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KR20190090834A - 전도성 기판의 상관 전자 영역으로의 전환을 통해서 형성된 상관 전자 장치 - Google Patents

전도성 기판의 상관 전자 영역으로의 전환을 통해서 형성된 상관 전자 장치 Download PDF

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KR20190090834A
KR20190090834A KR1020197018795A KR20197018795A KR20190090834A KR 20190090834 A KR20190090834 A KR 20190090834A KR 1020197018795 A KR1020197018795 A KR 1020197018795A KR 20197018795 A KR20197018795 A KR 20197018795A KR 20190090834 A KR20190090834 A KR 20190090834A
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KR
South Korea
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cem
conductive substrate
layers
metal
layer
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KR1020197018795A
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English (en)
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KR102325632B1 (ko
Inventor
카를로스 알베르토 파즈 드 아라우조
졸란타 보제나 셀린스카
크리스토퍼 랜돌프 맥윌리엄스
루시안 쉬프렌
킴벌리 가이 레이드
Original Assignee
에이알엠 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

본 기술은 일반적으로, 예를 들어 스위칭 기능을 수행하기 위해 사용되는 상관 전자 물질의 제작에 관한 것이다. 구체예에서, 전도성 기판의 적어도 일부분을 CEM으로 전환함으로써 상관 전자 물질 필름이 전도성 기판 위에 형성될 수 있는 과정이 설명된다.

Description

전도성 기판의 상관 전자 영역으로의 전환을 통해서 형성된 상관 전자 장치
본 발명은 일반적으로 상관 전자 장치(correlated electron devices)에 관한 것이며, 더 구체적으로는 바람직한 임피던스 특징을 나타낼 수 있는, 예컨대 스위치, 메모리 회로 등에 사용될 수 있는, 상관 전자 장치의 제작을 향한 접근법에 관한 것이다.
전자 스위칭 장치와 같은 집적 회로 장치는, 예를 들어 광범위한 전자 장치 타입에서 발견될 수 있다. 예를 들어, 메모리 및/또는 로직 장치는 컴퓨터, 디지털 카메라, 스마트폰, 태블릿 장치, 개인 정보 단말기 등에 사용하기에 적합한 전자 스위치를 포함할 수 있다. 전자 스위칭 장치가 특정한 용도에 적합한지의 여부를 고려할 때 디자이너가 관심을 가질 수 있는, 전자 스위칭 장치와 관련된 요인들은, 예를 들어 물리적 크기, 저장 밀도, 작동 전압, 임피던스 범위, 및/또는 전력 소비를 포함할 수 있다. 디자이너가 관심을 가질 수 있는 다른 요인들은, 예를 들어 제조 비용, 제조 용이성, 확장성, 및/또는 신뢰성을 포함할 수 있다. 또한, 낮은 전력 및/또는 높은 속도의 특징을 나타내는 메모리 및/또는 로직 장치에 대한 필요가 계속 증가하고 있다는 것은 분명하다. 그러나, 특정한 타입의 메모리 및/또는 로직 장치에 대해 적합할 수 있는 종래의 제작 기술은 상관 전자 물질을 이용하는 장치를 제작하는데 사용하기에는 완전히 적합하지 않을 수 있다.
청구된 주제는 본 명세서의 결론 부분에서 특히 제시되고 뚜렷이 청구된다. 그러나, 작동 기구 및/또는 방법에 관하여, 그것의 목적, 특징 및/또는 이점과 함께, 첨부한 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1(a)는 상관 전자 물질로부터 형성된 장치의 전압에 대한 전류 밀도 프로파일의 구체예의 도해이다.
도 1(b)는 상관 전자 물질을 포함하는 스위칭 장치의 구체예의 도해 및 상관 전자 물질 스위치의 등가 회로의 모식도이다.
도 2는 한 구체예에 따라서 상관 전자 물질을 형성할 수 있는 d-블록 및 f-블록 원소를 나타낸 대표적인 원소 주기율표이다.
도 3(a)-3(c)는 상관 전자 물질이 전도성 기판으로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예를 예시한다.
도 4(a)-4(b)는 상관 전자 물질의 산화니켈 복합체의 대표적인 구체예, 및 한 구체예에 따른, 상관 전자 물질의 산화니켈 복합체 내의 산소 빈자리를 예시한다.
도 5(a)-5(d)는 상관 전자 물질 필름이 제1 전도성 기판 상에 또는 위에 증착된 제2 전도성 기판으로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예(500)를 예시한다.
도 6(a)-6(d)는 장치의 상관 전자 물질 영역이 전도성 기판 또는 전도성 오버레이로부터 확산된 원자 또는 분자 성분을 이용하여 전도성 물질로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예를 예시한다.
도 7은 전도성 기판의 상관 전자 영역으로의 전환을 통해서 상관 전자 장치를 제작하기 위한 과정의 구체예의 순서도이다.
상세한 설명의 일부인 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 참조하며, 도면에서 유사한 숫자는 상응하는 및/또는 유사한 부분을 나타낼 수 있다. 도면은, 예컨대 예시의 단순성 및/또는 명확성을 위해 축척이 반드시 필요하지는 않다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 일부 구체예의 치수는 다른 것들에 비해 과장될 수 있다. 또한, 다른 구체예들도 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 더욱이, 구조적 변화 및/또는 다른 변화들이 청구된 주제를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 이 명세서 전체에서 "청구된 주제"라는 언급은 하나 이상의 청구항에 의해 커버되도록 의도된 주제, 또는 그것의 임의의 부분을 말하며, 완전한 청구항 세트, 청구항 세트의 특정한 조합(예를 들어, 방법 청구항, 장치 청구항 등), 또는 특정한 청구항을 말하는 것을 반드시 의도하지는 않는다. 또한, 예를 들어 상향, 하향, 상부, 하부 등과 같은 방향 및/또는 기준은 도면의 논의를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있으며, 청구된 주제의 용도를 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 아래의 상세한 설명은 청구된 주제 및/또는 등가물을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
이 명세서 전체에서 하나의 실시형태, 한 실시형태, 하나의 구체예, 한 구체예 등에 대한 언급은 특정한 실시형태 및/또는 구체예와 관련하여 설명된 특정한 특징부, 구조, 특징 등이 청구된 주제의 적어도 하나의 실시형태 및/또는 구체예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 이 명세서 전체에서 다양한 장소에서 이러한 구문의 출현이 반드시 동일한 실시형태 및/또는 구체예를 말하거나 또는 임의의 하나의 특정한 실시형태 및/또는 구체예를 말하도록 의도되는 것은 아니다. 또한, 설명된 특정한 특징부, 구조, 특징 등은 하나 이상의 실시형태 및/또는 구체예에서 다양한 방식으로 조합될 수 있고, 따라서 의도된 청구항 범위 내에 들어간다는 것이 이해되어야 한다. 일반적으로, 물론, 특허출원의 명세서에 대한 경우와 마찬가지로, 이들 및 다른 문제들은 특정한 맥락에서는 변할 수 있는 가능성을 가진다. 다시 말해, 본 개시 전체에서, 특정한 맥락의 설명 및/또는 용법은 도출될 수 있는 합리적 추론에 관한 유용한 지침을 제공한다. 그러나, 마찬가지로, 추가의 조건이 없는 일반적인 "본 맥락에서"는 본 개시의 맥락을 말한다.
본 개시의 특정한 구체예는, 예를 들어 예컨대 메모리의 상관 전자 랜덤 액세스 메모리(CERAM), 및/또는 로직 장치를 형성하는데 이용될 수 있는, 예를 들어 상관 전자 스위치를 형성하기 위한 상관 전자 물질(CEM) 필름을 제조 및/또는 제작하기 위한 방법 및/또는 과정을 설명한다. CERAM 장치 및 CEM 스위치의 구성에 이용될 수 있는 상관 전자 물질은, 예를 들어 메모리 컨트롤러, 메모리 어레이, 필터 회로, 데이터 변환기, 광학 기기, 위상 고정 루프(phase locked loop) 회로, 마이크로파 및 밀리미터파 송수신기 등과 같은, 광범위한 다른 전자 회로 타입들을 또한 포함할 수 있지만, 청구된 주제는 이와 관련하여 범위가 제한되지 않는다. 본 맥락에서, CEM 스위치는, 예를 들어 실질적으로 빠른 전도체-대-절연체 전이를 나타낼 수 있으며, 이것은 예를 들어 상 변화 메모리 장치에서, 또는 다른 예로서 저항성 RAM 장치의 필라멘트 형성에서, 결정질로부터 비정질 상태로의 변화에 반응하는 것과 같은, 고체-상태 구조 상 변화가 아니라 전자 상관에 의해 야기될 수 있다. 하나의 구체예에서, CEM 장치에서 실질적으로 빠른 전도체-대-절연체 전이는, 예를 들어 상 변화 및 저항성 RAM 장치에서, 용융/고체화 또는 필라멘트 형성과 대조적으로, 퀀텀 메카니컬 현상에 반응할 수 있다. 예를 들어, CEM에서 상대적으로 전도성인 상태와 상대적으로 절연성인 상태 사이의, 및/또는 제1 임피던스 상태와 제2 임피던스 상태 사이의 이러한 퀀텀 메카니컬 전이가 몇몇 구체예 중 임의의 하나에서 이해될 수 있다. 여기 사용된 용어 "상대적으로 전도성인 상태", "상대적으로 낮은 임피던스 상태", 및/또는 "금속 상태"는 상호 교환될 수 있고, 및/또는 때로는 "상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태"라고 언급될 수 있다. 유사하게, 용어 "상대적으로 절연성인 상태" 및 "상대적으로 높은 임피던스 상태"는 상호 교환되어 사용될 수 있으며, 및/또는 때로는 "상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태"라고 언급될 수 있다.
상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태와 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태 사이의 상관 전자 물질의 퀀텀 메카니컬 전이(여기서 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태는 절연된/높은 임피던스 상태와 실질적으로 비유사하다)는 Mott 전이의 측면에서 이해될 수 있다. Mott 전이에 따르면, Mott 전이 조건이 발생하면 물질은 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태에서 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태로 스위치될 수 있다. Mott 기준은 (nc)1/3 a ∼ 0.26에 의해 정의될 수 있고, 여기서 nc는 전자의 농도를 표시하고, "a"는 Bohr 반경을 표시한다. 역치 캐리어 농도가 달성되고, 이로써 Mott 기준이 충족되면, Mott 전이가 일어날 것으로 생각된다. Mott 전이가 발생한 것에 반응하여, CEM 장치의 상태는 상대적으로 높은 저항/높은 커패시턴스 상태(예를 들어, 절연성/높은 임피던스 상태)에서 높은 저항/높은 임피던스 상태와 실질적으로 비유사한 상대적으로 낮은 저항/낮은 커패시턴스 상태(예를 들어, 전도성/낮은 임피던스 상태)로 변화한다.
Mott 전이는 전자의 편재화에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어 전자와 같은 캐리어가 편재화되면, 캐리어들 사이의 강한 쿨롱 상호작용이 CEM의 밴드를 분할함으로써 상대적으로 절연성인(상대적으로 높은 임피던스) 상태를 야기할 것으로 생각된다. 전자가 더 이상 편재되지 않는다면, 약한 쿨롱 상호작용이 우세하게 될 수 있고, 이것은 밴드 분할을 제거함으로써 상대적으로 높은 임피던스 상태와 실질적으로 비유사한 금속 (전도성) 밴드(상대적으로 낮은 임피던스 상태)를 야기할 수 있다.
또한, 한 구체예에서, 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태에서 실질적으로 비유사하며 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태로의 스위칭은 저항 변화에 더하여 커패시턴스의 변화를 야기할 수 있다. 예를 들어, CEM 장치는 가변 커패시턴스의 특성과 함께 가변 저항을 나타낼 수 있다. 다시 말해, CEM 장치의 임피던스 특징은 저항 성분과 커패시턴스 성분을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 상태에서, CEM 장치는 0에 근접할 수 있는 상대적으로 낮은 전기장을 포함할 수 있고, 따라서 마찬가지로 0에 근접할 수 있는 실질적으로 낮은 커패시턴스를 나타낼 수 있다.
유사하게, 고 밀도의 결합되거나 상관된 전자들에 의해 야기될 수 있는 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태에서, 외부 전기장이 CEM에 침투할 수 있으며, 따라서 CEM은 CEM 내에 저장된 추가의 전하에 적어도 부분적으로 기초하여 높은 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 따라서, 예를 들어, CEM 장치에서 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태에서 실질적으로 비유사하며 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태로의 전이는, 적어도 특정한 구체예에서, 저항과 커패시턴스 모두에 변화를 가져올 수 있다. 이러한 전이는 추가의 측정가능한 현상을 야기할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
한 구체예에서, CEM으로부터 형성된 장치는 장치를 차지하는 CEM의 부피의 대부분에서 Mott-전이에 반응하여 임피던스 상태의 스위칭을 나타낼 수 있다. 한 구체예에서, CEM은 "벌크 스위치"를 형성할 수 있다. 여기 사용된 용어 "벌크 스위치"는, 예컨대 Mott-전이에 반응하여, CEM의 적어도 대부분의 부피가 장치의 임피던스 상태를 스위칭하는 것을 말한다. 예를 들어, 한 구체예에서, 장치의 실질적으로 모든 CEM이 Mott 전이에 반응하여 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태에서 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태로 또는 상대적으로 전도성인/낮은 임피던스 상태에서 상대적으로 절연성인/높은 임피던스 상태로 스위칭할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 대로, CEM은 원소 주기율표로부터 하나 이상의 "d-블록" 원소를 포함할 수 있다. 그것은, 예를 들어 CEM의 적어도 90.0%의 농도로, 하나 이상의 전이금속 또는 전이금속 화합물 및 특히 하나 이상의 전이금속 산화물(TMO)을 포함할 수 있다. 또한, 도 2를 참조하여 설명된 대로, CEM은, CEM의 적어도 90.0%의 농도로, 원소 주기율표의 "f-블록" 원소의 하나 이상의 화합물 또는 원소를 포함할 수 있다. 그것은 하나 이상의 희토류 원소, 희토류 원소의 산화물, 하나 이상의 희토류 금속을 포함하는 산화물, 페로브스카이트, 이트륨, 및/또는 이테르븀, 또는 주기율표의 란탄족 또는 악티늄족 시리즈로부터의 금속을 포함하는 임의의 다른 화합물을 포함할 수 있다.
도 1(a)는 상관 전자 물질로부터 형성된 장치의 전압 프로파일에 대한 전류 밀도의 구체예(100)의 도해이다. 예를 들어 "쓰기 작동" 동안 CEM 장치의 단자에 인가된 전압에 적어도 부분적으로 기초하여, CEM 장치는 상대적으로 저-임피던스 상태 또는 상대적으로 고-임피던스 상태에 놓일 수 있다. 예를 들어, 전압 Vset과 전류 밀도 Jset의 인가는 상대적으로 저-임피던스 메모리 상태로 CEM 장치의 전이를 야기할 수 있다. 반대로, 전압 Vreset과 전류 밀도 Jreset의 인가는 상대적으로 고-임피던스 메모리 상태로 CEM 장치의 전이를 야기할 수 있다. 도 1(a)에 도시된 대로, 기준 지정자(110)는 Vreset으로부터 Vset를 분리할 수 있는 전압 범위를 예시한다. CEM 장치가 고-임피던스 상태 또는 저-임피던스 상태에 놓인 후, CEM 장치의 이 특정한 상태는 전압 Vread의 인가(예를 들어, 읽기 작동 동안) 및 CEM 장치의 단자에서 전류 또는 전류 밀도의 검출(예를 들어, 읽기 창(107)을 이용하는)에 의해 검출될 수 있다.
한 구체예에 따라서, 도 1(a)에서 특정된 CEM 장치는 임의의 전이금속 산화물(TMO), 예컨대 예를 들어 페로브스카이트, Mott 절연체, 전하 교환 절연체, 및 Anderson 무질서 절연체를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 것과 같은, 특정한 구체예에서, CEM 장치는 스위칭 물질, 예컨대 몇 가지 예를 들면 산화니켈, 산화코발트, 산화철, 산화이트륨, 티타늄 이트륨 산화물, 및 페로브스카이트, 예컨대 크로뮴 도프된 스트론튬 티타네이트, 란타늄 티타네이트, 및 프레세오디뮴 칼슘 망가네이트 및 프라세오디뮴 란타늄 망가나이트를 포함하는 망가네이트 패밀리로부터 형성될 수 있다. 특히, 상기 열거된 것들과 같은, 불완전 "d" 및 "f" 오비탈 쉘을 가진 원소를 포함한 산화물은 CEM 장치에서 사용하기 위한 충분한 임피던스 스위칭 특성을 나타낼 수 있다. 다른 실시형태는 청구된 주제로부터 벗어남 없이 다른 전이금속 화합물을 이용할 수 있다.
도 1(a)의 CEM 장치는 다른 타입의 전이금속 산화물 가변 임피던스 물질을 포함할 수 있지만, 이들은 단지 예시일 뿐이며 청구된 주제를 제한하려는 의도가 아니라는 것이 이해되어야 한다. 니켈 산화물(NiO)이 하나의 특정한 TMO로서 개시된다. 여기 논의된 NiO 물질은 카보닐(CO)과 같은 "외부" 리간드로 도프될 수 있으며, 이것은 가변 임피던스 특성을 확립하고 및/또는 안정화하며 및/또는 P-타입 작동을 야기할 수 있고, 여기서 CEM은 저-임피던스 상태에서 더 전도성일 수 있다(예를 들어 여기 설명된 영역(104)). 따라서, 다른 특정한 예에서, 외부 리간드로 도프된 NiO는 NiO:Lx로서 표시될 수 있으며, 여기서 Lx는 리간드 원소 또는 화합물을 표시할 수 있고, x는 NiO의 하나의 유닛에 대한 리간드 유닛의 수를 나타낼 수 있다. x의 값은 임의의 특정 리간드 및 리간드와 NiO 또는 임의의 다른 전이금속 화합물의 임의의 특정 조합에 대해 단순히 원자가 균형을 맞춤으로써 결정될 수 있다. 카보닐에 더하여 저-임피던스 상태에서 전도성을 야기하거나 또는 증진시킬 수 있는 다른 도판트 리간드들은 니트로실(NO), 트리페닐포스핀(PPh3), 페난트롤린(C12H8N2), 비피리딘(C10H8N2), 에틸렌디아민(C2H4(NH2)2), 암모니아(NH3), 아세토니트릴(CH3CN), 불화물(F), 염화물(Cl), 브롬화물(Br), 시아나이드(CN), 황(S) 등을 포함할 수 있다.
본 맥락에서, 여기 언급된 것과 같은 "P-타입" 도프된 CEM은, CEM이 저-임피던스 상태, 예컨대 여기 설명된 도 1(a)의 영역(104)에 의해 표시된 저-임피던스 상태에서 작동된다면, 도프되지 않은 CEM에 비해, 증가된 전기 전도성을 나타내는 특정한 분자 도판트를 포함하는 제1 종류의 CEM을 의미한다. CO 및 NH3와 같은 대용 리간드의 도입이 NiO CEM의 P-타입 성질을 증진시키는 작용을 할 수 있다. 따라서, CEM의 P-타입 작동의 속성은, 적어도 특정한 구체예에서, CEM에서 P-타입 도판트의 원자 농도를 제어함으로써, 저-임피던스 상태에서 작동되는, CEM의 전기 전도성을 재단하거나 또는 맞춤 제작하는 능력을 포함할 수 있다. 특정한 구체예에서, P-타입 도판트의 증가된 원자 농도는 CEM의 증가된 전기 전도성을 야기할 수 있지만, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
다른 구체예에서, 도 1(a)의 CEM 장치는 질소-함유 리간드를 포함하는 것들과 같은, CEM의 적어도 90.0%의 원자 농도를 가진, 다른 전이금속 산화물 가변 임피던스 물질을 포함할 수 있지만, 이들은 단지 예시일 뿐이고 청구된 주제를 제한하려는 의도가 아니라는 것이 이해되어야 한다. 산화니켈(NiO)이 하나의 특정한 TMO로서 개시된다. 여기 논의된 NiO 물질은 외부 질소-함유 리간드로 도프될 수 있고, 이것은 가변 임피던스 특성을 안정화할 수 있다. 특히, 여기 개시된 NiO 가변 임피던스 물질은 CxHyNz(여기서 x≥0, y≥0, Z≥0이고, 적어도 x, y 또는 z는 >0의 값을 포함한다) 형태의 질소-함유 분자, 예컨대 예를 들어 암모니아(NH3), 시아노(CN-), 아지드 이온(N3 -), 펜(1,10-페난트롤린, C12H8N2), 2,2'-비피리딘(C10H8N2), 에틸렌디아민((C2H4(NH2)2), 피리딘(C5H5N), 아세토니트릴(CH3CN) 및 시아노설파나이드, 예컨대 티오시아네이트(NCS-)를 포함할 수 있다. 여기 개시된 NiO 가변 임피던스 물질은 산화질화물 패밀리(NxOy, 여기서 x 및 y는 정수를 포함하고, x≥0 및 y≥0이며, 적어도 x 또는 y는 >0의 값을 포함한다)의 일원을 포함할 수 있으며, 이것은 예를 들어 산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2) 또는 NO3 - 리간드를 가진 전구체를 포함할 수 있다.
도 1(a)에 따라서, 충분한 바이어스가 적용되고(예를 들어, 밴드-분할 전위를 초과하는) 전술된 Mott 조건이 충족된다면(예를 들어, 주입된 전자 홀이, 예를 들어 스위칭 영역에서의 전자 집단과 비슷한 집단을 가지는 경우), CEM 장치는, 예를 들어 Mott 전이에 반응하여 상대적으로 저-임피던스 상태에서 상대적으로 고-임피던스 상태로 스위치할 수 있다. 이것은 도 1(a)의 전류 밀도에 대한 전압 프로파일의 지점(108)에 상응할 수 있다. 이 지점에서, 또는 이 지점의 적당한 근처에서, 전자는 더 이상 스크리닝되지 않고 금속 이온 근처에 편재화된다. 이 상관성은 강한 전자-대-전자 상호작용 전위를 가져올 수 있고, 이것은 밴드를 분할하는 작용을 함으로써 상대적으로 고-임피던스 물질을 형성할 수 있다. CEM 장치가 상대적으로 고-임피던스 상태를 포함하면 전자 홀의 수송에 의해 전류가 생성될 수 있다. 결과적으로, 역치 전압이 CEM 장치의 단자를 가로질러 인가되는 경우, MIM 장치의 전위 장벽에 걸쳐서 금속-절연체-금속(MIM) 다이오드에 전자가 주입될 수 있다. 특정 구체예에서, CEM 장치의 단자를 가로질러 인가된 역치 전위에서 전자의 역치 전류의 주입은 "설정" 작동을 수행할 수 있고, 이것은 CEM 장치를 저-임피던스 상태에 위치시킨다. 저-임피던스 상태에서, 전자의 증가는 유입되는 전자를 스크리닝하고 전자의 편재화를 제거할 수 있으며, 이것은 밴드-분할 전위를 붕괴시키는 작용을 함으로써 저-임피던스 상태를 야기할 수 있다.
한 구체예에 따라서, CEM 장치에서 전류는 외부 적용된 "컴플라이언스" 조건에 의해 제어될 수 있으며, 이것은 인가된 외부 전류에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있고, 이것은 예를 들어 CEM 장치를 상대적으로 고-임피던스 상태에 놓기 위해 쓰기 작동 동안 제한될 수 있다. 일부 구체예에서, 외부-적용된 컴플라이언스 전류는 또한 CEM 장치를 상대적으로 고-임피던스 상태에 놓기 위해 후속 재설정 작동에 대한 전류 밀도의 조건을 설정할 수 있다. 도 1(a)의 특정한 실시형태에 도시된 대로, CEM 장치를 상대적으로 저-임피던스 상태에 놓기 위해 전류 밀도 Jcomp가 지점(116)에서 쓰기 작동 동안 인가될 수 있고, 이것은 후속 쓰기 작동에서 CEM 장치를 고-임피던스 상태에 놓기 위한 컴플라이언스 조건을 결정할 수 있다. 도 1(a)에 도시된 대로, CEM 장치는 계속해서 Jcomp가 외부 인가되는 지점(108)에서 전압 Vreset에서 전류 밀도 Jreset≥Jcomp의 인가에 의해 고-임피던스 상태에 놓을 수 있다.
구체예에서, 컴플라이언스는 CEM 장치에서 Mott 전이를 위해 홀에 의해 "포착"될 수 있는 전자의 수를 설정할 수 있다. 다시 말해, CEM 장치를 상대적으로 저-임피던스 메모리 상태에 놓기 위해 쓰기 작동에서 인가된 전류는 계속해서 CEM 장치를 상대적으로 고-임피던스 메모리 상태로 전이시키기 위해 CEM 장치에 주입되어야 하는 홀의 수를 결정할 수 있다.
상기 지적된 대로, 재설정 조건은 지점(108)에서 Mott 전이에 반응하여 일어날 수 있다. 상기 지적된 대로, 이러한 Mott 전이는 CEM 장치에서 전자 n의 농도가 전자 홀 p의 농도와 대략 같거나, 또는 적어도 비슷하게 되는 조건을 야기할 수 있다. 이 조건은 다음과 같이 식 (1)에 따라서 모델링될 수 있다:
Figure pct00001
식 (1)에서, λTF는 Thomas Fermi 스크리닝 길이에 상응하고 C는 상수이다.
한 구체예에 따라서, 도 1(a)에 도시된 전류 밀도에 대한 전압의 프로파일에서 영역(104)에서의 전류, 또는 전기 밀도는 CEM 장치의 단자를 가로질러 인가된 전압 신호로부터 홀의 주입에 반응하여 존재할 수 있다. 여기서, 홀의 주입은 역치 전압 VMI가 CEM 장치의 단자를 가로질러 인가될 때 전류 IMI에서 저-임피던스 상태의 고-임피던스 상태 전이를 위한 Mott 전이 기준을 충족할 수 있다. 이것은 다음과 같이 식 (2)에 따라서 모델링될 수 있다:
Figure pct00002
여기서, Q(VMI)는 하전된 주입된 (홀 또는 전자)에 상응하며 인가된 전압의 함수이다. Mott 전이를 가능하게 하는 전자 및/또는 홀의 주입은 역치 전압 VMI, 및 역치 전류 IMI에 반응하여 밴드 사이에서 일어날 수 있다. 식 (1)에 따라서 식 (2)에서 IMI에 의해 주입된 홀에 의해 Mott 전이를 야기하기 위해 전자 농도 n을 전하 농도와 일치시킴으로써 Thomas Fermi 스크리닝 길이 λTF에 대한 이러한 역치 전압 VMI의 의존성이 다음과 같이 식 (3)에 따라서 모델링될 수 있다:
Figure pct00003
여기서, ACEM은 CEM 장치의 단면적이고, Jreset(VMI)는 CEM 장치를 상대적으로 고-임피던스 상태에 위치시킬 수 있는, 역치 전압 VMI에서 CEM 장치에 인가되는 CEM 장치를 통한 전류 밀도를 나타낼 수 있다.
한 구체예에 따라서, 하나 이상의 상관 전자 물질을 포함하는 CEM 스위치, CERAM 메모리 장치, 또는 다양한 다른 전자기기 장치를 형성하는데 이용될 수 있는 CEM 장치는, 예컨대 예를 들어 Mott 전이 기준을 만족하기에 충분한 양의 전자의 주입을 통해서 상대적으로 고-임피던스 상태에서 전이시킴으로써, 상대적으로 저-임피던스 메모리 상태에 놓일 수 있다. 상대적으로 저-임피던스 상태로 CEM 장치의 전이에서, 주입된 충분한 양의 전자에 반응하여, CEM 장치의 단자를 가로지른 전위는 역치 스위칭 전위(예를 들어, Vset)를 능가하고, 주입된 전자는 스크리닝이 시작될 수 있다. 앞서 언급된 대로, 스크리닝은 이중-점유 전자를 비편재화하는 작용을 함으로써 밴드-분할 전위를 붕괴시킬 수 있고, 이로써 상대적으로 저-임피던스 상태가 야기된다.
특정한 구체예에서, CEM 장치의 임피던스 상태의 변화, 예컨대 저-임피던스 상태에서 실질적으로 비유사한 고-임피던스 상태로의 변화는, 예를 들어 NixOy(여기서 하첨자 "x" 및 "y"는 정수를 포함한다)를 포함하는 화합물의 전자의 "백-도네이션"에 의해 야기될 수 있다. 여기 사용된 용어 "백-도네이션"은 격자 구조의 인접 분자(즉, 리간드)에 의해, 전이금속, 전이금속 산화물 또는 이들의 임의의 조합에(즉, 금속의 원자 오비탈에) 하나 이상의 전자(즉, 전자 밀도)의 공급과 동시에 금속 중심으로부터 리간드/도판트 상의 미점유 π* 결합방지 오비탈로 전자 밀도의 기증을 말한다. 전자 백-도네이팅 리간드는 π 역-결합 리간드, 예컨대 카보닐(CO), 니트로실(NO), 이소시아나이드(RNC, 여기서 R은 H, C1-C6 알킬 또는 C6-C10 아릴이다), 알켄(예를 들어, 에텐), 알킨(예를 들어, 에틴) 또는 포스핀, 예컨대 트리알킬포스핀 또는 트리아릴 포스핀(R3P, 여기서 R은 H, C1-C6 알킬 또는 C6-C10 아릴이다), 예를 들어 트리페닐포스핀(PPh3)일 수 있다. 백-도네이션은 전이금속, 전이금속 화합물, 전이금속 산화물, 또는 이들의 조합이 인가된 전압의 영향하에 전자 전도에 유리한 이온화 상태를 유지하는 것을 허용할 수 있다. 특정 구체예에서, CEM에서 백-도네이션은, 예를 들어 카보닐(CO) 또는 질소-함유 도판트, 예컨대 암모니아(NH3), 에틸렌디아민(C2H8N2) 또는 산화질화물 패밀리(NxOy)의 일원의 사용에 반응하여 일어날 수 있고, 이것은 예를 들어 CEM을 포함하는 장치 또는 회로의 작동 동안, 니켈과 같은, 전이금속 또는 전이금속 산화물의 전도 밴드에 제어가능하고 가역적으로 전자가 "기증"되는 특성을 CEM이 나타내는 것을 허용할 수 있다. 백-도네이션은, 예를 들어 니켈 산화물 물질(예를 들어, NiO:CO 또는 NiO:NH3)에서 반전될 수 있으며, 이로써 니켈 산화물 물질이 장치 작동 동안 고-임피던스 특성과 같은 실질적으로 비유사한 임피던스 특성을 나타내도록 스위치되는 것을 허용한다.
따라서, 본 맥락에서, 전자 백-도네이팅 물질은 CEM의 전도 밴드를 오가는, 전자의 도네이션, 및 전자 도네이션의 반전을 제어할 수 있는 인가된 전압의 영향에 적어도 부분적으로 기초하여, 임피던스 스위칭 특성, 예컨대 제1 임피던스 상태에서 실질적으로 비유사한 제2 임피던스 상태로의 스위칭(예를 들어 상대적으로 낮은 임피던스 상태에서 상대적으로 높은 임피던스 상태로, 또는 반대로)을 나타내는 물질을 말한다.
일부 구체예에서, 백-도네이션에 의해, 전이금속, 전이금속 화합물, 또는 전이금속 산화물을 포함하는 CEM 스위치는, 니켈과 같은 전이금속이, 예를 들어 2+의 산화 상태에 놓인다면, 저-임피던스 특성을 나타낼 수 있다(예를 들어, NiO:CO 또는 NiO:NH3와 같은 물질에서 Ni2+). 반대로, 니켈과 같은 전이금속이, 예를 들어 1+ 또는 3+의 산화 상태에 놓인다면 전자 백-도네이션은 반전될 수 있다. 따라서, CEM 장치의 작동 동안, 백-도네이션은 "불균화"를 가져올 수 있으며, 이것은 실질적으로 아래 식 (4)에 따라서 실질적으로 동시적인 산화 및 환원 반응을 포함할 수 있다:
2Ni2+ → Ni1+ + Ni3+ (4)
이러한 불균화는, 이 예에서, 식 (4)에 나타낸 대로 Ni1+ + Ni3+로서 니켈 이온의 형성을 말하며, 이것은 예를 들어 CEM 장치의 작동 동안 상대적으로 고-임피던스 상태를 야기할 수 있다. 한 구체예에서, "도판트", 예컨대 탄소-함유 리간드, 카보닐(CO) 또는 질소-함유 리간드, 예컨대 암모니아 분자(NH3)는 CEM 장치의 작동 동안 전자의 공유를 허용함으로써 식 (4)의 불균화 반응 및 실질적으로 아래 식 (5)에 따른 그것의 반전을 일으킬 수 있다:
Ni1+ + Ni3+ → 2Ni2+ (5)
앞서 언급된 대로, 식 (5)에 도시된, 불균화 반응의 반전은 니켈-기반 CEM이 상대적으로 저-임피던스 상태로 되돌아가는 것을 허용한다.
구체예에서, 대략 0.1% 내지 10.0%의 원자 농도 범위의 값에서 가변적일 수 있는, 예를 들어 NiO:CO 또는 NiO:NH3의 분자 농도에 의존하여, 도 1(a)에 도시된 대로 Vreset 및 Vset은 Vset ≥ Vreset인 조건에서 대략 0.1 V 내지 10.0 V의 범위에서 가변적일 수 있다. 예를 들어, 하나의 가능한 구체예에서, 예를 들어 Vreset은 대략 0.1 V 내지 1.0 V 범위의 전압에서 일어날 수 있고, Vset은 대략 1.0 V 내지 2.0 V 범위의 전압에서 일어날 수 있다. 그러나, Vset 및 Vreset의 변동은 NiO:CO 또는 NiO:NH3 및 CEM 장치에 존재하는 다른 물질과 같은 전자 백-도네이팅 물질의 원자 농도뿐만 아니라 다른 공정 변화와 같은 다양한 요인들에 적어도 부분적으로 기초하여 일어날 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정한 구체예에서, 원자층 증착(atomic layer deposition)은 NiO:CO 또는 NiO:NH3와 같은 NiO 물질을 포함하는 필름을 형성하거나 또는 제작하기 위해 이용될 수 있다. 본 맥락에서, 여기 사용된 용어인 "층"은 기판과 같은 하부 형성물 상에 또는 위에 배치될 수 있는 물질의 시트 또는 코팅을 의미한다. 예를 들어, 원자층 증착 과정에 의해 하부 기판 상에 배치된 층은 단일 원자의 두께를 포함할 수 있고, 이것은 몇 옹스트롬(예를 들어 0.6Å)의 두께를 포함한다. 그러나, 층은, 예를 들어 적어도 90.0%의 원자 농도를 가진 CEM 필름을 포함하는 필름을 제작하기 위해 이용된 과정에 따라, 단일 원자의 두께보다 큰 두께를 가진 시트 또는 코팅을 포함한다. 구체예에서, CEM 필름은, 예를 들어 저-임피던스 상태를 일으키기 위해, 회로 환경에서 CEM 장치의 작동 동안 전자 백-도네이션을 허용할 수 있는 충분한 수의 층을 포함할 수 있다. 또한, 회로 환경에서 작동 동안, 예를 들어 전자 백-도네이션은, 예를 들어 고-임피던스 상태와 같은 실질적으로 비유사한 임피던스 상태를 일으키기 위해 반전될 수 있다.
또한, 본 맥락에서, 여기 사용된 것과 같은 "기판"은 물질, 예컨대 전기적 기능을 제공하는 작용을 하는 물질이 기판 상에 또는 위에 증착되거나 놓이도록 가능하게 하는 표면을 포함하는 평면 구조를 의미한다. 예를 들어, CEM-기반 장치에서, 전도성 기판은 전도성 기판과 접촉하고 있는 CEM-기반 장치에 전기 전류를 수송하는 작용을 할 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판은 층으로 제작될 수 있고, 티타늄 또는 티타늄-기반 물질, 예컨대 질화티타늄(TiN)을 포함할 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판은 티타늄 이외의 다른 하나 이상의 d-블록 또는 f-블록 원소, 예컨대 백금, 구리, 알루미늄, 코발트, 니켈, 텅스텐, 질화텅스텐, 규화코발트, 루테늄, 산화루테늄, 크로뮴, 금, 팔라듐, 인듐 주석 산화물, 탄탈륨, 은, 이리듐, 또는 산화이리듐 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 청구된 주제는 전도성 기판 물질의 임의의 특정한 조성에 제한되지 않는다. 그러나, 청구된 주제는 ML·L도판트 형태의 모든 전도성 기판을 포함하도록 의도된다는 것이 주지되어야 하며, 여기서 "M"은 금속 이온, 예컨대 d-블록 또는 f-블록 원소를 나타내고, "L"은 도미넌트 리간드, 예컨대 NiO 분자에서 산소를 나타내며, L도판트는 도판트 리간드, 예컨대 가능한 예를 2개만 들면 NiO:CO 복합체에서 카보닐(CO) 및 NiO:NH3 복합체에서 NH3를 포함한다.
특정한 구체예에서, 원자층 증착은 전도성 기판 위에, 예를 들어 NiO:CO 또는 NiO:NH3, 또는 다른 전이금속 산화물, 전이금속, 또는 이들의 조합의 성분을 증착(deposition)하기 위해 둘 이상의 전구체를 이용할 수 있다. 한 구체예에서, CEM 장치의 층들은 아래 식 (6a)에 따라서 독립된 전구체 분자 AX 및 BY를 이용하여 증착될 수 있다:
AX(기체) + BY(기체) = AB(고체) + XY(기체) (6a)
여기서 식 (6a)의 "A"는 전이금속, 전이금속 화합물, 전이금속 산화물 또는 이들의 임의의 조합에 해당한다. 구체예에서, 전이금속 산화물은 니켈을 포함할 수 있지만, 다른 전이금속, 전이금속 화합물, 및/또는 전이금속 산화물, 예컨대 알루미늄, 카드뮴, 크로뮴, 코발트, 구리, 금, 철, 망간, 수은, 몰리브데늄, 니켈, 팔라듐, 레늄, 루테늄, 은, 탄탈륨, 주석, 티타늄, 바나듐, 이트륨 및 아연(이들은 음이온, 예컨대 산소 또는 다른 타입의 리간드에 결합될 수 있다), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 특정한 구체예에서, 이트륨 티타네이트(YTiO3)와 같은 둘 이상의 전이금속 산화물을 포함하는 화합물이 또한 이용될 수 있다.
구체예에서, 식 (6a)의 "X"는 하나 이상의 리간드, 예컨대 유기 리간드를 포함할 수 있으며, 이것은 아미디네이트(AMD), 예를 들어 RNCR1NR2(R, R1 및 R2는 H 또는 알킬로부터 선택), 디(시클로펜타디엔일)(Cp)2, 디에틸시클로펜타디엔일(EtCp)2, 비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이토((thd)2), 아세틸아세토네이트(acac),비스(메틸시클로펜타디엔일)((CH3C5H4)2), 디메틸글리옥시메이트(dmg), 2-아미노-펜트-2-엔-4-온에이토(apo)2, (dmamb)2(dmamb는 1-디메틸아미노-2-메틸-2-부탄올레이트), (dmamp)2(dmamp는 1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로판올레이트), 비스(펜타메틸시클로펜타디엔일)(C5(CH3)5)2 및 카보닐(CO), 예컨대 테트라카보닐(CO)4를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 니켈-기반 전구체 AX는, 예를 들어 몇 개만 예를 들면 니켈아미디네이트(Ni(AMD)), 니켈 디(시클로펜타디엔일)(Ni(Cp)2), 니켈 디(에틸시클로펜타디엔일)(Ni(EtCp)2),비스(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이토)Ni(II)(Ni(thd)2), 니켈 아세틸아세토네이트(Ni(acac)2), 비스(메틸시클로펜타디엔일)니켈(Ni(CH3C5H4)2), 니켈 디메틸글리옥시메이트(Ni(dmg)2), 니켈 2-아미노-펜트-2-엔-4-온에이토(Ni(apo)2), Ni(dmamb)2(dmamb는 1-디메틸아미노-2-메틸-2-부탄올레이트), Ni(dmamp)2(dmamp는 1-디메틸아미노-2-메틸-2-프로판올레이트), 비스(펜타메틸시클로펜타디엔일)니켈(Ni(C5(CH3)5)2) 및 니켈 카보닐(Ni(CO)4)를 포함할 수 있다. 식 (6a)에서 전구체 "BY"는 산화제, 예컨대 몇 개만 예를 들면 산소(O2), 오존(O3), 산화질소(NO), 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. 여기 더 설명되는 다른 구체예에서, 플라즈마가 산소 라디칼을 형성하기 위해 산화제와 함께 사용될 수 있다.
그러나, 특정한 구체예에서, 전구체 AX 및 BY에 더하여 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 도판트가 CEM 장치의 층을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 전구체 AX와 동시에 흐를 수 있는 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 추가의 도판트 리간드는 실질적으로 아래 식 (6b)에 따라서 전자 백-도네이팅 화합물의 형성을 허용할 수 있다. 구체예에서, 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 또는 다른 물질과 같은 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 도판트가 이용될 수 있으며, 탄소 또는 질소를 포함하는 다른 리간드 또는 상기 나열된 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 다른 도판트들도 이용될 수 있다. 따라서, 식 (6a)는 실질적으로 아래 식 (6b)에 따라서 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 추가의 도판트 리간드를 포함하도록 변형될 수 있다:
AX(기체) + (NH3 또는 질소를 포함하는 다른 리간드) + BY(기체)
= AB:NH3(고체) + XY(기체) (6b)
식 (6a) 및 (6b)의 AX, BY 및 NH3(또는 질소를 포함하는 다른 리간드)와 같은 전구체의 농도, 예컨대 원자 농도는, 대략 0.1% 내지 10.0%의 원자 농도를 포함하는, 예컨대 암모니아(NH3) 또는 카보닐(CO) 형태의, 제작된 CEM 장치에서 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 질소 또는 탄소 도판트의 최종 원자 농도를 가져오도록 조정될 수 있다. 그러나, 청구된 주제가 상기 확인된 전구체 및/또는 원자 또는 분자 농도에 반드시 제한되는 것은 아니다. 오히려, 청구된 주제는 CEM 장치의 제작에 이용되는, 원자층 증착, 화학증착, 플라즈마 화학증착, 스퍼터 증착, 물리증착, 고온 와이어 화학증착, 레이저 증진 화학증착, 레이저 증진 원자층 증착, 빠른 열 화학증착, 스핀 온 증착, 가스 클러스터 이온빔 증착 등에 이용되는 모든 이러한 전구체를 포함하도록 의도된다는 것이 주지되어야 한다. 식 (6a) 및 (6b)에서, "BY"는 산화제, 예컨대 몇 개만 예를 들면 산소(O2), 오존(O3), 산화질소(NO), 과산화수소(H2O2)를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 플라즈마가 산소 라디칼을 형성하기 위해 산화제(BY)와 함께 사용될 수 있다. 마찬가지로, 플라즈마는 CEM 도핑 농도를 제어하기 위해 활성화된 종들을 형성할 수 있는 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 도핑 종들과 함께 사용될 수 있다.
특정한 구체예에서, 예컨대 원자층 증착을 이용하는 구체예에서, 전도성 기판은, 예를 들어 대략 20.0℃ 내지 1000.0℃ 범위의 온도, 또는 특정 구체예에서 대략 20.0℃ 내지 500.0℃ 범위의 온도를 얻을 수 있는 가열된 챔버에서, 전구체, 예컨대 AX 및 BY, 뿐만 아니라 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 도판트(예컨대 암모니아 또는 금속-질소 결합을 포함하는 다른 리간드, 예를 들어 니켈-아미드, 니켈-이미드, 니켈-아미디네이트, 또는 이들의 조합을 포함하는)에 노출될 수 있다. 예를 들어 NiO:NH3의 원자층 증착이 수행되는 하나의 특정한 구체예에서, 대략 20.0℃ 내지 400.0℃ 범위의 챔버 온도 범위가 이용될 수 있다. 전구체 기체(예를 들어, AX, BY, NH3 또는 질소를 포함하는 다른 리간드)에의 노출에 반응하여, 이러한 기체는 대략 0.5초 내지 180.0초 범위의 기간 동안 가열된 챔버로부터 퍼지될 수 있다. 그러나, 이들은 잠재적으로 적합한 챔버 온도 범위 및/또는 시간의 예일 뿐이라는 것이 주지되어야 하며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 원자층 증착을 이용한 단일 2-전구체 사이클(예를 들어, 식 (6a)를 참조하여 설명된 대로, AX 및 BY) 또는 단일 3-전구체 사이클(예를 들어, 식 (6b)를 참조하여 설명된 대로, AX, NH3, CH4, 또는 질소를 포함하는 다른 리간드, 탄소 또는 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 다른 도판트, 및 BY)은 사이클 당 대략 0.6Å 내지 5.0Å 범위의 두께를 포함하는 CEM 장치 층을 가져올 수 있다. 따라서, 한 구체예에서, 층이 대략 0.6Å의 두께를 포함하는 원자층 증착 과정을 이용하여 대략 500.0Å의 두께를 포함하는 CEM 장치 필름을 형성하기 위해, 예를 들어 800-900 사이클이 이용될 수 있다. 다른 구체예에서, 층이 대략 5.0Å을 포함하는 원자층 증착 과정을 이용하여, 예를 들어 100회의 2-전구체 사이클이 수행될 수 있다. 원자층 증착은, 예를 들어 대략 1.5nm 내지 150.0nm 범위의 두께와 같은, 다른 두께를 가진 CEM 장치 필름을 형성하기 위해 이용될 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다는 것이 주지되어야 한다.
특정한 구체예에서, 원자층 증착의 한 번 이상의 2-전구체 사이클(예를 들어, AX 및 BY) 또는 3-전구체 사이클(AX, NH3, CH4, 또는 질소를 포함하는 다른 리간드, 탄소 또는 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 다른 도판트, 및 BY)에 반응하여, CEM 장치 필름은 인시튜 아닐링을 겪을 수 있고, 이것은 필름 특성의 개선을 허용할 수 있거나, 또는 CEM 장치 필름에 카보닐 또는 암모니아의 형태와 같은, 전자 백-도네이팅 물질을 포함하는 도판트를 통합하기 위해 사용될 수 있다. 특정 구체예에서, 챔버는 대략 20.0℃ 내지 1000.0℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 인시튜 아닐링은 대략 100.0℃ 내지 800.0℃ 범위의 챔버 온도를 이용하여 수행될 수 있다. 인시튜 아닐링에서 시간은 대략 1.0초 내지 5.0시간 범위의 기간에서 가변적일 수 있다. 특정한 구체예에서, 아닐링 시간은, 예를 들어 대략 0.5분 내지 대략 180.0분과 같은 더 좁은 범위 내에서 가변적일 수 있으며, 예를 들어 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정한 구체예에서, 상기 설명된 과정에 따라서 제조된 CEM 장치는, 장치의 제작 직후 장치가 상대적으로 낮은 임피던스(상대적으로 높은 전도도)를 나타내는 "본 온"(born on) 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, CEM 장치가 더 큰 전자장치 환경에 일체화된다면, 예를 들어 초기 활성화시 CEM 장치에 인가된 상대적으로 작은 전압은, 도 1(a)의 영역(104)에 의해 도시된 대로, CEM 장치를 통한 상대적으로 높은 전류 흐름을 허용할 수 있다. 예를 들어, 앞서 여기 설명된 대로, 적어도 하나의 가능한 구체예에서, 예를 들어 V rese t은 대략 0.1 V 내지 1.0 V의 범위의 전압에서 일어날 수 있고, V set 은 대략 1.0 V 내지 2.0 V의 범위의 전압에서 일어날 수 있다. 따라서, 대략 2.0 V 이하의 범위에서 작동하는 전기 스위칭 전압은, 예를 들어 메모리 회로가 CERAM 메모리 장치에 쓰는 것, CERAM 메모리 장치로부터 읽는 것, 또는 스위치의 상태를 변화시키는 것을 허용할 수 있다. 구체예에서, 이러한 상대적으로 낮은 전압 작동은 복잡성, 비용을 줄일 수 있고, 경쟁 메모리 및/또는 스위칭 장치 기술을 능가하는 다른 이점을 제공할 수 있다.
도 1(b)는 상관 전자 물질을 포함하는 스위칭 장치의 구체예(150)의 도해 및 상관 전자 물질 스위치의 등가 회로의 모식도이다. 앞서 언급된 대로, 상관 전자 장치, 예컨대 CEM 스위치, CERAM 어레이, 또는 하나 이상의 상관 전자 물질을 이용하는 다른 타입의 장치는 가변 저항과 가변 커패시턴스의 특징을 모두 나타낼 수 있는 가변 또는 복소 임피던스 장치를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 전도성 기판(160), CEM(170), 및 전도성 오버레이(180)를 포함하는 장치와 같은, CEM 가변 임피던스 장치에 대한 임피던스 특징은 장치 단자(122 및 130)를 가로질러 측정되는 장치의 저항 및 커패시턴스 특징에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다. 한 구체예에서, 가변 임피던스 장치의 등가 회로는 가변 커패시터(128)와 같은 가변 커페시턴스와 병렬로, 가변 레지스터(126)와 같은 가변 레지스터를 포함할 수 있다. 물론, 가변 레지스터(126)와 가변 커패시터(128)는 분리된 구성성분을 포함하는 것으로서 도 1(b)에 도시되지만, 구체예(150)의 장치와 같은, 가변 임피던스 장치는 실질적으로 균질한 CEM을 포함할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
아래 표 1은 구체예(150)의 장치와 같은, 예시적인 가변 임피던스 장치에 대한 예시적인 진리표를 나타낸다.
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한 구체예에서, 표 1은 구체예(150)의 장치와 같은 가변 임피던스 장치의 저항이 CEM 장치를 가로지러 인가된 전압에 적어도 부분적으로 의존하는 함수로서 저-임피던스 상태와 실질적으로 비유사한, 고-임피던스 상태 사이에서 전이할 수 있음을 보여준다. 한 구체예에서, 저-임피던스 상태에서 나타난 임피던스는 고-임피던스 상태에서 나타난 임피던스보다 대략 10.0배 - 100,000.0배 더 낮을 수 있다. 다른 구체예에서, 저-임피던스 상태에서 나타난 임피던스는, 예를 들어 고-임피던스 상태에서 나타난 임피던스보다 대략 5.0배 내지 10.0배 더 낮을 수 있다. 그러나, 청구된 주제는 고-임피던스 상태와 저-임피던스 상태 사이의 임의의 특정한 임피던스 비에 제한되지 않는다는 것이 주지되어야 한다. 표 1은 구체예(150)의 장치와 같은 가변 임피던스 장치의 커패시턴스가, 예시적인 구체예에서, 대략 0(또는 매우 적은)의 커패시턴스를 포함할 수 있는 낮은 커패시턴스 상태와 적어도 부분적으로 CEM 장치를 가로질러 인가된 전압의 함수인 높은 커패시턴스 상태 사이에서 전이할 수 있다는 것을 보여준다.
도 2는 한 구체예에 따라 CEM을 형성할 수 있는 d-블록 및 f-블록 원소를 도시한 대표적인 원소 주기율표(200)이다. 본 맥락에서, 원소 주기율표의 "d-블록" 원소를 포함하거나 또는 그로부터 형성된 CEM은, 예를 들어 원소 주기율표의 d-블록(210)으로부터의 전이금속, 및/또는 전이금속 산화물을 포함하는 CEM을 의미하며, 이것은 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 테크네튬(Tc), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 레늄(Re), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 러더포듐(Rf), 더브늄(Db), 시보?(Sg), 보륨(Bh), 하슘(Hs), 해시움(Hs), 마이트너륨(Mt), 다름슈타튬(Ds), 뢴트게늄(Rg), 또는 코페르니슘(Cn), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 본 맥락에서, 원소 주기율표의 "f-블록" 원소를 포함하거나 또는 그로부터 형성된 CEM은, 예를 들어 원소 주기율표의 f-블록(220)으로부터의 금속, 또는 금속 산화물을 포함하는 CEM을 의미하며, 이것은 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴 (Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu), 악티늄(Ac), 토륨(Th), 프로트악티늄(Pa), 우라늄(U), 넵투늄(Np), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 버클륨 (Bk), 칼리포르늄(Cf), 아인슈타이늄(Es), 페르뮴(Fm), 멘델레븀(Md), 노벨륨(No), 또는 로렌슘(Lr), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 지적된 대로, 부분적으로 채워진 d-블록 또는 f-블록 오비탈을 포함하는 원소는 전자 백-도네이션을 가져올 수 있고, 이것은 CEM-기반 전자 장치를 형성하기 위해 사용되는 경우 바람직한 임피던스 특성을 일으킬 수 있다.
도 3(a)-3(c)는 상관 전자 물질 필름이 전도성 기판으로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예(300)를 예시한다. 도 3(a)에서 전도성 기판, 예컨대 전도성 기판(310)은, 예를 들어 티타늄-기반 기판, 또는 적어도 TiN과 같은 티타늄을 적어도 90.0%의 유의한 원자 농도로 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 전도성 기판(310)은, 예를 들어 CERAM 장치 또는 다른 타입의 CEM-기반 장치에서 사용하기 위해, 층으로 제작될 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판(310)은 티타늄 이외의 다른 하나 이상의 d-블록 또는 f-블록 원소(하나 이상의 d-블록 또는 f-블록 원소를 적어도 90.0%의 원자 농도로 가진다), 예컨대 백금, 구리, 알루미늄, 코발트, 니켈, 텅스텐 등을 포함할 수 있으며, 청구된 주제는 전도성 기판 물질의 임의의 특정한 조성에 제한되지 않는다. 전도성 기판(310)은 전도성 기판(310)과 같은 전도성 기판을 형성하는데 사용될 수 있는, 물리증착(PVD), 금속-유기 화학증착(MOCVD), 원자층 증착(ALD) 등과 같은, 임의의 적합한 과정을 이용함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 청구된 주제는 ML:L도판트 형태의 모든 전도성 기판을 포함하도록 의도된다는 것이 주지되어야 하며, 여기서 "M"은 금속 이온, 예컨대 d-블록 또는 f-블록 원소를 나타내고, "L"은 도미넌트 리간드, 예컨대 NiO 분자에서 산소를 나타내며, L도판트는 도판트 리간드, 예컨대 가능한 예를 2개만 들면 NiO:CO 복합체에서 카보닐(CO) 및 NiO:NH3 복합체에서 NH3를 포함한다.
특정한 구체예에서, 전도성 기판(310)의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분이 도 3(b)에 도시된 대로 CEM(320)으로 전환될 수 있다. 전도성 기판(310)의 CEM(320)으로의 전환은 기판(310)의 일부분의 산화에 의해 달성될 수 있다. 본 맥락에서, 여기 사용된 용어 "산화"는, 예를 들어 산화백금을 형성하기 위해, 백금과 같은 전도성 기판(310)의 하나 이상의 층의 금속 이온과 원소 또는 분자 산소(예를 들어 O - , O2, O3 등)를 화학적으로 조합하는 것을 의미한다. 특정한 구체예에서, 원소 또는 분자 산소는, 예를 들어 예컨대 NiO:CO와 같은 금속-산화탄화물을 형성하기 위해, CO와 동시에 흐를 수 있다. 특정한 구체예에서, 전도성 기판(310)의 CEM(320)으로의 전환은 기판(310)의 일부분의 산화질화(oxynitridizing)를 수반할 수 있다. 본 맥락에서, 여기 사용된 용어인 "산화질화"는, 예를 들어 NiO:NH3와 같은 금속-산화질화물을 형성하기 위한 전도성 기판(310)의 하나 이상의 층의 금속 이온과 원소 또는 분자 질소(예를 들어 N, NH3 등)의 화학적 조합을 의미한다.
예를 들어 전도성 기판(310)이 TiN을 포함하는 특정 구체예에서, 기판(310)은, 예를 들어 도판트 종으로 탄소를 포함할 수 있는, 테트라키스(에틸메틸아미도)티타늄, 테트라키스(디메틸아미도)티타늄, 테트라키스(디에틸아미도)티타늄(TDEAT)과 같은, 전구체를 이용하여 층으로 형성될 수 있다. 예를 들어 전도성 기판(310)이 니켈을 포함하는 특정 구체예에서, 기판(310)은, 예를 들어 비스(에틸시클로펜타디엔일)니켈, 비스(메틸시클로펜타디엔일)니켈, 비스(시클로펜타디엔일)니켈, 또는 전구체와 같은 전구체를 이용하여 형성될 수 있다. 이들 예와 다른 예들에서, CEM(320)을 형성하기 위해 분자 형태로 이용가능한 도판트 종이 전도성 기판(310)의 금속 이온과 조합될 수 있다. 특정 구체예에서, 전도성 기판(310)의 하나 이상의 층의 적어도 일부분의 산화 또는 산화질화는, 예를 들어 하나 이상의 전구체와 함께 기체상 카보닐, 메탄(CH4), 아세틸렌(C2H2), 또는 다른 탄소-함유 물질의 동시 흐름에 의해 달성될 수 있다.
구체예에서, CEM(320)의 형성 후, 전도성 오버레이(330)가 도 3(c)에 도시된 대로 CEM(320) 위에 증착되거나 달리 형성될 수 있다. 특정한 구체예에서, 전도성 오버레이(330)는 전도성 기판(310)의 것과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 전도성 오버레이(330)는 상이한 d-블록 또는 f-블록 물질, 예컨대 백금(Pt), 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 텅스텐(W)을 그것의 질화물 또는 산화물과 함께 포함할 수 있다. 또한, 전도성 오버레이(330)는 PVD, MOCVD, ALD와 같은 전도성 기판(310)을 구성하는데 이용된 과정과 유사한 과정을 이용할 수 있거나, 또는 상이한 과정을 이용할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
예로서, 도 4(a)는 한 구체예(400)에 따른 도 3(b)-3(c)의 대표적인 NiO 복합체 CEM(320)을 예시한다. 도 4(a)에서 Ni 원자는 X-Y 평면에 배향된 4개의 산소 원자 사이에 놓인 상태로 표시되지만, NiO 복합체의 산소 원자는, 적어도 특정한 구체예에서, 예를 들어 도 4(a)의 Z-Y 평면에 배향된 2개의 추가의 니켈 원자 사이에 놓일 수 있다. 구체예에서, 도 4(a)에 도시된 것과 같이, NiO 복합체는, 예를 들어 비정질 NiO, 결정질 NiO, 또는 다결정질 NiO를 형성하도록 배치될 수 있다.
도 4(b)는 도 3(b)-3(c)의 CEM(320)과 같은, CEM의 NiO 복합체에서 산소 빈자리의 대표적인 구체예(450)를 예시한다. 구체예에서, 산소 빈자리, 예컨대 산소 빈자리(410)는 CEM의 격자 구조에 있는 결함을 나타낼 수 있다. 결함, 예컨대 산소 빈자리(410)는 CEM 물질의 전자 백-도네이션에 열화(degradation)를 가져올 수 있다. 차례로, CEM(320)에서 전자 백-도네이션의 열화는 CEM(320)의 전도도의 감소, CEM(320) 내에 전하 저장의 증가(이것은 기생 커패시턴스를 증가시킴으로써 결과적으로 고-주파 스위칭 성능을 감소시키는 작용을 한다)를 일으킬 수 있고, 및/또는 CEM(320)의 다른 성능 구체예를 열화시킬 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정한 구체예에서, 산소 및 하나 이상의 분자 도판트의 확산은 CEM 내에서, 예컨대 CEM(320) 내에서 산소 빈자리를 감소시키는 작용을 할 수 있다. 특정한 구체예에서, 산소 빈자리, 예컨대 산소 빈자리(410)의 적은 퍼센트가, 예를 들어 CO 또는 NH3와 같은 도판트에 의해 채워지지 않은 채로 남는다. 따라서, 적어도 특정 구체예에서, 산소 빈자리를 감소시키는 것을 위한 접근법은 CEM의 형성을 수반할 수 있으며, 여기서 전이금속, d-블록, 또는 f-블록 원소는, 예를 들어 적절한 분자 도판트와의 조합에서, 산소의 원자 농도를 초과하지 않는다(예를 들어, 산소의 원자 농도 이하이다). 이러한 관계는 실질적으로 아래 식 (7)에 따라서 요약될 수 있다:
원자 농도(금속, d-블록 또는 f-블록 원소) ≤ 원자 농도(산소+도판트) (7)
식 (7)은 실질적으로 아래 식 (8)에 따라서, CEM(320)과 같은 CEM 물질의 총 조성의 요약과 관련하여, 예를 들어 산소, 및 분자 도판트의 원자 농도를 나타내도록 다시 쓰여질 수 있다:
원자 농도(산소+도판트) ≥ (0.5) 원자 농도(Ni+산소+도판트) (8)
식 (8)에서 CEM에 이용된 금속으로서 Ni가 확인되지만, 구체예는 임의의 전이금속, 원소 주기율표의 d-블록 또는 f-블록 원소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 특정한 구체예에서, CEM은 대략 50.0%의 Ni의 원자 농도를 포함할 수 있다. 따라서, 식 (8)에 비추어, CEM이 대략 49.0%와 동등한 산소의 원자 농도를 포함한다면, 이 CEM은 대략 1.0%와 동등한 도판트의 원자 농도를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, CEM은 대략 0.1%-25.0%와 동등한 범위 내의 도판트의 원자 농도를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, CEM은, 예를 들어 대략 2.0%-15.0%와 동등한 범위 내의 도판트의 원자 농도를 포함할 수 있다. 특정한 구체예에서, CEM은, 예를 들어 적어도 1.0%의 Ni와 같은 전이금속의 원자 농도를 포함할 수 있다.
도 5(a)-5(d)는 상관 전자 물질 필름이 제1 전도성 기판 상에 또는 위에 증착된 제2 전도성 기판으로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예(500)를 예시한다. 도 (5a)의 구체예에서, 도 3(a)의 전도성 기판(310)이 CEM을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, CEM은 원소 주기율표의 상이한 d-블록 또는 f-블록 원소를 포함하는 전도성 기판을 이용하여 형성될 수 있다. 도 5(b)에 도시된 대로, 제2 전도성 기판(311)은 전도성 기판(310) 상에 증착될 수 있다. 제2 전도성 기판(311)은 PVD, MOCVD, 또는 ALD와 같은 임의의 적절한 증착 과정을 이용하여 기판(310) 상에 형성될 수 있거나, 또는 상이한 과정을 이용할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 특정한 구체예에서, 전도성 기판(310)은 백금, 구리, 알루미늄, 코발트, 니켈, 텅스텐 등과 같은 제1 금속(적어도 90.0%의 원자 농도로)을 포함할 수 있고, 제2 전도성 기판(311)은 제1 금속과 상이할 수 있는 제2 금속(적어도 90.0%의 원자 농도로)을 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 가능한 예에서, 전도성 기판(310)은 백금을 포함할 수 있고, 제2 전도성 기판(311)은 니켈을 포함할 수 있지만, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 추가로, 구체예에서, 전도성 기판(310)과 전도성 기판(311)은 제1 및 제2 금속을 포함하는 단일 기판으로서 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속을 포함할 수 있는 전도성 기판(310)은, 예를 들어 원자층 증착과 같은 과정을 이용하여 층으로 제작될 수 있다. 추가로, 제2 전도성 기판(311)을 형성할 수 있는 층이, 예를 들어 전도성 기판(310) 상에 직접 제작될 수 있다.
특정한 구체예에서, 제2 전도성 기판(311)은 전도성 물질로부터 CEM(312)으로 실질적으로 또는 심지어 완전히 전환될 수 있다. 특정한 구체예에서, 예를 들어 전도성 기판(310)의 경계로 확장된 CEM(312)을 도시함으로써 도 5(c)에 도시될 수 있는, 제2 전도성 기판(311)의 전체 부분의 산화는 전도성 기판(310)의 경계에서 산화된 또는 산화질화된 CEM의 증가된 농도를 가져올 수 있다. 특정 구체예에서, 제2 전도성 기판(311)으로 도판트의 확산과 함께 제2 전도성 기판(311)의 산화는 산소 빈자리의 농도를 감소시킬 수 있다.
특정 구체예에서, 산화 및/또는 산화질화의 증가는, 전도성 기판(310) 및 제2 전도성 기판(311)을 포함하는 금속과 같은, 금속 사이에 형성될 수 있는 경계-층 합금에 반응하여 적어도 부분적으로 전도성 기판(310)의 경계에서 일어날 수 있다. 구체예에서, 경계-층 합금은 전도성 기판(310) 및 제2 전도성 기판(311)을 포함하는 미세결정질 구조에서 불연속부(discontinuities)의 적합한 농도를 제공할 수 있다. 미세결정질 구조에서 불연속부는, 예를 들어 카보닐과 같은 탄소-함유 리간드, 및/또는 NH3와 같은 질소-함유 리간드에 의해 채워질 수 있는 NiO 물질의 산소 빈자리를 제공할 수 있다. 구체예에서, 예를 들어 NiO 물질에서 산소 빈자리의 이러한 채움은 CEM에서 P-타입 거동을 가져오거나 증진시킬 수 있으며, 이것은 저-임피던스 상태에서 CEM의 증가된 전도도를 포함할 수 있다. 금속-금속 경계에 형성된 금속 합금은 설명된 것들 외에 산소-함유 또는 질소-함유 리간드의 형성을 위한 추가의 기회를 제공할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
도 5(c)에 도시된 대로, 제2 전도성 기판(311)은 화학 과정(예를 들어 산화, 산화질화 등)에 의해, 또는 예를 들어 자외선 소스(515) 또는 레이저 소스(518)와 같은 전자기 복사선에의 노출에 의해 CEM으로 전환될 수 있다. 특정한 구체예에서, 자외선 소스(515) 또는 레이저 소스(518)(도 5(c)에서 hv로 표시된)에 노출은 장치 제작 과정이 수행되는 챔버의 온도를 유의하게 상승시키지 않고 CEM 제작 과정을 수행하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어 원자층 증착 과정 또는 화학증착 과정에서 자외선 광 소스를 이용하는 특정 구체예에서, 제2 전도성 기판(311)은 다른 과정보다 대략 100.0℃ 내지 150.0℃ 더 낮은 범위의 챔버 온도를 이용하여 CEM 필름(312)으로 전환될 수 있다. 따라서, 500.0℃에 근접할 수 있는 챔버 온도를 이용하는 것이 아니라, CEM 필름을 제작하기 위한 원자층 증착 과정 또는 화학증착 과정은, 예를 들어 대략 350.0℃에 근접하는 챔버 온도를 이용할 수 있다. 특정한 구체예에서, 열 에너지, 플라즈마 활성화, 고온 와이어, 자외선-보조 증착, 레이저-보조 증착, 또는 이들의 조합에 의해 보완될 수 있는, CVD 또는 ALD의 사용은, 예를 들어 대략 500.0℃에서 대략 350.0℃로 챔버 온도의 감소를 허용할 수 있다. 특정한 구체예에서, 자외선 소스(515) 및/또는 레이저 소스(518)의 사용은 기판이 대략 80.0℃ 아래의 온도로 유지되는 것을 허용할 수 있다. 따라서, 전도성 기판(310), 제2 전도성 기판(311), 및 CEM 필름(312) 사이에 원자 및/또는 분자 성분의 열-감응 확산이 다른 방식에서 가능할 수 있는 것보다 더 엄격히 제어될 수 있다. 자외선 및/또는 레이저 소스에 노출은 다른 이점들을 가져올 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정한 구체예에서, 예컨대 자외선 보조 증착을 이용한 구체예에서, 자외선 소스(515)는 대략 100.0 내지 450.0nm의 자외선 또는 근자외선 파장의 복사 에너지를 방출할 수 있다. 따라서, 하나의 가능한 구체예에서, 자외선 소스(515)는 대략 253.7nm 내지 184.9nm의 파장에서 실질적인 에너지 부분을 방출하는 저압 수은 램프를 포함할 수 있다. 그러나, 자외선 소스(515)는 264.0nm, 313.2nm, 365.0nm, 405.0nm, 및 436.0nm와 같은 추가의 파장의 자외선 에너지를 제공할 수 있다는 것이 주지되어야 하며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 산화 및/또는 산화질화는 적어도 부분적으로 , 예를 들어 제2 전도성 기판(311)을 통한 기체상 산화제의 확산에 반응하여 전도성 기판(310)의 경계에서 일어날 수 있다. 구체예에서, 산화 및/또는 산화질화는, 대략 0.1% 내지 10.0%의 범위에서, CO 및 NH3와 같은, 분자 도판트의 농도를 일으킬 수 있다. 제2 전도성 기판(311)의 적어도 일부분을 통한 산화제의 확산은, 예를 들어 제2 전도성 기판(311)이 대략 10.0Å 내지 2000Å과 같은, 상대적으로 얇은 층을 포함하는 경우 일어날 수 있다. 다른 구체예에서, 제2 전도성 기판(311)의 적어도 일부분을 통한 산화제의 확산은 제2 전도성 기판(311)이, 예를 들어 대략 10.0Å 내지 500.0Å의 층과 같은, 다소 더 두꺼운 층을 포함하는 경우 일어날 수 있다. 따라서, 하나의 예에서, 제2 전도성 기판(311)이 백금을 포함하고 전도성 기판(310)이 니켈을 포함한다면, 기체상 산소(O2)가 전도성 기판(311)을 통해 확산될 수 있고, 이로써 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311)의 경계에 또는 근처에 산화니켈이 형성될 수 있다. 제2 전도성 기판(311)이 백금을 포함하고 전도성 기판(310)이 탄화니켈(NiC)을 포함하는 다른 예에서, 기체상 O2가 전도성 기판(311)을 통해 확산됨으로써 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311)의 경계에 또는 근처에 NiO:CO가 형성될 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판을 통한 확산은 산소, 도판트, 및 원소 주기율표의 d-블록 또는 f-블록으로부터 선택된 원소의 조합, 또는 이들의 조합의 원자 농도의 대략 50.0% 미만의 산소와 도판트의 조합의 원자 농도를 포함하는 CEM 필름을 일으킬 수 있다. 백금, 니켈, 탄화니켈 등의 사용은 단지 예시적인 예로서 설명된다는 것이 주지되어야 하며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 전도성 기판(311)이 전도성 기판(310)보다 산화에 더 내성인 금속을 포함한다면, 산화 종은 기판(311)을 투과할 수 있고, 이로써 기판(310)과 제2 전도성 기판(311) 사이의 경계에 산화층이 형성될 수 있다. 특정한 예에서, 전도성 기판(311)이 루테늄과 같은 산화되지만 전도성을 유지하는 금속을 포함한다면, 기체상 산화제의 존재는, 예를 들어 산화루테늄의 형성을 보조할 수 있다. 다른 특정한 예에서, 제2 전도성 기판(311)이 산화됨에도 불구하고 전도성을 유지하는 이리듐을 포함한다면, 기체상 산화제의 존재는 산화이리듐의 형성을 보조할 수 있다. 따라서, 적어도 특정한 구체예에서, 확산된 기체상 산화제는 제2 전도성 기판(311)을 전도성 산화물로 전환할 수 있고, 제2 전도성 기판(311) 밑의 전도성 기판(310)의 일부분을 CEM으로 전환할 수 있다.
하나의 가능한 예에서, 제2 전도성 기판(311)은, 예를 들어 대략 10.0Å 내지 2000.0Å의 범위의 층과 같은, 이리듐 또는 루테늄의 얇은 층을 포함한다. 다른 구체예에서, 예를 들어, 제2 전도성 기판(311)은, 예를 들어 대략 10.0Å 내지 1000.0Å의 범위의 두께를 가진 층과 같은, 다소 더 두꺼운 층을 포함할 수 있다. 특정한 구체예에서, 전도성 기판(310)은 Ni를 포함하고, 이것은 기체상 카보닐(CO)이 이리듐 또는 루테늄을 통해 확산되는 것을 허용함으로써 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311)의 경계에 또는 근처에 NiO:CO를 형성할 수 있다. 다른 예에서, 이리듐 또는 루테늄 필름은 금속유기(탄소-함유) 전구체를 이용하여 제작될 수 있고, 이것은 제작된 필름 내의 탄소와 같은, 원자 또는 더 분자인 성분을 뒤에 남기는 작용을 할 수 있다. 이러한 예에서, 기체상 CO는 이리듐 또는 루테늄 필름을 통해 확산됨으로써 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311)의 경계에 또는 근처에 NiO:CO가 형성될 수 있다. 다른 예에서, 전도성 기판(310)은 금속유기 전구체를 이용하여 제작될 수 있으며, 이로써 전도성 기판(310) 내에 CO와 같은 분자 성분이 뒤에 남게 된다. 이러한 예에서, O2는 이리듐 또는 루테늄 필름을 통해 확산됨으로써 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311)의 경계에 또는 근처에 NiO:CO가 형성될 수 있다. 이리듐, 루테늄, 니켈 등의 사용은 단지 예시적인 예로서 설명된다는 것이 주지되어야 하며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 제2 전도성 기판은, 예를 들어 도 5(c)에 도시된 대로, 단지 부분적으로 CEM(312)으로 전환될 수 있다. 특정한 구체예에서, 예를 들어 전도성 기판(310)과 제2 전도성 기판(311) 사이에 전도성, 금속-금속 접촉을 유지하기 위해 제2 전도성 기판(311)의 일부분 이하가 CEM(312)으로 전환되는 것이 유리할 수 있다. 제2 전도성 기판(311)의 일부분 이하의 CEM(312)으로의 전환은 추가의 이익 및/또는 결과를 가져올 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다.
구체예에서, CEM(312)의 형성 후, 전도성 오버레이(330)가 도 5(d)에 도시된 대로 CEM(312) 위에 증착되거나 달리 형성될 수 있다. 특정한 구체예에서, 전도성 오버레이(330)는 전도성 기판(310)의 것과 동일한 물질을 포함할 수 있거나, 또는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 텅스텐(W), 또는 임의의 다른 d-블록 또는 f-블록 원소와 같은 상이한 물질을 그것의 질화물 또는 산화물과 함께 포함할 수 있다.
도 6(a)-6(b)는 장치의 상관 전자 물질 영역이 전도성 기판 또는 전도성 오버레이로부터 확산된 원자 또는 분자 성분을 이용하여 전도성 물질로부터 형성될 수 있는 하위공정의 구체예(600)를 예시한다. 도 6(b)에서, 제2 전도성 기판(320)은 PVD, MOCVD, 또는 ALD와 같은 임의의 적절한 증착 과정을 이용하여 (도 6(a)의) 기판(310) 상에 형성될 수 있거나, 또는 상이한 과정을 이용할 수 있으며, 청구된 주제는 이와 관련하여 제한되지 않는다. 도 6(c)에서, 전도성 기판(310)의 원자 및/또는 분자 성분이 전도성 기판(320)으로 확산하는 것이 도시되며, 이것은 제2 전도성 기판(320)을 CEM으로 전환하는 작용을 할 수 있다. 본 맥락에서, 여기 사용된 용어인 "분자 성분"은 d-블록 또는 f-블록 금속을 CEM으로 전환하는 원자 또는 분자 물질을 의미한다. 예를 들어, 전도성 기판(310)이, 예를 들어 O - , O2, O3와 같은 원소 또는 분자 산소의 분자 성분을 포함한다면, 전도성 기판(310)으로부터 제2 전도성 기판(320)으로 분자 성분의 확산이 기판(320)을 CEM으로 전환할 수 있다. 다른 예에서, 전도성 기판(310)이, 예를 들어 N, NH3와 같은 원소 또는 분자 질소의 분자 성분을 포함한다면, 전도성 기판(310)으로부터 제2 전도성 기판(320)으로 분자 성분의 확산은 기판(320)을 CEM으로 전환할 수 있다. 도 6(d)에서, 전도성 오버레이(330)의 원자 및/또는 분자 성분이 전도성 기판(320)으로 확산하는 것이 도시되며, 이것은 전도성 기판(310)으로부터 산화물, 질화물 등의 확산과 유사한 방식으로 제2 전도성 기판(320)을 CEM으로 전환하는 작용을 할 수 있다.
도 7은 전도성 기판의 상관 전자 영역으로의 전환을 통해서 상관 전자 장치를 제작하는 과정에 대한 구체예(700)의 순서도이다. 도 7, 및 여기 설명된 다른 도면들에 설명된 것과 같은, 예시의 실시형태는 도시되고 설명된 것들에 더해진 블록, 더 적은 블록, 또는 확인될 수 있는 것과 상이한 순서로 발생한 블록, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 방법은 블록(710)에서 시작할 수 있고, 이것은 전도성 기판의 복수의 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판은, 예를 들어 CERAM 장치 또는 다른 타입의 CEM-기반 장치에서 사용하기 위해, 층으로 제작된, 질화티타늄(TiN)과 같은, 티타늄-기반 및/또는 티타늄-함유 기판으로부터 형성될 수 있다. 구체예에서, 전도성 기판은 티타늄 이외의 다른 d-블록 또는 f-블록 원소 물질, 예컨대 백금, 구리, 알루미늄, 코발트, 니켈, 텅스텐, 질화텅스텐, 규화코발트, 루테늄, 산화루테늄, 크로뮴, 금, 팔라듐, 인듐 주석 산화물, 탄탈륨, 질화탄탈륨, 은, 이리듐, 또는 산화이리듐 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 청구된 주제는 전도성 기판 물질의 임의의 특정 조성에 제한되지 않는다.
방법은 블록(720)에서 계속될 수 있고, 이것은 전도성 기판의 복수의 층 위에 CEM 필름을 형성하는 것을 포함할 수 있다. CEM 필름은 전도성 기판의 복수의 층의, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환함으로써 형성될 수 있다. 구체예에서, CEM은 도 2와 관련하여 설명된 대로, 전이금속 및/또는 전이금속 산화물, 예컨대 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 이트륨(Y), 또는 임의의 다른 d-블록 또는 f-블록 원소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체예에서, CEM 장치는 광범위한 집적 회로 타입 중 어느 것에서 실시될 수 있다. 예를 들어, 수많은 CEM 장치가, 한 구체예에서, 예를 들어 하나 이상의 CEM 장치에 대해 임피던스 상태를 변화시킴으로써 재구성될 수 있는, 프로그램가능한 메모리 어레이를 형성하기 위해 집적 회로에서 실시될 수 있다. 다른 구체예에서, 프로그램가능한 CEM 장치는, 예를 들어 비-휘발성 메모리 어레이로서 이용될 수 있다. 물론, 청구된 주제는 여기 제공된 구체적인 예들에 범위가 제한되지 않는다.
예를 들어 제1 상관 전자 물질을 가진 제1 상관 전자 장치 및 제2 상관 전자 물질을 가진 제2 상관 전자 장치를 포함할 수 있는, 복수의 CEM 장치가 집적 회로 장치를 가져오기 위해 형성될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 상관 전자 물질은 서로 상이한 실질적으로 비유사한 임피던스 특징을 포함할 수 있다. 또한, 한 구체예에서, 서로 상이한 임피던스 특징을 포함하는, 제1 CEM 장치 및 제2 CEM 장치가 집적 회로의 특정 층 내에 형성될 수 있다. 또한, 한 구체예에서, 집적 회로의 특정 층 내에 제1 및 제2 CEM 장치를 형성하는 것은 적어도 부분적으로 선택적 에피택셜 증착에 의해 CEM 장치를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 집적 회로의 특정 층 내의 제1 및 제2 CEM 장치는, 예를 들어 예컨대 제1 및/또는 제2 CEM 장치에 대한 임피던스 특징을 변경하기 위해, 적어도 부분적으로 이온 이식에 의해 형성될 수 있다.
또한, 한 구체예에서, 둘 이상의 CEM 장치가 상관 전자 물질의 원자층 증착에 의해 적어도 부분적으로 집적 회로의 특정 층 내에 형성될 수 있다. 추가의 구체예에서, 제1 상관 전자 스위치 물질의 복수의 상관 전자 스위치 장치 중 하나 이상과 제2 상관 전자 스위치 물질의 복수의 상관 전자 스위치 장치 중 하나 이상이 블랭킷 증착과 선택적 에피택셜 증착의 조합에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 추가로, 한 구체예에서, 제1 및 제2 액세스 장치가 각각 제1 및 제2 CEM 장치에 실질적으로 인접하여 위치될 수 있다.
추가의 구체예에서, 복수의 CEM 장치 중 하나 이상은, 한 구체예에서, 제1 금속화 층의 전기 전도성 라인과 제2 금속화 층의 전기 전도성 라인의 하나 이상의 교점에서 집적 회로 내에 개별적으로 위칟될 수 있다. 하나 이상의 액세스 장치는 제1 금속화 층의 전기 전도성 라인과 제2 금속화 층의 전기 전도성 라인의 교점 중 각각의 하나 이상에 위치될 수 있고, 여기서 액세스 장치는, 한 구체예에서, 각각의 CEM 장치와 쌍을 이룰 수 있다.
선행한 설명에서, 유형의 성분(및/또는 유사하게, 유형의 물질)이 논의되는 상황과 같은 용법의 특정 맥락에서, ".. 상에"와 ".. 위에" 사이에 구분이 존재한다. 예로서, 기판 "상에" 물질의 증착은 증착된 물질과 후자의 예에서의 기판 사이에 중개물, 예컨대 중개 물질(예를 들어, 개재 과정 작업 동안 형성된 중개 물질)이 없는 직접적인 물리적이며 유형의 접촉을 수반하는 증착을 말한다; 그렇지만, 기판 "위에" 증착은, 잠재적으로 기판 "상에" 증착을 포함하는 것으로 이해되지만(".. 상에"는 또한 정확하게 ".. 위에"인 것으로서 설명될 수도 있으므로), 하나 이상의 중개 물질과 같은 하나 이상의 중개물이 증착된 물질과 기판 사이에 존재하며, 이로써 증착된 물질이 기판과 반드시 직접적인 물리적이며 유형의 접촉을 하고 있지 않은 것을 포함하는 것으로 이해된다.
유사한 구분이 유형의 물질 및/또는 유형의 성분이 논의되는 것과 같은, 용법의 적절한 특정 맥락에서 ".. 의 밑"과 ".. 아래" 사이에도 이루어진다. ".. 의 밑"은 용법의 이러한 특정 맥락에서, 물리적이며 유형의 접촉을 반드시 포함하는 것으로 의도되고(직전에 설명된 ".. 상에"와 유사하게), ".. 아래"는 잠재적으로 직접적인 물리적이며 유형의 접촉이 있는 상황을 포함하지만, 하나 이상의 중개물, 예컨대 하나 이상의 중개 물질이 존재하는 경우와 같이, 직접적인 물리적이며 유형의 접촉을 반드시 내포하지는 않는다. 따라서, ".. 상에"는 ".. 바로 위"를 의미하는 것으로 이해되고, ".. 의 밑"은 ".. 바로 아래"를 의미하는 것으로 이해된다.
마찬가지로, ".. 위" 및 ".. 아래"와 같은 용어는 앞서 언급된 "상향", "하향", "상부", "하부" 등의 용어와 유사한 방식으로 이해된다. 이들 용어는 논의를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있지만, 청구된 주제의 범위를 반드시 제한하려는 의도는 아니다. 예를 들어, 용어 ".. 위"는, 예로서 청구된 범위가, 예를 들어 예컨대 전도된 구체예와 비교하여 바로 놓인 상황에만 구체예가 제한되는 것을 시사하는 의미가 아니다. 예는 한 예시로서 예를 들어 다양한 시간에서의 배향이(예를 들어, 제작 동안) 최종 제품의 배향과 반드시 상응하지 않을 수 있는 플립 칩을 포함한다. 따라서, 예로서 물체가 특정 배향으로, 예컨대 예로서 전도된 상태로 적용가능한 청구범위 내에 있다면, 마찬가지로 후자 또한 다른 배향, 예컨대 바로 놓인 상태로도 적용가능한 청구범위 내에 포함되는 것으로 해석되고, 반대의 상황도 가능하며, 적용가능한 문자 그대로의 청구항이 달리 해석될 수 있는 가능성을 가진 경우에도 그러하다. 물론, 특허출원의 명세서에서 항상 그런대로, 설명 및/또는 용법의 특정 맥락은 도출되는 합리적인 장애에 관하여 도움이 되는 지침을 제공한다.
달리 나타내지 않는다면, 본 개시의 맥락에서, 용어 "또는"은, A, B 또는 C와 같은 리스트를 결합시키기 위해 사용된다면, 포괄적인 의미에서는 A, B 및 C를 의미하도록 의도될 뿐만 아니라 배타적인 의미에서는 A, B 또는 C를 의미하도록 의도된다. 이런 이해하에, "및"은 포괄적 의미에서 사용되며 A, B 및 C를 의미하도록 의도되고; 반면 "및/또는"은 주의를 기울여 전술한 모든 의미가 의도된다는 것을 명확히 하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 용법이 필요한 것은 아니다. 이에 더하여, 용어 "하나 이상의" 및/또는 유사한 용어들은 단수형으로 임의의 특징부, 구조, 특징 등을 설명하기 위해 사용되고, "및/또는"도 또한 복수 및/또는 특징부, 구조, 특징 등의 일부 다른 조합을 설명하기 위해 사용된다. 또한, 용어 "제1", "제2", "제3" 등은, 분명히 달리 나타내지 않는다면, 수치 한계를 제공하거나 특정 순서를 제시하는 것이 아니라, 하나의 예로서, 상이한 성분들과 같은, 상이한 구체예들을 구별하기 위해 사용된다. 마찬가지로, 용어 ".. 에 기초한" 및/또는 유사한 용어들은 요인들의 완전한 리스트의 전달을 반드시 의도하는 것이 아니며, 반드시 명백히 설명되지 않아도 추가의 요인들의 존재를 허용한다.
또한, 청구된 주제의 실시와 관련되며 시험, 측정, 및/또는 정도에 관한 규격과 관련된 상황은 다음의 방식으로 이해되어야 한다. 예로서, 주어진 상황에서, 물리적 특성의 값이 측정되는 것을 가정한다. 만일 시험, 측정 및/또는 정도와 관련된 규격에 대한 다른 합리적인 접근법이, 적어도 특성과 관련하여, 이 예에서 계속하자면, 당업자에게 생겨날 합리적인 가능성이 있다면, 적어도 실시형태의 목적에서, 청구된 주제는 달리 명백히 나타내지 않는다면 다른 합리적인 접근법을 커버하도록 의도된다. 예로서, 어떤 영역에 걸쳐서 측정값의 플롯이 생성되고 청구된 주제의 실시형태가 해당 영역에 걸친 기울기의 측정을 이용하는 것이라면, 그 영역에 걸친 기울기를 추정하기 위한 다양한 합리적인 대안의 기술이 존재하겠지만, 청구된 주제는 이러한 합리적인 대안의 기술을 커버하도록 의도되며, 달리 명백히 나타내지 않는다면, 이들 합리적인 대안의 기술이 동일한 값, 동일한 측정값 또는 동일한 결과를 제공하지 않는 경우에도 그러하다.
또한, 용어 "타입" 및/또는 "유사"는, 단순한 예로서 "광학적" 또는 "전기적"을 사용하여, 예컨대 특징부, 구조, 특징 등과 함께 사용된다면, 적어도 부분적으로 및/또는 특징부, 구조, 특징 등과 관련하여, 사소한 변형의 존재인 방식으로, 만일 사소한 변형이 특징부, 구조, 특징 등이 이러한 변형과 함께 우세하게 존재하게 되는 것으로 생각될 수 있을 정도로 충분히 사소하다면, 특징부, 구조, 특징 등과 완전히 일치하지 않는다고 생각될 수 있는 놀라운 변형의 존재가 일반적으로 특징부, 구조, 특징 등이 "타입" 및/또는 "유사"가 되는 것을 금지하지 않는다(예컨대 예를 들어 "광학적-타입" 또는 "광학적-유사"가 된다). 따라서, 이 예에서 계속하자면, 용어 광학적-타입 및/또는 광학적-유사 특성은 반드시 광학적 특성을 포함하는 것으로 의도된다. 마찬가지로, 다른 예로서, 용어 전기적-타입 및/또는 전기적-유사 특성은 반드시 전기적 특성을 포함하는 것으로 의도된다. 본 개시의 명세서는 단지 하나 이상의 예시적인 예를 제공할 뿐이며, 청구된 주제는 하나 이상의 예시적인 예에 제한되지 않는다; 그러나, 특허출원의 명세서에서 항상 그런대로, 설명 및/또는 용법의 특정 맥락은 도출되는 합리적인 장애에 관하여 도움이 되는 지침을 제공한다.
선행한 설명에서, 청구된 주제의 다양한 구체예들이 설명되었다. 설명의 목적을 위해, 양, 시스템 및/또는 구성형태와 같은 세부내용들이 예로서 제시되었다. 다른 예에서, 잘 알려진 특징부는 청구된 주제를 모호하지 않게 하기 위해 생략되고 및/또는 단순화되었다. 특정한 특징부가 여기 예시되고 및/또는 설명되었지만, 많은 변형, 치환, 변화, 및/또는 등가물이 당업자에게 생겨날 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 청구된 주제 내에 들어가는 모든 변형 및/또는 변화를 커버한다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. 전도성 기판의 복수의 층을 형성하는 단계; 및
    전도성 기판의 복수의 층 위에 상관 전자 물질(CEM) 필름을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    CEM 필름은 전도성 기판의 복수의 층의, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM의 적어도 90.0%의 원자 농도를 포함하는 물질로 전환함으로써 형성되는 것인, 장치 구성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환하는 것은 전도성 기판의 적어도 하나의 층으로 질소를 확산시키는 단계를 포함하며, 여기서 CEM은 대략 0.1% 내지 10.0% 범위의 질소의 원자 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분으로 질소를 확산시키는 단계는 전도성 기판을 기체상 질소에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분으로 질소를 확산시키는 것은 전도성 기판을 아닐링함으로써 전도성 기판으로부터 CEM으로 질소의 확산을 가져오는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, CEM 필름을 형성하는 단계는 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, CEM 필름을 형성하는 단계는 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 도핑하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서
    산화 및 도핑에 반응하여, CEM 필름은 산소, 도판트, 및 원소 주기율표의 d-블록 또는 f-블록에서 선택된 원소의 조합, 또는 이들의 조합의 원자 농도의 대략 50.0% 미만의 산소와 도판트의 조합의 원자 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환하는 것은 플라즈마 활성화, 고온 와이어, 자외선-보조 증착 또는 레이저-보조 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환하는 것은 대략 80.0℃ 미만의 기판 온도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층은 제1 금속을 포함하고 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층은 제2 금속을 포함하며, 여기서
    전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환하는 것은 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층을 산화시키는 단계를 포함하고,
    하나 이상의 층의 산화는 제1 금속과 제2 금속 간의 경계에서 일어나며,
    산화는 상기 경계에서 대략 0.1% 내지 10.0%의 산소의 원자 농도를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층의 산화는 제1 금속을 통해 또는 제2 금속을 통해, 또는 이들의 조합을 통해 산소를 확산시키는 단계를 포함하며, 여기서
    확산에 반응하여, CEM 필름은 산소, 도판트, 및 원소 주기율표의 d-블록 또는 f-블록에서 선택된 원소의 조합, 또는 이들의 조합의 원자 농도의 대략 50.0% 미만의 산소와 도판트의 조합의 원자 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 제1 금속으로부터 또는 제2 금속으로부터, 또는 이들의 조합으로부터 분자 성분을 이용하여 CEM을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층은 제1 금속을 포함하고 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층은 제2 금속을 포함하며, 여기서
    전도성 기판의 적어도 하나의 층의 적어도 일부분을 CEM으로 전환하는 것은 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층을 산화질화시키는 단계를 포함하고,
    하나 이상의 층의 산화질화는 제1 금속과 제2 금속 간의 경계에서 일어나며,
    산화질화는 상기 경계에서 대략 0.1% 내지 10.0%의 질소의 원자 농도를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 전도성 기판의 복수의 층의 하나 이상의 층의 산화질화는 제1 금속을 통해 또는 제2 금속을 통해, 또는 이들의 조합을 통해 질소를 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 제1 금속으로부터 또는 제2 금속으로부터, 또는 이들의 조합으로부터 분자 성분을 이용하여 CEM을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 전도성 기판을 형성하는 단계는 원자층 증착 과정, 화학증착, 플라즈마 화학증착, 스퍼터 증착, 물리증착, 고온 와이어 화학증착, 레이저 증진 화학증착, 레이저 증진 원자층 증착, 빠른 열 화학 증착 또는 가스 클러스터 이온빔 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 전도성 물질의 복수의 층을 포함하는 전도성 기판; 및
    전도성 기판 위에 형성된 상관 전자 물질(CEM) 필름을 포함하는 장치로서,
    전도성 기판을 형성하기 위한 전도성 물질의 복수의 층의 하나 이상으로부터 형성된 CEM 필름은 원소 주기율표의 d-또는 f-블록 원소로부터의 원소 또는 화합물을 적어도 90.0%의 원자 농도로 가진 CEM을 포함하는, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, CEM 필름은 상관 전자 물질에 있는 산소 빈자리를 채우는 작용을 하는 도판트 종을 포함하며, 이것은 대략 0.1% 내지 10.0% 범위의 원자 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 전도성 기판은 백금, 티타늄, 질화티타늄, 탄탈륨, 질화탄탈륨, 텅스텐, 구리, 니켈, 루테늄, 산화루테늄, 이리듐 또는 산화이리듐, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, CEM은 d- 또는 f-블록 원소로부터 하나 이상의 원소 또는 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, CEM은 P-타입 도판트 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 전도성 기판;
    전도성 기판 위에 형성된, 원소 주기율표의 d- 또는 f-블록 원소로부터 화합물 또는 원소를 적어도 90.0%의 원자 농도로 가진 상관 전자 물질(CEM)을 포함하고, 0.1% 내지 10.0%의 전자 백-도네이팅 물질의 원자 농도를 가진, 상관 전자 물질(CEM) 필름; 및
    상관 전자 물질 위에 형성된 전도성 오버레이
    를 포함하는 전자 장치로서,
    CEM 필름의 적어도 일부분이 전도성 기판의 일부분을 형성하거나 또는 전도성 오버레이의 일부분을 형성하는, 전자 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 전도성 기판 및 전도성 오버레이는 적어도 90.0%의 원자 농도를 가진, 백금, 티타늄, 질화티타늄, 탄탈륨, 질화탄탈륨, 텅스텐, 구리, 니켈, 루테늄, 산화루테늄, 이리듐 또는 산화이리듐, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, CEM은 P-타입 도판트 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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