发明名称 程式规划性金属化晶胞结构及其制法
摘要 一种程式规划性金属化晶胞(PMC),包括快速离子导体,诸如硫族化物一金属离子,以及复数电极(例如阳离和阴极),设在快速离子导体的表面,彼此相隔一定距离。快速离子导体最好包括IB族或ⅡB族金属的硫族化物,阳极为银,而阴极包括铝或其他导体。若对阳极和阴极施加电压,则从阴极沿快速离子导体表面朝阳极,生长非依电性金属树枝晶。树枝晶的生长率,是所施加电压和时间的函数,藉除去电压可停止树枝晶的生长,而在阳极和阴极的电压极性逆转,可减缩树枝晶,树枝晶长度改变,会影晌PMC的电阻和电容。PMC可加设于各种技术,诸如记忆体装置、程式规划性电阻器/电容器装置、光学装置、感测器等。阴极和阳极之外尚可设电极,做为装置的输出或额外输出,以感测视树枝晶程度而定的电气特性。
申请公布号 TW356549 申请公布日期 1999.04.21
申请号 TW086107280 申请日期 1997.05.29
申请人 艾克森工技公司;亚利桑那州立大学董事会 发明人 柯锡吉;魏斯特
分类号 G11C5/14;G11C14/00 主分类号 G11C5/14
代理机构 代理人 李志鹏 台北巿民权东路三段一四四号一五二六室
主权项 1.一种程式规划性金属化晶胞,包括由快速离子导 体材料 形成的本体,内有金属性离子,复数导电电极定着 在该材 料本体上,该电极适于具有第一电压,施加于二该 电极之 间,在施加第一电压时,利用金属性树枝晶从二电 极之负 极朝二电极之正极生长,而将晶胞程式规划者。2. 如申请专利范围第1项之程式规划性金属化晶胞, 其中 该二电极适于具有第二电压,与该第一电压之极性 相反, 于施加第二电压时,使金属性树枝晶的生长逆转者 。3.如申请专利范围第1项之程式规划性金属化晶 胞,包含 电气绝缘材料,介置于该二电极之间,以抑制金属 性树枝 晶生长,使从一电极生长的金属性树枝晶不能生长 到触及 另一电极者。4.如申请专利范围第1项之程式规划 性金属化晶胞,其中 该快速离子导体系由含金属离子的玻璃形成者。5 .如申请专利范围第1项之程式规划性金属化晶胞, 其中 该快速离子导体系由选自包含硫、硒和碲的硫族 化物-金 属离子材料形成者。6.如申请专利范围第5项之程 式规划性金属化晶胞,其中 该硫族化物-金属离子材料含有金属,系选自包含IB 和 IIB族金属者。7.如申请专利范围第5项之程式规划 性金属化晶胞,其中 该硫族化物-金属离子材料含有金属,系选自包含 银、铜 、锌者。8.如申请专利范围第1项之程式规划性金 属化晶胞,其中 该快速离子导体系由三硫化砷-银所组成硫族化物 -金属 离子材料形成者。9.如申请专利范围第1项之程式 规划性金属化晶胞,其中 该快速离子导体包括AgAsS2者。10.一种程式规划性 金属化晶胞之形成方法,包括步骤为 ,提供由快速离子导体材料形成的本体,内有金属 性离子 ,并在该材料本体上定着复数金属性电极者。11.如 申请专利范围第10项程式规划性金属化晶胞之形 成 方法,另外包含程式规划性金属化晶胞之规划步骤 ,即在 该复数电极的二电极之间,施加第一电压预定时间 ,以确 立负极和正极在施加电压的预定时间内,使金属树 枝晶从 负极朝正极生长者。12.如申请专利范围第11项程 式规划性金属化晶胞之形成 方法,另外包含程式规划性金属化晶胞之规划改变 步骤, 藉对该二电极施加第二电压预定时间为之者。13. 如申请专利范围第12项程式规划性金属化晶胞之 形成 方法,另外包含程式规划性金属化晶胞之规划改变 步骤, 藉施加与第一电压同样极性的第二电压,使金属树 枝晶从 负极进一步朝正极生长者。14.如申请专利范围第 12项程式规划性金属化晶胞之形成 方法,另外包含程式规划性金属化晶胞之规划改变 步骤, 藉施加与第一电压相反极性的第二电压,使金属树 枝晶生 长逆转者。15.一种晶胞,具有程式规划性电气特性 ,包括:快速离 子导体材料,具有表面;阳极,设在该表面;阴极,设 在 该表面,与该阳极隔一定距离;树枝晶,形成于该表 面, 与该阴极呈电气耦合,该树枝晶具有限定该电池电 气特性 之长度,可藉施加跨越该阳极和该阴极的电压而改 变者。16.如申请专利范围第15项之晶胞,其中该快 速离子导体 材料包括硫族化物材料,选自包含硫、硒、碲者。 17.如申请专利范围第15项之晶胞,其中该快速离子 导体 材料包括选自硫、硒、碲之材料,和选自周期表IB 或IIB 族之金属者。18.如申请专利范围第17项之晶胞,其 中该快速离子导体 材料包括三硫化砷-银者。19.如申请专利范围第17 项之晶胞,其中该阳极由选自包 含银、铜、锌等金属所组成,而该阴极包括铝者。 20.如申请专利范围第19项之晶胞,其中该阳极由银- 铝 双层组成,而该阴极由铝组成者。21.如申请专利范 围第20项之晶胞,其中该阳极与该阴极 间之距离,在数百微米至数百分之一微米范围者。 22.如申请专利范围第17项之晶胞,其中该快速离子 导体 材料设在该阳极和该阴极之间,该阳极和该阴极形 成平行 平面者。23.如申请专利范围第15项之晶胞,又包括 支持基材,对 该晶胞提供强度和刚性者。24.如申请专利范围第 15项之晶胞,其中跨越该阴极和该 阳极施加该电压时,该树枝晶的长度增加,而当该 电压逆 转时,该树枝晶的长度减少者。25.如申请专利范围 第24项之晶胞,其中当该电压大约0.5 至1.0伏特时,该树枝晶的长度增加或减少速率在10- 3m/s 以上者。26.如申请专利范围第15项之晶胞,其中当 除去该电压时 ,该树枝晶保持不变者。27.如申请专利范围第15项 之晶胞,又包括电路,在适当 时隔测量与该树枝晶的长度相关之电气特性者。 28.如申请专利范围第15项之晶胞,又包括在该快速 离子 导体材料、该阳极、该阴极和该树枝晶的至少一 部份上方 之层,以保护该晶胞免遭损坏,而仍然容许该树枝 晶长度 变化者。29.一种程式规划性晶胞之形成方法,包括 步骤为:提供 快速离子导体材料,具有表面;在该表面形成阳极; 在该 表面形成阴极,与该阳极隔一定距离;在该表面形 成非依 电性树枝晶,该树枝晶系与该阴极呈电气耦合,且 其中该 树枝晶具有限定该程式规划性晶胞的电气特性之 长度者。30.如申请专利范围第29项之方法,其中提 供快速离子导 体材料之该步骤,包括提供选自包含硫、硒、碲之 硫族化 合物,以及选自周期表IB或IIB族之金属者。31.如申 请专利范围第30项之方法,其中提供快速离子导 体材料之该步骤,包括提供选自包含三硫化砷-银 材料者 。32.如申请专利范围第31项之方法,其中提供三硫 化砷- 银材料之步骤,包括以波长在500nm之光,照射银膜和 硫 化砷层者。33.如申请专利范围第29项之方法,其中 该形成阳极之步 骤,包括形成选自包含银、铜、锌之材料的阳极, 而该形 成阴极之步骤,包括形成导电材料组成之阴极者。 34.如申请专利范围第29项之方法,其中该形成阴极 之步 骤,包括在与该阳极平行的平面形成阴极者。35.如 申请专利范围第29项之方法,又包括提供支持基材 之步骤,以赋予该程式规划性晶胞强度和刚性者。 36.如申请专利范围第29项之方法,又包括提供电路 之步 骤,以供在适当时隔,测量与该树枝晶长度相关之 电气特 性者。37.如申请专利范围第29项之方法,又包括在 该快速离子 导体材料、该阳极、该阴极和该树枝晶之至少一 部份上提 供一层的步骤,以保护该晶胞免受损,同时又容许 该树枝 晶长度变化者。38.如申请专利范围第29项之方法, 包括跨越该阴极和该 阳极施加电压之步骤,以增加或减少该树枝晶之长 度者。39.一种程式规划性金属化晶胞,包括由快速 离子导体材 料形成之本体,设有金属性离子,定着于该材料本 体之阴 极和阳极,该阴极和阳极适于具有施加于其间的第 一电压 ,在施加第一电压时,藉金属性树枝晶从阴极朝阳 极生长 ,对晶胞加以程式规划,又包括至少一额外电极,在 本体 内设有隔绝材料,将该至少一额外电极从金属性树 枝晶和 快速离子导体隔离,于是在阴极、阳极、和至少一 额外电 极的任二之间测得电气特性,按照金属性树枝晶的 生长而 变化者。40.如申请专利范围第39项之程式规划性 金属化晶胞,其 中该快速离子导体材料系选自包含硫、硒、碲之 硫族化物 ,而该金属性离子系由选自包含银、铜、锌之金属 形成者 。41.如申请专利范围第40项之程式规划性金属化 晶胞,其 中该隔绝材料包括介电材料,使按照金属性树枝晶 生长而 异的电气特性为电容者。42.如申请专利范围第40 项之程式规划性金属化晶胞,其 中该隔绝材料包括电阻材料,使按照金属性树枝晶 生长而 异的电气特性为电阻者。43.一种程式规划性金属 化晶胞,包括由快速离子导体材 料形成之本体,系由选自包含硫、硒、碲的硫族化 物材料 所形成,内有选自包含银、铜、锌之金属离子;定 着在该 材料本体上之阴极和阳极,该阴极和阳极适于具有 施加于 其间的第一电压,在施加第一电压时,藉金属树枝 晶从阴 极朝阳极生长,而对晶胞程式规划,又包括至少二 额外电 极,在本体内有材料将该二额外电极从金属性树枝 晶和快 速离子导体隔离,于是在阴极、阳极、和至少一额 外电极 的任一之间测得电气特性,按照金属性树枝晶的生 长而变 化者。44.如申请专利范围第43项之程式规划性金 属化晶胞,其 中该隔绝材料包括介电材料,使按照金属性树枝晶 生长而 异的电气特性为电容者。45.如申请专利范围第43 项之程式规划性金属化晶胞,其 中该隔绝材料包括电阻材料,使按照金属性树枝晶 生长而 异的电气特性为电阻者。46.一种非依电性记忆体 元件,包括如申请专利范围第1, 15或39项之程式规划性金属化晶胞者。47.一种非依 电性记忆体元件之形成方法,包括如申请专 利范围第10或29项程式规划性金属化晶胞之形成方 法者。48.一种程式规划性电阻元件,包括如申请专 利范围第1, 15或39项之程式规划性金属化晶胞者。49.一种程式 规划性电阻元件之形成方法,包括如申请专 利范围第10或29项程式规划性金属化晶胞之形成方 法者。50.一种程式规划性电容元件,包括如申请专 利范围第1, 15或39项之程式规划性金属化晶胞者。51.一种程式 规划性电容元件之形成方法,包括如申请专 利范围第10或29项程式规划性金属化晶胞之形成方 法者。52.一种光学装置,可供在透光模式和阻光或 反光模式之 间切换,包括如申请专利范围第1,15或39项之程式规 划 性金属化晶胞,其中施加电压以形成该金属性树枝 晶之二 电极,为较大水平程度,有生长较大水平程度的金 属性树 枝晶之功能,而其中该快速离子导体有至少一部份 可透若 干波长之光,使得形成该树枝晶的程式规划,可选 择性阻 和不阻光透射通过该快速离子导体者。53.一 种光学开关之形成方法,包括如申请专利范围第10 或29项形成程式规划性金属化晶胞,其中在其间施 加电压 对金属性树枝晶生长加以程式规划之二电极,具有 较大水 平程度,而其中该快速离子导体有至少一部份对若 干波长 的光透明,于是树枝晶生长可选择性控制,以阻 或不阻 快速离子导体的透明部份,做为对导向通过该透 明部的 光之光学开关者。54.一种辐射感测器,包括如申请 专利范围第1,15或39项 所形成程式规划性金属化晶胞,其中该快速离子导 体有一 部份对光和短波长辐射透玥,系形成于该快速离子 导体, 在与树枝晶生长轴对准的位置,于施加电压对树 枝晶生 长加以程式规划之该二电极间,于是因应该二电极 间预定 施加电压,该金属化树枝晶的形成或溶解率,视入 射于该 快速离子导体的该透明部之光或辐射而定,使该程 式规划 性金属化晶胞有光或辐射感测器之功用者。55.一 种辐射感测器之形成方法,包括如申请专利范围第 10或29项形成程式规划性金属化晶胞,其中该快速 离子导 体具有至少一部份对光或短波长辐射透明,且其中 对该二 极体不断施加预定电压,于是该树枝晶的生长或溶 解率, 有指示入射光或短波长辐射量或强度之功能者。 图式简单 说明:第一图A为本发明一具体例之PMC侧视平面图; 第一 图B为第一图A沿1-1之断面图;第二图为PMC例中电 阻与 时间关系之曲图;第三图为PMC例中电容与时间关 系之 曲图;第四图A为本发明另一具体例之PMC立面平 面图; 第四图B为第四图A沿2-2之断面图;第五图A为本发 明记 忆体装置例之平面图;第五图B为第五图A沿5-5之 断面 图;第五图C为本发明水平记忆体装置另一具体例 之断面 图;第五图D为本发明水平记忆体装置又一具体例 之断面 图;第五图E为本发明水平记忆体装置再一具体例 之断面 图;第六图A为本发明垂直型记忆体装置例之平面 图;第 六图B为第六图A沿6-6之断面图;第七图A为本发明 程式 规划性电阻/电容装置一具体例之平面图;第七图B 为第 七图A沿7-7之断面图;第八图A为本发明程式规划 性电 阻/电容装置另一具体例之平面图;第八图B为第八 图A沿 8-8之断面图;第九图A为本发明电光装置例之平 面图; 第九图B为第九图A电光装置沿9-9之断面图;第十 图A为 本发明辐射感测器例之平面图;第十图B为第十图A 沿10- 10断面图。
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