[发明专利]采用突变金属－绝缘体转变层的装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及采用突变金属-绝缘体转变层的装置及该装置的制造方法，特别是，具有改善的电极的突变金属-绝缘体转变装置及制造该装置的方法。

背景技术

采用相变材料(PCM)的存储装置已经变成积极研究和发展的课题。因PCM在高温下产生晶相和非晶相的结构相变，所以PCM可以应用于存储装置。然而，PCM不用于其它领域，例如，开关装置。这是因为结构相变引起的原子的位置变化不能取得快速开关的速度。

莫特-哈伯德(Mott-Hubbard)场效晶体管(FET)利用莫特-哈伯德绝缘体作为沟道层，并且由D.M.Newns et al.[Appl.Phys.Lett.73(1998)780]建议其为利用相变的开关装置的例子。与通常的MOSFET不同，莫特-哈伯德FET根据金属-绝缘体转变来导通和/或关闭，并且不包括耗尽区。因此，莫特-哈伯德FET比通常的MOSFET展示出更加高速的开关特性，并且可以大大改善其集成度。然而，因为莫特-哈伯德FET采用连续金属-绝缘体转变，所以必须连续地加入载流子电荷直至莫特-哈伯德FET展示出最佳金属特性。因此，所加的电荷将增加到很高的密度。结果，在莫特-哈伯德FET中栅绝缘层的介电常数必须很大，或者栅绝缘层的厚度必须很薄，或者所施与的栅电压必须很大。然而，如果介电常数太大，则在高开关操作期间电介质急剧退化，而这将导致缩短晶体管寿命。由于加工的限制，难于使得栅绝缘层的厚度薄。如果增加栅电压，则增加了功率损耗，并且这将导致晶体管不适合于低功率应用。

美国专利第6,624,463号揭示了一种突变金属-绝缘体转变装置，其采用突变金属绝缘体转变材料试示出决上述问题。突变金属-绝缘体将低密度空穴加入Mott-Brinkman-Reiss绝缘体，从而不连续而突变地产生从绝缘体状态到金属状态的转变。空穴驱动金属-绝缘体转变理论由Hyun-Tak Kim在论文′New Trends in Superconductivity′[NATO Science Series VoI 11/67(Kluwer，2002)pi 37]′和http://xxx.lanl.gow/abs/cond-mat/0110112中提出。因为所加入的空穴密度很低，所以可以解决采用金属-绝缘体转变材料的FET的问题。

然而，当在突变金属-绝缘体转变装置中产生金属-绝缘体相变时，在源极和漏极之间突然地流过很大的电流，并且因此产生高温发热操作。

图1是示出突变金属-绝缘体转变装置的电流(I)-电压(V)特性的曲线图。参照图1，在约27V漏极电压下突然地流过很大的漏极电流。当源极和漏极电极之间的间隙约为5μm，而栅极电极的线宽为25μm时，源极和漏极电极之间流过的电流的密度约为5x10E5A/cm²。因此很大的电流在源极和漏极电极之间流动，并且通过焦耳热而加热该装置。

在现有的突变金属-绝缘体转变装置中，Cr/Au用作源极和漏极电极。然而，Cr/Au不能承受高电流密度，并且受热退化。因此，如图2所示，沟道上的源极和漏极电极被击穿。结果，使突变金属-绝缘体转变装置的特性恶化。在严重恶化的情况下，突变金属-绝缘体转变装置不能再使用。

发明内容

技术问题

本发明提供一种具有在高功率操作期间电极不被破坏的电极的突变金属-绝缘体转变装置及其制造方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供有一种突变金属-绝缘体转变装置，其包括：突变金属-绝缘体转变材料层，具有小于或等于2eV的能隙和在一定空穴水平内的空穴；和两个电极，接触该突变金属-绝缘体转变材料层。两个电极的每一个都通过热处理一叠层来形成，该叠层的第一层形成在该突变金属-绝缘体转变材料层上，并且包括Ni或Cr，第二层形成在该第一层上，并且包括In，第三层形成在该第二层上，并且包括Mo或W，而第四层形成在该第三层上，并且包括Au。

突变金属-绝缘体转变装置可以实施为2端子开关装置，两个电极的第一电极可以设置在突变金属-绝缘体转变材料层的下表面上。并且两个电极的第二电极可以设置在突变金属-绝缘体转变材料层的上表面上。因此，该突变金属-绝缘体转变装置可以具有竖直结构，其中电流在相对于基板的垂直方向上流动。作为选择，两个电极可以设置在突变金属-绝缘体转变材料层上，以便彼此面对，并且彼此分开。因此，该突变金属-绝缘体转变装置可以具有水平结构，其中电流在相对于基板的水平方向上流动。