[发明专利]电子切换元件

说明书

电子切换元件(1)，其按此顺序包含第一电极(20)，结合至基板的分子层(18)，和第二电极(16)，其中分子层基本上由权利要求1中所示的式I化合物组成，其中介晶基团是经由间隔基团(Sp)通过锚定基团(G)结合至基板，所述电子切换元件(1)适于生产作为用于数字信息存储的忆阻器件的组件(1)。

本发明涉及含有具有负性介电各向异性的介晶化合物的分子层的电子切换元件，和涉及基于此切换元件的电子组件。本发明的其他方面涉及用于分子层中的化合物，涉及分子层的用途，和涉及制造和操作电子切换元件和基于其的组件的方法。

在计算机技术中，需要容许对其中所存储的信息进行快速写入和读取存取的存储介质。在此，固态存储器或半导体存储器容许实现尤其快速且可靠的存储介质，这是因为绝对不需要移动部件。目前，主要使用动态随机存取存储器(DRAM)。DRAM容许快速存取所存储信息，但此信息必需定期地刷新，这意味着所存储的信息在电源切断时会丢失。

现有技术还已知非易失性半导体存储器，例如闪存或磁阻随机存取存储器(MRAM)，其中信息即使在切断电源之后也可保留。在此，闪存的缺点为写入存取的发生相对较慢且闪存的存储单元通常无法任意地擦除。闪存的寿命通常限于100万次读取/写入周期的最大值。MRAM可以与DRAM类似的方式使用且具有长寿命，但此类型的存储器由于制造方法困难而一直无法确立自身地位。

另一替代是基于忆阻器(memristor)起作用的存储器。术语忆阻器是词语“存储器”和“电阻器”的缩写且表示能在高电阻与低电阻之间可重现性地改变其电阻的组件。各个状态(高电阻或低电阻)即使在无供应电压的情况下也可保留，这意味着非易失性存储器可利用忆阻器来实现。

电可切换元件的重要替代应用出现在神经形态或突触计算的领域。在其中所追求的计算机架构中，信息不再意欲以经典方式依序处理。取而代之的，目标是以高度三维互连的方式建立电路，以便能实现类似于大脑的信息处理。在此类型的人工神经元网络中，神经细胞(突触)之间的生物连接则由忆阻切换元件代表。在某些情形下，额外的中间状态(在数字状态“1”与“0”之间)在此处也可具有特别的益处。

例如，WO 2012/127542 A1和US 2014/008601 A1公开有机分子存储器，其具有两个电极和布置在该两个电极之间的作用区。作用区具有导电芳香族炔烃的分子层，该分子层的导电率在电场的影响下可改变。在US 2005/0099209 A1中提出基于氧化还原活性联吡啶鎓化合物的类似组件。

基于导电率或电阻变化的已知存储器的缺点在于，通过电流经过单层分子的流动所形成的自由基中间体原则上易受降解方法的影响，这对组件的寿命具有不良影响。

因此目标是寻找适用于忆阻器件且特别是关于以下性质中的一个或多个带来改进的新电子组件：

·在电场或电流的辅助下，在其电阻方面十分不同的两个状态(“0”，“1”)的可选择性和可读性；

·切换电压应在几百mV至几V的范围内；

·读取电压应显著低于写入电压(典型比率1:10[V])；

·在状态“1”中读取电流应为至少100nA；

·高电阻状态(HRS)(对应于“0”)与低电阻状态(LRS)(对应于“1”)之间的电阻比率：R_HRS:R_LRS应为10或更大，该电阻比率特别优选应为1000或更大；

·写入和读取操作的访问时间应为100ns或更短；

·在室温下在所选状态下具有长期稳定性而无需对其进行定期刷新，且因此维持连续电源应大于10年，即便在连续读取的情形下；

·操作和存储的宽广温度范围同时维持所存储信息是令人期望的；