Einzelheiten
zu einer oder mehreren Implementierungen werden in den beiliegenden
Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Beispielen
dargelegt. Andere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung und
den Zeichnungen sowie den Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenDie 1A und 1B zeigen
eine schematische Darstellung eines ersten Widerstandsschaltelements
in einem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand beziehungsweise
einem Zustand mit geringem spezifischem Widerstand,
die 2A und 2B zeigen
eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für ein Widerstandsschaltelement
in einem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand beziehungsweise
einem Zustand mit geringem spezifischem Widerstand,
die 3A und 3B zeigen
eine schematische Darstellung noch eines weiteren Beispiels für ein Widerstandsschaltelement
in einem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand beziehungsweise einem
Zustand mit geringem spezifischem Widerstand,
4 zeigt
ein Strom/Spannung-Diagramm, das Beispiele für Schaltprozesse darstellt,
5 zeigt
einen Schaltplan für
eine exemplarische Speicherzelle, die ein Schaltelement umfasst,
6 zeigt
einen Schaltplan für
ein exemplarisches Speicherbauelement, das mehrere nichtflüchtige Speicherzellen
umfasst,
7 zeigt
einen Querschnitt durch ein exemplarisches Speicherbauelement,
die 8A bis 8H zeigen
ein Beispiel für
ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements, und
9 zeigt
ein Beispiel für
ein Computersystem.
Ausführliche
BeschreibungGemäß einem
Aspekt wird ein exemplarisches Schaltelement für das reversible Umschalten zwischen
einem Zustand mit hohem elektrischem Widerstand und einem Zustand
mit geringem elektrischem Widerstand beschrieben. Das Schaltelement kann
zwei Elektrodenmittel und mindestens ein Widerstandsschaltstäbchen umfassen,
das sich zwischen den beiden Elektrodenmitteln erstreckt, d. h. das
Widerstandsschaltstäbchen
kann das eine Elektrodenmittel mit dem anderen verbinden. Insbesondere
kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen zwischen den beiden Elektrodenmitteln
angeordnet sein.
Bei
einem Beispiel kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen in
Form eines Stranges oder Drahtes mit einem ersten und einem zweiten
Ende implementiert sein, wobei das Widerstandsschaltstäbchen das
erste Elektrodenmittel über
das erste Ende und das zweite Elektrodenmittel über das zweite Ende verbindet.
Gemäß einem
Aspekt besitzt das Widerstandsschaltstäbchen in Längsrichtung zwischen dem ersten
und dem zweiten Ende eine Ausdehnung, die größer ist als seine Querausdehnung,
d. h. das Widerstandsschaltstäbchen
kann länger
sein, als es breit ist. Bei einem Beispiel kann das mindestens eine
Widerstandsschaltstäbchen
im Wesentlichen auf einer geraden Linie oder Achse entlang zwischen
dem ersten und dem zweiten Ende verlaufen. Bei diesem Beispiel kann das
mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen in Säulenform implementiert werden.
Bei einem weiteren Beispiel kann zumindest ein Teil des Widerstandsschaltstäbchens gebogen
sein. Nichtsdestotrotz ist das Widerstandsschaltstäbchen jedoch
nicht auf eine längliche
Form beschränkt.
Das Widerstandsschaltstäbchen
kann beispielsweise eine im Wesentlichen kreisförmige oder längliche
(beispielsweise elliptische) Querschnittsform aufweisen. Bei einem
weiteren Beispiel kann das Widerstandsschaltstäbchen eine im Wesentlichen
regelmäßige oder
unregelmäßige polygonale
Querschnittsform aufweisen, wie beispielsweise dreieckig, rechteckig, quadratisch
oder sechseckig. Das Widerstandsschaltstäbchen ist jedoch nicht auf
eine dieser als Beispiele genannten Querschnittsformen beschränkt. Gemäß einem
Aspekt kann die Querschnittsform des Widerstandsschaltstäbchens über seine
gesamte Länge
hinweg im Wesentlichen konstant sein. Gemäß einem weiteren Aspekt ändert sich die
Querschnittsform über
die Länge
des Widerstandsschaltstäbchens
hinweg.
Gemäß einem
Aspekt kann das Widerstandsschaltstäbchen zwei verschiedene stabile
Zustände
aufweisen, d. h. einen Zustand mit hohem Widerstand und einen Zustand
mit geringem Widerstand, zwischen denen es reversibel umgeschaltet werden
kann. Ein Verhältnis
des elektrischen Widerstandes des Widerstandsschaltstäbchens vom
Zustand mit hohem Widerstand zum Zustand mit geringem Widerstand
kann beispielsweise mindestens 10 betragen. Bei einem anderen Beispiel
kann das Verhältnis
des Widerstandes im Zustand mit hohem Widerstand zum Zustand mit
geringem Widerstand mindestens 100 betragen. Gemäß einem Aspekt kann ein Schaltelement
schnell umschaltbar sein, beispielsweise in der Größenordung
der Schaltzeiten konventioneller DRAM/SDRAM-Speicherzellen beziehungsweise
um einen Faktor von maximal 10 langsamer.
Bei
einem weiteren Beispiel kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen mehr
als zwei stabile Zustände
aufweisen. Dementsprechend kann das Widerstandsschaltstäbchen beispielsweise zumindest
einen Zustand mit hohem Widerstand, einen Zustand mit geringem Widerstand
und einen Zustand mit einem dazwischen liegenden Widerstand aufweisen.
Das
mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen kann zumindest teilweise
in einer thermischen Sperrmatrix eingebettet sein, die ein Material mit
geringer Wärmeleitfähigkeit
umfasst. Das Widerstandsschaltstäbchen
kann insbesondere neben Material mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit
als seiner eigenen angeordnet, von diesem umgeben oder mit diesem
beschichtet sein.
Gemäß einem
Aspekt kann das Widerstandsschaltstäbchen durch einen thermischen
oder thermisch unterstützten
Schaltprozess, wie beispielsweise einen Schaltimpuls, umgeschaltet
werden. An das Widerstandsschaltstäbchen kann beispielsweise ein
elektrischer, ein optischer und/oder ein thermischer Impuls angelegt
werden. Das Anlegen eines solchen Schaltimpulses kann dazu führen, dass
sich zumindest ein Teil des Widerstandsschaltstäbchens erwärmt. Insbesondere kann ein
Widerstandszustand des Widerstandsschaltstäbchens abhängig von dem angelegten Schaltimpuls
von einem Zustand mit hohem Widerstand in einen Zustand mit geringem
Widerstand wechseln, oder umgekehrt.
Bei
einem Beispiel kann in dem Widerstandsschaltstäbchen infolge des angelegten
Schaltimpulses ein elektrisch leitender Faden gebildet oder verteilt
werden, wenn der Vorgang der Bildung oder Zerstörung des leitenden Fadens thermisch
ausgelöst
oder unterstützt
wird. Der elektrisch leitende Faden kann Metall-Metall-Bindungen,
elektrisch leitende Metall-Cluster und/oder andere elektrisch leitende Bindungen
oder Verbindungen umfassen. Der elektrisch leitende Faden kann beispielsweise
elektrisch leitende Metall-Nitrid-Bindungen oder -Verbindungen umfassen.
Verschiedene Materialien, wie beispielsweise Elektrolyten, können für das Widerstandsschaltstäbchen eingesetzt
werden. Das Widerstandsschaltstäbchen
kann beispielsweise Chalcogenide und/oder ein Übergangsmetalloxid umfassen. Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann für
das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen Übergangsmetall-Oxinitrid eingesetzt
werden. Es lassen sich offensichtlich auch andere Materialien einsetzen,
die die Bildung von mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem
elektrischem Widerstand in dem Widerstandsschaltstäbchen unterstützen. Spezielle
Beispiele werden nachfolgend noch ausführlicher beschrieben.
Wenn
das Widerstandsschaltstäbchen
zumindest teilweise in einer thermischen Sperrmatrix eingebettet
ist, lässt
sich die Wärmediffusion
aus dem Widerstandsschaltstäbchen
im Verlauf eines Schaltimpulses unterdrücken, so dass ein Umschalten
mit geringer Impulsenergie und kurzer Schaltzeit erfolgen kann.
Gemäß einem
Aspekt kann ein Schaltelement zwei Elektrodenmittel und mehrere
Widerstandsschaltstäbchen
umfassen, die sich jeweils zwischen den beiden Elektrodenmitteln
erstrecken, d. h. jedes Widerstandsschaltstäbchen kann das eine Elektrodenmittel
mit dem anderen verbinden.
Gemäß einem
Aspekt kann das Schaltelement als Speicherzelle, wie beispielsweise
als nichtflüchtige
Speicherzelle, implementiert werden. Gemäß diesem Aspekt kann das mindestens
eine Widerstandsschaltstäbchen
als ein nichtflüchtiges
Widerstandsspeicherstäbchen
implementiert werden, wobei jeder der stabilen Widerstandszustände des mindestens
einen Widerstandsschaltstäbchens
einen separaten nichtflüchtigen
Speicherzustand der Speicherzelle darstellt. Die gespeicherten Informationen
können
gelesen werden, indem der Widerstand des mindestens einen Widerstandsspeicherstäbchens ermittelt
wird, ohne dessen Widerstandszustand zu ändern, d. h. die in der Zelle
gespeicherten Informationen zu löschen.
Gemäß einem
Aspekt kann das Widerstandsschaltstäbchen Übergangsmetalloxid-Material
(TMO = Transition Metal Oxide) umfassen. Gemäß einem anderen Aspekt kann
das Widerstandsschaltstäbchen Übergangsmetall-Oxinitrid-Material (TMOxNy = Transition
Metal Oxinitride) umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu können andere
Materialien oder Materialverbindungen eingesetzt werden. Das mindestens
eine Widerstandsschaltstäbchen
kann mindestens zwei verschiedene Widerstandszustände aufweisen.
Das Umschalten zwischen diesen Zuständen kann beispielsweise als
Reaktion auf einen Strom- oder Spannungsimpuls erfolgen, der an
das umschaltbare Medium, beispielsweise das Übergangsmetall-Oxinitrid-Material, über die
Elektrodenmittel angelegt wird. Gemäß einem Aspekt umfasst das Übergangsmetall-Oxinitrid Material
aus Übergangsmetall
(TM = Transition Metal), das zusammen mit Stickstoff (N) mindestens
eine elektrisch leitende Verbindung bilden kann, d. h. das in dem
Widerstandsschaltstäbchen
gemäß diesem
Aspekt implementierte Übergangsmetall
kann beispielsweise ein elektrisch leitendes Übergangsmetallnitrid bilden.
Der
spezifische elektrische Widerstand des Übergangsmetallnitrids kann
geringer sein als der des eingesetzten Übergangsmetall-Oxinitrids (TMOxNy).
Gemäß einem
Aspekt kann der Gesamtgehalt an Sauerstoff und/oder Stickstoff in
dem Übergangsmetall-Oxinitrid
(TMOxNy) vom Oxidationszustand
des Übergangsmetalls
abhängig
sein. Das Übergangsmetall-Oxinitrid
kann in einer unterstöchiometrischen
Zusammensetzung auftauchen, in der weniger Sauerstoff und/oder Stickstoff
vorliegt als in einer stöchiometrischen
Zusammensetzung. Gemäß einem
Aspekt kann das atomare Verhältnis
des Gehalts an Stickstoff zu Sauerstoff beispielsweise zwischen
y/x = 0,005 und y/x = 0,10 liegen. Nichtsdestotrotz kann auch eine
andere Konzentration von Sauerstoff und/oder Stickstoff eingesetzt
werden.
Wenn
man beispielsweise über
Elektrodenmittel einen ausreichend starken Strom- oder Spannungsimpuls
an das Übergangsmetall-Oxinitrid
anlegt, können
zumindest einige der Metalloxidbindungen des Übergangsmetall-Oxinitrids aufgrund
des elektrischen Felds, das durch einen angelegten Spannungsimpuls
entsteht, oder einer durch den Stromfluss im Medium verursachten
Erwärmung
zerstört
werden. Eine Erwärmung
kann beispielsweise örtlich
in dem Widerstandsschaltstäbchen
auftreten. Gemäß einem
Aspekt kann das für
das Widerstandsschaltstäbchen
eingesetzte Übergangsmetall-Oxinitrid-Material
eine Atom- oder Ionenmobilität
im Medium aufweisen, die für
Stickstoffatome oder -ionen höher
ist als für
Metallatome oder -ionen, wie die Atome oder Ionen des für das Übergangsmetall-Oxinitrid-Material eingesetzten Übergangsmetalls.
Dementsprechend lassen sich aufgrund der höheren Mobilität von Stickstoff
zerstörte
Metall-Oxid-Bindungen einfacher durch Metall-Nitrid-Bindungen ersetzen
als durch Metall-Metall-Bindungen. Aufgrund einer im Vergleich zu
den Metall-Oxid-Bindungen höheren elektrischen Leitfähigkeit
in der näheren
Umgebung der Metall-Nitrid-Bindungen
verringerte sich der spezifische Widerstand des Mediums durch die
Zerstörung
von Metall-Oxid-Bindungen
und die Bildung von Metall-Nitrid-Bindungen. Dementsprechend kann sich
die Erwärmung
des Materials durch einen Stromimpuls oder das durch eine angelegte
Spannung entstehende elektrische Feld zumindest örtlich verringern, es sei denn,
es wird ein stärkerer
Strom- oder Spannungsimpuls angelegt.
Somit
kann das Übergangsmetall-Oxinitrid-Material
eine Eigenstabilisierung in einem Zustand zeigen, in dem einige
Metall-Oxid-Bindungen durch Metall-Nitrid-Bindungen ersetzt werden, wodurch in
deren näherer
Umgebung ein geringerer elektrischer Widerstand entsteht. Dieser
Zustand kann einen nichtflüchtigen
Zustand mit geringem Widerstand oder einen „EIN„-Zustand des Schaltelements darstellen,
während
der Zustand mit weniger Metall-Nitrid-Bindungen und mehr Metall-Oxid-Bindungen
als nichtflüchtiger
Zustand mit hohem Widerstand oder „AUS„-Zustand des Schaltelements
betrachtet werden kann. Ein Strom- oder Spannungsimpuls, durch den
das Schaltelement, wie oben exemplarisch beschrieben worden ist,
aus dem „AUS„-Zustand in den „EIN„-Zustand
wechselt, kann als „SETZ„-Impuls betrachtet
werden.
Fachleuten
wird klar sein, dass alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen
Beispiel auch andere Materialien für das Widerstandsschaltstäbchen eingesetzt
werden können.
Darüber
hinaus können
auch andere Schaltimpulse, zu denen thermische, optische, elektrische
Impulse usw. gehören, innerhalb
des Schutzumfangs dieser Beschreibung eingesetzt werden.
Aufgrund
einer Wärmeisolierung
des Widerstandsschaltstäbchens
durch die thermische Sperrmatrix wird die Diffusion von Wärme aus
dem Widerstandsschaltstäbchen
im Verlauf des „SETZ„-Impulses unterdrückt. Dementsprechend
lässt sich
mit Hilfe einer geringen Impulsenergie und innerhalb einer kurzen
Impulsdauer eine ausreichend hohe Temperatur für die beabsichtigte Zerstörung und
Neubildung chemischer Bindungen beziehungsweise die Umlagerung von
Atomen oder Molekülen
in dem Widerstandsschaltstäbchen
erzielen. Dies gewährleistet
einen geringen Energiebedarf sowie eine lange Lebensdauer der Schalteinrichtung.
Gemäß einem
Aspekt kann das Widerstandsschaltstäbchen in einem Zustand mit
geringem spezifischem Widerstand einen elektrisch leitenden Faden
umfassen, der zumindest zum Teil zwischen den mindestens zwei Elektrodenmitteln
verläuft.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel kann der elektrisch leitende
Faden reich an Metall-Stickstoff-Bindungen sein, d. h. es kann in
dem elektrisch leitenden Faden eine höhere Konzentration an Metall-Stickstoff-Bindungen
vorliegen als im Rest des Widerstandsschaltstäbchens. Bei einem Beispiel kann
sich der elektrisch leitende Faden durchgehend von dem einen Elektrodenmittel
zu dem anderen erstrecken. Der elektrisch leitende Faden kann als
Konduktanzkanal zwischen den Elektrodenmitteln dienen und dadurch
dafür sorgen,
dass das umschaltbare Medium in den „EIN„-Zustand übergeht. Gemäß einem
exemplarischen Aspekt kann der Faden zumindest teilweise als amorphe
Struktur ohne Kristallzonen ausgebildet sein. Bei einem Beispiel
kann der elektrisch leitende Faden im Durchmesser oder Querschnitt
nur einen Bruchteil des Widerstandsschaltstäbchens einnehmen, d. h. der
elektrisch leitende Faden kann dünner
sein als das Widerstandsschaltstäbchen.
Wenn
man bei einem Zustand mit geringem spezifischem Widerstand, d. h.
einem „EIN„-Zustand, beginnt
und einen Strom- oder Spannungsimpuls von ausreichender Energie anlegt,
dann kann der elektrisch leitende Faden elektrisch oder thermisch
zerstört
werden, und das Widerstandsschaltstäbchen kann in seinen Ausgangszustand
mit hohem spezifischem Widerstand, d. h. einen „AUS„-Zustand des Schaltelements,
zurückkehren.
Ein solcher Strom- oder Spannungsimpuls kann als „RÜCKSETZ„-Impuls
betrachtet werden. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der thermischen Sperrmatrix,
die zumindest an einen Teil des Widerstandsschaltstäbchens angrenzt,
wird die Diffusion von Wärme
aus dem Widerstandsschaltstäbchen
im Verlauf des „RÜCKSETZ„-Impulses
unterdrückt.
Dementsprechend lässt
sich mit Hilfe einer geringen Impulsenergie und innerhalb einer
kurzen Impulsdauer eine ausreichend hohe Temperatur für die beabsichtigte
Zerstörung
und Neubildung chemischer Bindungen beziehungsweise die Umlagerung
von Atomen oder Molekülen
in dem Widerstandsschaltstäbchen
erzielen. Dies gewährleistet
einen geringen Energiebedarf sowie eine lange Lebensdauer der Schalteinrichtung.
Ein
erstes Beispiel für
ein Widerstandsschaltelement, das als nichtflüchtige Speicherzelle implementiert
werden kann, wird nachfolgend in Verbindung mit 1A und 1B beschrieben.
Bei diesem Beispiel kann ein Widerstandsschaltelement 10 eine
erste (untere) Elektrode 12 mit einer im Wesentlichen ebenen
ersten Kontaktfläche
oder ersten Kontaktgrenzfläche 14 umfassen.
Die erste Elektrode 12 ist über die erste Kontaktgrenzfläche 14 mit
einem Schaltgebiet verbunden, das als Schaltschicht 16 ausgebildet
wird und mindestens ein Widerstandsschaltstäbchen 18a umfasst.
Dieses Widerstandsschaltstäbchen 18a ist
an seinem ersten Ende mit der ersten Elektrode 12 verbunden.
Eine
zweite (obere) Elektrode 20 ist mit der Schaltschicht 16 und
insbesondere mit einem zweiten Ende des Widerstandsschaltstäbchens 18a über eine
im Wesentlichen ebene zweite Kontaktgrenzfläche 22 elektrisch
verbunden. Bei dem gezeigten Beispiel verläuft die erste Kontaktgrenzfläche 14 im
Wesentlichen parallel zur zweiten Kontaktgrenzfläche 22. Dementsprechend
weist die Schaltschicht 16 in einer senkrecht zu den Kontaktgrenzflächen 14, 22 verlaufenden
Richtung eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke auf. Bei dem
gezeigten Beispiel verläuft
das Widerstandsschaltstäbchen 18a in
seiner Längsrichtung
im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktgrenzflächen 14, 22.
Wie
in 1A gezeigt ist, umfasst die Schaltschicht 16 eine
thermische Sperrmatrix 24, so dass das Widerstandsschaltstäbchen 18a zumindest teilweise
in der thermischen Sperrmatrix 24 eingebettet ist. Insbesondere
ist das Widerstandsschaltstäbchen 18a bei
dem gezeigten Beispiel außer
in den Kontaktgebieten an der ersten und der zweiten Kontaktgrenzfläche 14, 22,
in denen es mit den Elektroden 12, 20 verbunden
ist, von der thermischen Sperrmatrix 24 umgeben. Die thermische
Sperrmatrix 24 kann Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit umfassen.
Die Wärmeleitfähigkeit
der thermischen Sperrmatrix 24 kann insbesondere geringer
sein als die des Widerstandsschaltstäbchens 18a. Dementsprechend
ist die Diffusion von Wärme
aus dem Widerstandsschaltstäbchen 18a während eines „SETZ„- oder „RÜCKSETZ„-Impulses
gering, so dass nur eine geringe Impulsenergie benötigt wird,
um den Leitfähigkeitszustand
des Widerstandsschaltstäbchens 18a von
einem „EIN„-Zustand
in einen „AUS„-Zustand
zu ändern,
oder umgekehrt.
Gemäß einem
Aspekt kann die Dicke der Widerstandsschaltschicht 16 und
insbesondere die Länge
des Widerstandsschaltstäbchens 18a zwischen
ungefähr
10 nm und ungefähr
100 nm oder zwischen ungefähr
30 nm und ungefähr
100 nm betragen. Die Länge
des Widerstandsschaltstäbchens 18a kann
beispielsweise ungefähr
60 nm betragen. Nichtsdestotrotz kann bei anderen Beispielen eine Schichtdicke
oder eine Länge
des Widerstandsschaltstäbchens 18a von
mehr als 100 nm oder weniger als 20 nm oder sogar weniger als 10
nm eingesetzt werden. Gemäß einem
Aspekt ist die Querausdehnung des Widerstandsschaltstäbchens 18a,
d. h. eine Ausdehnung in einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung,
geringer als die Länge des
Widerstandsschaltstäbchens 18a.
Dementsprechend ist das Widerstandsschaltstäbchen 18a gemäß diesem
Aspekt dünner,
als es lang ist. Bei einem Beispiel kann die Dicke des Widerstandsschaltstäbchens 18a zwischen
ungefähr
2 nm und 20 nm oder zwischen ungefähr 3 nm und 12 nm betragen.
Die Dicke des Widerstandsschaltstäbchens 18a kann beispielsweise
ungefähr
3 nm bis 7 nm betragen.
Bei
einem Beispiel kann das Widerstandsschaltstäbchen 18a direkt in
der thermischen Sperrmatrix 24 eingebettet sein, d. h.
die thermische Sperrmatrix 24 kann das Widerstandsschaltstäbchen 18a direkt
berühren.
Bei einem weiteren Beispiel, das in den Figuren nicht gezeigt ist,
kann zwischen dem Widerstandsschaltstäbchen 18a und der
thermischen Sperrmatrix 24 eine Zwischen- oder Trenn- oder
Isolierschicht angeordnet sein.
Bei
dem in 1A gezeigten Beispiel umfasst
das Widerstandsschaltelement 10 mehrere Schaltstäbchen 18a, 18b, 18c, 18d,
die sich jeweils von der ersten Elektrode 12 bis zur zweiten
Elektrode 20 erstrecken. Die Widerstandsschaltstäbchen 18 sind
im Wesentlichen parallel und weisen im Wesentlichen die gleiche
Länge auf.
Bei einem Beispiel können
sie auch im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, im Wesentlichen
das gleiche Material umfassen und alle in der thermischen Sperrmatrix 24 eingebettet
sein. Bei einem speziellen Beispiel kann das Widerstandsschaltelement
zwischen ungefähr
5 und 200 oder zwischen ungefähr
10 und 100 Widerstandsschaltstäbchen 18 umfassen.
Bei weiteren Beispielen kann ein Schaltelement mehr als 200 oder weniger
als 5 Widerstandsschaltstäbchen 18 umfassen.
Ein exemplarisches Schaltelement kann insbesondere nur ein Widerstandsschaltstäbchen 18 umfassen.
Die
erste und die zweite Kontaktgrenzfläche 14, 22 müssen nicht
unbedingt eben sein. Bei einem weiteren Beispiel kann es sich bei
einer der Kontaktflächen 14, 22 um
eine unebene, strukturierte Fläche handeln,
wie sie beispielsweise in 3A gezeigt
ist.
Gemäß einem
Aspekt kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen 18 ein Übergangsmetall-Oxinitrid TMOxNy wie beispielsweise
NbOxNy oder TaOxNy umfassen. Alternativ
dazu kann ein Übergangsmetalloxid
(TMO) oder ein beliebiges anderes Material eingesetzt werden, das
mindestens zwei Zustände
mit unterschiedlichem spezifischem elektrischem Widerstand aufweist.
In einem Zustand mit hohem Widerstand kann ein solches Material
wie das Übergangsmetall-Oxinitrid
beispielsweise im Wesentlichen homogen sein. Ein solcher Zustand
mit hohem spezifischem Widerstand ist einem Beispiel entsprechend
in 1A schematisch dargestellt.
Wenn
beispielsweise ein Strom- oder Spannungsimpuls zwischen der ersten
Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 20 angelegt
wird, dann kann es zu einem Übergang
von dem Zustand mit hohem Widerstand in einen Zustand mit geringem
Widerstand kommen. Bei einem Beispiel erfolgt dieser Übergang durch
die Bildung eines elektrisch leitenden Fadens 26 in dem
mindestens einen Widerstandsschaltstäbchen 18a, wie dies
in 1B gezeigt ist. Wenn für das Widerstandsschaltstäbchen 18a beispielsweise ein Übergangsmetall-Oxinitrid eingesetzt
wird, können
aufgrund des „SETZ„-Impulses
zumindest einige der Metall-Oxid-Bindungen in dem Übergangsmetall-Oxinitrid
zerstört
und stattdessen Metall-Nitrid-Bindungen gebildet werden, die zumindest
bei einem Teil des Widerstandsschaltstäbchens 18a den elektrischen
Leitwert erhöhen
können,
und dieser Teil kann den elektrisch leitenden Faden 26 bilden.
4 stellt
ein Beispiel für
ein Strom/Spannung-Diagramm
(I-V) für
einen exemplarischen „SETZ„-Impuls
dar. Am Anfang weist die Schalteinrichtung einen hohen spezifischen
Widerstand auf, d. h. sie befindet sich im „AUS„-Zustand. Wenn die Spannung
V in Phase A erhöht
wird, steigt der Strom (I) nicht wesentlich an, es sei denn, die
Spannung (V) erreicht eine „SETZ„-Spannung
VS, die einem elektrischen Feld entsprechen
kann, das so stark ist, dass es durch das Zerstören und Umordnen chemischer Bindungen
in dem Widerstandsschaltstäbchen 18a beispielsweise
einen Übergang
von dem Zustand mit hohem spezifischem Widerstand in den Zustand
mit geringem spezifischem Widerstand auslöst. Bei dem bereits erwähnten Beispiel
können
bei der „SETZ„-Spannung VS Metall-Oxid-Bindungen zerstört und durch
Metall-Stickstoff-Bindungen ersetzt werden, wodurch sich eine Leitfähigkeit
des Schaltelements erhöht.
Um eine Beschädigung
des Schaltelements durch einen hohen Strom zu vermeiden, der zu
fließen
beginnt, wenn das Schaltelement in der Phase A des „SETZ„-Impulses
auf „EIN„ gestellt
wird, kann ein Stromgrenzwert auf einen maximalen Stromwert Ic eingestellt werden. Der Stromgrenzwert Ic kann insbesondere eine sofortige Zerstörung des elektrisch
leitenden Fadens 26 verhindern, wenn dieser in Phase A
gebildet wird. Dementsprechend bleibt der elektrisch leitende Faden 26 stabil
und hält das
Schaltelement 10 im „EIN„-Zustand,
selbst wenn sich in Phase B des in 4 gezeigten „SETZ„-Impulses
die Spannung verringert.
Um
das Schaltelement 10 in seinen „AUS„-Zustand zurückzusetzen,
kann zwischen der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 20 ein „RÜCKSETZ„-Impuls
angelegt werden. Bei einem in 4 gezeigten
Beispiel wird im Verlauf des „RÜCKSETZ„-Impulses
kein Stromgrenzwert verwendet. Dementsprechend erhöht sich
der Strom bei starker Steigung in dem I-V-Diagramm entsprechend
dem geringen Widerstand des Schaltelements im „EIN„-Zustand, wenn sich in Phase
C des in 4 gezeigten „RÜCKSETZ„-Impulses die Spannung erhöht. Der
Strom kann insbesondere den während
des „SETZ„-Impulses
eingestellten Stromgrenzwert Ic überschreiten.
Der Strom kann linear ansteigen, bis die Spannung einen kritischen
Wert VR erreicht, der mit einem kritischen
elektrischen Strom oder einer kritischen elektrischen Energie übereinstimmen kann,
der/die an das Widerstandsschaltstäbchen 18a an- oder
in diesem abgelegt wird. Dieser Strom oder diese Energie kann eine örtliche
Erwärmung
des Widerstandsschaltstäbchens 18a und
insbesondere eine Erwärmung
des leitenden Fadens 26 verursachen und den Faden 26 zumindest
teilweise zerstören.
Infolgedessen wechselt das Schaltelement in seinen Zustand mit hohem
spezifischem Widerstand zurück,
und der Strom kann sich in Phase D des „RÜCKSETZ„-Impulses plötzlich verringern.
Der „RÜCKSETZ„-Impuls
kann daher abgeschlossen und die Spannung (V) auf null zurückgebracht
werden. Im Verlauf des „RÜCKSETZ„-Impulses
kann die thermische Sperrmatrix 24 die Diffusion von Wärme aus
zumindest einem Teil des Widerstandsschaltstäbchens 18a unterdrücken. Dementsprechend
wird nur wenig Strom oder elektrische Energie benötigt, um
den Faden 26 zumindest teilweise zu zerstören.
Gemäß einem
Aspekt zeigt die thermische Sperrmatrix 24 einen niedrigen
Wärmeleitwert,
d. h. die thermische Sperrmatrix 24 kann als Sperre für die Wärmediffusion
dienen. Der Wärmeleitwert
der thermischen Sperrmatrix 24 und insbesondere ein Mittelwert
der Wärmeleitfähigkeit
von Material in der thermischen Sperrmatrix 24 kann niedriger
sein als der Wärmeleitwert
des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18. Ein niedriger
Wärmeleitwert lässt sich
beispielsweise erzielen, indem die thermische Sperrmatrix mit einer
porösen
Struktur versehen wird. Die thermische Sperrmatrix 24 kann
alternativ oder zusätzlich
dazu Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit umfassen. Die Wärmeleitfähigkeit von
Material, das für
die thermische Sperrmatrix 24 eingesetzt wird, kann insbesondere
geringer sein als die von Material, das für das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen 18 verwendet
wird oder in diesem enthalten ist.
Gemäß einem
Aspekt umfasst die thermische Sperrmatrix 24 Material mit
einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit
der thermischen Sperrmatrix 24 kann insbesondere geringer
sein als die des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18 im „EIN„-Zustand,
d. h. in seinem Zustand mit hohem Leitwert, wie beispielsweise in 1B gezeigt
ist. Bei einem weiteren Beispiel kann die elektrische Leitfähigkeit
der thermischen Sperrmatrix 24 sogar geringer sein als
die des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18 im „AUS„-Zustand,
d. h. in seinem Zustand mit niedrigem Leitwert, wie beispielsweise
in 1A gezeigt ist. Dadurch ergibt sich ein geringer
Kriechstrompegel und somit ein geringer Strom- oder Energieverlust im
Verlauf eines „SETZ„- oder „RÜCKSETZ„-Impulses.
Darüber
hinaus kann dies zu einer hohen Empfindlichkeit beim Erfassen oder
Lesen des Schaltzustandes beziehungsweise Speicherzustandes führen, da
der elektrische Leitwert zwischen der ersten und der zweiten Elektrode
möglicherweise
hauptsächlich
von dem Leitwert des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18 bestimmt
oder beherrscht wird.
Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die thermische Sperrmatrix 24 eine
niedrige Dielektrizitätskonstante
aufweisen. Die thermische Sperrmatrix 24 kann insbesondere
Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante umfassen. Bei einem
Beispiel kann die Dielektrizitätskonstante
des Materials, das für
die thermische Sperrmatrix 24 eingesetzt wird beziehungsweise
darin enthalten ist, geringer sein als die von Material, das für das mindestens
eine Widerstandsschaltstäbchen 18 eingesetzt
wird. Bei einem anderen Beispiel kann die thermische Sperrmatrix 24 Material
mit einer Dielektrizitätskonstante
umfassen, die maximal 6 oder maximal 4 beträgt. Bei einem speziellen Beispiel
kann die thermische Sperrmatrix 24 Material mit einer Dielektrizitätskonstante
umfassen, die unter 3,5 liegt. Ein geringer Wert der Dielektrizitätskonstante
führt zu
einer geringen Kapazität hinsichtlich
des Kriechverlustes und somit zu geringem Strom- oder Energieverlust
im Verlauf von schnellen oder kurzen „SETZ„- beziehungsweise „RÜCKSETZ„-Zyklen
und ermöglicht
ein schnelles Umschalten sowie eine kurze Impulsdauer.
Bei
einem Beispiel kann die thermische Sperrmatrix 24 Polyimid
umfassen. Es kann beispielsweise ein Polyimid aus der Reihe Asahi
PIMEL I-8000, wie zum Beispiel Asahi PIMEL I-8608M, oder aus der
Reihe Fuji Durimide® 7500, wie zum Beispiel Fuji
Durimide® 7510,
eingesetzt werden.
Das
Schaltelement 10 kann wiederholt zwischen den in den 1A und 1B gezeigten
Zuständen
umgeschaltet werden. Gemäß diesem
Aspekt kann das gleiche Widerstandsschaltstäbchen 18a des Schaltelements 10 wiederholt
umgeschaltet werden. Gemäß einem
anderen Aspekt kann sich beispielsweise der elektrisch leitende
Faden 26 in nachfolgenden Schaltzyklen in verschiedenen
Widerstandsschaltstäbchen 18b, 18c, 18d bilden.
Wie
in 4 gezeigt ist, können bei einem Beispiel der „SETZ„- und
der „RÜCKSETZ„-Impuls
in beide Richtungen angelegt werden, d. h. es kann eine positive
oder eine negative Vorspannung angelegt werden. Zum Lesen der gespeicherten
Daten kann eine positive und/oder eine negative Lesespannung V0 angelegt werden, die geringer ist als die Setzspannung
VS und die Rücksetzspannung VR.
Gemäß einem
anderen Aspekt kann die erste Elektrode 12, wie in den 2A und 2B exemplarisch
gezeigt ist, ein erstes Kontaktgebiet 28 aufweisen sowie
eine erste elektrisch leitende Diffusionssperre 30, die
zwischen dem ersten Kontaktgebiet 28 und dem ersten (unteren)
Ende des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18a angeordnet
ist. Gemäß einem
weiteren Aspekt, der in den Figuren nicht gezeigt ist, kann die
zweite Elektrode 20 auf analoge Weise ein zweites Kontaktgebiet
aufweisen sowie eine zweite elektrisch leitende Diffusionssperre,
die zwischen dem zweiten Kontaktgebiet und dem zweiten (oberen)
Ende des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18a angeordnet
ist.
Gemäß einem
Aspekt umfassen das erste und das zweite Kontaktgebiet Material
mit einem elektrischen Leitwert von Metall, was jedoch nicht bedeutet,
dass das erste und das zweite Kontaktgebiet beziehungsweise der
erste und der zweite Kontakt Metallatome oder -ionen enthalten müssen. Bei
einem Beispiel kann für
das erste und/oder das zweite Kontaktgebiet dotiertes Halbleitermaterial
eingesetzt werden.
Gemäß einem
Aspekt kann die Diffusionssperrschicht 30 eine Diffusion
von Material zwischen den Kontaktgebieten 28 und dem Widerstandsschaltstäbchen 18 verhindern.
Gemäß einem
anderen Aspekt kann die Diffusionssperrschicht 30 Material
umfassen, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit
aufweist als beispielsweise das Kontaktgebiet 28. Dementsprechend
kann die Diffusionssperrschicht 30 gemäß diesem Aspekt eine Diffusion
von Wärme
aus dem Widerstandsschaltstäbchen 18a in
die Kontaktgebiete 28 verhindern und somit dafür sorgen,
dass die für
einen „SETZ„- und
einen „RÜCKSETZ„-Impuls benötigte Impulsenergie
gering bleibt.
Analog
zu den in Verbindung mit den 1A und 1B beschriebenen
Beispielen stellt 2A einen „AUS„-Zustand des Schaltelements 10 gemäß dem zweiten
Beispiel dar, während 2B einen „EIN„-Zustand
des Schaltelements 10 darstellt. Das Umschalten zwischen
dem „EIN„- und
dem „AUS„-Zustand
kann analog zu den unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 4 beschriebenen
Beispielen erfolgen.
Gemäß einem
Beispiel kann die erste Diffusionssperrschicht 30 ein elektrisch
leitendes Übergangsmetallnitrid
(TMN = Transition Metal Nitride) wie beispielsweise Niobnitrid (NbN)
oder Titannitrid (TiN) enthalten. Gemäß einem Aspekt kann das in der
Diffusionssperrschicht 30 enthaltene Übergangsmetall einem Übergangsmetall
gleichen, das in dem Widerstandsschaltstäbchen 18a enthalten
ist. Das Widerstandsschaltstäbchen 18a kann
beispielsweise Niob-Oxinitrid
(TMOxNy) enthalten,
während
die Diffusionssperrschicht 30 beispielsweise Niobnitrid
(NbN) enthalten kann. Die oben erwähnte zweite Diffusionssperrschicht
kann analog dazu implementiert werden. Die gezeigten Beispiele sind
nichtsdestotrotz nicht auf solche Materialien für die Diffusionssperrschicht
beschränkt,
und es kann stattdessen anderes elektrisch leitendes Material für die erste
und/oder die zweite Diffusionssperrschicht eingesetzt werden.
Bei
einem in den 3A und 3B gezeigten,
weiteren Beispiel für
ein Schaltelement 10 handelt es sich bei der ersten Kontaktgrenzfläche 14 und
der zweiten Kontaktgrenzfläche 22 um
zumindest teilweise unebene, strukturierte Flächen. Eine Struktur der Kontaktgrenzflächen kann
insbesondere mit dem Vorliegen oder einer Verteilung der Widerstandsschaltstäbchen 18 übereinstimmen,
d. h. die erste Elektrode 12 und die zweite Elektrode 20 können solche
Vorsprünge 32 und
Vertiefungen 34 umfassen, dass die Widerstandsschaltstäbchen 18 die Elektroden
an deren Vorsprüngen
berühren,
während
die Elektroden zwischen diesen Kontaktgebieten mit den Vertiefungen 34 versehen
sind. Das Strukturieren der Elektroden kann die Wärmediffusion
reduzieren, insbesondere beispielsweise die Wärmediffusion aus den Widerstandsschaltstäbchen 18.
Gemäß einem
Aspekt kann die zweite Elektrode 20 für jedes Stäbchen, das sich in dem Widerstandsschaltelement 10 befindet,
eine Stäbchenverbindungselektrode 36 umfassen
sowie eine Integrationselektrode 38, die mehrere Stäbchenverbindungselektroden 36 zumindest
innerhalb eines Widerstandsschaltelements elektrisch verbindet.
Die Stäbchenverbindungselektrode 36 kann
Metall, wie beispielsweise Gold (Au), Platin (Pt), Silber (Ag) oder Palladium
(Pd) enthalten. Bei einem Beispiel können die Stäbchenverbindungselektroden 36 eine
sich selbst organisierende Struktur umfassen. Eine solche sich selbst
organisierende Struktur kann für
das Strukturieren der Widerstandsschaltstäbchen 18verwendet
werden, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird.
Analog
zu den in Verbindung mit den 1A und 1B beschriebenen
Beispielen stellt 3A einen „AUS„-Zustand des Schaltelements 10 gemäß dem dritten
Beispiel dar, während 3B einen „EIN„-Zustand
des Schaltelements 10 darstellt. Das Umschalten zwischen
dem „EIN„- und
dem „AUS„-Zustand
kann analog zu den unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 4 beschriebenen
Beispielen erfolgen.
In
den vereinfachten schematischen Beispieldarstellungen in den 1 bis 3 ist
die Dicke der Stäbchen über deren
gesamte Länge
hinweg konstant und für
alle Stäbchen
gleich dargestellt. Nichtsdestotrotz ist das Widerstandsschaltelement 10 nicht auf
eine konstante Dicke der Widerstandsschaltstäbchen 18 beschränkt. Bei
einem weiteren Beispiel kann sich die Dicke des mindestens einen
Widerstandsschaltstäbchens 18a über seine
Länge zwischen
der ersten Kontaktgrenzfläche 14,
d. h. der ersten Elektrode 12, und der zweiten Kontaktgrenzfläche 22,
d. h. der zweiten Elektrode 20, auf gleichmäßige oder
ungleichmäßige Weise ändern. Gemäß einem
weiteren Aspekt können
mehrere Widerstandsschaltstäbchen 18 mit
unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden. Bei noch einem weiteren
Beispiel für
ein Schaltelement kann mindestens ein Widerstandsschaltstäbchen 18 verzweigt
sein.
Bei
den in den 1 bis 3 gezeigten
Beispielen ist das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen 18a im
Wesentlichen über
seine gesamte Länge
hinweg in die thermische Sperrmatrix 24 eingebettet. Nichtsdestotrotz
ist ein Widerstandsschaltelement nicht auf diese Beispiele beschränkt. Bei
einem weiteren Beispiel kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen nur teilweise
in der thermischen Sperrmatrix eingebettet sein, d. h. die thermische
Sperrmatrix kann das Widerstandsschaltstäbchen nur über einen Bruchteil seiner
Gesamtlänge,
d. h. einen kurzen Abschnitt des Widerstandsschaltstäbchens,
hinweg umgeben. In diesem Fall kann beispielsweise ein elektrisch
leitender Faden, der sich durch einen „SETZ„-Impuls innerhalb des Widerstandsschaltstäbchens gebildet
hat, beispielsweise während
eines „RÜCKSETZENs„ nur an
einem kurzen Stück,
das sich in der Nähe
des „thermisch
eingebetteten„ Abschnittes
des Widerstandsschaltstäbchens
befindet, zerstört
werden.
Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Speicherbauelement zur Verfügung gestellt,
das bei einem Beispiel mindestens ein Widerstandsschaltelement 10 als
nichtflüchtige
Speicherzelle umfassen kann. Eines der unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 beschriebenen exemplarischen Schaltelemente
kann beispielsweise als Bestandteil einer solchen nichtflüchtigen
Speicherzelle dienen. Gemäß diesem Aspekt
kann das mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen 18a ein Speichergebiet
oder ein Widerstandsspeicherstäbchen
der nichtflüchtigen
Speicherzelle darstellen. Alle hier in Verbindung mit den exemplarischen
Widerstandsschaltelementen oben beschriebenen Einzelheiten und Variationen
können auch
für eine
nichtflüchtige
Speicherzelle gemäß diesem
zusätzlichen
Aspekt zutreffen.
Gemäß einem
Aspekt kann eine integrierte Schaltung ein Schaltelement zum Umschalten
zwischen mindestens zwei Zuständen
mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand umfassen. Das Schaltelement
kann eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und mindestens
ein Widerstandsschaltstäbchen
umfassen, das mit der ersten und der zweiten Elektrode elektrisch
verbunden und zumindest teilweise in einer thermischen Sperrmatrix eingebettet
ist. Bei dem Schaltelement kann es sich um einen Schalter handeln,
der zwischen mindestens zwei Zuständen mit unterschiedlichem
elektrischem Widerstand umgeschaltet werden kann. Bei einer exemplarischen
integrierten Schaltung kann dieser Schalter einem der Schaltelemente 10 entsprechend
implementiert werden, die in Verbindung mit den 1, 2 und 3 oben
beziehungsweise mit 8 nachfolgend beschrieben
werden. Nichtsdestotrotz ist die integrierte Schaltung nicht auf
die oben gezeigten speziellen Beispiele beschränkt. Stattdessen kann eine andere
Geometrie der ersten und der zweiten Elektrode oder des Widerstandsschaltstäbchens eingesetzt
werden. Darüber
hinaus kann bei dem Schalter in der integrierten Schaltung anderes
Material eingesetzt werden. Gemäß einem
Aspekt kann ein Speichermodul eine Vielzahl integrierter Schaltungen
umfassen. Diese integrierten Schaltungen können beispielsweise eine oder
mehrere der hier beschriebenen Speicherzellen umfassen. Bei einem
speziellen Beispiel ist das Speichermodul stapelbar.
5 zeigt
ein Beispiel für
einen Schaltplan einer Speicherzelle, die ein Widerstandsschaltelement 10 gemäß einem
Aspekt umfasst, wobei das Widerstandsschaltelement 10 ein
Widerstandsschaltstäbchen
umfassen kann, das zumindest teilweise in einer thermischen Sperrmatrix
eingebettet sein kann. Außer
dem Widerstandsschaltelement 10 kann die in 5 gezeigte
Speicherzelle einen Auswahltransistor 40 mit einem Source/Drain-Gebiet 42 umfassen,
das mit der ersten Elektrode 12 des Widerstandsschaltelements 10 elektrisch
verbunden ist. Ein Gate-Gebiet 44 des Auswahltransistors 40 kann mit
einer Wortleitung 46 einer exemplarischen Speicherzelle
elektrisch verbunden sein. Bei dem gezeigten Beispiel kann ein zweites
Source/Drain-Gebiet 48 des Auswahltransistors 40 elektrisch
mit Masse verbunden sein. Gemäß einem
Aspekt kann die zweite Elektrode 20des Widerstandsschaltelements 10 mit einer
Bitleitung 50 elektrisch verbunden sein.
Wenn
ein Kanal des Auswahltransistors 40 durch Anlegen einer
entsprechenden Spannung an die Wortleitung 46 geöffnet wird,
wird die erste Elektrode 12 des Schaltelements 10 auf
Masse gelegt, und ein mit der Wortleitung 50 verbundener
Leseverstärker 52 kann
einen Widerstandswert für
das Schaltelement 10 erfassen. Gemäß einem Aspekt kann der Leseverstärker 52 zumindest
zwischen einem Zustand des Schaltelements 10 mit hohem
spezifischem Widerstand und einem Zustand mit geringem spezifischem
Widerstand unterscheiden. Diese Erfassung kann für eine Leseoperation an den
in der Speicherzelle gespeicherten Informationen stehen.
Gemäß einem
in 5 gezeigten Beispiel kann es sich bei dem Auswahltransistor 40 um
einen Feldeffekttransistor handeln. Die erste Elektrode 12 kann
beispielsweise direkt mit dem ersten Source/Drain-Gebiet 42 des
Auswahltransistors 40 verbunden sein. Bei einem anderen
Beispiel kann ein Kontaktloch, wie beispielsweise ein elektrisch
leitendes Durchgangsloch, für
eine Zwischenverbindung zwischen der ersten Elektrode 12 und
dem ersten Source/Drain-Gebiet 42 des Auswahltransistors 40 sorgen.
Nichtsdestotrotz ist eine Speicherzelle nicht auf die in 5 gezeigte
Beispielschaltung beschränkt.
Gemäß einem
Aspekt kann ein Speicherbauelement mehrere nichtflüchtige Speicherzellen
umfassen, die in Zeilen und Spalten mindestens eines Arrays angeordnet
sind. Ein exemplarischer Schaltplan ist in 6 gezeigt.
Zumindest einige der Speicherzellen können eine erste (untere) Elektrode 12, eine
zweite (obere) Elektrode 20, mindestens ein Widerstandsspeicherstäbchen und
einen Auswahltransistor 40 umfassen. Analog zu den oben
beschriebenen exemplarischen Schaltelementen kann das Widerstandsspeicherstäbchen zwischen
der ersten (unteren) Elektrode 12 und der zweiten (oberen)
Elektrode 20 angeordnet und zumindest teilweise in einer thermischen
Sperrmatrix eingebettet sein. Der Auswahltransistor 40 kann
zumindest bei einigen der nichtflüchtigen Speicherzellen ein
erstes Source/Drain-Gebiet 42 umfassen,
das mit der jeweiligen ersten Elektrode 12 elektrisch verbunden
ist. Gemäß einem
Aspekt kann das Speicherbauelement für jede Zeile des mindestens
einen Arrays eine elektrisch leitende Wortleitung 46 umfassen,
die zumindest mit einigen Gate-Kontakten 44 der Auswahltransistoren 40 der
Speicherzellen in der jeweiligen Zeile elektrisch verbunden ist.
Des Weiteren kann das Speicherbauelement für jede Spalte des mindestens
einen Arrays eine elektrisch leitende Bitleitung 50 umfassen,
die zumindest mit einigen der zweiten Elektroden 20 der Speicherzellen
in dieser Spalte elektrisch verbunden ist.
7 zeigt
einen Querschnitt durch ein exemplarisches Speicherbauelement, das
mehrere Speicherzellen umfasst, die in mindestens einem Array angeordnet
werden können.
Das Speicherbauelement kann als Speichermodul implementiert werden.
Bei einem Beispiel kann das Speichermodul stapelbar sein. Gemäß einem
Aspekt kann eine Speicherzelle aus einer der 1, 2 und 3 und
gemäß der Beispielschaltung
aus einer der 5 und 6 implementiert
werden. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel kann der
Transistor 40, wie beispielsweise ein Feldeffekttransistor,
in oder auf einem Halbleitersubstrat 54, wie beispielsweise
einem SOI (Silicon an Insulator = Silizium auf Isolator), implementiert
werden. Das Substrat 54 kann eine Substratfläche 56 und
eine senkrechte Substratrichtung 58 umfassen. Die erste
Elektrode 12 ist mit dem ersten Source/Drain-Gebiet 42 des
Transistors 40 elektrisch verbunden, während das zweite Source/Drain-Gebiet 48 über eine
Masseleitung 60 elektrisch auf Masse gelegt ist. Das Transistor-Gate
wird von der Wortleitung 46 gesteuert, die mehrere Transistor-Gates
innerhalb der gleichen Zeile verbinden kann. Die Bitleitung 50 ist
mit der zweiten Elektrode 20 elektrisch verbunden und kann
mehrere Speicherzellen oder Schaltelemente innerhalb der gleichen
Spalte des mindestens einen Arrays verbinden. Isolierschichten wie
ein Vormetalldielektrikum oder ein Zwischenmetalldielektrikum 62 können eingesetzt
werden. Gemäß einem Aspekt
wird, wie in 7 beispielsweise gezeigt ist, das
Widerstandsschaltelement 10 und insbesondere das mindestens
eine Widerstandsschaltstäbchen 18 in
senkrechter Substratrichtung 58 zumindest teilweise oberhalb
des ersten Source/Drain-Gebietes 42 positioniert, und das
mindestens eine Widerstandsschaltstäbchen 18 kann in seiner
Längsrichtung
im Wesentlichen parallel zur senkrechten Substratrichtung 58 verlaufen.
Gemäß einem
weiteren Aspekt kann ein Elektronikgerät, wie beispielsweise ein Computer
(z. B. ein tragbarer Computer), ein Mobiltelefon, ein Pocket PC,
ein Smartphone, ein PDA oder eine beliebige andere Art von Verbraucherelektronik,
wie beispielsweise ein Fernseher, ein Radio oder ein beliebiges
elektronisches Haushaltsgerät,
eine oder mehrere Speicherzellen umfassen, die eine erste Elektrode,
eine zweite Elektrode sowie mindestens ein Widerstandsschaltstäbchen umfassen,
das sich von der ersten zur zweiten Elektrode erstreckt und zumindest teilweise
in einer thermischen Sperrmatrix eingebettet ist. Unter einem Aspekt
umfasst die thermische Sperrmatrix Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit,
wie beispielsweise Polyimid. Die elektronische Einrichtung kann
eine Benutzereingabeschnittstelle umfassen, um Daten empfangen zu
können, die
in der mindestens einen Speicherzelle gespeichert werden sollen.
Die Eingabeschnittstelle kann eine Tastatur, ein Mikrofon, eine
Kamera oder ein beliebiges anderes Sensormittel umfassen. Gemäß einem
weiteren Aspekt kann die elektronische Einrichtung eine Ausgabeschnittstelle
umfassen, über
die Daten ausgegeben werden können,
die in der mindestens einen Speicherzelle gespeichert sind. Das Ausgabemittel
kann einen Bildschirm, einen Lautsprecher, eine elektronische oder
optische Schnittstelle für
eine andere Einrichtung oder ein beliebiges anderes Ausgabemittel
umfassen.
Gemäß einem
Aspekt kann ein Verfahren für die
Herstellung eines Widerstandsschaltelements das Ausbilden eines
Widerstandsschaltstäbchens umfassen,
das zwischen zwei Zuständen
mit unterschiedlichem elektrischem Widerstand umgeschaltet werden
kann. Des Weiteren kann das Verfahren das elektrische Verbinden
des Widerstandsschaltstäbchens über zwei
oder mehrere Elektrodenmittel und das Wärmeisolieren zumindest eines
Teils des Widerstandsschaltstäbchens
umfassen. Dies lässt
sich durch zumindest teilweises Einbetten des Widerstandsschaltstäbchens in
einer thermischen Sperrmatrix erzielen. Bei einem Beispiel umfasst
das Einbetten zumindest eines Teils des Widerstandsschaltstäbchens in
einer thermischen Sperrmatrix das Anordnen von Material neben dem
Widerstandsschaltstäbchen,
dessen Wärmeleitfähigkeit
geringer ist als die des Widerstandsschaltstäbchens. Bei einem speziellen
Beispiel umfasst das Wärmeisolieren
zumindest eines Teils des Widerstandsschaltstäbchens das Anordnen von Material
neben dem Widerstandsschaltstäbchen,
das Polyimid umfasst.
Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Verfahren für die Herstellung des Widerstandsspeicherbauelements
unter Bezugnahme auf die 8A bis 8H beschrieben.
Das Verfahren kann beispielsweise Folgendes umfassen: das Bereitstellen
einer ersten Elektrode mit einer ersten Kontaktfläche, wie beispielsweise
der ersten Kontaktgrenzfläche 14, das
Anordnen eines Widerstandsschaltstäbchens mit seinem ersten Ende
an der ersten Kontaktfläche,
das zumindest teilweise Einbetten des Widerstandsschaltstäbchens in
einer thermischen Sperrmatrix und das Anordnen einer zweiten Elektrode
am zweiten Ende des Widerstandsschaltstäbchens. Das Anordnen des Widerstandsschaltstäbchens mit
seinem ersten Ende an der ersten Kontaktfläche kann das Anordnen einer
Widerstandsschaltschicht wie beispielsweise der Schaltschicht 16 an
der ersten Kontaktfläche
umfassen und das Strukturieren der Widerstandsschaltschicht, um
das Widerstandsschaltstäbchen
auszubilden. Ein Beispiel für
das Strukturieren der Widerstandsschaltschicht umfasst das Abscheiden
einer sich selbst organisierenden Lochmaske auf der Widerstandsschaltschicht
und das Entfernen von Teilen der Widerstandsschaltschicht, die nicht
von der sich selbst organisierenden Lochmaske bedeckt sind. Die
sich selbst organisierende Lochmaske kann aus Nanopartikeln gebildet
sein, die einen Durchmesser von weniger als 10 nm aufweisen und
beispielsweise Metall umfassen.
Gemäß einem
Aspekt umfasst das Strukturieren der Widerstandsschaltschicht das
Ausbilden mehrerer im Wesentlichen paralleler Widerstandsschaltstäbchen, die
im Wesentlichen senkrecht zur ersten Kontaktfläche verlaufen. Gemäß einem
anderen Aspekt kann das Einbetten des Widerstandsschaltstäbchens in
die thermische Sperrmatrix das Abscheiden von Polyimid-Material in der Nähe des Widerstandsschaltstäbchens umfassen.
Aus
der nachfolgenden Beschreibung gehen weitere exemplarische Einzelheiten
hervor. Wie in 8A beschrieben ist, kann beispielsweise
mit Hilfe von Lithographietechniken eine dielektrische Schicht wie
beispielsweise eine Vormetalldielektrikumsschicht (PMD Pre-Metal
Dielectric) oder die Zwischenmetalldielektrikumsschicht 62 (IMD
= Inter-Metal Dielectric)
mit einem Durchgangsloch 64 versehen werden. Dieses Durchgangsloch 64 kann zumindest
teilweise mit der ersten Elektrode gefüllt werden. Gemäß einem
in 8A gezeigten speziellen Beispiel kann das Durchgangsloch 64 mit
dem ersten Kontaktgebiet 28 gefüllt werden. Bei einem Beispiel
kann das erste Kontaktgebiet 28 durch einen Wolfram-Stift
(W-Stift) gebildet werden. Bei anderen Beispielen kann anderes elektrisch
leitendes Material eingesetzt werden. Bei einem Beispiel kann das
Bereitstellen einer ersten Elektrode das elektrische Verbinden der
ersten Elektrode mit einem Source- und/oder Drain-Gebiet (Source/Drain-Gebiet)
eines Auswahltransistors umfassen.
Bei
einem weiteren exemplarischen Schritt können danach, wie in 8B gezeigt
ist, die erste Diffusionssperrschicht 30, eine Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16' und eine lithographische
Hartmaske 66 auf dem ersten Kontaktgebiet 28 abgeschieden
werden. Unter einem Aspekt kann dementsprechend das Bereitstellen
der ersten Elektrode 12 das Abscheiden der ersten elektrisch
leitenden Diffusionssperre 30 auf dem ersten Kontaktgebiet 28 umfassen.
Die erste Diffusionssperre 30 kann die erste Kontaktgrenzfläche 14 bilden.
Bei einem Beispiel kann die erste Diffusionssperrschicht 30 Niobnitrid
umfassen, das durch reaktives Gleichstrom-Magnetron-Sputtern von einem Niob-Target zum
Beispiel bei einer Temperatur von ungefähr 250°C bis 300°C, einer Sputterleistungsdichte
von ungefähr
2,5 bis 3 W/cm2 und einem Druck von 3·10–3 bis
4·10–3 mbar
hergestellt werden kann. Der prozentuale Anteil von Stickstoff im
Argon-Sputter-Gas kann beispielsweise bei 35% bis 40% liegen. Gemäß einem
Aspekt kann die Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16' ein Übergangsmetalloxid-Material
wie beispielsweise Nioboxid (Nb2O5) oder Tantaloxid (Ta2O5) umfassen. Eine Nioboxidschicht gemäß einem
Beispiel kann mit Hilfe des reaktiven Gleichstrom-Magnetron-Sputterns
von einem Niob-Target zum Beispiel bei einer Temperatur von ungefähr 250°C und einem
prozentualen Sauerstoffgehalt von ungefähr 40% im Sputter-Gas hergestellt werden.
Die lithographische Hartmaskenschicht 66 kann beispielsweise
Siliziumnitrid (wie Si3N4)
umfassen.
Gemäß einem
weiteren, in 8 nicht gezeigten Beispiel
kann die Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16' direkt auf
dem ersten Kontaktgebiet 28 abgeschieden werden, ohne dass die
erste Diffusionssperrschicht 30 dazwischen angeordnet wird.
Bei
einem weiteren exemplarischen Schritt kann, wie in 8C gezeigt
ist, ein Implantationsfenster 68 in der lithographischen
Hartmaske 66 geöffnet
werden. Das Implantationsfenster 68 kann beispielsweise
durch reaktives Ionenätzen
strukturiert werden. In einem nächsten
exemplarischen Schritt kann an dem Bauelement eine Ionenimplantation 70 durchgeführt werden.
Gemäß einem
Aspekt kann eine Stickstoffionenimplantation zum Beispiel mit einer
Ionenenergie von ungefähr
50 keV und einer Flussdichte von ungefähr 1016 cm–2 erfolgen.
Das Bauelement kann dann in einer inerten Atmosphäre, die
beispielsweise Stickstoffgas umfasst, geglüht werden. Gemäß einem
Aspekt kann dies in der Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16' zumindest in
einem Gebiet unterhalb des Implantationsfensters 68, d.
h. wo Ionen implantiert worden sind, zur Bildung eines Übergangsmetall-Oxinitrids führen. Dieses Übergangsmetall-Oxinitrid
kann sich, wie beispielsweise in 8D gezeigt
ist, zumindest in einem Teil des Widerstandsschaltgebietes 16 bilden
und die Grundlage für
die Ausbildung des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens 18 sein, wie
in Verbindung mit den 8E und 8F nachfolgend
noch beschrieben wird. Wenn ein Nioboxidmaterial für die Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16' verwendet wird,
kann das entstehende Widerstandsschaltgebiet Nioboxinitrid enthalten.
Dementsprechend
kann gemäß einem
Aspekt das Anordnen der Übergangsmetall-Oxinitridschicht,
wie der in 8D gezeigten exemplarischen Schaltschicht
beziehungsweise des exemplarischen Schaltgebietes 16, das
Abscheiden des Übergangsmetalloxids,
wie der in 8C gezeigten Widerstandsschaltgebiet-Vorbereitungsschicht 16', an der ersten
Kontaktgrenzschicht 14 umfassen. Es kann des Weiteren das
Implantieren von Stickstoffionen 70 in das Übergangsmetalloxid
umfassen sowie das Glühen
des mit Stickstoff implantierten Übergangsmetalloxids, damit
man ein Übergangsmetall-Oxinitrid
enthält,
wie beispielsweise das Widerstandsschaltgebiet 16, das
in 8D gezeigt ist. Vor oder nach dem Glühen kann
die lithographische Hartmaske 66 entfernt werden. Wenn
Siliziumnitrid als Material für
die lithographische Hartmaske 66 verwendet wird, kann dieses
beispielsweise mit heißer
Phosphorsäure
entfernt werden.
Gemäß einem
in 8E gezeigten Aspekt kann die das Stäbchen strukturierende
Maske 72 auf einer Oberfläche wie der zweiten Kontaktgrenzfläche 22 des
Widerstandsschaltgebietes 16 angeordnet werden. Die das
Stäbchen
strukturierende Maske 72 kann beispielsweise Strukturen
mit einer Seitenlänge (d.
h. einer Länge
oder Ausdehnung, die parallel zu einer Abscheidungsfläche wie
der zweiten Kontaktgrenzfläche
verläuft)
von weniger als 100 nm oder 25 nm oder sogar 10 nm definieren. Die
das Stäbchen strukturierende
Maske 72kann zahlreiche sich selbst organisierende Nanopartikel 74 umfassen.
Eine selbstorganisierte Anordnung von Nanopartikeln 74 kann somit
für weitere
Prozesse als Lochmaske dienen. Gemäß einem weiteren Aspekt können die
Nanopartikel als obere Kontakte, die zumindest Bestandteil der zweiten
Elektrode 20 sind, für
die Verbindung mit den Widerstandsschaltstäbchenn 18 dienen,
die in nachfolgenden Prozessen ausgebildet werden sollen. Alle bekannten
Techniken für
eine selbstorganisierte Anordnung von Nanopartikeln 74 können eingesetzt
werden, und das Verfahren für
die Herstellung des Speicherbauelements ist nicht auf eine dieser
Techniken beschränkt.
Bei einem Beispiel kann die das Stäbchen strukturierende Maske
auf der Grundlage von Zweiblock-Copolymeren und Metallsalz-Vorläufern hergestellt
werden. Bei einem Beispiel kann die das Stäbchen strukturierende Maske 72 (insbesondere
die sich selbst organisierenden Nanopartikel 74) Edelmetalle
wie beispielsweise Gold (Au), Platin (Pt), Silber (Ag) oder Palladium
(Pd) enthalten. Gemäß einem
Aspekt kann es sich zumindest bei einigen der Nanopartikel 74 um
Einkristall-Nanopartikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 nm
handeln. Bei einem speziellen Beispiel können die Nanopartikel einen
Durchmesser von ungefähr
3 nm bis 7 nm aufweisen. Nach dem Abscheiden der das Stäbchen strukturierenden
Maske 72 kann die Oberfläche abgespült und beispielsweise in einem Argongasstrom
getrocknet werden.
Bei
einem in 8F gezeigten weiteren Beispiel
für einen
Prozess wird das Ätzen
von zumindest einem Teil des Widerstandsschaltgebietes 16 durchgeführt. Es
kann insbesondere ein anisotropes Ätzverfahren wie beispielsweise
reaktives Plasmaätzen in
einer CH3/O2-Atmosphäre eingesetzt
werden. Die das Stäbchen
strukturierende Maske 72 dient in diesem Prozess als Ätzmaske,
so dass ein Teil des Widerstandsschaltgebietes 16, der
nicht von der Maske 72 bedeckt ist, weggeätzt wird.
Bei einem Beispiel wird so geätzt,
dass unter den Nanopartikeln 74 Säulen oder Stäbchen oder
Stifte des Widerstandsschaltgebietes 16 übrigbleiben,
die im Wesentlichen die Widerstandsschaltstäbchen 18 bilden. Bei
einem Beispiel kann das Widerstandsschaltgebiet in Bereichen, die
nicht von den Nanopartikeln 74 bedeckt sind, bis zur ersten
Kontaktgrenzfläche 14 hinunter entfernt
werden. Darüber
hinaus können
sogar Teile der ersten Diffusionssperre 30 in diesen Bereichen entfernt
werden.
Bei
einem weiteren Beispiel, das in den Figuren nicht gezeigt ist, erfolgt
das Ätzen
nur bis zu einer Tiefe, die geringer ist als die Dicke des Widerstandsschaltgebietes 16,
so dass selbst in den unbedeckten Bereichen ein Abschnitt der Widerstandsschaltgebietes
mit verringerter Schichtdicke übriggbleibt.
Bei diesem Beispiel kann dieser verbleibende Abschnitt des Widerstandsschaltgebietes
als Elektrodenmittel zum elektrischen Verbinden und Kontaktieren
des Widerstandsschaltstäbchens 18 dienen
und somit als Abschnitt der ersten Elektrode 12 betrachtet
werden. In diesem Fall bildet sich an der Kontaktgrenzfläche zwischen
dem ersten Elektrodenmittel und dem Widerstandsschaltstäbchen keine
Grenzfläche,
da diese beiden Bestandteile zumindest teilweise aus dem gleichen
Material bestehen.
Bei
einem in 8G gezeigten weiteren Beispiel
für einen
Prozess kann das Abscheiden von Material für die thermische Sperre erfolgen.
Es können
insbesondere die Spalte zwischen den Widerstandsschaltstäbchen 18 mit
dem Material für
die thermische Sperre gefüllt
werden, das die thermische Sperrmatrix bildet 24. Bei einem Beispiel
kann das Abscheiden der thermischen Sperrmatrix 24 das
Abscheiden von Polyimid-Material im Vakuum umfassen. Wenn nach dem
Abscheiden des Polyimids die Widerstandsschaltstäbchen 18 oder sogar
die Nanopartikel 74 damit bedeckt sind, kann überschüssiges Polyimid
auf der Oberfläche
entfernt werden, wodurch die Nanopartikel 74 freigelegt
werden können. Bei
einem Beispiel handelt es sich um elektrisch leitende Nanopartikel 74,
wie beispielsweise Pt-Nanopartikel. In diesem Fall kann das Entfernen
des überschüssigen Polyimids
dann enden, wenn die Nanopartikel 74 freiliegen, und die
Nanopartikel 74 können dann
zum elektrischen Verbinden der Widerstandsschaltstäbchen 18 dienen.
Bei einem anderen Beispiel können
eine das Stäbchen
strukturierende Maske 72, die nicht elektrisch leitet,
und insbesondere elektrisch nichtleitende Nanopartikel 74,
wie beispielsweise oxidierte Nanopartikel 74, eingesetzt werden.
In diesem Fall können
die Nanopartikel 74 vor dem Abscheiden des Polyimids entfernt
werden oder zusammen mit dem überschüssigen Polyimid, so
dass die Widerstandsschaltstäbchen
beziehungsweise deren obere Enden freigelegt werden. Das Entfernen
der Nanopartikel kann auch bei elektrisch leitenden Nanopartikeln
eingesetzt werden.
Danach
kann eine strukturierte obere Kontaktschicht 76 ausgebildet
werden, die das Widerstandsschaltstäbchen 18 direkt oder
indirekt elektrisch verbindet. Gemäß einem Aspekt kann die obere
Kontaktschicht 76 zumindest teilweise in der zweiten Elektrode
enthalten sein. Gemäß einem
Aspekt umfasst die obere Kontaktschicht 76 Platin (Pt)
und kann beispielsweise durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern hergestellt werden.
Danach
kann eine Speicherstapel-Ätzmaske 78,
die beispielsweise aus Siliziumnitrid besteht, beispielsweise durch
chemische Niederdruck-Aufdampfung (LPCVD = Low Pressure Chemical
Vapour Deposition) auf der Oberseite der oberen Kontaktschicht 76 abgeschieden
und strukturiert werden. Die Speicherstapel-Ätzmaske 78kann als
Hartmaske für das
Strukturieren eines Speicherstapels durch reaktives Ionenätzen der
unbedeckten Schichtfolge dienen.
Bei
in 8H gezeigten, nachfolgenden exemplarischen Schritten
kann eine Zwischenisolierschicht 80, die beispielsweise
aus Siliziumoxid (wie SiO2) besteht, durch
chemische Aufdampfung (CVD) und darauf folgendes chemisch-mechanisches
Polieren (CMP) hergestellt werden. Nach dem Entfernen der Speicherstapel-Ätzmaske 78 kann
die obere Kontaktschicht 76, wie in 8H exemplarisch
gezeigt ist, über
die Bitleitung 50 elektrisch verbunden werden.
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt, der in 9 exemplarisch gezeigt ist,
kann ein Computersystem 82, wie beispielsweise ein Computer
(z. B. ein tragbarer Computer oder ein Server), ein Mobiltelefon,
ein Pocket PC, ein Smartphone oder ein PDA, eine Eingabevorrichtung 84 und
eine Ausgabevorrichtung 86 umfassen. Gemäß einem
anderen Aspekt kann das Computersystem als eine beliebige andere
Art von Verbraucherelektronik, wie beispielsweise ein Fernseher,
ein Radio oder ein beliebiges elektronisches Haushaltsgerät, oder
eine beliebige Art Speichervorrichtung, wie beispielsweise eine Chipkarte
oder eine Speicherkarte, implementiert werden.
Bei
einem Beispiel kann die Eingabevorrichtung 84 Eingabetasten,
eine Tastatur, einen Berührungsbildschirm,
einen Trackball, eine Computer-Maus,
einen Joystick oder eine beliebige andere Art Eingabevorrichtung
oder -schnittstelle umfassen. Bei einem weiteren Beispiel umfasst
die Eingabevorrichtung 84 einen Audioeingang wie beispielsweise ein
Mikrofon. Bei noch einem weiteren Beispiel kann die Eingabevorrichtung 84 einen
Videoeingang wie beispielsweise eine Kamera umfassen. Bei dem Beispiel-Computersystem 82 in 9 umfasst
die Eingabevorrichtung 84 eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 88.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 88 kann eine Netzwerkschnittstelle
umfassen, die das Computersystem 82 mit einem drahtlosen
Netzwerk, wie beispielsweise einem lokalen Netzwerk (LAN = Local
Area Network), einem Fernnetzwerk (WAN = Wide Area Network) oder
einem Telekommunikationsnetz, verbindet. Bei dieser Verbindung kann
eine beliebige Art uni-, bi- oder multidirektionaler drahtloser
Kommunikation eingesetzt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt kann
die Eingabevorrichtung 84 eine Netzschnittstelle umfassen, die
das Computersystem 82 mit einem drahtgebundenen Netzwerk
verbindet.
Bei
einem Beispiel kann die Ausgabevorrichtung 86 einen Videoausgang
wie beispielsweise eine Bildschirmschnittstelle oder eine Bildschirmeinrichtung
umfassen. Bei einem anderen Beispiel kann die Ausgabevorrichtung 86 eine
Audioeinrichtung wie einen Lautsprecher umfassen. Bei dem Beispiel-Computersystem 82 in 9 umfasst
die Ausgabevorrichtung 86 eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung 90.
Die drahtlose Kommunikationsvorrichtung 90 der Ausgabevorrichtung 86 kann
eine Netzwerkschnittstelle umfassen, die das Computersystem 82 mit
einem drahtlosen Netzwerk, wie beispielsweise einem lokalen Netzwerk
(LAN = Local Area Network), einem Fernnetzwerk (WAN = Wide Area
Network) oder einem Telekommunikationsnetz, verbindet. Bei dieser
Verbindung kann eine beliebige Art uni-, bi- oder multidirektionaler drahtloser
Kommunikation eingesetzt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt kann
die Ausgabevorrichtung 86 eine Netzschnittstelle umfassen,
die das Computersystem 82 mit einem drahtgebundenen Netzwerk
verbindet.
Das
Beispiel-Computersystem 82 in 9 umfasst
des Weiteren eine Verarbeitungsvorrichtung 92 und einen
oder mehrere Speicherbausteine oder Speicher 94. Bei einem
speziellen Beispiel kann das Computersystem 82 des Weiteren
einen Systembus 96 umfassen, der verschiedene Systembestandteile einschließlich des
Speichers 94 mit der Verarbeitungsvorrichtung 92 verbindet.
Die Verarbeitungsvorrichtung 92 kann arithmetische, logische
und/oder Steueroperationen durchführen, indem sie beispielsweise
auf den Speicher 94 zugreift. Der Speicher 94 kann
Informationen und/oder Anweisungen für die gemeinsame Verwendung
mit der Verarbeitungsvorrichtung 92 speichern. Bei einem
Beispiel kann ein grundlegendes Eingabe/Ausgabe-System (RIOS = Basic
Input/Output System), das die Grundprogrammroutinen speichert und
an der Informationsübertragung
zwischen Elementen in dem Computersystem 82 beteiligt ist
(wie beispielsweise beim Einschalten), in dem Speicher 94 gespeichert
sein. Der Systembus 96 kann einer beliebigen von verschiedenen
Arten von Busstrukturen entsprechen, einschließlich eines Speicherbusses
oder einer Speichersteuereinheit, eines peripheren Busses und eines
lokalen Busses, und eine beliebige von zahlreichen Busarchitekturen
verwenden.
Der
Speicher 94 kann eine oder mehrere Speicherzellen 98 umfassen.
Zumindest einige der Speicherzellen 98 können eine
erste Elektrode, eine zweite Elektrode und mindestens ein Widerstandsspeicherstäbchen umfassen,
das sich von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode erstreckt
und zumindest teilweise in einer thermischen Sperrmatrix eingebettet
ist, die Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit
umfasst. Bei einem Beispiel können
eine oder mehrere der oben beschriebenen Speicherzellen beziehungsweise
eine oder mehrere der oben beschriebenen integrierten Schaltungen
als eine oder mehrere der Speicherzellen 98 des Speichers 94eingesetzt werden.
Darüber
hinaus können
beispielsweise eines oder mehrere der oben beschriebenen Speichermodule
als Speicher 94 eingesetzt werden. Bei einem Beispiel-Computersystem 82 kann
der Speicher 94 einen Datenspeicher umfassen. Bei einem
weiteren Beispiel kann der Speicher 94 einen Codespeicher
umfassen. Gemäß einem
Beispielaspekt kann der Speicher 94 als Datenspeicher für das Speichern von
maschinenlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmbausteinen
und/oder anderen Daten für
den Betrieb des Computersystems 82 implementiert werden.
Gemäß einem
weiteren Aspekt kann der Speicher 94 als Grafikspeicher
oder Eingabe/Ausgabe-Puffer implementiert werden. Gemäß einem
Aspekt ist der Speicher 94 fest mit dem Systembus 96 des
Computersystems 82 verbunden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird
der Speicher 94 als herausnehmbares Bauelement, wie beispielsweise
als Speicherkarte oder Chipkarte, implementiert.
Es
sind einige Beispiele und Implementierungen beschrieben worden.
Andere Beispiele und Implementierungen können insbesondere eines oder mehrere
der oben genannten Merkmale aufweisen. Nichtsdestotrotz versteht
es sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Insbesondere
sind die erste Elektrode, die zweite Elektrode und das mindestens
eine Widerstandsschaltstäbchen
nicht auf die Geometrie der oben beschriebenen Beispiele beschränkt. So
kann zum Beispiel im Gegensatz zu den gezeigten schematischen Darstellungen
die Querschnittsfläche
des mindestens einen Widerstandsschaltstäbchens über dessen Länge hinweg
variieren. Darüber
hinaus ist die thermische Sperrmatrix nicht auf Polyimid-Material
beschränkt. Es
kann stattdessen anderes Material verwendet werden, wie beispielsweise
Oxide. Dementsprechend fallen weitere Implementierungen in den Schutzumfang
der nachfolgenden Ansprüche.