[发明专利]CEM切换装置

说明书

本技术涉及一种用于制造包括含硅的关联电子材料的切换装置的方法。在实施方案中，描述了用于形成含硅的关联电子材料的方法。与用于形成仅包含过渡金属氧化物的关联电子材料的那些工艺相比，这些工艺可以使用相对较低的温度。

本技术涉及包含关联电子材料(CEM)层的切换装置(switching device)以及用于制造所述装置的方法。

电子切换装置存在于各种电子设备类型中，例如计算机、数码相机、蜂窝电话、平板设备、个人数字助理等，其中它们可以用作存储器和/或逻辑装置。

在考虑特定电子切换装置是否适合于这种功能时，设计者感兴趣的因素可包括物理尺寸、存储密度、操作电压、阻抗范围和/或功耗。其它感兴趣的因素可包括制造成本、制造便利、可扩展性和/或可靠性。

对表现出较低功率和/或较高速度的存储器和/或逻辑装置看起来存在不断增加的驱动。包含CEM的切换装置处在这种驱动的前沿，不仅因为它们可表现出低功率和/或高速度，而且因为它们通常是可靠的并且容易且廉价地制造。

本技术提供了用于制造基于含硅CEM的切换装置的方法。例如，CEM切换装置可以例如在存储器和/或逻辑装置中用作关联电子随机存取存储器(CERAM)，其可以与各种电子电路类型一起使用，例如存储器控制器、存储器阵列、滤波器电路、数据转换器、光学仪器、锁相环电路、微波和毫米波收发器等。

与其它切换装置相比，CEM切换装置可以表现出快速的导体至绝缘体的转变，因为通过电子关联而不是通过分别见于相变存储器装置和电阻RAM装置中的固态结构相变或纤丝形成来实现切换。

特别地，CEM切换装置的快速导体至绝缘体转变可以是响应于量子力学现象，这不同于分别在相变和电阻RAM装置中发现的熔化/凝固或纤丝形成。在相对导电状态和相对绝缘状态之间(或在第一阻抗状态和第二阻抗状态之间)的CEM切换装置的量子力学转变可以按几种方式发生。

可根据莫特(Mott)转变来理解在相对绝缘/较高阻抗状态和相对导电/较低阻抗状态之间的CEM的量子力学转变。根据莫特转变，如果满足莫特转变条件，则材料可以从相对绝缘/较高阻抗状态切换到相对导电/较低阻抗状态。莫特准则可由(n_c)^1/3a≈0.26定义，其中n_c表示电子浓度，并且其中“a”表示玻尔半径。如果达到阈值载流子浓度，使得满足莫特准则，则认为发生莫特转变。响应于莫特转变的发生，CEM装置的状态从相对较高电阻/较高电容状态(例如，绝缘/较高阻抗状态)变为相对较低电阻/较低电容状态(例如，导电/较低阻抗状态)。

可以通过电子的局域化来控制莫特转变。如果载流子(如电子)被局域化，则认为载流子之间的强库仑相互作用使CEM的能带分裂从而产生相对绝缘(相对较高阻抗)的状态。如果电子不再局域化，则弱库仑相互作用可能占主导，这可能引起能带分裂的消除，这可进而产生与相对较高阻抗状态显著不同的金属(传导)能带(相对较低的阻抗状态)。

从相对绝缘/较高阻抗状态到相对导电/较低阻抗状态的切换除了电阻的变化之外还可以引起电容的变化。例如，CEM切换可以表现出可变的电阻以及可变电容的性能。换而言之，CEM切换的阻抗特征可包括电阻分量和电容分量。例如，在金属状态中，CEM切换可包括可以接近于零的相对低的电场，并且因此可以表现出实质上低的电容，其同样可以接近零。

类似地，在相对绝缘/较高阻抗状态下(其可以由较高密度的束缚或关联电子引起)，外部电场可以能够穿透CEM，因此至少部分地基于存储在CEM内的附加电荷，CEM可以表现出较高的电容。因此，例如，在CEM切换中从相对绝缘/较高阻抗状态到相对导电/较低阻抗状态的转变可导致电阻和电容两者的变化。