Прибор с резким переходом металл-изолятор с параллельными проводящими слоями
Владельцы патента RU 2392692:
ЭЛЕКТРОНИКС ЭНД ТЕЛЕКОММЬЮНИКЕЙШНЗ РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ (KR)
Изобретение относится к прибору с резким ПМИ (переходом металл-изолятор) с параллельными проводящими слоями. Сущность изобретения: прибор с резким ПМИ содержит, по меньшей мере, один проводящий слой, имеющий ширину, которая позволяет всей области проводящего слоя преобразовываться в металлический слой вследствие ПМИ, первый электрод, расположенный на некоторой области подложки, и второй электрод, расположенный так, чтобы быть отделенным заданным расстоянием от первого электрода, причем проводящий слой электрически соединяет первый электрод со вторым электродом и при этом ток течет однородно ко всей области проводящего слоя. Благодаря такой конфигурации прибора повреждение проводящего слоя, которое обычно обусловлено током, протекающим через этот проводящий слой, оказывается менее вероятным. 15 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
[1] Настоящее изобретение относится к прибору, использующему эффект перехода металл-изолятор (ПМИ), а более конкретно, к прибору, использующему материал с резким ПМИ в качестве проводника, фаза которого может быть преобразована в металлическую.
Уровень техники
[2] Как известно, ПМИ происходит в изоляторе Мотта и изоляторе Хаббарда. В изоляторе Хаббарда наблюдается непрерывный ПМИ. Полевой транзистор (ПТ), в котором используется изолятор Хаббарда в качестве канального слоя, был предложен в статье D.М.Newns и др., Appl. Phys. Lett., vol.73, p.780, 1998. Поскольку в изоляторе Хаббарда используется ПМИ, который происходит непрерывно, то используемые в качестве носителей заряды должны подводиться непрерывно до тех пор, пока не будут достигнуты хорошие металлические характеристики.
[3] В статье Hyun-Tak Kim, NATO Science Series, Vol.II/67, Kluwer, p.137, 2002, которая также приведена на веб-сайте http://xxx.lanl.gow/abs/cond-mat/0110112, дана теория, которая обосновывает резкий ПМИ в изоляторе Мотта. В соответствии с теорией, приведенной в вышеупомянутой статье, изолятор Мотта имеет связанную электронную структуру металлического типа. Энергию между электронами изолятора Мотта заставляют изменяться, и, таким образом, переход от изолятора к металлу не происходит непрерывно; скорее он происходит резко. Изменение температуры, давления или электрического поля вызывает изменение энергии между электронами изолятора Мотта. Например, когда в изолятор Мотта вводят дырки при низкой плотности легирования, переход от изолятора к металлу происходит резко или скачкообразно.
[4] В типичном приборе с резким ПМИ, когда происходит не непрерывный ПМИ, резко начинает протекать ток большой величины. При этом проводящий слой более склонен повреждаться. На Фиг.1 изображен вид сверху типичного прибора с ПМИ 10.
[5] Типичный прибор с ПМИ 10 включает в себя пару электродов 14 и 16, размещенных отделенными заданным расстоянием друг от друга на определенных областях подложки 12. Между этой парой электродов 14 и 16 расположен слой материала с ПМИ. Слой материала с ПМИ выполняет электрическое соединение между электродами 14 и 16 и претерпевает резкий ПМИ. Резкий ПМИ заставляет слой материала с ПМИ преобразоваться в металлический слой. Следовательно, слой материала с ПМИ может использоваться в качестве проводящего слоя 18. Проводящий слой 18 имеет ширину 'W'.
[6] На Фиг.2 изображен вид сверху образца 20, проанализированного методом микро-Рамановской спектроскопии для проверки структурной однородности проводящего слоя 18 типичного прибора с ПМИ 10 (Фиг.1). На Фиг.3 изображен график интенсивности как функции Рамановского сдвига для проводящего слоя 18, изображенного на Фиг.2. Как хорошо известно, Рамановская спектроскопия используется для наблюдения энергии колебаний решеток. Для металла пик не наблюдается. Ширина W проводящего слоя 18 преувеличена для наглядности.
[7] Образец 20 включает в себя проводящий слой 18, расположенный на опоре 22, и аналитический электрод 24, сегментированный на некоторое число областей и контактирующий с проводящим слоем 18. В данном случае аналитический электрод 24 сегментирован на три области, включая верхнюю область 24A, центральную область 24B и нижнюю область 24C, и имеет структуру с выступами. На Фиг.3 интенсивность как функция Рамановского сдвига, который обычно измеряется в единицах см-1, показывает характеристики подложки, в частности область a, соответствующую Al2O3, и области b и c, измеренные при протекании через проводящий слой 18 тока большой величины, например тока величиной 'F', как отмечено на Фиг.8. Области кривых b и с представляют собой измерения соответственно в центральной области 24B (см. Фиг.2) и в верхней и нижней областях 24A и 24C (см. Фиг.2). Ссылочная позиция 35 обозначает пик, соответствующий Al2O3. Рассеянные рамановские пики указывают на то, что фаза проводящего слоя 18 еще не перешла в металлическое состояние. Поэтому в верхней области 24A и нижней области 24C ПМИ еще не произошел и они продолжают оставаться в состоянии изолятора. Центральная область 24B испытала фазовый переход в металлическое состояние. Проводящий слой 18, который включает в себя область изолятора, называется неоднородным проводящим слоем. Однако обычно необходимо, чтобы материал с ПМИ, используемый в качестве проводящего слоя 18, был однородным. Иначе говоря, проводящий слой должен быть однородным проводящим слоем, который полностью преобразуется в металлический слой после ПМИ.
[8] В силу некоторых ограничений при типичных способах изготовления в реальной промышленной практике проводящий слой часто бывает неоднородным. Например, авторы этой заявки на патент сообщали об этой примерной ситуации в журнале New. J. Phys., Vol.6, p.52, 2004. Было экспериментально подтверждено, что проводящий слой 18 легко повреждался вследствие характеристики неоднородности. Точнее, неоднородный проводящий слой 18 легко повреждался из-за тепла, выделяемого током большой величины.
[9] Для внедрения ПМИ в других областях применения требуется, чтобы ток большой величины протекал однородно после того, как произошел фазовый переход от изолятора к металлу. Следовательно, в общем случае важно разработать однородный проводящий слой. Способ снижения повреждения проводящего слоя при протекании тока через прибор с ПМИ еще не разработан.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
[10] Настоящее изобретение предлагает прибор с резким ПМИ, который может снизить повреждение проводящего слоя при протекании тока через этот проводящий слой.
Техническое решение
[11] В соответствии с объектом настоящего изобретения предложен прибор с резким ПМИ, включающий в себя первый электрод, расположенный на некоторой области подложки, второй электрод, расположенный так, чтобы быть отделенным заданным расстоянием от первого электрода, и по меньшей мере один проводящий слой, электрически соединяющий первый электрод со вторым электродом и имеющий ширину, которая позволяет всей области проводящего слоя преобразовываться в металлический слой вследствие ПМИ.
[12] Прибор с резким ПМИ может дополнительно включать в себя электрод затвора, выполненный простирающимся по некоторой области проводящего слоя и имеющим изолирующий слой затвора, расположенный между проводящим слоем и электродом затвора. Проводящий слой, первый электрод и второй электрод могут быть выполнены с возможностью стать частями схемы защиты. Прибор с резким ПМИ может дополнительно включать в себя электрическую систему, соединенную параллельно со схемой защиты.
Описание чертежей
[13] Вышеупомянутые и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при подробном описании его примерных вариантов реализации со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
[14] Фиг.1 изображает вид сверху типичного прибора с ПМИ, включающего в себя два электрода, сконфигурированные в горизонтальную структуру;
[15] Фиг.2 изображает вид сверху образца, проанализированного методом микро-Рамановской спектроскопии для проверки структурной однородности проводящего слоя типичного прибора с ПМИ;
[16] Фиг.3 изображает график интенсивности как функции Рамановского сдвига для проводящего слоя, изображенного на Фиг.2;
[17] Фиг.4 изображает вид сверху прибора с ПМИ, включающего в себя два электрода, сконфигурированных в горизонтальную структуру, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения;
[18] Фиг.5 изображает вид сверху прибора с ПМИ, включающего в себя три электрода, сконфигурированные в горизонтальную структуру, в котором изолятор затвора сформирован на проводящем слое, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения;
[19] Фиг.6 изображает вид сверху прибора с ПМИ, включающего в себя три электрода, сконфигурированных в горизонтальную структуру, в котором изолятор затвора сформирован под проводящим слоем, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения;
[20] Фиг.7 изображает вид сверху прибора с ПМИ, включающего в себя три электрода, сконфигурированных в горизонтальную структуру, в котором проводящий слой сформирован на изоляторе затвора, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения;
[21] Фиг.8 изображает график зависимости тока (I) от напряжения (V), приложенного к проводящему слою, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;
[22] Фиг.9 представляет собой принципиальную электрическую схему, изображающую схему защиты, эквивалентную нагрузку RL и электрод с напряжением VP источника питания, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения; и
[23] Фиг.10 изображает график зависимости напряжения прибора с ПМИ от времени, в течение которого электрод с напряжением VP источника питания, изображенный на Фиг.9, подает напряжение приблизительно 1500 В, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
Наилучший вариант реализации
[24] Настоящее изобретение описывается ниже более полно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны примерные варианты реализации изобретения. Вместе с тем изобретение может быть реализовано во многих различных формах и не должно быть истолковано как ограниченное изложенными здесь вариантами реализации; скорее, эти варианты реализации приведены для того, чтобы данное раскрытие изобретения было полным и исчерпывающим и полностью передавало идею изобретения специалистам в данной области техники. Сходные ссылочные позиции обозначают сходные элементы даже на различных чертежах.
[25] Ниже будут подробно описаны проводящий слой, который полностью преобразуется в металлический слой вследствие ПМИ, и приборы с ПМИ, использующие такой проводящий слой, в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения. Проводящий слой имеет путь, по которому может протекать ток, и, в частности, проводящие слои в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения могут быть преобразованы в металлический слой по всей их ширине. Как описано в связи с Фиг.3, проводящий слой не имеет рассеянного Рамановского пика и, более конкретно, ток должен протекать однородно к проводящему слою.
[26] Проводящий слой в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения включает в себя материал, который может испытать резкий ПМИ. Таким образом, прибор, использующий такой проводящий слой, может быть назван прибором с ПМИ. Прибор с ПМИ может быть модифицирован в различных формах в пределах объема и сущности настоящего изобретения. Изображенные приборы с ПМИ представляют собой примерные варианты реализации.
[27] На Фиг.4 изображен вид сверху прибора с ПМИ 100, включающего в себя два электрода, сконфигурированных в горизонтальную структуру, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.
[28] Как изображено, по меньшей мере один проводящий слой 110 расположен между первым электродом 104 и вторым электродом 106, которые расположены так, чтобы быть отделенными заданным расстоянием друг от друга, поверх некоторых областей подложки 102. Проводящий слой 110 выполняет электрическое соединение между первым электродом 104 и вторым электродом 106, и в настоящем варианте реализации сформированы множественные проводящие слои 110. Каждый из этих проводящих слоев 110 имеет область с шириной W1, W2 или W3, при которой отдельные проводящие слои 110 могут быть преобразованы в металлические слои вследствие ПМИ. Если имеются множественные проводящие слои 110, то эти проводящие слои 110 могут быть электрически соединены параллельно. Хотя и не изображено, между подложкой 102 и проводящим слоем 110 может быть дополнительно расположен буферный слой. Буферный слой может быть расположен по всей подложке 102.
[29] Проводящий слой 110 может включать в себя одно, выбранное из группы, состоящей из неорганического сложного полупроводника и изолятора, органического полупроводника и изолятора, полупроводника и полупроводника на оксидной основе и изолятора. Неорганический сложный полупроводник включает в себя одно, выбранное из группы, состоящей из кислорода, углерода, полупроводящих элементов из групп с III по V или групп со II по VI, переходных элементов-металлов, редкоземельных элементов и элементов на основе лантана, и в них введены дырки при низкой плотности легирования (концентрации легирующей примеси). Дырки при низкой плотности легирования введены также в органический полупроводник и изолятор, полупроводник и полупроводник на оксидной основе и изолятор.
[30] Вся область проводящего слоя 110 с установленной шириной преобразуется в металлический слой и, таким образом, Рамановский пик не наблюдается. Кроме того, ток должен протекать однородно по всему проводящему слою 110. Если протекающий ток однороден по всему проводящему слою 110, то обусловленное сопротивлением выделение тепла может быть снижено. В результате проводящий слой 110 может быть выполнен более стабильным.
[31] Ток, текущий через проводящий слой 110, является по существу таким же самым, что и по сумме площадей множественных проводящих слоев 110, и величина этого тока может быть в по меньшей мере два раза большей, чем тока, протекающего через проводящий слой 18, который имеет Рамановский пик, как описано в связи с Фиг.3. Например, при условии, что один проводящий слой, имеющий Рамановский пик (то есть неоднородный проводящий слой), имеет ширину W, этот проводящий слой может быть сегментирован на множественные проводящие слои 110, каждый из которых имеет ширину W1, W2 или W3, как описано в настоящем варианте реализации. Хотя на Фиг.3 в качестве примера изображены три проводящих слоя 110, которые являются однородными проводящими слоями, по мере необходимости могут быть сформированы различные количества проводящих слоев 110. Проводящий слой 110 в соответствии с настоящим вариантом реализации представляет собой однородный проводник. Таким образом, к нему может протекать ток большей величины по сравнению с величиной тока, протекающего к обычному неоднородному проводящему слою. Параллельное соединение множественных проводящих слоев 110 позволяет увеличить протекающий ток еще в большей степени.
[32] Каждый из первого электрода 104 и второго электрода 106 может включать в себя одно, выбранное из группы, состоящей из группы металлов, соединение металлов, выбранных из группы металлов, и материала на оксидной основе, включающего в себя один металл из группы металлов и упомянутого соединения. Группа металлов включает в себя Li, Be, C, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, Po, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U, Np и Pu.
[33] Между проводящим слоем 110 и первым электродом 104 и между проводящим слоем 110 и вторым электродом 106 может быть дополнительно сформирован защитный электрод 108, являющийся стойким к теплу, которое может выделяться при протекании тока к проводящему слою 110. Поскольку проводящий слой 110, изображенный на Фиг.1, может быть реализован в виде множественных проводящих слоев 110, то могут также быть сформированы множественные защитные электроды 108. Защитный электрод 108 может включать в себя одно выбранное из группы, состоящей из группы металлов, соединение металлов, выбранных из группы металлов, и материала на оксидной основе, включающего в себя один металл из группы металлов и упомянутого соединения. Группа металлов включает в себя Li, Be, C, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, Po, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U, Np и Pu.
[34] Хотя подложка 102 не ограничивается определенным материалом, подложка 102 может включать в себя одно, выбранное из группы, состоящей из органического слоя, неорганического слоя, по меньшей мере одного многослойного пакета, включающего в себя множественные слои из органического слоя и неорганического слоя, и снабженной рельефом структуры из них. Например, подложка 102 может быть сформирована с использованием различных материалов, таких как монокристаллический сапфир, кремний, стекло, кварц, сложные полупроводники (полупроводниковые соединения) и пластмассовые материалы. В случае использования стекла или пластмассовых материалов температура реакции ограничена. Использование пластмассового материала позволяет сделать подложку 102 гибкой. Кремний, стекло и кварц являются выгодными, когда подложка 102 должна иметь диаметр 8 дюймов или более. Подложка 102 может также иметь структуру «кремний на изоляторе» (КНИ) для удовлетворения требованиям.
[35] Буферный слой сформирован для улучшения кристалличности и способности к адгезии. Буферный слой может включать в себя кристаллическую тонкую пленку, которая имеет постоянную решетку, подобную проводящему слою 110. Например, буферный слой может быть сформирован из одного, выбранного из группы, состоящей из оксида алюминия, диэлектрических материалов с высокой диэлектрической постоянной k, кристаллического металла и оксида кремния. Достаточен слой оксида алюминия, который может поддерживать некоторый уровень кристалличности, а слой оксида кремния формируют как можно более тонким. В частности, буферный слой может быть образован множественными слоями, включая слои диэлектриков с высокой диэлектрической постоянной k и с превосходной кристалличностью, их смешанные слои и/или слои кристаллического металла. Слои TiO2, ZrO2, Та2О5 и HfO2 являются примерами слоев диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной k.
[36] В приборе с двумя электродами по мере того, как проводящий слой 110 преобразуется в металлический слой, ток течет в направлении, горизонтальном относительно подложки 102. Хотя это подробно и не описано, проводящий слой может быть применен в приборе с двумя электродами, сконфигурированными в вертикальную структуру, в которой ток течет в направлении, вертикальном относительно подложки 102.
[37] На Фиг.5-7 изображены виды сверху соответствующих приборов с ПМИ 210, 220 и 230 в соответствии с другими вариантами реализации настоящего изобретения. Ниже в других вариантах реализации настоящего изобретения в качестве примера рассматриваются устройства с тремя электродами, сконфигурированными в горизонтальную структуру. Те же самые ссылочные позиции обозначают те же самые элементы, которые описаны в связи с Фиг.4, и потому подробное их описание будет опущено.
[38] Как изображено на Фиг.5, прибор с тремя электродами (т.е. прибор с ПМИ 210) может быть сконфигурирован так, что по проводящим слоям 110 расположен изолирующий слой 202 затвора, и по некоторой области изолирующего слоя 202 затвора простирается третий электрод 204. Как изображено на Фиг.6, другой прибор с тремя электродами (т.е. прибор с ПМИ 220) может быть сконфигурирован так, что между подложкой 102 и проводящими слоями 110 расположен четвертый электрод 214, и этот четвертый электрод простирается по некоторым областям проводящих слоев 110 со сформированным между четвертым электродом 214 и проводящими слоями 110 изолирующим слоем 212 затвора. На Фиг.5 изображена структура прибора, в котором третий электрод 204 затвора расположен поверх проводящих слоев 110. Напротив, на Фиг.6 изображена структура прибора, в котором четвертый электрод 214 затвора расположен под проводящими слоями 110.
[39] На Фиг.7 изображена структура прибора, которая является по существу такой же самой, что и структура прибора, изображенная на Фиг.6, за исключением формы проводящего слоя 222. Проводящий слой 222 может быть сконфигурирован покрывающим всю область между первым электродом 104 и вторым электродом 106. Проводящий слой 222 имеет ширину Wf, которая позволяет всей области проводящего слоя 222 преобразовываться в металлический слой вследствие ПМИ. В отличие от проводящих слоев 110, изображенных на Фиг.5 и 6, проводящий слой 222 не сегментирован. Когда прикладывается электрическое поле, проводящий канал проводящего слоя 222 формируется вдоль области, имеющей самое короткое расстояние между первым электродом 104 и вторым электродом 106. Таким образом, прибор с тремя электродами, изображенный на Фиг.7, может работать подобно прибору с тремя электродами, изображенному на Фиг.5 или 6.
[40] Изолирующие слои 202 и 212 затвора, изображенные на Фиг.5-7, покрывают одну поверхностную область каждого из проводящих слоев 110 и 222 по следующей причине. Как только проводящие слои 202 и 212 уже преобразованы в металлические слои, как известно, ток протекает к поверхностям проводящих слоев 110 и 222 вследствие поверхностного эффекта. В случае необходимости, величина тока, текущего к проводящему слою 110 или 222, контактирующему с изолирующим слоем 202 или 212 затвора, может быть отрегулирована посредством покрытия открытых поверхностных областей проводящего слоя 110 или 222, например верхних поверхностей и обеих боковых поверхностей проводящих слоев 110, изображенных на Фиг.5.
[41] На Фиг.5-7 показаны различные примерные варианты воплощения прибора с тремя электродами с использованием единственного или множественных проводящих слоев в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. Поэтому проводящие слои могут быть применимыми в приборах с тремя электродами, сконфигурированными в различные структуры, без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения.
[42] На Фиг.8 изображен график зависимости тока (I) от напряжения (V) проводящего слоя в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения. Проводящий слой имеет длину L приблизительно 15 мкм. Сформированы множественные проводящие слои (т.е. сегментированный проводящий слой). В этом варианте реализации проводящий слой сегментирован на 10 областей, каждая из которых имеет ширину приблизительно 10 мкм, и эти 10 сегментированных областей проводящего слоя соединены параллельно, чтобы иметь общую ширину W приблизительно 150 мкм. Обозначения □, ○ и Δ отображают число выполненных испытаний, например один раз, два раза и три раза соответственно.
[43] Как показано, проводящий слой имеет критическое напряжение е, при котором электрические характеристики проводящего слоя резко изменяются от состояния изолятора d к металлическому состоянию f. В настоящем варианте реализации критическое напряжение проводящего слоя, когда он испытывает резкий переход, составляет приблизительно 13 В. Более подробно, когда напряжение проводящего слоя находится в диапазоне напряжений от приблизительно 0 В до 13 В, проводящий слой находится в состоянии изолятора d, в котором ток почти не течет, а когда напряжение проводящего слоя больше, чем приблизительно 13 В, проводящий слой находится в металлическом состоянии f. Иначе говоря, резкий скачок тока происходит при напряжении приблизительно 13 В. При этом, когда проводящий слой находится в металлическом состоянии f, он содержит много электронов. Критическое напряжение, т.е. электрическая характеристика проводящего слоя, может варьироваться в зависимости от структуры прибора, включающего в себя слой материала с резким ПМИ, и типа используемого слоя материала.
[44] Фиг.9 представляет собой примерную принципиальную электрическую схему, изображающую схему 300 защиты, эквивалентную нагрузку RL и электрод с напряжением VP источника питания, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.
[45] Схема 300 защиты сконфигурирована для удаления статического электричества, приложенного к эквивалентной нагрузке RL, через электрод, на который подается напряжение VP источника питания, или для удаления высоковольтного и высокочастотного шума. Схема 300 защиты сконфигурирована с прибором ПМИ, например, прибором с двумя электродами, изображенным на Фиг.4, и защитным резистором RP, которые соединены параллельно. Защитный резистор RP ограничивает напряжение или ток до некоторого уровня или величины, применяемых в приборе с ПМИ для защиты этого прибора с ПМИ.
[46] На Фиг.10 изображен график зависимости напряжения от времени, в течение которого питание подается от электрода с напряжением VP источника питания, изображенного на Фиг.9. В диапазоне напряжений от приблизительно 250 В до 1000 В напряжение прибора с ПМИ измеряли для каждых 50 В. В диапазоне напряжений от приблизительно 1000 В до 1500 В напряжение прибора с ПМИ измеряли для каждых 100 В. Измеренный уровень напряжения в каждой точке измерения отмечен маленькими кружками ○. Использовали проводящий слой, изображенный на Фиг.8. Более определенно, проводящий слой имел длину L приблизительно 15 мкм и общую ширину приблизительно 150 мкм, полученную выполнением параллельного соединения между 10-ю сегментированными областями проводящего слоя, каждая из которых имеет ширину приблизительно 10 мкм.
[47] Как изображено, когда электрод с напряжением VP источника питания подает напряжение приблизительно 1500 В в течение приблизительно 10-9 секунды, в проводящем слое происходит ПМИ. В результате к проводящему слою течет ток большей величины. Вследствие сопротивления схемы 300 защиты уровень остаточного напряжения составляет приблизительно 800 В, и остающееся напряжение приблизительно 1320 В подается на эквивалентную нагрузку RL, а именно на нагрузочный резистор. Однако, когда напряжение подается на нагрузочный резистор RL, ток почти не течет. Таким образом, повреждение нагрузочного резистора RL, обычно вызванное напряжением VP источника питания, может быть снижено. Напряжение VP источника питания может подаваться с шумом через электрод.
[48] Как известно в данной области техники, способность к пропусканию тока у схемы защиты увеличивается при снижении сопротивления проводящего слоя. После ПМИ проводящий слой в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения может пропускать ток большей величины, чем обычный неоднородный проводящий слой, включающий в себя структуру изолятора. Поскольку проводящий слой в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения представляет собой однородный проводник, протекающий ток увеличивается в большей степени по сравнению с неоднородным проводящим слоем. Соответствующее параллельное соединение сегментированных областей проводящих слоев позволяет протекать току намного большей величины по сравнению с другими проводящими слоями.
[49] В соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения в приборе на основе резкого ПМИ используется по меньшей мере один проводящий слой, имеющий область, которая может быть полностью преобразована в металлический слой после ПМИ. Таким образом, оказывается возможным снизить повреждение проводящего слоя вследствие тепла, обычно выделяющегося при протекании тока большой величины через этот проводящий слой.
[50] Кроме того, соединение множественных проводящих слоев параллельно позволяет соответственно отрегулировать величину тока, протекающего через эти проводящие слои.
[51] Хотя настоящее изобретение было показано и описано в связи с его примерными вариантами реализации, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть проделаны различные изменения по форме и деталям без отклонения от существа и объема настоящего изобретения, определяемых нижеследующей формулой изобретения.
1. Прибор с резким ПМИ (переходом металл-изолятор), содержащий:
по меньшей мере один проводящий слой, имеющий ширину, которая позволяет всей области проводящего слоя преобразовываться в металлический слой вследствие ПМИ, первый электрод, расположенный на некоторой области подложки, и второй электрод, расположенный так, чтобы быть отделенным заданным расстоянием от первого электрода, причем проводящий слой электрически соединяет первый электрод со вторым электродом, и при этом ток течет однородно ко всей области проводящего слоя.
2. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором первый электрод и второй электрод отделены заданным расстоянием друг от друга и частично покрывают и первую, и вторую стороны изолятора с ПМИ.
3. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором первый электрод и второй электрод расположены с изолятором с ПМИ между ними и полностью покрывают и первую, и вторую стороны изолятора с ПМИ.
4. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором, если проводящий слой реализован в виде множества проводящих слоев, то эти проводящие слои электрически соединены параллельно.
5. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором проводящий слой включает в себя одно, выбранное из группы, состоящей из неорганического сложного полупроводника и изолятора, органического полупроводника и изолятора, полупроводника, и полупроводника на оксидной основе и изолятора, причем неорганический сложный полупроводник включает в себя одно, выбранное из группы, состоящей из кислорода, углерода, полупроводящих элементов из групп с III по V или групп со II по VI, переходных элементов-металлов, редкоземельных элементов и элементов на основе лантана, и при этом в неорганический сложный полупроводник и изолятор введены дырки при низкой плотности легирования; и в органический полупроводник и изолятор, полупроводник, и полупроводник на оксидной основе и изолятор введены дырки при низкой плотности легирования.
6. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором каждый из первого электрода и второго электрода включает в себя одно, выбранное из группы, состоящей из группы металлов, соединения металлов, выбранных из группы металлов, и материала на оксидной основе, включающего в себя один металл из группы металлов и упомянутого соединения, причем группа металлов включает в себя Li, Be, С, Na, Mg, Al, К, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, Po, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U, Np и Pu.
7. Прибор с резким ПМИ по п.1, дополнительно содержащий защитный электрод, расположенный между проводящим слоем и первым электродом и между проводящим слоем и вторым электродом и стойкий к теплу, выделяемому при протекании тока через проводящий слой.
8. Прибор с резким ПМИ по п.7, в котором защитный электрод включает в себя одно, выбранное из группы, состоящей из группы металлов, соединения металлов, выбранных из группы металлов, и материала на оксидной основе, включающего в себя один металл из группы металлов и упомянутого соединения, причем группа металлов включает в себя Li, Be, С, Na, Mg, Al, К, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Те, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Pb, Bi, Po, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U, Np и Pu.
9. Прибор с резким ПМИ по п.1, дополнительно содержащий электрод затвора, выполненный простирающимся по некоторой области проводящего слоя и имеющим изолирующий слой затвора, расположенный между проводящим слоем и электродом затвора.
10. Прибор с резким ПМИ по п.9, в котором изолирующий слой затвора покрывает по меньшей мере одну поверхностную область проводящего слоя.
11. Прибор с резким ПМИ по п.9, дополнительно содержащий третий электрод, выполненный простирающимся по некоторой области проводящего слоя и имеющим изолирующий слой затвора, расположенный между проводящим слоем и третьим электродом.
12. Прибор с резким ПМИ по п.9, дополнительно содержащий третий электрод, выполненный простирающимся по проводящему слою и имеющим изолирующий слой затвора, расположенный между проводящим слоем и подложкой.
13. Прибор с резким ПМИ по п.9, дополнительно содержащий третий электрод, выполненный простирающимся по проводящему слою и имеющим изолирующий слой затвора, расположенный между проводящим слоем и подложкой, причем проводящий слой покрывает всю область между первым электродом и вторым электродом.
14. Прибор с резким ПМИ по п.1, в котором проводящий слой, первый электрод и второй электрод выполнены с возможностью стать частями схемы защиты, и прибор с резким ПМИ дополнительно содержит электрическую систему, соединенную параллельно со схемой защиты.
15. Прибор с резким ПМИ по п.14, в котором схема защиты принимает большую часть тока вследствие резкого ПМИ.
16. Прибор с резким ПМИ по п.14, в котором электрическая система защищена прохождением большей части тока через схему защиты.
