[发明专利]可定制的非线性电器件

说明书

背景技术

非线性电器件不呈现线性电流/电压关系。非线性电器件的示例包括二极管、晶体管、一些半导体结构以及其它器件。非线性电器件可以在包括放大器、振荡器、信号/功率调节、计算、存储器以及其它应用在内的众多应用中使用。

附图说明

附图图示本文描述的原理的各示例，并且是说明书的一部分。所图示的示例仅仅是示例，而不限制权利要求的范围。

图1A是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的剖面图和电原理图。

图2是根据文本描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的非线性电行为图。

图3A-图3L是根据本文描述的原理的一个示例的、已经被定制为呈现不同电压/电流关系的多个非线性电器件的图。

图4A是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非对称非线性电器件的剖面图。

图4B是根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的非线性电行为图。

图5A-5C示出根据本文描述的原理的一个示例的、忆阻元件和描述该忆阻器件的电行为的图。

图5D-5F示出根据本文描述的原理的一个示例的、可定制的非线性电器件的剖面图和描述该非线性电器件的电特性的图。

图5G-5I示出根据本文描述的原理的一个示例的、组合器件的剖面图和描述该组合器件的电特性的图。

图5J示出根据本文描述的原理的一个示例的、组合器件的性能的电流电压图。

图6是根据本文描述的原理的一个示例的、包含可定制的非线性电器件的纳米线交叉杆体系结构的等距图。

图7A和图7B是根据本文描述的原理的一个示例的、示出穿过交叉杆体系结构一部分的电流路径的示意图。

图8示出根据本文描述的原理的一个示例的、包括忆阻器及可定制的非线性器件的组合器件的电原理图和剖面图。

图9是根据本文描述的原理的一个示例的、描述用于制造定制的非线性电器件的方法的流程图。

在全部附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的元件。

具体实施方式

导体/氧化物界面可以是欧姆的(非整流的)或者整流的(即肖特基界面(Schottky interfaces))。然而，传统的肖特基界面不能维持大电流。以下描述的新整流器设计和原理基于导体/金属-氧化物接触，其中金属-氧化物是金属原子、金属阳离子和氧阴离子的混合物。例如，非线性金属-氧化物器件可以在受控的氧/氩环境中通过钽(Ta)金属的反应溅射获得。钽-钽氧化物(Ta-Ta oxide)的混合物也可以被写作(Ta,TaO,TaO₂,Ta₂O₅)或者(Ta,Ta⁺²,Ta⁺⁴,Ta⁺⁵和O^-2)，其中Ta是钽原子，Ta⁺²、Ta⁺⁴和Ta⁺⁵是带有与氧的2个、4个或5个离子键的Ta阳离子，并且O^-2是氧阴离子。利用受控的氧气流，可以在从导体、到半导体以及到绝缘体的宽电子导电率范围上定制金属-氧化层。因此，导体/金属-氧化物界面提供宽整流行为范围，其可能有用于针对定制需求而设计整流行为。这些导体/金属-氧化物界面可以用于生产在甚大电流下保持整流的器件，并且可以具有对称或者非对称的电压电流特性。钽仅用作可以用于形成金属-氧化物层的过渡金属的示例。可以使用多种其它过渡金属，如钨、钼、钒和铌。

导体/金属-氧化物界面的另一优势是其可以被集成到诸如忆阻器、忆容(memcapacitor)和忆感器(meminductor)之类的薄膜纳米器件中，以提高它们的性能。在一个示例中，忆阻转换(memristive switching)氧化物(TaOx)联接至(Ta,Ta氧化物)非线性整流器。该组合器件呈现许多改进的非线性转换行为。还示出，将忆阻器与非线性元件串联优于将忆阻器与固定值电阻器串联。当器件处于非转换模式时，该非线性元件将主导(非线性I-V)。当该非线性元件变得导电时，越过该非线性元件的电压降低，因此可以将电压施加至忆阻器以转换忆阻氧化物的状态。