，電阻下降以接通開關。
圖6C示出了兩側具有金屬接觸102、 104的開關的關斷狀態的能帶 圖示。因為在半導電區308中基本上沒有摻雜，所以在兩個金屬-半導 體結處存在相對較高的勢壘。注意，切換開關不是嚴格的二進制操作-開關的電導能夠在大范圍上進行變化，這取決于向主材料內注入多少摻 雜劑種類或者在主材料內產生多少摻雜劑種類。通過在該結上施加偏壓 來移動施主種類(可替代地，它們能夠用化學方法來形成，例如通過用 金屬還原Ti02來形成TiOh或通過與分子氧反應來去除)。因而，在半 導體層中沒有自由栽流子，因此它獲得了凈正電荷。這個正電荷的總體 效果是使半導體的能帶相對于金屬費米能級向下彎曲(圖7C),這進而 降低了該結的隧道勢壘并且因而增大了電導率。這些摻雜劑的產生或注 入通過具有與半導體308相鄰的適當源層310而得以大大增強。該材料 310可以是例如離子導體，其能夠作為半導體308的原子的源或宿(例 如，用以使得在氧化物半導體層中能夠形成氧空位的不同摻雜劑種類或 O原子宿)。
圖7C示出了在向半導體308注入更多的摻雜劑部位以形成Ti02-e 之后該系統的能帶。半導體能帶由于耗盡半導體內正電荷的增加而進一 步向下彎曲，進一步降低了隧穿勢壘并且增大了電導率。在TiO^的情況下，晶格中的氧(0)空位部位產生了很靠近導帶的態，因此在足夠
高的摻雜水平的情況下，納米晶體的導帶會被下拉到金屬接觸的費米能 級。在此階段，每個金屬結處的隧道勢壘正變得更薄，該系統的電導率 正在增大。這是接通開關的初始階段。
在圖8C中，甚至更多的摻雜劑施主被注入到半導體308內，從而 形成Ti02-s。半導體導帶由于耗盡半導體內正電荷的增加而進一步向下 彎曲，從而降低了隧道勢壘的寬度和高度并且增大了該層的電導率。這 是該系統的開關-完全接通狀態。
只要半導體膜308的摻雜水平不會大得使電阻下降到基本為零，就 可能通過使施加到開關的電壓極性反向而使施主摻雜劑離子的漂移反 向并且從半導體排出施主摻雜劑離子
半導體層308的摻雜是電壓(超過離子漂移的任何能量勢壘)和時 間(使系統保持電壓越長，積累的摻雜劑越多)兩者的函數，或者是電 流的積分。
在上面的描述中，這些開關被設計并制作成具有特定的通/斷極性。 通過向具有過多的帶正電摻雜劑種類的電極施加正偏壓來接通開關，并 且通過向該相同電極施加負偏壓來關斷該開關。然而，還可能設計和制 作具有可配置極性的開關，例如用以在制作了含有開關的電路之后執行 的電子配置過程期間確定開關的通/斷極性。這個配置步驟還稱為現場 編程。這可以通過產生一種與兩個金屬電極鄰接的材料沒有摻雜的結構 來完成，并且該材料在中部具有過多的摻雜劑。因而，在電路的初始編 程階段期間，用于吸引帶正電摻雜劑的負偏壓可以被施加到人們期望其 對于所施加的正偏壓為接通電極的那些電極上，相反地用于排斥帶正電 摻雜劑的正電壓可以被施加到人們期望其對于所施加的負偏壓為關斷 電極的那些電極。以此方式，可以配置開關陣列從而使得開關的上電極 的通/斷極性交替。例如，如果要制造鎖存器陣列，則這種特定配置尤 其有用。還可以通過對接通電極施加正偏壓的時間足夠長以使得所有摻 雜劑都漂移到開關的相對電極，而反轉本申請中公開的任何開關的通/ 斷極性。
圖9A-9C描繪了上面描述的可配置通/斷極性開關，其中摻雜劑源 層310夾在兩個主活性層308、 308，之間。在這個實施例中，開關的厚 度由K表示而Ti02/Ti02—,/Ti02層308、 310、 308，的總寬度由L表示。在圖9A中，通過施加適當的偏壓以設定開關的通/斷極性，使得最 初位于摻雜劑源層310中的電離摻雜劑移動到兩個主活性層308、 308' 中的任一層。
對(圖9A中所示開關的)電極104施加正偏壓使得帶正電摻雜劑 (在Ti02/Ti0h系統的情況下為氧空位)漂移到左邊。這將設定開關的 通/斷極性以使得后續施加到電極104的負偏壓會接通開關而施加到電 極104的正電壓會關斷開關。圖9B描繪了所得到的結構。
相反地，對(圖9A中所示開關的)電極104施加負偏壓使得帶正 電摻雜劑(在Ti02/Ti0h系統的情況下為氧空位)漂移到右邊。這將設 定開關的通/斷極性以使得后續施加到電極104的正偏壓會接通開關而 施加到電極104的負電壓會關斷開關。圖9C描繪了所得到的結構。因 此，圖9B和9C表示具有相反通/斷極性的開關。
制作電動開關
/,\ ^K1廿—Pi 體l ^v^F&^^ A<1 3F,"JM"'/)
作。首先，利用常規技術(比如光刻或電子束光刻)，或者通過更先進 的技術(比如壓印光刻)，來制作初始線102 (金屬或半導體)。例如， 這可以是如圖1所示的交叉線對100的底部線102，或者它可以是在通 孔中產生的線102以產生與圖2所示電路的平面正交的連接200。
在這里描述的方案中，待制作的開關的下一部件是非共價界面材料 106a,并且在需要更大的機械強度的情況下可以被省略，代價是在更高 的施加電壓下切換更慢。如上所提到的，這是開關200'(或開關IOO，) 的任選部件。在這種情況下，沉積某種惰性材料的層106a。這可以是由 蘭慕爾-布羅吉(Langmuir-Blodgett, LB)工藝形成的單分子層或者其可 以是自組裝單分子層(Self-Assembled Monolayer, SAM)。 一般而言， 這個分子層106a可以與開關的底部電極102和主活性材料308形成僅 微弱的范德瓦爾斯型鍵。可替換地，該層106a可以是沉積到冷卻襯底 上的薄層水。形成此冰的材料可以是比如氬(Ar)的惰性氣體或者其可 以是諸如二氧化碳(C02)之類的種類。在這種情況下，該水是防止底部 電極和開關材料之間的強化學鍵合的犧牲層，并且通過稍后在處理序列 中加熱樣品以使冰升華而從系統中消失。本領域技術人員能夠容易地構 思其它用于在電極102和開關306之間形成弱鍵合界面的方式。接著，沉積主活性層308的材料。這能夠通過各種各樣的常規物理 及化學技術來完成，所述常規物理及化學技術包括來自克努森容池 (Knudsen cell )的蒸發、來自對鍋的電子束蒸發、來自靶材的濺射或 者來自反應性前體(reactive precursor)的不同形式的化學汽相或射 束生長。膜的厚度可以在1到30納米(nm)的范圍，并且其可以被生 長成無摻雜劑。在這種情況下，所生成的結構是開關-關斷。根據膜308 的厚度，其可以是納米晶體的、納米多孔的或無定形的以便提高離子能 夠在材料中漂移的速度，從而通過離子注入來實現摻雜或者通過從308 排出離子來實現不摻雜。適當的生長條件(比如沉積速度和襯底溫度) 可以被選擇以獲得對于這種初始絕緣或低電導率膜308所期望的化學組 分和局部原子結構。
下一層是用于主切換材料308的摻雜劑源層或次活性層310,該層 也可以通過上面提到的任一種技術來沉積。選擇這種材料以為主活性材 料提供適當的摻雜種類。這個次材料310被選擇成與主材料308化學兼 容，例如這兩種材料不應當彼此發生化學不可逆反應而形成第三種材 料。如果制作稍后配置的開關，則將另一層主材料308，沉積在次材料 310上。
如上所提到的， 一對能夠被用作主活性切換層308和次活性切換層 310的材料的一個示例分別是Ti02和TiOh。 TiOz是具有大約3. 2 eV帶 隙的半導體。它也是弱離子導體。Ti02的薄膜將產生用以產生開關-關 斷配置而所需的隧道勢壘，而Ti(V,形成理想的氧空位源以摻雜Ti02并 使其導電。如果期望制作可配置的通/斷極性開關，則可以沉積主活性 材料Ti02的第二膜308'。
最后，在開關的次活性層310或第二主活性層308，之上以與產生 第一線102類似的方式制作第二金屬電極104。如果該系統是交叉線器 件100，，則使用蝕刻工藝來去除所沉積的不在頂部線之下的切換材料 以便隔離該器件。如果需要，可以在沉積底部線組之后或者在第二線組 之后增加平面化工藝以在開關上提供平坦的表面。
關于制作開關器件的一個問題是仔細控制材料中的摻雜劑濃度，不 管該摻雜劑在晶格中是存在不同類型的原子還是缺少特定原子(例如， 空位) 摻雜劑種類可以被引入到生長介質內或者一種成分的量可以被 減少以便引起空位。另一種方案是生成高質量純凈的主材料層、然后在主材料上直接沉積仔細確定的量的種類。這可以是摻雜劑種類，該摻雜
劑種類然后將擴散到主材料內；或者它可以是反應性材料，該反應性材 料將與主材料的成分之一進行化學反應以在主晶格中引起空位。這種方 案的示例是在高質量純凈的二氧化鈦層上沉積少量的鋁。該鋁與二氧化 鈦的氧部分反應以形成一些氧化鋁并在二氧化鈦中留下空位。這是一種 與"delta摻雜，，類似的工藝，目前在半導體工業中實行delta摻雜以 提供很薄層的極高摻雜的半導體材料。
用于切換的材料組合
存在各種各樣的材料，其展現出期望的屬性組合電學上半導電的
或絕緣的"弱"離子導體以使摻雜劑種類能夠通過漂移注入到開關的活 性區中并且從中排出。 一般而言，優良的切換材料是復合半導電氧化物 和氮化物，但半導電硫化物、磷化物、氯化物、硒化物、砷化物和溴化 物也提供切換。 一般而言，任何也是關于能夠電摻雜該半導體的種類的
之，可能的開關化合物(switch compound)是對鍵合有很大離子貢獻 的半導電化合物。良好的組合是與相同和相關母體材料的次源/宿組合 的未被摻雜且按化學計量的(因而是良好的絕緣體)主活性材料，所述 母體材料要么含有大濃度的陰離子空位要么含有其他能夠在應用所施 加的偏壓下而漂移到主材料內的摻雜劑種類。構思是源/宿系統310是 高導電的，因而改變摻雜濃度對這個次材料的電導率的影響相對較小， 但由于主材料308實質上是本征的，那么甚至少量的摻雜劑也會對該材 料的電導率有很大影響。
在實踐本發明中所采用的切換化合物通常是過渡金屬和稀土金屬 的氧化物、^L化物、硒化物、氮化物、磷化物、砷化物、氯化物和溴化 物，其中堿土金屬往往存在于化合物中。此外，存在彼此相似的化合物 (like compounds with each other)的各種合金，ft口果它們是彼眾匕可 互溶的，則其可以具有各種各樣的組成。于是存在混合的化合物，其中 存在兩種、三種或更多不同的與一定數量的負電性元素組合的金屬原 子。這些摻雜劑可以是被摻雜到主材料內的不同價的元素或陰離子空 位。
涉及元素Ti、 Zr和Hf的材料對于能夠與Si集成電路技術兼容的開關而言尤具吸引力，由于所有這三種金屬的主氧化態是+4，與Si相 同，因此這些元素不會產生Si的無意摻雜。這些化合物還分別稱為氧 化鈦、氧化鋯和二氧化鉿，并且還可稱為每種的不同多型體特有的其他 名稱。
另 一個實施例包括這三種氧化物成對或同時存在所有三種的合金 (例如TixZryHfz02，其中x+y+z-l)。相關的化合物組包括鈦酸鹽、鋯 酸鹽和鉿酸鹽，其由特定示例SrTi03代表，其中Sr是二價元素鍶。存 在各種各樣的這種化合物，其中可以用Ca、 Ba和其他二價元素(例如， Mg、 Zn、 Cd)代替Sr，并且用Zr和Hf代替Ti。這些化合物可以被表 示為AB03化合物并且具有4丐鈦礦結構，其中A是至少一種二價元素而B 是Ti、 Zr和Hf中之一。
也可能利用這些不同化合物的合金，比如CaaSrbBaJixZryHfz03,其 中a+b+c = 1且x+y+z-l。還存在各種各樣的具有不同化合價的過渡金屬 和稀土金屬的其他氧化物，其既可以單獨地使用也可以用作更復雜的化 合物。在每種情況下，電離摻雜劑種類可以是被摻雜到主材料內的異價 (aliovalent)(例如不同化合價)的元素或氧空位。
化合物的又一個實施例包括具有某種離子鍵合特征的過渡金屬的 硫化物和硒化物，實質上是上面提及的氧化物的S相似物和Se相似物。 化合物的再一個實施例包括半導電的氮化物，比如A1N、 GaN、 ScN、 YN、 LaN、稀土氮化物以及這些化合物的合金和更復雜的混合金屬氮化 物。
化合物的又一個實施例包括各種過渡金屬和稀土金屬(例如，Sc、 Y、 La等)的磷化物和砷化物。
化合物的另一個實施例包括半導電的面化物，比如CuCl、 CuBr和 AgCl。
在所有情況下，陰離子空位或異價元素可以被用作上面化合物中的 移動摻雜劑種類。
也可以由從上面示例中選擇的不同材料或化合物的子層制作主活
性層或次活性層。
氫、堿(alkali )、堿土陽離子、過渡金屬陽離子、稀土陽離子、氧陰 離子或空位、硫族元素化物陰離子或空位、氮陰離子或空位、磷族元素化物陰離子或空位、或者卣化物陰離子或空位。
下表中闡述了主材料308和次材料310的組合以及對每個組合所采 用的摻雜劑種類的具體示例。基于f文的教導，本領域技術人員顯然能 夠開發出提供所教導的益處的主材沖+和次材料的其他組合。
表.兼容性主材料和次材料以及摻雜劑種類的示例列表
主材料次材料摻雜劑種類
Ti02Ti02-x氧空位
Zr02Zr02-x氧空位
跳削h氧空位
SrTi03SrTiOh氧空位
GaNGaNh氮空位
CuClCud氯空位
GaNGaN: S二價;充離子
其他考慮因素
如上所討論的，開關的電導能夠在大范圍內進行變化。下面描述的
實施例是針對如下事實本文描述的開關實際上是連續的-例如從關斷 態到接通態再回到關斷態，開關的電阻連續地但變化有點急劇。在開關 等效電路的示意圖(圖6B、 7B、 8B)中明顯示出了這種情況，所述開關 等效電路示出了與固定電阻器串聯的可變電阻器。 可變或模擬開關在電子電路中存在許多應用。
在一個實施例中，電子可設定的可變電阻器能夠被用作微調電阻器 以調整電路的阻抗。在所有電子電路中存在一定量的可變性，這意味著 所制作的電路就其操作速度和信號傳播經過電路的延遲時間而言將具 有略微不同的操作參數。過去，這個問題是通過在電路板中安裝機械可 調"調諧電位器((trim pot)"而得以解決。要求專家工程師對電路 進行測試和調諧以便優化其屬性-這是通過利用示波器檢查電路板上 的不同測試點處的電子信號，然后使用螺絲刀調整該調諧電位器，換句 話說改變可變電阻器的電阻以使得電路的阻抗達到其最優性能而完成 的。這在首次測試電路以確保其工作正常時是需要的，并且隨著時間變 化，電路中的各種元件可能變化，因此需要專家人員現場重新測試和重 新調諧電路。隨著電路的集成度變得更高，這種調諧要求就變得不大必
22要，因為提高了集成電路元件的可重復性。而且，在集成電路上沒有位 置用于放置調諧電位器，因此對于大多數集成電路不能被調諧。隨著特 征尺寸變得更小，部件屬性的可變性必然在增加，正因為單原子決定了 特征尺寸的不確定性的下限。因而，未來幾代的電路將需要具有能夠調 諧和優化電路的調諧電位器。事實上，隨著器件可變性變得更大，很可 能如果電路不能被調諧則電路將根本不工作。因而，我們會在集成電路 以及反饋電路內的不同位置使用開關以使電路不僅能夠在其被首次接 通時被調諧而且還能夠在操作期間連續優化電路的性能。因而，具有這 種開關和反饋元件的電路應當可以隨時間而連續改進。當電路中的特定 部件失效時，電路會用開關來重新配置和重新優化其自己。因而，這種 電路應當具有隨年限而適度退化的能力，而不是當單個部件失效時就突 然停止運轉。
在另一個實施例中，除了電路需要被調諧之外，還期望改變某些電 路的操作特性以匹配用于進行各種測量的特定信號輸入。例如，許多換 能器或測量系統當存在"橋接電路"時執行得最好，其中調節可變電阻 器的電阻以便平衡差分電路來進行很精確的測量。 一個示例是為熱電偶 測量精確的電壓差，但是存在用于測量的橋接電路的許多其他示例。
在又一個實施例中，模擬開關的應用是在學習電路或神經網絡中。 在這些電路中，訓練過程用來教導電路如何對特定輸入做出響應。這是
新設定部^值而完成的。當今，大多數;申經網絡是用常規的集成電路和 處理單元以軟件實施的-具有可調模擬開關的以硬件實施的真實神經 網絡將高效得多。
在再一個實施例中，其他模擬電路以及混合的模擬與數字電路能夠 通過具有連續可調節的電阻而得以改進，該電阻是非易失性的-例如， 電阻器的基準值在初始化階段期間進行設定，并且在這之后在操作期間 調整電阻以便響應電路的操作條件。這可以例如用來對電路的基本操作
行補償。
為了解釋起見，前面描述用特定術語來提供對該發明的徹底理解。 然而，對本領域技術人員顯而易見的是為了實踐該發明不需要特定細 節。本發明的特定實施例的前面描述是為說明和描述的目的而給出的。它們不意圖是窮盡的或把發明限制為所公開的精確形式。顯然，鑒于上 面的教導許多修改和變更是可能的。這些實施例被示出并描迷以便最好 地解釋本發明的原理以及其實際應用，從而使得本領域技術人員能夠最 好地利用本發明和帶有各種修改的各種實施例，這些修改適合于所考慮 的特定用途。意圖是本發明的范圍由所附權利要求書和其等同物限定。
權利要求
1. 一種電動開關(100’、200’)，包括第一電極(102)；第二電極(104)；以及設置在它們之間的活性區(306)，所述活性區包括至少一個主活性區(308、308’)，其包括用于輸送和宿存用作摻雜劑的離子以控制電子經過該開關的流動的至少一種材料，以及次活性區(310)，其包括用于為所述至少一個主活性區提供離子摻雜劑的源/宿的至少一種材料。
2. 如權利要求1所述的開關，該開關是交叉開關或垂直連接中的一 部分。
3. 如權利要求1所述的開關，其中兩個電極都是金屬或者所述電極 之一是金屬而所述電極的另一個是半導體。
4. 如權利要求1所述的開關，其中用于所述至少一個主活性區的所 述至少一種材料是電學上半導電的或是標稱地電絕緣的并且也是弱離 子導體。
5. 如權利要求4所述的開關，其中用于所述至少一種主活性材料的 所述至少一種材料是膜，該膜的電導率能夠作為離子種類的函數從相對 低的電導率可逆地變化到相對高的電導率，所述離子種類經由離子輸送 或漂移而被注入到用于所迷至少 一個主活性區的所迷至少 一種材料內 或從用于所述至少一個主活性區的所述至少一種材料中排出。
6. 如權利要求1所述的開關，其中所述次活性區的所述離子摻雜劑 從那些作為用于所述至少一個主活性區的所述至少一種材料的電摻雜 劑中選擇，并且由此將所述至少一個主活性區的電導率從相對低的電導 率變化到相對高的電導率或者從相對高的電導率變化到相對低的電導 率。
7. 如權利要求1所述的開關，其中用于所迷至少一個主活性區的所 述至少 一種材料和用于所述次活性區的至少 一種材料是從由以下組成 的組中選擇的(1)過渡金屬、稀土金屬和堿土金屬的氧化物、硫化 物、硒化物、氮化物、磷化物、砷化物、氯化物和溴化物；(2)來自 列表(1 )的彼此相似的化合物的合金；以及(3)混合的化合物，其中 存在與至少一種負電性元素組合的至少兩種不同的金屬原子。
8. 如權利要求1所述的開關，還包括在所述第一電極和所述主活性 區之間設置的非共價界面(106a)。
9. 如權利要求1所述的開關，其中所述主活性區的厚度小于中度高 摻雜的半導體中的栽流子的耗盡寬度。
10. —種反轉權利要求1所述的電動開關的通/斷極性的方法，所述 方法包括對以下步驟中的至少一個執行至少一次如果所述開關的所述通/斷極性使得給所述第二電極外加正偏壓就 接通所述開關，則對所述第二電極施加正偏壓達足夠長的時間以使得所 有正摻雜劑漂移到所迷第一電極，在這種情況下所述開關的所述通/斷 極性4皮反轉并且當對所述第二電極施加負偏壓時它將接通；如果所述開關的所述通/斷極性使得給所述第二電極外加負偏壓就 接通所述開關，則對所述第二電極施加負偏壓達足夠長的時間以使得所 有正摻雜劑漂移到所述第二電極，在這種情況下所迷開關的所述通/斷 極性被反轉并且當對所述第二電極施加正偏壓時它將接通。
11. 如權利要求1所述的電動開關，其具有可配置的通/斷極性，所 述活性區包括第一主活性區(308 )和第二主活性區(308，)，每個主活性 區都包括用于輸送和宿存用作摻雜劑的離子以控制電子經過該開關的 流動的至少一種材^K以及所述次活性區，其被設置在所述第一主活性區和所述第二主 活性區之間并且包括用于為所述主活性區提供離子摻雜劑的源/宿的至 少一種材料，能夠通過初始使所述摻雜劑朝所述第一電極或所述第二電極中的 任一個漂移以設定所述開關的初始通/斷極性而將所述開關配置成給定 狀態。
12. —種用于在權利要求ll所述的電動開關中的兩個不同狀態之間 進行可逆切換的方法，所述方法包括提供用于初始使所述摻雜劑朝所述第一電極或所迷第二電極中的 任一個漂移的電壓源(420 ),以及對以下步驟中的至少一個執行至少一次 或者對所述第二電極外加正電壓達足夠長的時間以使得正離子摻雜劑從所述次活性區注入到所述第一電極附近的所迷主活性區內，從而 在所述開關的操作期間，當所述第二電極被負向偏置時將所述第二電極 的通/斷極性限定為接通狀態，或者當所述第二電極被正向偏置時將所述第二電極的通/斷極性限定為關斷狀態； 或者對所迷第二電極外加負電壓達足夠長的時間以使得正離子摻 雜劑從所述次活性區注入到所述第二電極附近的所迷主活性區內，從而 在開關的操作期間，當所述第二電極被正向偏置時將所述第二電極的通 /斷極性限定為接通狀態，或者當所述第二電極被負向偏置時將所述第 二電極的通/斷極性限定為關斷狀態。
13.如權利要求1所述的電動開關，其具有能夠被改變的電導，包括所述開關具有能夠在一范圍內被改變的電導，所述范圍的程度取決 于多少離子摻雜劑被注入到所述至少一個主活性區內或在所迷至少一 個主活性區中產生多少離子摻雜劑。
全文摘要
一種電動開關(100’、200’)包括第一電極(102)、第二電極(104)及設置在它們之間的活性區(306)。所述活性區包括至少一個主活性區(308、308’)，包括能夠被摻雜或不摻雜以改變其電導率的至少一種材料；和次活性區(310)，包括用于為主活性區(一個或多個)提供作為摻雜劑的離子種類的源/宿的至少一種材料。還提供了操作該開關的方法。
文檔編號H01L45/00GK101548403SQ200780044725
公開日2009年9月30日 申請日期2007年10月3日 優先權日2006年10月3日
發明者R·S·威廉斯 申請人:惠普開發有限公司