[发明专利]一种基于阻变材料的三端全控型开关元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子开关领域，属于薄膜电子开关领域，具体涉及一种基于阻变材料的三端全控型开关元件。

背景技术

开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的开关是继电器，其工作模式为大电流、高电压，然而响应速度慢。另一类是半导体开关，包括双极型晶体管开关、场效应晶体管开关，其工作在小电流、低电压、高速场所。近些年阻变材料因其独特的电学性能而得到广泛的研究。阻变材料在电场等信号的激励下可以实现在高阻态和低阻态之间的切换。利用该原理，可以对其施加不同的电压，使其进入到不同的状态。即使是施加的电压消失后，仍然会保持着这种状态，即具有非易失性。随着微纳加工技术、材料制备技术的发展，基于有机阻变材料的非易失性电阻型存储器成为近年的研究热点。另一方面，基于有机阻变材料的二端开关器件也研究不少，如中国专利CN1949556A。然而该二端开关只能作为电路的过载保护器件，应用面狭窄。

发明内容

本发明目的是提供一种基于阻变材料的三端全控型开关元件：包括设置于同一平面的阳极与阴极；与阳极/阴极位于不同平面的门极；设置于阳极、阴极与门极之间的阻变薄膜,可通过门极输入信号控制阳极与阴极之间的导电状态，实现电路的通与断。

优选的，其特征在于阳极与阴极设置于同一平面，且阳极/阴极处于电隔离状态。

优选的，其特征在于门极可设置于于阳极/阴极的顶部，或者门极可设置于阳极/阴极的底部。

优选的，其特征在于构成阴/阳极与门极之间的阻变薄膜可以是无机材料、有机材料或者有机/无机复合材料。

优选的，其特征在于阳极与门极在垂直方向具有重叠区域；阴极与门极在垂直方向具有重叠区域。

优选的，阳极和门极、阴极与门极之间的阻变薄膜具有电激励阻变特性。即在电压的激励下该材料可以实现高阻态与低阻态的相互转变。

优选的，门极作为控制信号的输入端，可通过门极电信号控制阳极与门极重叠区域的薄膜的电阻值，及阴极与门极重叠区域的薄膜的电阻值。从而实现阴阳极的导通与关闭。

优选的，开关导通时，电流流过的区域为阳极、阳极与门极重叠区域的膜层、门极、阴极与门极重叠区域的膜层、阴极。

本发明还公开一种基于阻变材料的三端全控型开关元件的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

(S1)在基板110上形成门极120，可以通过物理气相沉积、化学气相沉积或者电化学沉积等方法形成；

（S2）通过真空热蒸发、磁控溅射或者旋涂等手段制备具有阻变特性的阻变薄膜，其中选用的薄膜材料具有电激励阻变特性；

(S3) 通过物理气相沉积、化学气相沉积或者电化学沉积等方法在阻变薄膜层表面沉积阳极与阴极，通过光刻工艺形成阴、阳极的构图，并使阳极与门极在垂直方向具有重叠区域，阴极与门极在垂直方向具有重叠区域。

有益效果：

本发明提出一种基于阻变材料的三端全控型开关元件，该元件开关比大，达到六个数量级；器件结构简单；具有记忆特性，在门极控制端电激励撤除后仍可保留其开关状态，从而可以简化现有的模拟多路开关，提高集成度；开关响应速度快，可达到纳秒量级；制作工艺与硅基半导体工艺兼容，成本低。

附图说明

图1是本发明第一实施例一种基于阻变材料的三端全控型开关元件的立体图；

图2至图4是本发明第一实施例一种基于阻变材料的三端全控型开关元件的具体制作工艺流程图；

图5是本发明中一种基于阻变材料的三端全控型开关元件在“开”和“关”两种状态下的电阻值；

图6是本发明中第二实施例一种基于阻变材料的三端全控型开关元件的结构示意图。

主要附图组件说明：

110——基板；120——门极；130——阻变薄膜；141——阳极；142——阴极

具体实施方式

下面结合附图及实施例具体说明本发明一种基于阻变材料的三端全控型开关元件。本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚显示而放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。

在此参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。