硫族化物恒流器件及其制造方法與動作的制作方法

專利名稱：硫族化物恒流器件及其制造方法與動作的制作方法
技術領域：
本發明涉及恒流器件，具體涉及硫族化物材料構成的恒流器件。
背景技術：
目前正在探索將基于硫族化物玻璃的可編程電阻材料用于非易失性存儲器件。通 過在含有可用金屬(例如銀)的硫族化物玻璃上施加例如經選擇極性的不同電壓的外部激 勵，該硫族化物玻璃內部結構可被改變，產生高或低的電阻狀態。
正在研究的用于存儲器的硫族化物玻璃的一個特例是硒化鍺(GexSeicl(l_x)。一般 說，硫族化物玻璃具有已結合在玻璃基體內的供給金屬的相關層，以改變電阻狀態。作為舉 例，該相關層可以是銀層或硒化銀層(Ag2Se)。當關注的焦點集中于將硫族化物玻璃用于存儲器件時，發明人已經發現硫族化物 玻璃的另一用途，即用作恒流器件。

發明內容
本發明的一方面提出由硫族化物玻璃材料構成的一種兩端恒流器件及其制造與 工作方法。該器件包含鄰近至少一層硫族化物玻璃層形成的含金屬層，它被加偏壓而進入 恒流狀態。該恒流器件在所施加的電壓范圍內保持恒定電流。本發明的另一方面提出一種恒流器件以及制造與工作這種器件的方法，在該器件 中在第一硒化鍺層和第二硒化鍺層之間形成至少一層硒化銀。這些層設置在第一電極和第 二電極之間。這些電極上被施加足以將該器件置于恒流狀態的偏壓。該恒流器件在所施加 的電壓范圍內維持恒定電流。本發明的另一方面，提出一種恒流器件以及制造與工作這種器件的方法，在該器 件中在第一硒化鍺層、銀層和第二硒化鍺層之間形成至少一層硒化銀。這些層又設置在第 一電極和第二電極之間。這些電極上被施加足以使該器件置于恒流狀態的偏壓。該恒流器 件在所施加的電壓范圍內維持恒定電流。本發明的另一方面提出一種恒流器件以及制造與工作這種器件的方法，在該器件 中在的硫族化物玻璃層例如硒化鍺層上形成至少一層含金屬層(例如銀)。在這些層上施 加足以將該器件置于恒流狀態的偏壓。該恒流器件在所施加的電壓范圍內維持恒定電流。本發明的另一方面提出一種恒流器件以及制造與工作這種器件的方法，在該器件 中，與硫族化物玻璃層例如硒化鍺層的和銀層一起形成至少一層含金屬層(例如硒化銀)。 在這些層上施加足以將該器件置于恒流狀態的偏壓。該恒流器件在所施加的電壓范圍內維 持恒定電流。本發明的另一方面提出一種將由至少一層硫族化物玻璃層和含金屬層(例如銀 或硒化銀)組成的已經呈現存儲器件行為的器件轉變為恒流器件的方法。在這些層上施加 足以將該器件置于恒流狀態的偏壓。該恒流器件在所施加的電壓范圍內維持恒定電流。本發明的另一方面提出一種通過控制所施加的偏壓來改變由至少一層硫族化物玻璃層形成的恒流器件電流特性的方法。本發明的另一方面提出一種通過控制所施加的偏壓使由至少一層硫族化物玻璃 層形成的恒流器件電流特性重設或提升至先前狀態的方法。通過以下結合附圖的詳細說明，將能更好地理解本發明的上述這些和其它的特征 和優點。


圖1是按照本發明第一實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面圖。圖Ia是按照本發明第一實施例的第一示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖Ib是按照本發明第一實施例的第二示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖Ic是按照本發明第一實施例的第三示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖Id是按照本發明第一實施例的又一示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖2是按照本發明第二實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面圖。圖2a是按照本發明第二實施例的第一示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖2b是按照本發明第二實施例的第二示范實施例制造的硫族化物玻璃恒流器件 的剖面圖。圖3是按照本發明構造的硫族化物恒流器件的電流_電壓(I-V)曲線圖。圖4是施加不同的正電壓來減小恒流器件的恒定電流值的曲線圖。圖5是闡明由于在硫族化物恒流器件上施加圖4所示的電壓而得到的恒定電流的 曲線圖。圖6是說明硫族化物恒流器件的擊穿電壓的曲線圖。圖7是硫族化物恒流器件被加上圖5-6所示的偏壓后的I-V特性曲線圖。圖8是說明施加在硫族化物恒流器件上的原始正電壓和所形成的恒定電流的I-V 特性曲線圖。圖9示出設有按本發明形成的硫族化物恒流器件的計算機系統。
具體實施例方式以下的詳細說明參考本發明各特定實施例。充分詳細地敘述這些實施例使本專業 人士可以實現本發明，但應理解也可以使用其他實施例，可以進行各種結構、邏輯和電學上 的改變而并不背離本發明的精神和范圍。在下述說明中所用“襯底”一詞可包括任何支持結構，包含但不限于具有露出的襯 底表面的玻璃、塑料或半導體襯底。半導體襯底應理解為包括硅、“絕緣物上硅”(SOI)或 “藍寶石上硅”(SOS)、摻雜質和未摻雜質的半導體、由底層半導體支持的硅外延層以及可能 不基于硅的其他半導體結構。而且，在下文提及半導體襯底時，可以使用先前的處理步驟在基底半導體結構或基礎之上或之內構成區域或結區。“銀” 一詞不僅包括元素銀，而且包括在半導體技術中已知的具有痕量金屬的銀或各種與其它金屬的合金中的銀，只要這種銀合金是導電的，只要這種銀的物理和電學特性 維持不變。“硒化銀”一詞包括各種硒化銀，包括可能銀稍有多余或不足的硒化銀，例如 Ag2Se、Ag2_xSe 和 Ag2+xSe。“硫族化物玻璃” 一詞包括凡含元素周期表中VIA族(即16族)中一個元素的玻 璃。VIA族元素也稱為硫族元素，包含S (硫)、Se (硒)、Te (碲)、Po (釙)和0 (氧)。本發明針對硫族化物玻璃恒流器件和它們的制造與工作方法。本文所公開的硫族 化物玻璃恒流結構可以用于在所施加的電壓范圍內需要恒定電流的任何場合。現在結合圖1-9解釋本發明，圖1-9描述本發明的硫族化物恒流器件100和101 和其制造與工作方法的示范實施例。圖1描述按照本發明構造的硫族化物恒流器件的第一實施例。第一電極2被形成 在襯底1上。第一電極2可以包含任何導電材料，只要該恒流器件的電特性不被改變。例 如，各種金屬，比如鎢、鎳、鉭、鋁、鉬或氮化鈦等等中一種或幾種。此外，第一電極2可以包 含導電摻雜的半導體材料。然后，因為例如Ag、Au或Cu的一些金屬可能遷移而進入隨后淀 積的玻璃層，并改變恒流器件的電特性，使用上必須注意。為簡化敘述，第一電極2描述為含鎢(W)。盡管圖1所示的第一電極2形成在襯底 1上，但應理解為可以在電極2之下，在該電極和襯底1之間有附加層。例如，若需要的話， 在第一電極2之下可以設有一包含覆蓋了一絕緣層的電路層的半導體襯底。在電極2和襯 底1之間的附加基礎層的存在并不影響本發明的效用。接著，第一硫族化物玻璃層4形成在第一導電電極2上。硫族化物玻璃層4與電 極2電連接。第一硫族化物玻璃層4最好是具有GexSe1(1(1_x的化學計量的硒化鍺玻璃。第一硫族 化物玻璃層4的化學計量范圍是從約Ge18Se82到約Ge43Se57，但以從約Ge25Se75到約Ge4tlSe6tl 為理想，更理想的是大致為Ge4(1Se6(1。第一硫族化物玻璃層4的厚度范圍從約150人到約400人。最好，第一硫族化物玻 璃層4具有從約250人到約300人的厚度。為簡化敘述起見，第一硫族化物玻璃層4在下文 就稱之為Ge4tlSe6tl層。第一硫族化物玻璃層4用作玻璃構架，可以直接在該層4上形成含金 屬層，例如，硒化銀或用銀(Ag)摻雜的硫族化物層。本發明一示范實施例的具有例如Ge4tlSe6tl的化學計量組成的第一硫族化物玻璃層 4，可以用任何適合的方法來形成。例如蒸發，以適合比例一起濺射鍺和硒，使用具有所要 求化學計量的硒化鍺靶的濺射或用GeH4和SeH2氣體(或這些氣體的各種組合)的化學計 量化學蒸氣淀積，形成所要求化學計量的硒化鍺薄膜，這些是可用于形成第一硫族化物玻 璃層4的各種方法的非限制性的示例。再參閱圖1，在第一硫族化物玻璃層4上形成優選硒化銀的含金屬層6。但是，任 何適合的含金屬層6都可被使用，只要它含有充足的金屬離子源，在器件工作時離子可以 進入或離開硫族化物玻璃層。例如，除硒化銀以外，含金屬層6可以是銀。其它適合的含金 屬層6包括用Ag摻雜的例如0、S、Se、Te和Po硫族化物的所有硫族化物層。例如硫化銀、氧化銀和碲化銀等等都是可以使用于含金屬層6的適合的銀的硫族化物。許多種工藝可用于形成含金屬層6。一些非限制性例子是用含Ag的硫族化物源進 行的例如蒸氣淀積、濺射、聯合濺射的物理蒸氣淀積技術。其它非限制性工藝例如化學蒸氣 淀積、共蒸發，在銀層上淀積一層硒以形成硒化銀或硒化銀層的化學浴淀積也可使用。圖1 所示含金屬層6與第一硫族化物玻璃層4的上表面相接觸；然而，在層4和6之間也可以有 中間層，只要它們容許所形成的器件工作于恒流方式。所形成的含金屬層6的厚度范圍從約200人到約2000人。最好，含金屬層6厚約
600A。再參閱圖1，在含金屬層6上形成第二硫族化物玻璃層8。圖1描述第二硫族化物 玻璃層8與含金屬層6上表面相接觸；然而，在層6和8之間也可以有中間層，只要它們容 許所形成的器件工作在恒流方式。第二硫族化物玻璃層8最好是具有GexSe1(1(1_x的化學計量的硒化鍺玻璃。第二硫族 化物玻璃層8的化學計量范圍是從約Ge18Se82到約Ge43Se57，但以從約Ge25Se75到約Ge4tlSe6tl 為理想，更理想為約Ge4ciSe6citj第二硫族化物玻璃層8最好具有厚度范圍約50人到約500人。 更理想的是，第二硫族化物玻璃層8的厚度為約150人。盡管以上描述的第一硫族化物玻璃層4和第二硫族化物玻璃層8具有相同的化 學計量，例如約Ge4tlSe6tl，但應理解第一硫族化物玻璃層4和第二硫族化物玻璃層8可具有 互不相同的化學計量，甚至它們可以是不同的玻璃。例如，第一硫族化物玻璃層4可具有 Ge40Se60的化學計量，而第二硫族化物玻璃層8可具有Ge25Se75的化學計量。為簡化敘述起 見，第二硫族化物玻璃層8在下文就描述為具有Ge4tlSe6tl的化學計量。第二硫族化物玻璃層8的形成可以通過如上所述第一硫族化物玻璃層4的形成時 提及的任何適合的方法來實現。作為可供選擇的實施例(圖Ia所示)，在第二硫族化物玻璃層8上可以有附加層 9，例如Ag層。或者，層9可以在例如Ag2Se的含金屬層6之上(圖lb)或之下(圖lc)，而 不是在第二硫族化物玻璃層8的上面(圖la)。在圖Ia-Ic中，層9最好是厚度小于或等于 500人的Ag層，Ag層的厚度以約為200人為理想。可以使用本專業熟知的任何技術淀積層 9。嚴格說來，由電極10來提供Ag源并不理想。因此，為長期溫度穩定性和耐久性必須注 意限制Ag源。層9的存在體現了這種關注。然而，層9的存在并不是必需的。在圖1的另一可供選擇的實施例(圖Id所示)中，可以這樣地制造恒流器件，在 層9和頂電極10之間可以有與玻璃層8類似的第三玻璃層7。與圖Ia-Ic所示實施例類似 的，層9最好是厚度小于或等于500人的Ag層，Ag層厚度以約200人為更理想。再參閱圖1，在第二硫族化物玻璃層8上形成第二電極10，以完成硫族化物恒流器 件100。第二電極10可以包含任何導電材料，只要恒流器件電特性不會被改變。例如，各種 金屬，比如鎢、鎳、鉭、鋁、鉬、銀或氮化鈦等等中的一種或幾種。然后，因為例如Ag、Au或Cu 的一些金屬可能遷移而進入隨后淀積的玻璃層，并改變恒流器件的電特性，使用上須注意。此外，第二電極10可以包含經摻雜而導電的半導體材料。圖1示出第二電極10 與第二硫族化物玻璃層8上表面相接觸；然而，在層8和層10之間也可以有中間層，只要它 們容許所形成的器件工作在恒流方式。但應理解第一電極2和第二電極10可以含有相同材料或不同材料。作為舉例，第一電極2和第二電極10可以每個都是鎢的，或者，最好第一電極2包含鎢而第二電極10含 銀。如上所述，嚴格地說，由電極10提供Ag源并不理想。因此，為長期溫度穩定性和耐久 性必須注意限制Ag源。在形成第二電極10之后，將絕對幅度大于該器件清除電位的負電脈沖施加在結 構100上，使該器件呈現恒定電流方式。傳統上，如圖1所示制造的結構100可以作為標準 的PCRAM存儲器件工作。例如，在DC工作時，當大約IOOmV的電位施加在導體10和2上時， 該器件可以被讀出；在約250mV的電位或更高電位施加在導體10和2上時進行寫入；在絕 對幅度大于大約80mV的負電位施加在導體10和2上時進行刪除。然而，申請人已經發現，當比刪除電位明顯地更負的負電脈沖施加在導體10和2 上時，該結構的電行為方式被改變，呈現恒定電流源行為方式而不是存儲器行為方式。當在 恒流方式時，可以施加寬范圍的負電壓在這種器件上而并不改變該器件電流的流動。將器 件轉入恒流方式的負電壓信號幅度(例如，比PCRAM器件刪除電位明顯地更負)隨各硫族 化物玻璃層厚度和在硫族化物層4中所含金屬量(例如Ag)的不同而異。第一示范結構100按照本發明的圖1所示的實施例形成，其中第一電極2包含鎢， 第一硫族化物玻璃層4是厚約300人的Ge4C1Se6ci層，含金屬層6是厚約600人的A&Se層，第 二硫族化物玻璃層8是厚約150A的Ge4tlSe6tl層，第二電極10是Ag電極。
當一般幅度在從約負1. OV(-1. 0V)至約負2. 0(-2. 0V)范圍內而具有約8ns到至 少約30ns脈沖的負電壓施加在導體10和2上時，示范結構100作為恒流器件工作。以這 種方式制造的器件在約負IOOmV(-IOOmV)到至少約負800mV(_800mV)所施加電壓范圍內提 供約負8μΑ的恒定電流。如圖3曲線所示。當電壓比約-SOOmV更負時，該示范結構100 的恒定電流行為開始變差。也已發現以這種方式制造的器件已被永久地由存儲器件轉為恒 流工作器件。盡管圖3描述在從約-IOOmV至約_800mV電壓范圍內恒定電流約為8 μ A，但應理 解準確的恒定電流值和電壓范圍取決于該器件結構特性，例如層4、6和8的精確的組成和 厚度和硫族化物層4中所含金屬(比如Ag)的總量。而且，如以上在描述圖1的實施例時指出的，第一硫族化物玻璃層4和第二硫族化 物玻璃層8不一定要具有相同的化學計量，第一硫族化物玻璃層4和第二硫族化物玻璃層 8也不一定要具有相同的厚度。按圖1描述的方式制造的恒流器件100可以按特定應用的 要求或需要做成任何幾何形狀。作為第二個和更特定的示范例，恒流器件按照本發明圖1實施例制造完成，其中 第一電極2包含鶴，第一硫族化物玻璃層4是厚約300人的Ge4tlSe6tl層，含金屬層6是厚約 600人的Ag2Se層，第二玻璃層8是厚約150人的Ge25Se75層，第二電極10包含鎢。當具有30ns脈沖的負電位1. 5V(_1. 5V)施加在所制造的器件上時，該器件呈現恒 流行為而不是存儲器行為。申請人還獲知，當具有30ns脈沖的電壓范圍在從-1. OV至-2. OV 內任一負電位施加在所制造的器件上時，該器件也呈現恒流行為。然而，已經發現施加負 900mV、30ns的脈沖而并不使所制造的器件呈現恒流行為。與第一示范器件相同，第二示范結構100在所施加的負電壓范圍約從-IOOmV 至-800mV內維持恒定電流。因此，一旦在從-1. OV至-2. OV范圍內30ns負電脈沖施加在 導體10和2上時，可看到恒流行為的電壓范圍至少接近700mV。
在圖1所示的實施例的第三示范例中，所制造的結構100中包括含鎢的第一電極 2，包含厚約150人的Ge4tlSe6tl玻璃的層4，含厚約600人的Ag2Se的金屬層6，包含厚約150人 的Ge4tlSe6tl的玻璃層8，以及含Ag的第二電極10。然后，一個約為負800mV(_800mV)的8ns 負電脈沖施加在所制造的器件上。因此，該器件也呈現恒流行為而不是存儲器行為。在約-SOOmV的8ns負電脈沖施 加在電極10和2上將該結構轉變為恒流方式以后，所制造的器件在至少接近700mV的范圍 內，更確切地說，從-IOOmV至-SOOmV的所施加負電壓范圍內維持恒定電流。正如從第三示 范例中看到的，該器件中含銀總量看來影響將該器件100轉變為恒流方式所需施加的負電 位的幅度。現參閱圖2，圖2表示本發明另一示范實施例及其制造方法。圖2的實施例描述設在襯底1上的第一電極2。第一電極2可以由作為與圖1的 實施例中的相同電極的上述任何導電材料構成。為簡化敘述起見，第一電極描述為鎢(W) 的。與圖1實施例相同，在電極2和襯底1之間可以有一些附加層。接著，在第一電極2上形成硫族化物玻璃層4。盡管圖2所示在第一電極2和硫 族化物玻璃層4之間沒有中間層，但是可以存在中間層，只要它們不妨礙圖2的結構工作在 恒流方式。硫族化物玻璃層4最好是具有GexSe1(l(l_x的化學計量的硒化鍺玻璃。硫族化物 玻璃層4的化學計量范圍是從約Ge18Se82到約Ge43Se57，但以從約Ge25Se75到約Ge4tlSe6tl為理 想，更理想約為Ge4ciSe6citj硫族化物玻璃層4具有厚度范圍從約150人到400人。最好，硫族化 物玻璃層4具有從250入到300人的厚度。本發明的一個示范實施例的具有例如Ge4tlSe6tl的化學計量組成的硫族化物玻璃層 4，可以用以上描述的形成圖1的玻璃層4或8的任何一種方法來形成。再參閱圖2，在硫族化物玻璃層4上淀積含金屬層6，最好為硒化銀。然而，任何適 合的含金屬層6都可以被使用，只要它含有充足的金屬離子源(例如銀)，在器件工作時離 子可以進入或離開硫族化物玻璃層4。例如，除硒化銀以外，含金屬層6可以是銀。其它適 合的含金屬層包括含Ag的例如0、S、Se、Te和Po硫族化物的所有硫族化物層。例如硫化 銀、氧化銀和碲化銀等等都是可用于含金屬層6 (例如含Ag的硫族化物層)的適合的銀的 硫族化物。含金屬層6的形成可以采用與上述與圖1的實施例中的含金屬層6之形成相聯系 的上述任何方法。圖2表示，含金屬層6與硫族化物玻璃層4的上表面相接觸；然而，在含 金屬層6之下也可以有中間層，只要它們不妨礙圖2的結構工作在恒流方式。所形成的含 金屬層6的厚度范圍從約200人到約2000人。最好，含金屬層6是約600人厚。作為一個可選擇的實施例(圖2a所示)，例如Ag的附加層9可以設在例如Ag2Se 的含金屬層6的之上，在第二電極10和含金屬層6之間。或者，與圖2a的實施例相似，附 加層9可以設在含金屬層6之下，在硫族化物玻璃層4和含金屬層6之間。在圖2a中，層 9最好是厚度小于或等于500人的Ag層，Ag層厚度為約200人更為理想。與對圖h-ld的 示范實施例的關注相類似，為長期溫度穩定性和耐久性必須注意限制Ag源。層9的存在引 起了這種關注。然而，層9的存在并不是必需的。再參閱圖2，按照笫二實施例，在含金屬層6上形成第二電極10，以構成硫族化物 恒流器件101。而且，盡管圖2所示在含金屬層6和第二電極10之間沒有中間層，但是可以存在中間層，只要它們不妨礙圖2的結構工作在恒流方式。第二電極10可以包含以上描述 的用于圖1的實施例中電極10的任何材料。然而，若圖2的第二電極10與含金屬層6直 接接觸，則第二電極10最好不含銀，除非它被濺射到作為含金屬層6的Ag2Se層上。應理解，圖2的第一電極2和第二電極10可以有相同材料或不同材料。作為舉例，第一電極2和第二電極10可以都是鎢的，或者，第一電極2可以含鎢而第二電極10可以含 銀。在形成圖2的結構101之后，，可以將足夠幅度的負電脈沖加在電極10和2上使 該器件呈現恒流行為。傳統上，如圖2所示制造的結構101可以作為標準的PCRAM存儲器 件使用。例如，在DC工作時，當大約IOOmV的電位加在導體10和2上時，該器件可以被讀 出；當大約250mV的電位或更高電位施加在導體10和2上時進行寫入；當絕對幅度大于大 約SOmV的負電位施加在導體10和2上時進行刪除。然而，當比結構101的刪除電位明顯地更負的負電脈沖加在導體10和2上時，該 結構的電行為方式被改變，呈現恒流源行為方式而不是存儲器行為方式。當在恒流方式時， 寬范圍的負電壓可以施加在這種器件上卻不改變該器件電流的流動。將器件轉入恒流方式 的負電壓信號幅度(例如，比PCRAM器件的刪除電位明顯地更負)，隨各硫族化物玻璃層厚 度和在硫族化物層4中所含金屬量(例如Ag)的不同而異。在本發明的圖2所示的實施例的第一示范例中，在所制造的恒流器件中，其中第 一電極2包含鎢，第一硫族化物玻璃層4是厚約300人的Ge4tlSe6tl層，含金屬層6是厚約 600人的Ag2Se層，第二電極10包含鎢。負電位1.5V(-1.5V)的30ns脈沖被加在所制造的示范器件上。因此，該器件呈現 恒流行為而不是存儲器行為。還發現，當電壓范圍在從-1.0V至-2. OV內的負電位的30ns 脈沖加在所制造的器件上時也產生恒流行為。然而，已經發現施加比-1. OV更正的電脈沖 (例如，負900mV的30ns脈沖)不使示范器件101轉入恒流方式。示范器件101在所施加的負電壓范圍從約-100mV至約-SOOmV維持恒定電流。因 此，將從-1. OV至-2. OV范圍內負電壓施加在導體10和2上，就可看到恒流行為的電壓范 圍至少接近700mV。在圖2實施例的第二示范例中，所制造的結構101中包括含鎢的第一電極2，包 含厚約150人的Ge4C1Se6ci玻璃的層4，包含厚約600人的Ag2Se的金屬層6，以及含有Ag的第 二電極10。約負800mV(-SOOmV)的8ns負電脈沖施加在所制造的器件上。因此，該器件也 呈現恒流行為而不是存儲器行為。正如從第二示范例中看到的，該器件101中含銀總量看 來影響將該器件轉變為恒流方式所需施加的負電位的幅度。當約-800mV的負電位施加在電極10和2上時，所制造的器件在至少接近700mV， 更確切地說從-IOOmV至-SOOmV的所施加的負電壓范圍內維持恒定電流。與圖1的實施例 相同，圖2的實施例可以根據要求或需要的應用做成任何幾何形狀。申請人:已發現，通過在該器件上施加比將該器件從存儲器件轉變為恒流器件所需 要的負電壓大的負電壓，按照本發明實施例制造的通常呈現PCRAM存儲器件行為的器件 100和101可以永久地轉變為恒流器件。換言之，施加比該器件刪除電位明顯更負的電脈沖 將存儲器件轉變為恒流器件。已經看到，恒流器件100和101中含銀量越大.要施加在器 件100和101上引起恒流行為的負電位8ns脈沖的絕對幅度就越大或者各種寬度的脈沖的絕對幅度就越大。申請人:還發現，在施加足以將該器件置于恒流工作模式的負電脈沖下，按照本發明制造的器件100和101可以工作為恒流器件而不必先工作為存儲器件。反之，通過施加 低于將該器件置于恒流工作模式所需要閾值的電壓，按照本發明制造的器件100和101可 以工作為存儲器件而不會先工作再變為恒流器件。因此，在施加足以將存儲器件轉入恒流 工作模式的負脈沖時，該器件轉變為恒流方式并且維持這種狀態直至電壓撤去。本發明的另一方面提出例如圖1和2所述的恒流器件100和101處于恒流工作模 式時改變和重設所流過的電流值的重設方法。為簡化敘述，改變和重設的方法以圖1所制造的結構100為例加以說明。然而，這 些方法同樣有效地適用于圖2的結構101。特別地，以下結合圖3描述按照圖1制造的示范結構100，結構100包括如下底層 鎢電極2，厚約300人的Ge4tlSe6tl第一玻璃層4，厚約600人的Ag2Se層6，厚約丨50入的Ge4tlSe60 第二玻璃層8和頂層銀電極10。這樣，當圖1的結構100處于恒流方式，大約OV至-1. OV 范圍內的DC電壓施加在電極10和2上時，該器件具有如圖3所示的電流/電壓曲線(I/V 曲線)。圖3描述所觀察到的本發明恒流器件的超過-SOOmV時的A區，在A區恒定電流 值-8μΑ開始下降。換言之，在A區恒定電流值不再維持在-8μΑ。已經觀察到A區對應于 硫族化物恒流器件100的重設區或擊穿區。尤其是當結構100處于恒流方式時，如圖3所 示，通過施加比該器件的負電壓閾值大的更負電壓，該器件的恒定電流值可以重設至初始 恒定電流值(例如_8 μ Α)。初始恒定電流值是硫族化物結構在初次轉變呈現恒流行為時的 初始電流值假如所施加的電位的增加超出恒流器件開始減小恒定電流值的那點(如圖3所 示)過多，恒流器件性能可能過早地惡化。恒流器件性能惡化可能最終導致DNR行為。然 而，運用與最初使用的使該器件呈現恒流行為的幅度相同或小些的重復脈沖，可能發生恒 定電流值的增加。而且，在對應于A區的一定負電位以后，恒流器件不再重設至初始恒定電 流值。恒流器件的功能失效。重設恒流器件的恒定電流值的較理想方法是施加更正的電位。再參閱圖3，但應理解，盡管恒定電流值在圖中描述的為_8 μ Α，恒定電流值將隨 按照圖1和2實施例制造的玻璃堆層厚度而變化，也隨器件100和101中含Ag總量而變化。 而且，盡管A區在圖3中看來在超過約-SOOmV之外，A區位置也可以變化，例如比圖3所示 的值較大或較小，這取決于玻璃堆層的厚度，含Ag總量及所施加的負電壓。還有，盡管圖3 描述該器件在至少700mV內維持恒定電流，玻璃堆層的厚度，含Ag總量及所施加的負電壓 幅度也會影響該器件的維持恒定電流值的范圍，例如恒流器件可以比圖示的具有更大的恒 定電流范圍。因此，在由本發明提出的一個方法形態中，圖3的A區對應于一個負擊穿電壓，該 電壓可以加在恒流結構100或101上使該結構的恒定電流值重設至當結構100或101初次 轉變為恒流方式時所看到的初始值。在本發明的另一方面，圖3也說明一種改變器件100恒定電流值的方法。申請人:已發現施加負電位直至一定值增加恒定電流幅度。幅度相同或小些的重復 電流脈沖還可以增加恒定電流幅度。為增加恒定電流幅度所需的負電位將隨恒流器件結構特性而變化。反之，施加正電位減小恒定電流幅度。同樣地，幅度相同或小些的重復電流脈 沖還可以減小恒定電流幅度。此外，為減小恒定電流幅度所需的正電位將隨恒流器件結構 特性而變化。以下給出進一步詳述。一般說，當工作在恒流方式的結構100被用絕對幅度大于圖4所示的電壓閾值 (Vt)的正電壓60寫入時，該信號減小恒定電流的限值，例如使幅度減小，如圖5所示。為簡 化敘述起見，稱該電壓為V1。
圖5描述在大于圖4所示的Vt的正電壓60 (例如V1)施加在結構100之后的電流 限值61。應理解，如圖4所示，可以施加在恒定電流結構100上的V1幅度可具有比正Vt電 壓60更大的絕對幅度。現在看圖5，圖5描述各種V1,曲線61對應于圖4的所施加的正Vt 電壓60，曲線71對應于圖4的所施加的正電壓70和曲線81對應于圖4的所施加的正電 壓80。圖4只描述可以施加而引起較大恒定電流值(例如，減小恒定電流幅度)的幾個V1 值。因此，圖5只描述由于在工作在恒流方式的結構100上施加正電壓而造成的幾個恒定 電流值。而且，圖5示出了幅度相同或小些的重復電流脈沖還可以減小恒定電流幅度，如曲 線61,71和81所示。因此，在工作在恒流方式的結構100上施加大于Vt的正電壓(例如,V1),會造成比 當結構初次轉變為恒流方式工作時初次看到的恒定電流幅度減小的恒定電流幅度。例如， 假如恒流器件具有如圖3所示的-8 μ A的初始恒定電流值，可以施加正電壓70達到如圖5 曲線71所示的新恒定電流值。換言之，施加在結構上的V1減小恒定電流強度。若需要的 話，恒定電流值可以被繼續減小。所以，在恒流器件100和101上施加正電壓(例如,V1)能 夠將恒定電流值改變為比該器件初次看到的值更低的恒定電流值。在另一方法形態中，本發明提出增加或重設用圖4和5所示的上述方法達到的高 恒定電流值。為了增加如圖5曲線61、71和81所示的高恒定電流值，需要將比負閾值電壓 (Vt)更負的電壓施加在結構100上。該電壓也稱為該器件的擊穿電壓。為簡化敘述起見， 稱這電壓為V2。圖6描述在A區(與圖3的A區相似)的使用圖5的恒定電流限值曲線60的恒 流器件100的擊穿電壓。所施加的負閾值電壓(V2)是比現行恒定電流值的電壓范圍上限 值稍負的電壓，被定義為該器件的擊穿電壓。例如，圖6描述負800mV(-800mV)大約是結構100現行恒定電流值的電壓范圍上 限值。因此，如圖6所示，所施加的V2必須比-SOOmV稍負。確切地說，恒流器件100的擊 穿電壓由A區給定，要比-800mV稍負。因此，圖6描述在恒流結構100上施加比約-SOOmV更負的V2。最好，施加大于或 等于-1. OV的更負V2,使結構100的恒定電流值重設。然而，其它負V2值可以被使用，只要 它們大于結構100現行恒定電流值的電壓范圍的上限值，例如V2大于至少-800mV。例如， 返回參閱圖3，圖3描述恒流器件100的現行恒定電流值的電壓范圍上限值是約_800mV。 這樣，要施加稍負的V2。這就是A區所表示的。如上所述，準確的擊穿電壓和該負信號(例 如，V2)的幅度將隨恒流器件內玻璃層的厚度和含銀量而變化。而且，施加比-SOOmV更負的 電信號用作增加恒定電流的負值。這樣，施加對應于恒流器件擊穿電壓的V2提升存在的恒定電流值，例如，存在的恒定電流值變為更負即增加恒定電流的幅度。換言之，施加對應于圖3和6中A區更負的電 壓，可以或者將結構100的恒定電流限值重設至初始恒定電流限值，或者至少提升如圖7所 示恒流器件的恒定電流值，例如，變得更負。此外，幅度相同或小些的重復電流脈沖還可以 按要求增加恒定電流幅度。具體而言，圖7描述了結構100的恒定電流值從圖6所示的_8 μ A被提升至約負 SOOnA(-SOOnA)。因此，達到新的更高恒定電流值，例如，更負的恒定電流值。特別地，所達 到的更高恒定電流值對應于恒流器件初始負恒定電流值。如圖7所示，該恒定電流值明顯 地更高，例如，更負。一般，施加比約-SOOmV至約_2. OV更負的負V2造成擊穿電壓，使恒流器件中恒定 電流值重設或提升。然而，一般施加大于-2. OV的更負的V2會造成恒流器件被損壞。因此， 理想的是從約-SOOmV至約-2. OV范圍內的A區擊穿電壓(如上所述，這隨每個恒流器件而 變化)施加在恒流器件上，使得器件100和101重設或提升其恒定電流值，例如，更負。盡管，施加大于-2. OV的更負的V2 —般會造成恒流器件被損壞，但這并不總是如 此。例如-2. OV的這值可以隨恒流器件內各層厚度而變化。比如，恒流器件內各層厚度 越厚，可以施加更負(舉例來說，比-2. OV更負)的V2而不會損壞該器件。而且，施加大 于-2. OV的更負的V2可能導致該器件重設至使該器件可以再次作為恒流源被加以脈沖和 編程的非常低的恒定電流值，而不會損壞器件。此外，這取決于恒流器件中存在的各層厚 度。因此，在一方面，施加大于-2. OV的更負的V2可能導致該器件重設至低的恒定電流值。事實上，上述公開的方法使恒流器件的恒定電流值可以被改變和重設。將恒定電 流值改變和重設不會有損壞恒流器件100或101。因此，通過施加V1電壓，可以使恒定電壓 限值下降，例如比恒流器件初始恒定電流值更正，并且相反地，可以使恒定電壓值重設或提 升，例如比初始恒定電流值更負。但應理解，本發明的方法適用于任何恒流器件，并不限于 按照圖1和2制造的器件100和101。在另一方面，本發明也提出利用恒流器件作為模擬存儲器件使用的方法。本發明 的這一特定方面提出了檢測被加在恒流器件的恒定電流值的方法。一旦測到這些恒定電流 值，就可以確定達到這些恒定電流值所施加的正電壓(例如，力)。可以依次讀出這些值，使 得存儲器狀態對應于每個恒定電流值。這樣，當器件工作于不同恒定電流值，可以這樣地讀 出恒流器件，使得多個存儲器狀態可以被存儲。每個存儲器狀態應于一個特定的恒定電流 值。例如，幅度相同或小些的重復電流脈沖還可以增加或減小恒定電流幅度。這些值中的 每一個可對應不同狀態的模擬分類而被讀出和存儲。圖8表示一種讀取恒流器件的恒定電流值的方法，從而使得能將恒流器件作為模 擬存儲器件使用。例如，有三個可以使用的恒定電流值，比如，0. 1 μ Α、0. 5 μ A和1 μ Α，這三 個不同信號值中的一個可被存儲，并通過測量電流值而被讀出。如上述圖4和5所示，同一 恒流器件可以有不同的恒定電流值。如圖4所示，在恒流器件上施加正電壓(V1)減小恒定 電流限值，例如使恒定電流幅度減小，如圖5所示，施加如圖4所示的虛線60、70和80的正 電壓可以得到圖5中曲線61、71和81。這些恒定電流值中至少一個可被單獨存儲和讀出。 如上指出，在單個恒流器件中可以達到多個恒定電流值。圖8描述Va、Vb和V。的曲線。根據Va、Vb和V。的值可以確定所施加而達到Va、Vb 和V。的正電壓。比如，恒定電流值Va使得計算產生Va前施加的正電壓V1成為可能。同樣地，利用恒定電流值Vb和V。使得計算產生Vb和V。前施加的正電壓V1成為可能。每一個對 應的恒定電流值(例如，va、Vb和V。)可作為該器件的一個單獨的存儲狀態被存儲。應理解，盡管上述本發明的方法僅述及硫族化物恒流結構100，本發明的方法同樣 地適用于任何恒流結構，例如恒流結構101，而不是僅限于上文公開的恒流結構。
而且，盡管上述實施例談及僅僅一個硫族化物恒流結構100或101的制造，但應理 解，本發明涵蓋任何數量的這種硫族化物恒流結構的制造。作為一個非限制性的例子，許多 個硫族化物恒流器件可被制造并提供，與許多元件一起工作。因此，硫族化物玻璃恒流結構 100或101可以使用于許多電子設備中。確切地說，上述公開的方法和結構的工作可以使用 于凡是希望具有在所施加的電壓范圍內維持恒定電流的恒定電流維持器件的任何設備。圖9中以附圖標記500 —般地描述一個包括本發明的恒流器件的典型的基于處理 器的系統。基于處理器的系統是具有可包括恒流器件的數字電路的系統范例。這樣一個系 統可以包括(但不限于)計算機系統、攝像機系統、掃描儀、機器視覺系統、車輛自動駕駛系 統、可視電話、監視系統、自動聚焦系統、行星跟蹤系統、運動檢測系統、圖象穩定系統和用 于高清晰度電視的數據壓縮系流，所有這些系統都可以使用本發明。基于處理器的系統(例如計算機系統)一般包括例如中央處理單元(CPU)544(例 如微處理器)，它通過總線552與輸入/輸出(I/O)設備546通信。恒流器件542也通過 總線552與系統通信。計算機系統500也包括隨機存取存儲器(RAM) 548，并且在計算機系 統場合，可以包括例如軟盤驅動器554、光盤驅動器(CDROM) 556等外圍設備，它們也通過總 線552與CPTO44通信。恒流器件542最好構成為一個包含至少一層硫族化物玻璃層和含 金屬層的集成電路，如上述圖1-8所示。也可以按要求將處理器554、恒流器件542和存儲 器548集成在一塊IC芯片上。本發明并不局限于以上圖示的實施例的細節。因此，上述說明和附圖只能認為是 對本發明的特征和優點的示范實施例的描述。可以作出針對特定方法、工藝條件和結構的 種種修改和替換而并不偏離本發明的精神和范圍。因此，本發明并不僅限于上述說明和附 圖，其范圍僅由所附的權利要求書的范圍限定。
權利要求
一種改變恒流器件的恒定電流值的方法，所述方法包括設置包含第一和第二電極的所述恒流器件，其中至少一個電極具有比另一電極低的電位，且其中所述恒流器件具有第一恒定電流值；以及給具有較低電位的電極施加足以使所述第一和第二電極之間的電位差在量值上至少等于所述恒流器件的負閾值電壓的電壓，以將第一恒定電流值改變到第二恒定電流值。
2.權利要求1中的方法，其中所述施加的電壓是比所述器件的所述恒定電流值的電 壓范圍上限值稍負的電壓。
3.權利要求2中的方法，其中所述施加的電壓是所述恒流器件的擊穿電壓。
4.權利要求3中的方法，其中所述擊穿電壓在-SOOmV至-2.OV的范圍內施加。
5.權利要求4中的方法，其中所述擊穿電壓在8ns至30ns的脈寬范圍內施加。
6.一種將存儲器件轉變為恒流器件的方法，所述方法包括設置包含至少兩個電極的所述存儲器件，其中至少一個電極具有比另一電極低的電 位；以及給具有較低電位的電極施加比所述存儲器件的刪除電位大的負電壓，所述負電壓 在-SOOmV至-2. OV的范圍內施加，其間，所述存儲器件轉變為所述恒流器件。
7.權利要求6中的方法，其中所述恒流器件在跨越至少700mv的施加電壓范圍上維 持恒定電流。
8.權利要求6中的方法，其中所述負電壓在8ns至30ns的脈寬范圍內施加。
9.權利要求6中的方法，其中所述存儲器件永久地轉變為所述恒流器件。
10.一種改變恒流器件中的恒定電流值的方法，所述方法包括設置位于至少兩個電極之間的所述恒流器件，其中至少一個電極具有比所述另一電極 低的電位；給所述具有較低電位的低電極施加其絕對幅值比所述恒流器件的負閾值電壓更負的 負電壓，其中，所述施加所述更負電壓的動作提升所述恒流器件的恒定電流限值。
11.權利要求10中的方法，其中所述施加所述更負電壓的動作包括施加比所述器件 中的所述恒定電流值的電壓范圍上限值稍負的電壓。
12.權利要求11中的方法，其中所述施加的負電壓是擊穿電壓。
13.權利要求12中的方法，還包括施加-800mV至-2.OV的范圍內的擊穿電壓。
14.權利要求13中的方法，其中所述擊穿電壓在8ns至30ns的脈寬范圍內施加。
15.一種永久地將硫族化物存儲器件轉變為硫族化物恒流器件的方法，所述方法包括在至少第一和第二電極之間設置所述硫族化物存儲器件，其中至少一個電極具有比另 一電極低的電位；對所述硫族化物存儲器件從電壓源向具有較低電位的所述電極施加絕對幅值比所述 硫族化物存儲器件的清除電位更負的負電位。
16.權利要求15中的方法，還包括給具有-SOOmV至-2.OV的范圍內的較低電位的所 述電極施加其絕對幅值大于所述硫族化物存儲器件的清除電位的負電位。
17.權利要求16中的方法，其中所述負電位在8ns至30ns的脈寬范圍內施加。
18.權利要求15中的方法，其中所述硫族化物存儲器件永久地轉變為所述恒流器件。
19. 一種改變恒流器件中的恒定電流值的方法，所述方法包括在第一和第二電極之間設置恒流器件，其中至少一個電極具有比另一電極低的電位；以及給所述具有低電位的電極施加一正電位，從而改變所述恒流器件的恒定電流值。
20.權利要求19中的方法，其中所述施加正電位的步驟減小所述器件的恒定電流值。
21. 一種改變恒流器件中的恒定電流值的方法，所述方法包括在至少第一和第二電極之間設置恒流器件，其中至少一個電極具有比另一電極低的電 位；以及對所述恒流器件給所述具有較低電位的電極施加其絕對幅值大于所述恒流器件的電 壓閾值的正電壓，其中所述正電壓減少恒定電流幅值。
22. —種用恒流器件作為模擬存儲器件的方法，所述方法包括在第一和第二電極之間設置恒流器件，其中至少一個電極連接到電壓源； 對所述恒流器件施加跨越所述第一和第二電極的至少一個正電壓，其中，所述至少一 個正電壓建立至少一個恒定電流值； 讀取所述至少一個恒定電流值；以及 存儲所述至少一個被讀取的恒定電流值。
23.權利要求22中的方法，其中至少一個恒定電流值的所述存儲與存儲狀態相對應。
24.權利要求22中的方法，還包括存儲所述至少一個恒定電流值作為所述器件的存 儲狀態。
25. 一種用恒流器件作為模擬存儲器件的方法，所述方法包括 讀取所述恒流器件的至少一個恒定電流值；存儲所述器件的所述至少一個恒定電流值， 其中，所述至少一個恒定電流值與所述器件的存儲狀態相對應。
26.權利要求25中的方法，還包括施加對應于所述器件的不同恒定電流值的幅度相 似或小些的多個重復脈沖，其中，所述器件的所述不同恒定電流值作為所述器件的不同存 儲狀態被讀取和存儲。
27.權利要求26中的方法，其中施加多個重復脈沖的所述步驟導致所述器件狀態的 模擬分類。
28. 一種增加恒流器件的恒定電流值的幅值的方法，所述方法包括在兩個電極之間設置所述恒流器件，其中所述電極中的一個具有比另一電極低的電 位；以及對所述恒流器件給具有較低電位的電極施加負電位；以及將具有相似幅值或比所述被施加負電位小的幅值的重復脈沖施加到所述器件，從而進 一步增加所述器件的恒定電流值的幅度。
29. 一種增加恒流器件的恒定電流值的幅值的方法，所述方法包括在兩個電極之間設置所述恒流器件，其中所述電極中的一個具有比另一電極低的電 位；以及對所述恒流器件給具有較低電位的電極施加負電位，其中所述施加的負電壓導致所述 器件中更負的恒定電流值。
30.一種減小恒流器件的恒定電流值的幅度的方法，所述方法包括在兩個電極之間設置恒流器件，其中至少一個電極具有比另一電極低的電位；對所述恒流器件給具有較低電位的電極施加正電位。
31.權利要求30中的方法，其中與所述被施加正電位的幅度相似或小些的重復脈沖 施加到所述器件，進一步減小所述器件的恒定電流值的幅度。
32.權利要求30中的方法，其中所述被施加正電壓導致所述器件中更正的恒定電流值。
33.權利要求30中的方法，其中所述被施加正電壓比所述器件的負閾值電壓更正。
34.一種形成恒流器件的恒流狀態的方法，所述方法包括對所述器件施加其絕對幅值大于所述器件的清除電位的負電位，其中，所述負電位比 所述器件的負閾值電壓更負；以及對所述器件施加其絕對幅值大于所述器件的電壓閾值的正電位，其中，所述正電位比 所述器件的負閾值電壓更正。
35.權利要求34中的方法，其中所述被施加負電位的幅度相似或小些的重復脈沖被 施加到所述器件，以增加所述器件的恒定電流值的幅度。
36.權利要求34中的方法，其中所述被施加正電位的幅度相似或小些的重復脈沖被 施加到所述器件，以減小所述器件的恒定電流值的幅度。
37.權利要求34中的方法，其中施加正電位和負電位的所述步驟形成所述器件的恒 流狀態。
38.權利要求37中的方法，還包括讀取和存儲所述被施加正電位和負電位，以形成所 述器件狀態的模擬分類。
39.一種操作恒流器件的方法，所述方法包括如下步驟對包含兩個電極的恒流器件在所述兩個電極之間施加第一電壓以實現第一恒定電流 值；以及對所述恒流器件在所述兩個電極之間施加第二電壓，其中所述第二電壓足以將所述恒 流器件的所述第一恒定電流值改變到第二恒定電流值。
40.權利要求39中的方法，其中所述至少一個電極具有比另一電極低的電位。
41.權利要求40中的方法，還包括給具有較低電位的電極施加足以使兩個電極之間的 電位差至少在幅值上等于所述恒流器件的負閾值電壓的電壓。
42.權利要求41中的方法，其中所述被施加的電壓是比所述恒流器件的所述第一恒流 的電壓范圍上限值稍負的電壓。
43.權利要求42中的方法，其中所述被施加的電壓是所述恒流器件的擊穿電壓，所述 擊穿電壓在_800mV至-2. OV的在8ns至30ns的脈寬范圍內施加。
44.權利要求40中的方法，還包括對所述電極施加所述較低電位，減小所述恒流器件 的所述第一恒定電流值的幅值的正電壓電位。
45.權利要求44中的方法，其中，施加的所述正電壓電位在所述恒流器件中誘發出更 加正的第二恒定電流值，且施加的所述正電壓電位與所述恒流器件的負閾值電壓相比更 正。
46.權利要求39中的方法，其中，施加電壓的所述步驟還包括施加與所述器件的負閾值電壓相比更負的負電壓電位，并施加絕對幅度比所述器件的閾值電壓大的正電壓電位， 其中，所述正電壓電位與所述器件的負閾值電壓相比更正。
47.權利要求46中的方法，還包括讀取并存儲施加的所述正和負電壓電位來形成對所 述器件的狀態的模擬分類。
48.權利要求39中的方法，還包括讀取至少一個所述器件的第一和第二恒定電流值， 其中所述第一和第二恒定電流值對應于所述器件的存儲狀態。
49.權利要求48中的方法，還包括通過對所述器件施加足以使所述第二恒定電流值改 變到第三恒定電流值的電壓來存儲第三恒定電流值，其中，所述第三恒定電流值對應于所 述器件的存儲狀態。
全文摘要
本發明名稱為硫族化物恒流器件及其制造方法與動作，其涉及提供二端恒流器件的方法和裝置及其動作。本發明提出一種在至少約700mV的施加電壓范圍內維持恒定電流的恒流器件。本發明還提出改變和重設恒流器件的恒定電流值的方法，或者通過施加正電位減小恒定電流值，或者通過施加比現行恒定電流的電壓范圍上限更負的電壓，從而重設或增加其恒定電流電平至其初始制造值。本發明還提出將存儲器件形成或轉變為恒流器件的方法。本發明還提出將恒流器件作為模擬存儲器件使用的方法。
文檔編號H01L45/00GK101807666SQ20101013648
公開日2010年8月18日 申請日期2004年3月12日 優先權日2003年3月12日
發明者J·F·布魯克斯, J·T·穆爾, K·A·坎普貝爾, T·L·吉爾頓 申請人:微米技術有限公司