(57)【要約】  本技法は概して、例えばスイッチング機能を実行するために使用される、相関電子材料の製作に関する。複数の実施形態において、チャンバ内で気体形態の前駆物質を利用して、様々なインピーダンス特性を備える相関電子材料のフィルムを構築することができる。
2019508904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内において、遷移金属酸化物、遷移金属、遷移金属化合物又はこれらの任意の組合せ及び第１の配位子を含む気体状態の第１の前駆物質に基材を曝露する工程、
相関電子材料のフィルムの第１の層を形成するように酸化物を含む気体状態の第２の前駆物質に基材を曝露する工程、並びに
相関電子材料のフィルムの更なる層を形成するように、第１の前駆物質及び第２の前駆物質に基材を曝露する工程を十分な回数繰り返す工程であって、相関電子材料のフィルムが、第１のインピーダンス状態及び第２のインピーダンス状態を示し、第１のインピーダンス状態及び第２のインピーダンス状態が、互いに実質的に相違する、工程
を含む方法。
【請求項２】
相関電子材料のフィルムが、０．１％〜１０．０％の間の原子濃度の電子逆供与性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電子逆供与性材料が、カルボニルを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
０．５秒〜１８０．０秒の間にわたって第１の前駆物質のチャンバをパージする工程を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第１の前駆物質に基材を曝露する工程が、０．５秒〜１８０．０秒の間の持続期間にわたって実施される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第１の前駆物質及び第２の前駆物質に基材を曝露する工程を５０〜９００回の間で繰り返す工程を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
相関電子材料のフィルムの厚さが１．５ｎｍ〜１５０．０ｎｍの間に到達するまで、基材を曝露する工程を繰り返す工程を更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
第１の前駆物質が気体状態において、ニッケルアミジネート（Ｎｉ（ＡＭＤ））、ニッケルジ（シクロペンタジエニル）（Ｎｉ（Ｃｐ）２）、ニッケルジ（エチルシクロペンタジエニル）（Ｎｉ（ＥｔＣｐ）２）、ビス（２，２，６，６−テトラメチルヘプタン−３，５−ジオナト）ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ｔｈｄ）２）、ニッケルアセチルアセトネート（Ｎｉ（ａｃａｃ）２）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２）、ニッケルジメチルグリオキシメート（Ｎｉ（ｄｍｇ）２）、ビス（２−アミノ−ペンタ−２−エン−４−オナト）ニッケル（Ｎｉ（ａｐｏ）２）、ビス（１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−ブタノレート）ニッケル（Ｎｉ（ｄｍａｍｂ）２）、ビス（１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−プロパノレート）ニッケル（Ｎｉ（ｄｍａｍｐ）２）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）ニッケル（Ｎｉ（Ｃ５（ＣＨ３）５）２）若しくはニッケルカルボニル（Ｎｉ（ＣＯ）４）又はこれらの任意の組合せのうちの１つ又は複数を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
第２の前駆物質が、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、水（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）若しくは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）又はこれらの任意の組合せを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
第１の前駆物質に基材を曝露する工程、第２の前駆物質に基材を曝露する工程又はこれらの任意の組合せが、２０．０℃〜１０００．０℃の間の温度で実施される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
曝露された基材をチャンバ内でアニーリングする工程を更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
アニーリングを開始する前に、２０．０℃〜９００．０℃の間にチャンバの温度を上昇させる工程を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
曝露された基材が、気体状の窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、水又は水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）若しくはブタン（Ｃ４Ｈ１０）又はこれらの任意の組合せのうちの１つ又は複数を含む環境下でアニーリングされる、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
１．０ｎｍ〜１００．０ｎｍの間の概算厚さを有する相関電子材料を含む、基材に堆積されたフィルムであって、フィルムの厚さ寸法にわたって印加される０．１Ｖ〜１０．０Ｖの間の電圧に応答して、少なくとも５．０：１．０である第１のインピーダンス状態の第２のインピーダンス状態に対する比を示すフィルム。
【請求項１５】
印加される電圧が、０．１Ｖ〜２．０Ｖの間であり、相関電子材料が、１．５ｎｍ〜１５０．０の間の厚さを占める、請求項１４に記載のフィルム。
【請求項１６】
相関電子材料が、１０〜１０００の間の原子層を構成する、請求項１４に記載のフィルム。
【請求項１７】
基材の少なくとも５０．０％が、窒化物材料を含む、請求項１４、１５及び１６のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１８】
２個以上の導電性電極の間に配置された、１．０ｎｍ〜１００．０ｎｍの間の厚さを有する相関電子材料を含むスイッチングデバイスであって、２個以上の導電性電極のうちの少なくとも２個の間に印加される０．１Ｖ〜１０．０Ｖの間の電圧に応答して、少なくとも５．０：１．０である第１のインピーダンス状態の第２のインピーダンス状態に対する比を示すスイッチングデバイス。
【請求項１９】
相関電子材料が、１．５ｎｍ〜１５０．０ｎｍの間の厚さを有し、２個以上の導電性電極のうちの少なくとも２個の間に印加される電圧が、０．６Ｖ〜１．５Ｖの間にされる、請求項１８に記載のスイッチングデバイス。
【請求項２０】
相関電子材料が、１．５ｎｍ〜１５０．０ｎｍの間の厚さを有し、窒化チタン、白金、チタン、銅、アルミニウム、コバルト、ニッケル、タングステン、窒化タングステン、ケイ化コバルト、酸化ルテニウム、クロム、金、パラジウム、酸化インジウムスズ、タンタル、銀、イリジウム又はこれらの任意の組合せを含む電極材料に堆積される、請求項１８又は１９に記載のスイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技法は一般に、相関電子デバイスに関し、より特定すると、望ましいインピーダンス特性を示す相関電子スイッチングデバイスを製作する手法に関し得る。
【背景技術】
【０００２】
電子スイッチングデバイス等の集積回路デバイスは、例えば、多種多様な電子デバイスの類型において認めることができる。例えば、記憶デバイス及び／又は論理デバイスは、コンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話、タブレットデバイス及び携帯情報端末等において使用され得る電子スイッチを組み込むことができる。記憶デバイス及び／又は論理デバイスに組み込まれ得るような電子スイッチングデバイスに関連付けられた要素は、任意の特定の用途に対する適性を考慮するときに設計者が着目し得るが、こうしたものとして、例えば物理的なサイズ、記録密度、動作電圧、インピーダンス範囲及び／又は電力消費を挙げることができる。設計者が着目し得る他の例示的な要素としては、製造コスト、製造の容易さ、スケーラビリティ及び／又は信頼性を挙げることができる。更に、より低い電力及び／又はより高い速度という特性を示す記憶デバイス及び／又は論理デバイスの必要性が増々高まっているように思われる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
特許請求された主題は、本明細書の最後にある部分において、特に指摘されており、明確に特許請求されている。しかしながら、下記の詳細な記述を参照し、添付の図面も一緒に読むことにより、特許請求された主題は、操作の構成と操作の方法との両方に関しては、特許請求された主題の目的、特徴及び／又は利点と併せて、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ】一実施形態による相関電子材料から形成されたデバイスに関する、電圧プロファイルに対比させた例示的な電流密度を示す図である。
【図１Ｂ】一実施形態による相関電子材料スイッチの等価回路の概略図である。
【図２Ａ】１つ又は複数の実施形態による相関電子材料フィルムを製作するための方法を単純化した流れ図を示す図である。
【図２Ｂ】１つ又は複数の実施形態による相関電子材料フィルムを製作するための方法を単純化した流れ図を示す図である。
【図２Ｃ】１つ又は複数の実施形態による相関電子材料フィルムを製作するための方法を単純化した流れ図を示す図である。
【図３】一実施形態による相関電子材料デバイスの製作において利用される気体形態の例示的な前駆物質として機能し得る、ビス（シクロペンタジエニル）分子（Ｎｉ（Ｃ５Ｈ５）２）の図である。
【図４Ａ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において利用されるサブプロセスを示す図である。
【図４Ｂ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において利用されるサブプロセスを示す図である。
【図４Ｃ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において利用されるサブプロセスを示す図である。
【図４Ｄ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において利用されるサブプロセスを示す図である。
【図５Ａ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において使用され得る、時間に応じた気体流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において使用され得る、時間に応じた気体流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｃ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において使用され得る、時間に応じた気体流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｄ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための方法において使用され得る、時間に応じた気体流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｅ】一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｆ】一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｇ】一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図５Ｈ】一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。
【図６Ａ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための堆積プロセス及びアニーリングプロセスにおいて使用される、時間に応じた温度プロファイルを示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための堆積プロセス及びアニーリングプロセスにおいて使用される、時間に応じた温度プロファイルを示す図である。
【図６Ｃ】一実施形態による相関電子材料デバイスを製作するための堆積プロセス及びアニーリングプロセスにおいて使用される、時間に応じた温度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
下記の詳細な記述において、本明細書の一部を形成する添付図面への参照がなされており、同様の番号は、全体を通して、対応する構成要素及び／又は同様の構成要素を指し示すように、同様の要素を指定し得る。図面において図示された構成要素が、図示の単純さ及び／又は分かりやすさ等のために、必ずしも一定の縮尺で描かれているとは限らないことは、理解されよう。例えば、一部の構成要素の寸法は、他の構成要素に対して拡大されていることもある。更に、他の実施形態も利用され得ることを理解すべきである。更に、構造的な変更及び／又は他の変更は、特許請求された主題から逸脱することなくなされ得る。例えば上方、下方、頂部及び底部等の指示及び／又は言及は、図面の論述を円滑にするために使用可能であること、及び／又は、特許請求された主題の適用を制限することを意図されていないことにも留意すべきである。したがって、下記の詳細な記述は、特許請求された主題及び／又は均等物を限定するように解釈すべきではない。
【０００６】
本明細書を通して、「１つの実装形態」、「一実装形態」、「１つの実施形態」及び／又は「一実施形態」等への言及は、特定の実装形態及び／又は実施形態に関して記述された特定の特徴、構造及び／又は特性が、特許請求された主題の少なくとも１つの実装形態及び／又は実施形態に含まれることを意味する。したがって、例えば、このような語句が、本明細書を通して様々な場所で出現することは、必ずしも、同じ実装形態を指し、又は記述されたいずれか１つの特定の実装形態を指すことを意図されているとは限らない。更に、記述された特定の特徴、構造及び／又は特性は、様々な方法により、１つ又は複数の実装形態と組み合わせることが可能であり、したがって、例えば、所期の特許請求の範囲に含まれることを理解すべきである。一般に、当然ながら、これらの着目対象及び他の着目対象は、文脈に応じて変化する。したがって、記述及び／又は使用に関する特定の文脈は、導き出される推論に関する有益な手引きを提供する。
【０００７】
本明細書において利用されているとき、「連結されている」という用語、「接続されている」という用語及び／又は類似用語は、全般的に使用されている。これらの用語は、同義語として意図されていないことを理解すべきである。逆に、「接続されている」は、２個以上の構成要素が、例えば、電気的な直接接触を含めて物理的に接触していることを指し示すために、全般的に使用されている。一方で、「連結されている」は、２個以上の構成要素が、電気的な直接接触を含めて物理的に接触している可能性があることを意味するように、全般的に使用されている。しかしながら、「連結されている」はまた、２個以上の構成要素が、必ずしも直接接触しているとは限らないにもかかわらず、協同及び／又は相互作用することが可能であることも意味するように、全般的に使用されている。連結されているという用語は、例えばある適切な文脈中において、間接的に接続されていることを意味するようにも、全般的に理解されている。
【０００８】
本明細書において使用されているとき、「及び」、「又は」、「及び／又は」及び／又は類似用語という用語は、このような用語が使用されている特定の文脈に少なくとも部分的に依存することも予想される、種々の意味を含む。一般的に、Ａ、Ｂ又はＣ等の列記と関連して使用されている場合の「又は」は、ここで包括的な意味で使用されている場合は、Ａ、Ｂ及びＣを意味するように意図されており、更には、ここで排他的な意味で使用されている場合は、Ａ、Ｂ又はＣを意味するように意図されている。更に、「１つ又は複数の」という用語及び／又は類似用語は、任意の単数の特徴、構造及び／又は特性を記述するために使用されており、並びに／又は、複数の及び／若しくは何らかの他の組合せの特徴、構造及び／若しくは特性を記述するためにも使用されている。同様に、「基づく」という用語及び／又は類似用語は、必ずしも排他的な１組の要素を示唆することを意図するとは限らず、必ずしも明示的に記述されているとは限らない更なる要素が存在してもよいことを意図するものとして、理解されている。当然ながら、前述の事柄のすべてに関して、記述及び／又は使用に関する特定の文脈は、導き出される推論に関する有益な手引きを提供する。下記の記述は、１つ又は複数の説明用の例を単に提供しており、特許請求された主題は、これらの１つ又は複数の説明用の例に限定されないことに留意すべきである。しかしながら、やはり、記述及び／又は使用に関する特定の文脈は、導き出される推論に関する有益な手引きを提供する。
【０００９】
本開示の特定の実施形態は、相関電子材料（ＣＥＭ）を調製及び／又は製作して、相関電子スイッチ、例えば、例えば記憶デバイス及び／又は論理デバイス中に相関電子ランダムアクセスメモリ（ＣＥＲＡＭ）を形成するために利用され得るような相関電子スイッチを形成するための方法及び／又はプロセスを記述している。例えばＣＥＲＡＭデバイス及びＣＥＭスイッチを形成し得る相関電子材料は、例えばメモリ制御装置、メモリアレイ、フィルター回路、データコンバータ、フェーズロックループ回路並びにマイクロ波及びミリ波トランシーバー等の多種多様な他の電子回路の類型においても利用され得るが、特許請求された主題の範囲は、これらの点に関して範囲が限定されない。この点に関して、ＣＥＭスイッチは、実質的に迅速な導体／絶縁体遷移を示すことができ、この遷移は、例えば相変化記憶デバイスにおける結晶性から非晶性状態への変化、又は別の例において、抵抗変化型ＲＡＭデバイスにおけるフィラメントの形成等、固体状態の構造的な相変化ではなく、電子相関によってもたらされ得る。一実施形態において、ＣＥＭデバイスにおける実質的に迅速な導体／絶縁体遷移は、例えば相変化ＲＡＭデバイス及び抵抗変化型ＲＡＭデバイスにおける溶融／固化又はフィラメント形成とは著しく異なり、量子力学的現象（ｑｕａｎｔｕｍ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）に応答し得る。例えばＣＥＭにおける、相対的に導電性の状態と相対的に絶縁性の状態との間及び／又は第１のインピーダンス状態と第２のインピーダンス状態との間でのこのような量子力学的遷移は、いくつかの実施形態のうちのいずれか１つにおいて、理解することができる。本明細書において使用されているとき、「相対的に導電性の状態」、「相対的にインピーダンスがより低い状態」及び／又は「金属状態」という用語は、相互変換可能なものであり得、及び／又は、時折、「相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態」と呼ぶこともある。同様に、「相対的に絶縁性の状態」及び「相対的にインピーダンスがより高い状態」という用語は、本明細書において、相互変換可能に使用することができ、及び／又は、時折、相対的に「絶縁性／インピーダンスがより高い状態」と呼ぶこともある。
【００１０】
相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態が、絶縁された／インピーダンスがより高い状態と実質的に相違する場合において、相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態と、相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態との間での相関電子材料の量子力学的遷移は、Ｍｏｔｔ遷移の観点から理解することができる。Ｍｏｔｔ遷移によれば、ある材料は、Ｍｏｔｔ遷移条件が生じた場合、相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態から、相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態に切り替わることができる。Ｍｏｔｔ基準は、（ｎｃ）１／３  ａ≒０．２６（式中、ｎｃは、電子の濃度を表し、「ａ」は、ボーア半径を表す。）によって表すことができる。Ｍｏｔｔ基準が満たされるように閾値キャリア濃度が達成された場合、Ｍｏｔｔ遷移が起きると考えられている。Ｍｏｔｔ遷移の生起に応答して、ＣＥＭデバイスの状態は、相対的に抵抗がより高い／キャパシタンスがより高い状態（例えば、絶縁性／インピーダンスがより高い状態）から、抵抗がより高い／キャパシタンスがより高い状態と実質的に相違する、相対的に抵抗がより低い／キャパシタンスがより低い状態（例えば、導電性／インピーダンスがより低い状態）に変化する。
【００１１】
Ｍｏｔｔ遷移は、電子の局在化によって制御可能である。例えば電子等のキャリアが局在化している場合、キャリア間の強いクーロン相互作用は、ＣＥＭのバンドを分裂させて、相対的に絶縁性の（相対的にインピーダンスがより高い）状態をもたらすと考えられている。電子がもはや局在化されていない場合は、弱いクーロン相互作用が支配的であり得るが、これにより、バンド分裂をなくすことが可能であり、これにより、相対的にインピーダンスがより高い状態と実質的に相違する金属（導電性）バンド（相対的にインピーダンスがより低い状態）をもたらすことができる。
【００１２】
更に、一実施形態において、相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態から、実質的に相違する相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態への切替えは、抵抗の変化に加えて、キャパシタンスの変化ももたらし得る。例えば、ＣＥＭデバイスは、可変キャパシタンスの特性と一緒に可変抵抗を示すことができる。言い換えると、ＣＥＭデバイスのインピーダンス特性は、抵抗に関する構成要素と、キャパシタンスに関する要素との両方を含み得る。例えば、金属状態において、ＣＥＭデバイスは、０に近似し得る相対的に低い電場を含むことができ、したがって、同様に０に近似し得るかなり低いキャパシタンスを示すことができる。
【００１３】
同様に、より高い密度の束縛電子又は相関電子によってもたらされ得る相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態において、外部電場は、ＣＥＭに浸透することができ、したがって、ＣＥＭは、ＣＥＭ中に保存された更なる電荷に少なくとも部分的に基づいた、より高いキャパシタンスを示すことができる。したがって、例えば、ＣＥＭデバイスにおける相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態から、実質的に相違する相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態への遷移は、少なくとも特定の実施形態において、抵抗の変化とキャパシタンスとの両方の変化を起こし得る。このような遷移は、測定可能な更なる現象をもたらし得るが、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。
【００１４】
一実施形態において、ＣＥＭから形成されたデバイスは、デバイスを構成するＣＥＭの体積の大部分において、Ｍｏｔｔ遷移に応答してインピーダンス状態の切替えを示すことができる。一実施形態において、ＣＥＭは、「バルクスイッチ」を形成し得る。本明細書において使用されているとき、「バルクスイッチ」という用語は、ＣＥＭの少なくとも過半数の体積が、Ｍｏｔｔ遷移への応答等により、デバイスのインピーダンス状態を切り替えることを指す。例えば、一実施形態において、あるデバイスの実質的にすべてのＣＥＭは、Ｍｏｔｔ遷移に応答して、相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態から、相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態に切り替わることができ、又は、相対的に導電性／インピーダンスがより低い状態から、相対的に絶縁性／インピーダンスがより高い状態に切り替わることができる。一実施形態において、ＣＥＭは、１つ若しくは複数の遷移金属、１つ若しくは複数の遷移金属酸化物（ＴＭＯ）、１つ若しくは複数の希土類酸化物、１つ若しくは複数の周期表のｆブロック元素の１つ若しくは複数の酸化物、１つ若しくは複数の希土類遷移金属酸化物ペロフスカイト、イットリウム及び／又はイッテルビウムを含んでいてもよいが、特許請求された主題は、この点に関して範囲が限定されない。一実施形態において、ＣＥＭデバイスは、アルミニウム、カドミウム、クロム、コバルト、銅、金、鉄、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、パラジウム、レニウム、ルテニウム、銀、スズ、チタン、バナジウム及び亜鉛（これらは、酸素又は他の種類の配位子等のアニオンに結合していてもよい。）又はこれらの組合せを含む群より選択される１つ又は複数の材料を含んでいてもよいが、特許請求された主題は、この点に関して範囲が限定されない。
【００１５】
図１Ａは、一実施形態１００によるＣＥＭから形成されたデバイスに関する、電圧プロファイルに対比させた例示的な電流密度を示す図である。ＣＥＭデバイスの端子に印加された電圧に少なくとも部分的に基づいて、例えば「書込み動作」中において、ＣＥＭデバイスは、相対的にインピーダンスが低い状態又は相対的にインピーダンスが高い状態に変わることができる。例えば、電圧Ｖセット及び電流密度Ｊセットの印加は、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが低いメモリ状態に変えることができる。逆に、電圧Ｖリセット及び電流密度Ｊリセットの印加は、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが高いメモリ状態に変えることができる。図１Ａに示されているように、参照番号１１０は、ＶリセットからＶセットを隔てることができる電圧範囲を図示している。ＣＥＭデバイスをインピーダンスが高い状態又はインピーダンスが低い状態に変えた後、ＣＥＭデバイスの特定の状態は、（例えば、読取り動作中に）電圧Ｖ読取りを印加し、ＣＥＭデバイスの端子において電流又は電流密度を検出することによって検出できる。
【００１６】
一実施形態によれば、図１ＡのＣＥＭデバイスは、例えばペロフスカイト、Ｍｏｔｔ絶縁体、電荷交換絶縁体及びＡｎｄｅｒｓｏｎ無秩序絶縁体（Ａｎｄｅｒｓｏｎ  ｄｉｓｏｒｄｅｒ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の任意の遷移金属化合物又は遷移金属酸化物（ＴＭＯ）を含んでいてもよい。特定の実装形態において、ＣＥＭデバイスは、いくつかの例を挙げると酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化イットリウム並びにペロフスカイト、例えばクロムドープチタン酸ストロンチウム、チタン酸ランタン並びにマンガン酸プラセオジムカルシウム及びマンガン酸プラセオジムランタンを含むマンガン酸塩系列等、スイッチング材料から形成され得る。特に、不完全な「ｄ」及び「ｆ」軌道殻を有する元素を組み込んだ酸化物は、ＣＥＭデバイスにおける使用のための十分なインピーダンス切替え特性を示すことができる。他の実装形態は、特許請求された主題から逸脱することなく、他の遷移金属化合物を利用することができる。
【００１７】
図１ＡのＣＥＭデバイスは、遷移金属酸化物型可変インピーダンス材料である材料を含んでいてもよいが、これらは、例示的なものにすぎず、特許請求された主題を限定することを意図されていないことを理解すべきである。特定の実装形態は、他の可変インピーダンス材料も同様に利用することができる。酸化ニッケルＮｉＯが、特定の１種のＴＭＯとして開示されている。本明細書において論述されたＮｉＯ材料は、可変インピーダンス特性を確保及び／又は安定化することができる、外因性配位子をドープされてもよい。特に、本明細書において開示されたＮｉＯ可変インピーダンス材料は、ＮｉＯ：ＣＯを形成するカルボニル（ＣＯ）等の炭素含有配位子を含んでいてもよい。特定の別の例において、外因性配位子をドープされたＮｉＯは、ＮｉＯ：Ｌｘ（式中、Ｌｘが、配位子元素又は化合物であり、ｘが、１個の単位のＮｉＯに対するいくつかの単位の配位子を指し示している。）として表すことができる。当業者は、単に価数を釣り合わせることによって、任意の特異的な配位子、及び、配位子とＮｉＯ又は任意の他の遷移金属化合物との任意の特定の組合せに関するｘの値を決定することができる。カルボニル以外の他のドーパント配位子は、ニトロシル（ＮＯ）、アンモニア（ＮＨ３）、フルオリド（Ｆ）、クロリド（Ｃｌ）、ブロミド（Ｂｒ）及びシアニド（ＣＮ）等を含む。
【００１８】
図１Ａによれば、十分なバイアスが（例えば、バンド分裂ポテンシャルを超えるように）印加され、上記Ｍｏｔｔ条件が満たされた場合（例えば、注入された正孔が、例えばスイッチング領域における電子の集団と同等の集団である場合）、ＣＥＭデバイスは、Ｍｏｔｔ遷移に応答して、相対的にインピーダンスが低い状態から、実質的に相違する相対的にインピーダンスが高い状態に切り替わることができる。これは、図１Ａの電流密度プロファイルに対比させた電圧の点１０８に対応し得る。この点１０８において、又は適切にはこの点１０８の付近において、電子はもはや遮蔽されず、金属イオンの近くに局在化した状態になる。この相関は、相対的にインピーダンスが高い材料を形成するようにバンドを分裂させる、電子と電子との強い相互作用ポテンシャルをもたらし得る。ＣＥＭデバイスが、相対的にインピーダンスが高い状態を含む場合、電流が、正孔の輸送によって生成され得る。したがって、閾値電圧がＣＥＭデバイスの端子の両端間に印加された場合、電子は、ＭＩＭデバイスのポテンシャル障壁を超えて、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型ダイオードに注入され得る。電子の閾値電流が注入され、閾値ポテンシャルが端子の両端間に印加されて、ＣＥＭデバイスが「セット」状態に変わった場合、大量流入した電子が正孔を捕捉すると共に金属イオンを遮蔽するが、これは、バンド分裂ポテンシャルを崩壊させ、これにより、相対的にインピーダンスが低い状態をもたらすように働き得る。
【００１９】
一実施形態によれば、ＣＥＭデバイス中の電流は、外部電流に少なくとも部分的に基づいて決定される外部から適用された「コンプライアンス」条件によって、制御することが可能であり、この外部電流は、例えばＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが高い状態に変えるように、書込み動作中に限定することができる。この外部から印加されたコンプライアンス電流は、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが高い状態に変える後続のリセット動作のための電流密度の条件を設定することもできる。図１Ａの特定の実装形態に提示のように、電流密度Ｊコンプライアンスは、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが低い状態に変えるために、書込み動作中に点１１６において印加することが可能であり、後続の書込み動作においてＣＥＭデバイスをインピーダンスが高い状態に変えるためのコンプライアンス条件を決定し得る。図１Ａに提示のように、ＣＥＭデバイスは続いて、点１０８において電圧Ｖリセットで電流密度Ｊリセット＞Ｊコンプライアンスを印加することによって、インピーダンスが高い状態に変えることが可能であるが、ここで、Ｊコンプライアンスは、外部から印加される。
【００２０】
複数の実施形態において、コンプライアンスは、Ｍｏｔｔ遷移のために正孔によって「捕捉」され得る、ＣＥＭデバイス中のいくつかの電子を設定することができる。言い換えると、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが低いメモリ状態に変えるために書込み動作中に印加された電流は、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが高いメモリ状態に遷移させるためにＣＥＭデバイスに注入すべき正孔の数を決定することができる。
【００２１】
上記において指摘したように、リセット条件は、点１０８におけるＭｏｔｔ遷移に応答して起こり得る。上記において指摘したように、このようなＭｏｔｔ遷移は、電子の濃度ｎが、正孔の濃度ｐに対して等しい又は少なくとも同等になるＣＥＭデバイス内の条件において起こり得る。この条件は、次の式（１）
【００２２】
【数１】
2019508904.tif 000003
【００２３】
に従ってモデル化することができる。
【００２４】
式１中において、λＴＦが、トーマス・フェルミ遮蔽距離に対応し、Ｃが、定数である。
【００２５】
一実施形態によれば、図１Ａにおいて示された電流密度プロファイルに対比された電圧の領域１０４中における電流又は電流密度は、ＣＥＭデバイスの端子の両端間に印加された電圧信号からの、正孔の注入に応答して存在し得る。ここで、閾値電圧ＶＭＩがＣＥＭデバイスの端子の両端間に印加されると、正孔の注入は、電流ＩＭＩにおいてインピーダンスが低い状態からインピーダンスが高い状態に遷移するためのＭｏｔｔ遷移基準を満たすことができる。これは、次の式（２）
【００２６】
【数２】
2019508904.tif 000004
【００２７】
（式中、Ｑ（ＶＭＩ）が、注入された電荷（正孔又は電子）に対応し、印加電圧の関数である。）
に従ってモデル化することができる。Ｍｏｔｔ遷移を可能にするための電子及び／又は正孔の注入は、閾値電圧ＶＭＩ及び閾値電流ＩＭＩに応答して、バンド間で起こり得る。電子濃度ｎを電荷濃度と等しくして、式（１）に従って、式（２）中のＩＭＩによって注入された正孔によるＭｏｔｔ遷移をもたらすことにより、トーマス・フェルミ遮蔽距離λＴＦへのこのような閾値電圧ＶＭＩの依存度は、次の式（３）
【００２８】
【数３】
2019508904.tif 000005
【００２９】
（式中、ＡＣＥＭが、ＣＥＭデバイスの断面積であり、
Ｊリセット（ＶＭＩ）が、ＣＥＭデバイスを相対的にインピーダンスが高い状態に変えるために、閾値電圧ＶＭＩにおいてＣＥＭデバイスに印加される、ＣＥＭデバイス中にわたる電流密度である。）
に従ってモデル化することができる。
【００３０】
図１Ｂは、一実施形態１５０による例示的なＣＥＭスイッチデバイスの等価回路の概略図を図示している。言及したように、ＣＥＭスイッチ、ＣＥＲＡＭアレイ又は１つ若しくは複数の相関電子材料を利用する他の種類のデバイス等の相関電子デバイスは、可変抵抗と可変キャパシタンスとの両方の特性を示す、可変インピーダンスデバイスを備えていてもよい。言い換えると、実施形態１５０によるデバイス等のＣＥＭ可変インピーダンスデバイスに関するインピーダンス特性は、例えばデバイス端子１２２及び１３０の間で測定された場合、デバイスの抵抗及びキャパシタンス特性に少なくとも部分的に依存し得る。一実施形態において、可変インピーダンスデバイスのための等価回路は、可変キャパシタ１２８等の可変キャパシタに対して並行である、可変抵抗器１２６等の可変抵抗器を備えてもよい。当然ながら、可変抵抗器１２６及び可変キャパシタ１２８は、図１Ａにおいて、別個の構成要素を含むものとして図示されているが、実施形態１５０のデバイス等の可変インピーダンスデバイスは、実質的に均一なＣＥＭを含んでいてもよく、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。
【００３１】
下記のＴａｂｌｅ  １（表１）は、実施形態１５０のデバイス等の例示的な可変インピーダンスデバイスに関する例示的な真理値表を図示している。
【００３２】
【表１】
2019508904.tif 000006
【００３３】
一実施形態において、例示的な真理値Ｔａｂｌｅ  １（表１）は、実施形態１５０のデバイス等の可変インピーダンスデバイスの抵抗が、インピーダンスが低い状態と、少なくとも部分的にＣＥＭデバイスの両端に印加された電圧の関数である実質的に相違するインピーダンスが高い状態との間で遷移し得ることを示している。一実施形態において、インピーダンスが低い状態において示されたインピーダンスは、インピーダンスが高い状態において示された実質的に相違するインピーダンスに比べて、およそ１０．０〜１００，０００．０分の１の範囲であり得る。他の実施形態において、インピーダンスが低い状態において示されたインピーダンスは例えば、インピーダンスが高い状態において示されたインピーダンスに比べて、およそ５．０〜１０．０分の１の範囲であり得る。しかしながら、特許請求された主題は、インピーダンスが高い状態と、インピーダンスが低い状態とのいかなる特定のインピーダンス比にも限定されないことに留意すべきである。真理値表１は、実施形態１５０のデバイス等の可変インピーダンスデバイスのキャパシタンスが、例示的な一実施形態においてはおよそ０の又は非常にわずかなキャパシタンスを備え得るキャパシタンスがより低い状態と、少なくとも部分的にＣＥＭデバイスの両端に印加された電圧の関数であるキャパシタンスがより高い状態との間で遷移し得ることを示している。
【００３４】
一実施形態によれば、ＣＥＭスイッチを含んでいてもよいＣＥＭデバイス、ＣＥＲＡＭ記憶デバイス又は相関電子材料を含む種々の他の電子デバイスは、例えばＭｏｔｔ遷移基準を満たすために十分な数の電子の注入により、相対的にインピーダンスが高い状態から遷移させること等によって、相対的にインピーダンスが低いメモリ状態に変えることができる。相対的にインピーダンスが低い状態にＣＥＭデバイスを遷移させる場合において、十分な電子が注入されており、ＣＥＭデバイスの端子にわたるポテンシャルが閾値スイッチングポテンシャル（例えば、Ｖセット）を上回っている場合、注入された電子は遮蔽を開始し、二重占有電子を非局在化して、バンドギャップを閉じる。
【００３５】
特定の実施形態において、インピーダンスが低い状態から、実質的に相違するインピーダンスが高い状態へのインピーダンス状態の変化等、ＣＥＭデバイスのインピーダンス状態の変化は、ＮｉｘＯｙ（式中、下付き文字「ｘ」及び「ｙ」が、整数を含む。）を含む化合物の電子の「逆供与」によってもたらすことができる。本明細書においてこの「逆供与」という用語が使用されているとき、「逆供与」は、格子構造の隣接する分子（すなわち、配位子又はドーパント）による遷移金属、遷移金属酸化物又はこれらの任意の組合せ（すなわち、金属の原子軌道）への１個又は複数の電子（すなわち、電子密度）の供給を指し得ると同時に、金属中心から配位子／ドーパントにおける非占有π＊反結合性軌道への電子密度の供与も包含し得る。電子逆供与材料は、カルボニル（ＣＯ）、ニトロシル（ＮＯ）、イソシアニド（ＲＮＣ（式中、Ｒが、Ｈであり、Ｃ１〜Ｃ６アルキル又はＣ６〜Ｃ１０アリールである。））、アルケン（例えば、エテン）、アルキン（例えば、エチン）又はトリアルキルホスフィン若しくはトリアリールホスフィン（Ｒ３Ｐ（式中、Ｒが、Ｃ１〜Ｃ６アルキル又はＣ６〜Ｃ１０アリールである））等のホスフィン等、π逆結合性配位子であってよい。逆供与は、遷移金属、遷移金属酸化物又はこれらの組合せが、印加電圧の影響下における電気伝導にとって好ましいイオン化状態を維持することを可能にする。特定の実施形態において、例えば相関電子材料中における逆供与は、カルボニル（ＣＯ）等のドーパントの使用に応答して起きることが可能であり、動作中において、例えばニッケル等の遷移金属又は遷移金属酸化物の伝導帯に、制御可能な態様で可逆的に電子を「供与」することができる。逆供与は、例えば酸化ニッケル材料（例えば、ＮｉＯ：ＣＯ）中においては逆転され得るが、これにより、酸化ニッケル材料は、デバイスの動作中に高インピーダンス特性を示すように切り替わることができる。したがって、この点に関して、逆供与性材料は、当該材料の伝導帯を終点及び起点とした電子の供与及び電子供与の逆転を制御するための印加電圧の影響に少なくとも部分的に基づいて、第１のインピーダンス状態から、実質的に相違する第２のインピーダンス状態への切替え（例えば、相対的にインピーダンスが低い状態から相対的にインピーダンスが高い状態への切替え、又はこの逆の切替え）等、インピーダンス切替え特性を示す材料を指す。
【００３６】
一部の実施形態において、逆供与によって、遷移金属又は遷移金属酸化物を含むＣＥＭスイッチは、例えばニッケル等の遷移金属が２＋の酸化状態に変わった場合（例えば、ある材料中のＮｉ２＋、ＮｉＯ：ＣＯ等）、低インピーダンス特性を示すことができる。逆に、電子逆供与は、例えばニッケル等の遷移金属が１＋又は３＋の酸化状態に変わった場合、逆転され得る。したがって、逆供与は、「不均化」を起こすことができ、「不均化」は、
【００３７】
【数４】
2019508904.tif 000007
【００３８】
等、実質的に同時の酸化及び還元の反応を含み得るが、この場合において、このような不均化は、式（４）に提示のようなＮｉ１＋＋Ｎｉ３＋としてのニッケルイオンの形成を指し、この形成は例えば、ＣＥＭデバイスの動作中に、相対的にインピーダンスが高い状態をもたらすことができる。一実施形態において、カルボニル分子（ＣＯ）等の炭素含有配位子は、
【００３９】
【数５】
2019508904.tif 000008
【００４０】
のように不均化反応及び不均化反応の逆転を可能にする態様で、ＣＥＭデバイスの動作中における電子の共有を可能にし得る。
【００４１】
上記のように、式（５）に提示のような不均化反応の逆転により、ニッケルを主体としたＣＥＭは、相対的にインピーダンスが低い状態に戻ることができる。
【００４２】
複数の実施形態において、およそ０．１％〜１０．０％の範囲の原子百分率の値であり得るＮｉＯ：ＣＯの原子濃度に応じて、Ｖリセット及びＶセットは、図１Ａに提示のように、Ｖセット＞Ｖリセットである条件に従っておよそ０．１Ｖ〜１０．０Ｖの範囲であり得る。例えば、可能な一実施形態において、例えば、Ｖリセットは、およそ０．１Ｖ〜１．０Ｖの範囲の電圧において起こり得、Ｖセットは、およそ１．０Ｖ〜２．０Ｖの範囲の電圧において起こり得る。しかしながら、Ｖセット及びＶリセットの変化は、ＮｉＯ：ＣＯ及びＣＥＭデバイス中に存在する他のものの原子濃度等の種々の要素並びに他のプロセスの変化に少なくとも部分的に基づいて起こり得るが、特許請求された主題は、この点に関して限定されないことに留意すべきである。
【００４３】
特定の実施形態において、原子層堆積を利用して、ＮｉＯ：ＣＯ等の酸化ニッケル材料を含むフィルムを形成し、これによって、例えばインピーダンスが低い状態を生じさせるために、回路環境下におけるデバイスの動作中に電子逆供与を可能にし得る。回路環境下の動作中においては更に、例えば、電子逆供与は、例えばインピーダンスが高い状態を生じさせるように逆転され得る。特定の実施形態において、原子層堆積は、例えばＮｉＯ：ＣＯ又は他の遷移金属酸化物、遷移金属化合物若しくはこれらの組合せの構成要素を導電性基材に堆積させるために、２種以上の「前駆物質」供給源を利用してもよい。一実施形態において、ＣＥＭデバイスの層は、下記の式（６）
【００４４】
【数６】
2019508904.tif 000009
【００４５】
（式中、式（６）の「Ａ」が、遷移金属、遷移金属酸化物又はこれらの任意の組合せ等の金属に対応する。）に従って、別々の分子ＡＸ及びＢＹを利用して堆積させることができる。複数の実施形態において、遷移金属酸化物は、ニッケルを含んでいてもよいが、金属は、アルミニウム、カドミウム、クロム、コバルト、銅、金、鉄、マンガン、水銀、モリブデン、ニッケル、パラジウム、レニウム、ルテニウム、銀、スズ、チタン及びバナジウム等の他の遷移金属及び／又は遷移金属酸化物を含んでいてもよい。
【００４６】
特定の実施形態において、チタン酸イットリウム（ＹＴｉＯ３）等の１種より多い遷移金属酸化物を含むＣＥＭ化合物が、利用されてもよい。式（６）の「Ｘ」は、有機配位子等の１個又は複数の配位子を含んでいてもよく、アミジネート（ＡＭＤ、例えば、［ＲＮＣＲ１ＮＲ２］−（式中、Ｒ、Ｒ１及びＲ２が、Ｈ又はアルキルから選択される））、ジ（シクロペンタジエニル）（Ｃｐ）２、ジ（エチルシクロペンタジエニル）（ＥｔＣｐ）２、ビス（２，２，６，６−テトラメチルヘプタン−３，５−ジオナト）（（ｔｈｄ）２）、アセチルアセトネート（ａｃａｃ）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）  （（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２）、ジメチルグリオキシメート（ｄｍｇ）、２−アミノ−ペンタ−２−エン−４−オナト（ａｐｏ）２、（ｄｍａｍｂ）２（式中、ｄｍａｍｂが、１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−ブタノレートである。）、（ｄｍａｍｐ）２（式中、ｄｍａｍｐが、１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−プロパノレートである。）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）  （Ｃ５（ＣＨ３）５）２及びテトラカルボニル（ＣＯ）４等のカルボニル（ＣＯ）を含んでいてもよい。したがって、一部の実施形態において、ニッケルを主体とした前駆物質ＡＸは例えば、いくつかの例を挙げると、一例がＮｉ（ＭｅＣ（ＮＢｕ）２）２であるニッケルアミジネート（Ｎｉ（ＡＭＤ））、ニッケルジ（シクロペンタジエニル）（Ｎｉ（Ｃｐ）２）、ニッケルジ（エチルシクロペンタジエニル）（Ｎｉ（ＥｔＣｐ）２）、ビス（２，２，６，６−テトラメチルヘプタン−３，５−ジオナト）Ｎｉ（ＩＩ）（Ｎｉ（ｔｈｄ）２）、ニッケルアセチルアセトネート（Ｎｉ（ａｃａｃ）２）、ビス（メチルシクロペンタジエニル）ニッケル（Ｎｉ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２）、ニッケルジメチルグリオキシメート（Ｎｉ（ｄｍｇ）２）、ニッケル２−アミノ−ペンタ−２−エン−４−オナト（Ｎｉ（ａｐｏ）２）、Ｎｉ（ｄｍａｍｂ）２（式中、ｄｍａｍｂが、１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−ブタノレートを表す。）、Ｎｉ（ｄｍａｍｐ）２（式中、ｄｍａｍｐが、１−ジメチルアミノ−２−メチル−２−プロパノレートを表す。）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）ニッケル（Ｎｉ（Ｃ５（ＣＨ３）５）２）及びニッケルカルボニル（Ｎｉ（ＣＯ）４）を含んでいてもよい。
【００４７】
式（６）中において、「ＢＹ」は、いくつかの例を挙げると酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等の酸化剤を含んでいてもよい。複数の実施形態において、ＡＸ化合物は、遷移金属酸化物又は遷移金属化合物を含んでいてもよい。ＢＹは、式（６）の反応がＡＢを形成できるように選択される種を含んでもよく、ＡＢが、プロセスによって形成されたＣＥＭを表す。他の実施形態において、プラズマを酸化剤と一緒に使用して、酸素基又は他の活性化された種を形成し、これによって、ＣＥＭを形成することができる。他の実施形態において、ＣＥＭは、任意の種類の化学気相堆積又はスパッタデポジション又は物理気相堆積によって形成され得る。したがって、一部の実施形態において、Ｘ及び／又はＹは、ＡＢを形成することを必要としないこともあり得る（ターゲットＡＢからのスパッタリング、又は、ターゲットＡ及びターゲットＢからの共スパッタリング、又は、Ｂを含む周囲環境下におけるターゲットＡのスパッタリングの場合等）。ＡＸ及びＢＹ等の前駆物質の原子濃度等の濃度は、完成したデバイス中においておよそ０．１％〜１０．０％の間である、カルボニルの形態のもの又はカルボニルに由来したもの等の炭素の最終的な原子濃度をもたらすように、調節することができることに留意すべきである。しかしながら、特許請求された主題は、必ずしも、上記において特定された前駆物質及び／又は濃度に限定されるとは限らない。逆に、特許請求された主題は、ＣＥＭデバイスの製作において利用される原子層堆積、化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、スパッタデポジション、物理気相堆積、ホットワイヤ式化学気相堆積、レーザー促進式化学気相堆積、レーザー促進式原子層堆積又は急速加熱式化学気相堆積等において利用される、すべてのこのような前駆物質を包含することを意図されている。
【００４８】
原子層堆積を利用する実施形態等の特定の実施形態において、基材は、加熱されたチャンバ内において前駆物質に曝露されてもよく、このチャンバは例えば、特定の実施形態において、およそ例えば２０．０℃〜１０００．０℃の範囲の温度、又は、およそ２０．０℃〜５００．０℃の間の範囲の温度に到達し得る。ＮｉＯ：ＣＯの原子層堆積が実施される特定の一実施形態において、およそ２０．０℃〜４００．０℃の範囲の温度範囲が、利用され得る。前駆物質供給源への曝露後、このような供給源は、加熱されたチャンバからパージすることができ、パージは、およそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の持続期間にわたって実施することができる。しかしながら、これらは単に、可能性として適切な温度及び曝露時間の例であり、特許請求された主題は、この点に関して限定されないことに留意すべきである。
【００４９】
特定の実施形態において、原子層堆積を利用する１回の２種の前駆物質によるサイクルは、およそ０．６Å〜１．５Åの範囲の厚さを占めるＣＥＭデバイス層をもたらすことができる。したがって、一実施形態において、層がおよそ０．６Åの厚さを占める原子層堆積プロセスを利用して、およそ５００Åの厚さを占めるＣＥＭデバイスフィルムを形成するために、例えば式（６）のＡＸ＋ＢＹ等の８００〜９００回の２種の前駆物質によるサイクルが利用されてもよい。別の実施形態において、層がおよそ１．５Åを占める原子層堆積プロセスを利用して、例えばＡＸ＋ＢＹ等の３００〜３５０回の２種の前駆物質によるサイクルが利用されてもよい。原子層堆積を利用して、およそ例えば１．５ｎｍ〜１５０．０ｎｍの範囲の厚さ等の他の厚さを有するＣＥＭデバイスフィルムを形成してもよく、特許請求された主題は、この点に関して限定されないことに留意すべきである。
【００５０】
特定の実施形態において、１つ又は複数の２種の前駆物質による原子層堆積のサイクルに応答して、ＣＥＭデバイスフィルムは、インサイチュアニーリングを受けてもよく、インサイチュアニーリングは、カルボニルの形態等の炭素がＣＥＭデバイスフィルムの全体にわたってより一様に分布すること等、フィルム特性の改善を可能にし得る。特定の実施形態において、チャンバは、およそ２０．０℃〜１０００．０℃の範囲の温度に加熱されていてもよい。しかしながら、他の実施形態において、インサイチュアニーリングが、およそ１５０．０℃〜８００．０℃の範囲の温度を利用して実施されてもよい。インサイチュアニーリング時間は、およそ１秒〜５．０時間の範囲の持続期間にわたり得る。特定の実施形態において、アニーリング時間は例えば、例えばおよそ０．５分〜およそ１８０．０分等、より狭い範囲に収まるようなものであり得、特許請求された主題は、これらの点に関して限定されない。
【００５１】
図２Ａは、一実施形態２０１による相関電子デバイス材料を製作するための方法を単純化した流れ図を示している。例えば図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて記述されたような例示的な実装形態は、提示及び記述されたもの以外のブロック、より少ないブロック、又は、特定され得るものと異なる順番で生じたブロック、又は、これらの任意の組合せを含んでいてもよい。一実施形態において、方法は、例えば、ブロック２１０、２３０及び２５０を含んでいてもよい。図２Ａの方法は、本明細書において上述された原子層堆積に関する概略的な記述に従ってもよい。図２Ａの方法は、ブロック２１０において開始してもよく、ブロック２１０は、加熱されたチャンバ内において、例えば気体状態の第１の前駆物質（例えば、「ＡＸ」）に基材を曝露する工程を含んでいてもよく、第１の前駆物質が、遷移金属酸化物、遷移金属、遷移金属化合物又はこれらの任意の組合せ及び第１の配位子を含む。該方法は、ブロック２２０において留まってもよく、ブロック２２０は、不活性気体若しくは排気又は組合せの使用によって、前駆物質ＡＸ及びＡＸの副生成物を除去することを含んでいてもよい。該方法は、ブロック２３０において留まってもよく、ブロック２３０は、気体状態の第２の前駆物質（例えば、ＢＹ）に基材を曝露する工程を含んでいてもよく、第２の前駆物質は、ＣＥＭデバイスのフィルムの第１層を形成するように酸化物を含む。該方法は、ブロック２４０において留まってもよく、ブロック２４０は、不活性気体若しくは排気又は組合せの使用によって、前駆物質ＢＹ及びＢＹの副生成物を除去することを含んでいてもよい。該方法は、ブロック２５０において留まってもよく、ブロック２５０は、相関電子材料が、少なくとも５．０：１．０である第１のインピーダンス状態の第２のインピーダンス状態に対する比を示すことが可能になるまで、フィルムの更なる層を形成するような中間パージ及び／又は排気工程を用いて、第１の前駆物質及び第２の前駆物質に基材を曝露する工程を繰り返す工程を含んでいてもよい。
【００５２】
図２Ｂは、一実施形態２０２による相関電子デバイス材料を製作するための方法を単純化した流れ図を示している。図２Ｂの方法は、化学気相堆積若しくはＣＶＤ又はプラズマ促進式ＣＶＤ等のＣＶＤの変更形態に関する概略的な記述に従ってもよい。図２Ｂでは、ブロック２６０等において、基材は、ＣＥＭに対応するＡＢの形成を促進するような圧力及び温度の条件下において、前駆物質ＡＸとＢＹとに同時に曝露されてもよい。直流プラズマ若しくはリモートプラズマの施用、前駆物質を部分的に分解させるためのホットワイヤの使用、又は、ＣＶＤの形態の例である反応を促進するためのレーザー等、更なる手法を利用して、ＣＥＭの形成をもたらしてもよい。ＣＶＤフィルムプロセス及び／又は変更形態は、例えば相関電子材料が適切な厚さを有し、少なくとも５．０：１．０である第１のインピーダンス状態の第２のインピーダンス状態に対する比等の電気的特性等の適切な特性を示すようになるまで、ＣＶＤの当業者が決定できる条件下においてある持続期間にわたり得る。
【００５３】
図２Ｃは、一実施形態２０３による相関電子デバイス材料を製作するための方法を単純化した流れ図を示している。図２Ｃの方法は、物理気相堆積若しくはＰＶＤ若しくはスパッタ気相堆積又はこれらの方法及び／若しくは関連の方法の変更形態に関する概略的な記述に従ってもよい。図２Ｃにおいて、基材は、チャンバ内において、例えば、材料ＡＢを含むＣＥＭの形成を促進するような温度及び圧力である特定の条件下で「視線」を有する前駆物質の衝突流に曝露されてもよい。前駆物質の供給源は例えば、別々の「ターゲット」からのＡＢ又はＡ及びＢであってよく、堆積は、物理的に若しくは熱的に又は他の手段により、材料Ａ若しくはＢ若しくはＡＢから構成されるターゲットから取り出されており（スパッタリングされており）、基材の「視線」に含まれる、原子又は分子の流れを使用して達成される。一実装形態において、プロセスチャンバが利用されてもよく、プロセスチャンバ内の圧力は、より低い閾値又は閾値より低い圧力値に近似し、この結果、原子若しくは分子又はＡ若しくはＢ若しくはＡＢの平均自由行程が、およそターゲットから基材への距離になる又はこの距離より長くなる圧力値等、十分に低い値を含む。ＡＢ（又はＡ又はＢ）又は両方の流れは、反応チャンバ圧力、基材の温度並びにＰＶＤ及びスパッタデポジションの当業者によって制御される他の特性の条件によって、ＡＢを基材上に形成するように一緒になり得る。ＰＶＤ又はスパッタデポジションの他の実施形態において、周囲環境は、ＢＹ等の供給源であってもよいし、又は例えば、炭素又はＣＯ、例えば共スパッタリングされた炭素をドープされたＮｉＯを形成するためのスパッタリングされたニッケルの反応を目的とした、周囲Ｏ２であってもよい。ＰＶＤフィルム及びＰＶＤフィルムの変更形態は、少なくとも５．０：１．０である第１のインピーダンス状態の第２のインピーダンス状態に対する比を示すことができる厚さ及び特性の相関電子材料が堆積されるまで、ＰＶＤの当業者が決定できる条件下において、必要なある時間にわたって継続する。
【００５４】
この方法は、ブロック２７２において留まってもよく、少なくとも一部の実施形態において、ニッケル等の金属は、ターゲットからスパッタリングすることができ、遷移金属酸化物は、後続の酸化プロセスにおいて形成され得る。この方法は、ブロック２７３において留まってもよく、少なくとも一部の実施形態において、金属又は金属酸化物は、かなりの部分の酸素と一緒にした又は一緒にしていない気体状炭素を含むチャンバ内において、スパッタリングすることができる。
【００５５】
図３は、一実施形態３００による相関電子材料の製作において利用される、気体形態の前駆物質として機能し得る、Ｎｉ（Ｃｐ）２と略すことができるニッケルジ（シクロペンタジエニル）分子（Ｎｉ（Ｃ５Ｈ５）２）の図である。図３に提示のように、ニッケルジ（シクロペンタジエニル）分子の中心の近くにあるニッケル原子は、Ｎｉ２＋イオンを形成するように、＋２のイオン化状態に変えられている。図３の例示的な分子において、更なる電子が、ニッケルジ（シクロペンタジエニル）  （Ｎｉ（Ｃｐ）２）分子の各シクロペンタジエニル（Ｃｐ）配位子にある左上及び右下のＣＨ−部位に存在する。図３は、五角形状のシクロペンタジエニル配位子に結合したニッケルを示す、略記を更に図示している。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｄは、一実施形態によるＣＥＭを含むフィルムを製作するための方法において利用される、サブプロセスを示している。図４Ａ〜図４Ｄのサブプロセスは、式（６）の前駆物質ＡＸ及びＢＹを利用して、ＮｉＯ：ＣＯの構成要素を導電性基材に堆積させるための、原子層堆積プロセスに対応し得る。複数の実施形態において、導電性基材は、窒化チタン、白金、チタン、銅、アルミニウム、コバルト、ニッケル、タングステン、窒化タングステン、ケイ化コバルト、酸化ルテニウム、クロム、金、パラジウム、酸化インジウムスズ、タンタル、銀、イリジウム又はこれらの任意の組合せを含む電極材料を含んでいてもよい。しかしながら、適切に材料を置き換えて、図４Ａ〜図４Ｄのサブプロセスを利用して、他の遷移金属、遷移金属酸化物、遷移金属化合物又はこれらの組合せを利用するＣＥＭを含むフィルムを製作してもよく、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。
【００５７】
図４Ａ（実施形態４００）に示されているように、基材４５０等の基材は、およそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の持続期間にわたって、ニッケルジ（シクロペンタジエニル）  （Ｎｉ（Ｃｐ）２）を含む気体状前駆物質等の式（６）の前駆物質ＡＸ等の第１の気体状前駆物質に曝露することができる。上記のように、原子濃度等の第１の気体状前駆物質の濃度及び曝露時間は、カルボニルの形態等の炭素の最終的な原子濃度が、仕上がった材料中において、およそ０．１％〜１０．０％の間になるように、調節することができる。本明細書において言及されているとき、原子濃度という用語は一般に、仕上がった材料中における特定の種類の原子の濃度を指す。電子逆供与材料の原子濃度は、電子逆供与材料であることを理由として、すなわち、電子逆供与材料がカルボニルである炭素の原子濃度を理由として、金属に配位する原子種の原子濃度を指す。図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、気体状Ｎｉ（Ｃｐ）２への基材の曝露は、基材４５０の表面の様々な場所において、Ｎｉ（Ｃｐ）２分子又はＮｉ（Ｃｐ）の付着を起こすことができる。堆積は、例えばおよそ２０．０℃〜４００．０℃の範囲の温度に到達し得る、加熱されたチャンバ内で実施することができる。しかしながら、およそ２０．０℃未満及びおよそ４００．０℃超を含む温度範囲等の更なる温度範囲が可能であり、特許請求された主題は、この点に関して限定されないことに留意すべきである。
【００５８】
図４Ｂ（実施形態４１０）に示されているように、Ｎｉ（Ｃｐ）２を含む気体状前駆物質等の気体状前駆物質に導電性基材４５０等の導電性基材を曝露した後、チャンバは、残留気体状Ｎｉ（Ｃｐ）２及び／又はＣｐ配位子をパージすることができる。一実施形態において、Ｎｉ（Ｃｐ）２を含む気体状前駆物質の例に関しては、チャンバは、およそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の持続期間にわたって、パージすることができる。１つ又は複数の実施形態において、パージ持続期間は例えば、未反応の配位子及び副生成物と、遷移金属、遷移金属化合物、遷移金属酸化物又は同様の表面及びプロセスチャンバ内に存在する他の表面とのアフィニティ（化学結合を除く）に依存し得る。したがって、図４Ｂの例に関しては、未反応のＮｉ（Ｃｐ）２、Ｎｉ（Ｃｐ）、Ｎｉ及び他の副生成物が、基材又はチャンバの表面に対する増大したアフィニティを示すものである場合、長いパージ持続期間を利用して、言及されたもの等の残留気体状配位子を除去してもよい。他の実施形態において、パージ持続期間は例えば、チャンバ内における気体流に依存し得る。例えば、層流が支配的であるチャンバ内の気体流は、より速い速度で残留気体状配位子を除去することができるが、乱流が支配的であるチャンバ内の気体流は、よりゆっくりした速度で残留配位子を除去することができる。特許請求された主題は、チャンバ内における流動特性にかかわらず、残留気体状材料のパージを包含することを意図されていることに留意すべきである。
【００５９】
図４Ｃ（実施形態４２０）に示されているように、式（６）の前駆物質ＢＹ等の第２の気体状前駆物質は、チャンバ内に導入することができる。上記のように、第２の気体状前駆物質は、酸化剤を含んでいてもよく、酸化剤は、例えば（Ｃｐ）等の第１の配位子を移動させ、いくつかの例を挙げると酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等の酸化剤によって配位子を置き換えるように働くことができる。したがって、図４Ｃに提示のように、酸素原子は、基材４５０に結合した少なくともいくつかのニッケル原子との間に、結合を形成することができる。一実施形態において、前駆物質ＢＹは、下記の式（７）
【００６０】
【数７】
2019508904.tif 000010
【００６１】
（式（７）中、Ｃ５Ｈ５は、Ｃｐを表す。）に従って、Ｎｉ（Ｃｐ）２を酸化して、いくつかの可能な副生成物及び／又はこれらの組合せを形成することができる。図４Ｃに示されているように、Ｃ２Ｈ５、ＣＯ２、ＣＨ４及びＣ５Ｈ６を含むいくつかの可能な副生成物が示されている。同様に図４Ｃに示されているように、カルボニル（ＣＯ）分子は、例えば４６１の部位４６０等において、酸化ニッケル錯体に結合し得る。複数の実施形態において、このようなニッケルとカルボニルと結合（例えば、ＮｉＯ：ＣＯ）は、例えば０．１％〜１０．０％の間の原子濃度において、ＣＥＭデバイスの実質的に迅速な導体／絶縁体遷移をもたらすことができる。
【００６２】
図４Ｄ（実施形態４３０）に示されているように、例えばＣＯ、ＣＯ２、Ｃ５Ｈ５、Ｃ５Ｈ６、ＣＨ３、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ５、Ｃ２Ｈ６等の可能な炭化水素副生成物は、チャンバからパージすることができる。特定の実施形態において、このようなチャンバのパージは、およそ０．０１Ｐａ〜１０５．０ｋＰａの範囲の圧力を利用して、およそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の持続期間にわたって実施することができる。
【００６３】
特定の実施形態において、図４Ａ〜図４Ｄに提示の記述されたサブプロセスは、およそ１．５ｎｍ〜１００．０ｎｍの範囲の厚さ等の望ましい厚さが達成されるまで、繰り返すことができる。本明細書において上記のように、例えば図４Ａ〜図４Ｄを参照しながら提示及び記述されたもの等の原子層堆積法は、例えば１回のＡＬＤサイクルの場合、およそ０．６Å〜１．５Åの範囲の厚さを有するＣＥＭデバイスフィルムを生じさせることができる。したがって、５００．０Å（５０．０ｎｍ）の厚さを占めるＣＥＭデバイスフィルムを構築するためにには、単なる可能な一例として、例えばＡＸ＋ＢＹを利用するおよそ３００〜９００回の２種の前駆物質によるサイクルが実施されてもよい。特定の実施形態において、サイクルは時々、望ましい特性を得るために、相異なる遷移金属及び／又は遷移金属化合物及び／又は遷移金属酸化物の合間に割り込むこともあり得る。例えば、一実施形態において、ＮｉＯ：ＣＯの層が形成され得る２回の原子層堆積サイクルには、例えば酸化チタンカルボニル錯体（ＴｉＯ：ＣＯ）を形成するための３回の原子層堆積サイクルが後続してもよい。遷移金属及び／又は遷移金属化合物及び／又は遷移金属酸化物の他の割込みも可能であり、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。
【００６４】
特定の実施形態において、１つ又は複数の原子層堆積サイクルの完了後、基材は、アニーリングすることができ、これにより、グレイン構造の制御を補助し、ＣＥＭフィルムをち密化し、又はフィルム特性、性能若しくは耐久性を改善することができる。例えば、原子層堆積が円柱状グレインの数を生じさせる場合、アニーリングにより、円柱状グレインの境界は一緒に堆積することが可能になり、この境界は例えば、例えばＣＥＭデバイスの抵抗の変化を低減することができる。アニーリングは、例えばＣＥＭデバイス材料の全体にわたって、カルボニル等の炭素分子をより均一に分配すること等、更なる利益をもたらすことができ、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。
【００６５】
図５Ａ〜図５Ｄは、一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。図５Ａ〜図５Ｄに関しては、共通の時間尺（Ｔ０〜Ｔ７）が利用されている。図５Ａは、一実施形態５０１による、前駆物質（例えば、ＡＸ）のための前駆物質流量プロファイル５１０を示している。図５Ｂに示されているように、前駆物質気体流量は、ＣＥＭデバイスを製作しているチャンバ内に前駆物質ガスが進入できるように増大させてもよい。したがって、前駆物質気体流量プロファイル５１０によれば、時間Ｔ０において、前駆物質ＡＸの気体流量は、およそ０．０（例えば、無視できる量である）であってもよい。時間Ｔ１において、前駆物質ＡＸの気体流量は、相対的により高い値に増大させてもよい。時間Ｔ１からおよそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の時間を経た後に対応し得る時間Ｔ２において、前駆物質ＡＸガスは、例えばパージ等によって、チャンバからパージ及び／又は排気することができる。前駆物質ＡＸ気体流量は、およそ時間Ｔ５になるまで停止し得るが、この時間Ｔ５においては、前駆物質ＡＸ気体流量は、相対的により高い値に増大し得る。時間Ｔ６及びＴ７のとき等、時間Ｔ５の後、前駆物質ＡＸ気体流量は、後の時点で増大させるまで、０．０（例えば、無視できる量）に戻されてもよい。
【００６６】
図５Ｂは、一実施形態５０２によるパージガスの気体流量プロファイル５２０を示している。図５Ｂに提示のように、パージガス流量は、製作チャンバからの例えば前駆物質ガスＡＸ及びＢＹの排気を可能にするように、増大又は低下させることができる。時間Ｔ０において、パージガスプロファイル５２０は、相対的に高いパージガス流量を指し示しており、これにより、時間Ｔ１前に、製作チャンバ内の不純物気体を除去することができる。時間Ｔ１において、パージガス流量は、およそ０．０に戻されてもよく、これにより、製作チャンバへの前駆物質ＡＸガスの導入が可能になる。時間Ｔ２において、パージガス流量は、製作チャンバからの過剰な前駆物質ガスＡＹ及び反応副生成物の除去を可能にするように、およそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の持続期間にわたって増大させてもよい。
【００６７】
図５Ｃは、一実施形態５０３による前駆物質ガス（例えば、ＢＹ）の気体流量プロファイル５２０を示している。図５Ｃに提示のように、前駆物質ＢＹの気体流量は、およそ時間Ｔ３になるまで、およそ０．０の流量において留まり得るが、ここで、気体流量は、相対的により高い値に増大させてもよい。時間Ｔ２からおよそ０．５秒〜１８０．０秒の範囲の時間を経た後に相当し得る時間Ｔ４において、前駆物質ＢＹガスは、例えばパージ等によって、チャンバからパージ及び／又は排気することができる。前駆物質ＢＹの気体流量は、およそ時間Ｔ７になるまで、０．０に戻されてもよいが、この時間Ｔ７において、前駆物質ＢＹの気体流量は、相対的により高い値に増大させてもよい。
【００６８】
時間Ｔ３において、パージガス流量は、相対的に低い値に低下されてもよく、これにより、前駆物質ＢＹガスは、製作チャンバに進入することができる。前駆物質ＢＹガスへの基材の曝露後、パージガス流量はやはり、製作チャンバからの前駆物質ＢＹガスの除去を可能にするように増大されてもよく、これは例えば、ＣＥＭデバイスフィルムの単一の原子層の完了を通知することができる。前駆物質ＢＹガスの除去後、前駆物質ＡＸガスは、ＣＥＭデバイスフィルムの第２の原子層の堆積サイクルを開始するように、製作チャンバに再導入されてもよい。特定の実施形態において、製作チャンバへの前駆物質ＡＸガスの導入、製作チャンバからの残留前駆物質ＡＸガスのパージ、前駆物質ＢＹガスの導入及び残留前駆物質ＢＹガスのパージに関する上記プロセスは例えば、例えばおよそ３００回〜９００回の範囲で繰り返されてもよい。上記プロセスの繰返しは例えば、例えばおよそ２０．０ｎｍ〜１００．０ｎｍの間の厚さ寸法を有するＣＥＭデバイスフィルムをもたらすことができる。
【００６９】
図５Ｄは、一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用される、時間に応じた温度プロファイルを示す図である。図５Ｄにおいて、堆積温度は、例えばおよそ２０．０℃〜９００．０℃の範囲の温度に到達するように上昇させることができる。しかしながら、特定の実施形態において、およそ１００．０℃〜８００．０℃の範囲の温度範囲等、いくらかより狭い範囲が利用されてもよい。更に、特定の材料に関しては、およそ１００．０℃〜およそ６００．０℃等、更により狭い温度範囲が利用されてもよい。
【００７０】
図５Ｅ〜図５Ｈは、一実施形態による相関電子デバイス材料を製作するための方法において使用され得る、時間に応じた前駆物質流量及び温度プロファイルを示す図である。図５Ｅ〜図５Ｈに関しては、共通の時間尺（Ｔ０〜Ｔ３）が利用されている。５０５に示されているように、前駆物質ＡＸは、時間Ｔ１において、製作チャンバ内に持ち込むことができるが、時間Ｔ０〜時間Ｔ１は、実施形態５５０に示されているようなパージガス流量の増大によって、堆積準備中のプロセスチャンバをパージ及び／又は排気するために使用される。実施形態５４０は、前駆物質ＡＸの流量の相対的な増大が時間Ｔ１において起きることを示している。同様に時間Ｔ１において、第２の反応物質である前駆物質ＢＹの流量は、実施形態５０７に示されているように、気体流量が５６０において増大するにつれて、増大され得る。２種の前駆物質（ＡＸ及びＢＹ）は、ＣＥＭフィルムの厚さのために必要な時間量を求めて、実質的に同時に流動することができる。図５Ｈに提示の温度プロファイルは、堆積のために温度が、時間Ｔ０の前又は近くに設定されていることを示している。
【００７１】
図６Ａ〜図６Ｃは、一実施形態によるＣＥＭデバイスを製作するための堆積及びアニーリングプロセスにおいて使用される、時間に応じた温度プロファイルを示す図である。図６Ａ（実施形態６００）に示されているように、堆積は、Ｔ０〜Ｔ１ｍ等の初期時間枠中に実施することができ、この時間の最中において、ＣＥＭデバイスフィルムは、原子層堆積プロセスを利用して適切な基材に堆積させることができる。ＣＥＭデバイスフィルムの堆積後、アニーリング期間が後続してもよい。一部の実施形態において、いくつかの原子層堆積サイクルは、例えばおよそ１０回のサイクルから１０００回以上のサイクルまでの範囲であり得るが、特許請求された主題は、この点に関して限定されない。適切な基材へのＣＥＭフィルムの堆積完了後、堆積温度に比べて相対的に高い温度のアニーリング又は同じ温度又はより低い温度におけるアニーリングは、時間Ｔ１ｎ〜時間Ｔ１ｚ等においておよそ２０．０℃〜９００．０℃の範囲の温度を利用して実施することができる。しかしながら、特定の実施形態において、およそ１００．０℃〜８００．０℃の範囲の温度範囲等のより狭い範囲が利用されてもよい。更に、特定の材料に関しては、およそ２００．０℃〜およそ６００．０℃等の更により狭い温度範囲が利用されてもよい。アニーリング時間は、およそ１．０秒〜およそ５．０時間の範囲であり得るが、例えばおよそ０．５分〜１８０．０分の持続期間により狭くすることもできる。特許請求された主題は、ＣＥＭデバイスのアニーリングのためのいかなる特定の温度範囲にも限定されないし、特許請求された主題は、いかなる特定のアニーリングの持続期間にも限定されないことに、留意すべきである。他の実施形態において、堆積方法は、化学気相堆積、物理気相堆積、スパッタリング、プラズマ促進式化学気相堆積又はＣＥＭフィルムを形成するための他の堆積法若しくはＡＬＤとＣＶＤとの組合せ等の堆積法の組合せであってもよい。
【００７２】
複数の実施形態において、アニーリングは、気体状の窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）、水又は水蒸気（Ｈ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）又はこれらの任意の組合せのうちの１つ又は複数を含む気体環境下で実施することができる。アニーリングは、減圧環境下において、又は、複数の雰囲気の圧力を含む大気圧までの圧力及び大気圧超の圧力において、実施することもできる。
【００７３】
図６Ｂ（実施形態６０１）に示されているように、堆積は、Ｔ０〜Ｔ２ｍ等の初期時間枠中に実施することででき、この初期時間枠中に、およそ１０〜およそ５００回の間の原子層堆積サイクルを実施することができる。時間Ｔ２ｎにおいて、アニーリング期間が開始され得、時間Ｔ２ｚになるまで継続し得る。時間Ｔ２ｚの後、第２の組の原子層堆積サイクルは、おそらくは例えばおよそ１０〜およそ５００回の間の回数のサイクルとして、実施されてもよい。図６Ｂに示されているように、第２の組の原子層堆積（堆積−２）サイクルが実施されてもよい。他の実施形態において、堆積法は、化学気相堆積、物理気相堆積、スパッタリング、プラズマ促進式化学気相堆積又はＣＥＭフィルムを形成するための他の堆積法若しくはＡＬＤとＣＶＤとの組合せ等の堆積法の組合せであってもよい。
【００７４】
図６Ｃ（実施形態６０２）に提示のように、堆積は、時間Ｔ０〜時間Ｔ３ｍ等の初期時間枠中に実施することができ、この初期時間枠中に、およそ１０〜およそ５００回の間の原子層堆積サイクルを実施することができる。時間Ｔ３ｎにおいて、第１のアニーリング期間（アニーリング−１）が開始され得、時間Ｔ３ｚになるまで継続し得る。時間Ｔ３ｊにおいて、第２の組の原子層堆積サイクル（堆積−２）は、時間Ｔ３ｋになるまで実施することができ、この時間Ｔ３ｋにおいて、チャンバ温度は、第２のアニーリング期間（アニーリング−２）が、例えば時間Ｔ３ｌで開始するように生じる態様で、増大させることができる。他の実施形態において、堆積法は、化学気相堆積、物理気相堆積、スパッタリング、プラズマ促進式化学気相堆積又はＣＥＭフィルムを形成するための他の堆積法若しくはＡＬＤとＣＶＤとの組合せ等の堆積法の組合せであってもよい。
【００７５】
本明細書において使用されているとき、「基材」という用語は、むき出しのケイ素、シリコン・オン・絶縁体（ＳＯＩ）若しくはシリコン・オン・サファイヤ（ＳＯＳ）技術、ドープ済み及び／若しくは無ドープの半導体、ベース半導体の基礎によって支持されたケイ素のエピタキシャル層、金属バックエンドを有するＣＭＯＳフロントエンド等の相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、並びに／又は、例えばＣＥＭデバイスを含む他の半導体構造及び／若しくは技術を含み得る。複数の実施形態において、基材は、窒化アルミニウム又は窒化ガリウム等の第ＩＩＩ族窒化物、又は、ヒ化ガリウム若しくはリン化インジウム等の第ＩＩＩ〜Ｖ族材料、又はＧｅ、グラフェン、ダイヤモンド若しくは炭化ケイ素若しくはこれらの組合せ等の他の第ＩＶ族材料を含んでいてもよい。基材は、金属フィルム（窒化チタン、銅、アルミニウム、コバルト、ニッケル又は他の材料等）、又はカーボンナノチューブ若しくはカーボンナノチューブクラスタ、又はＣＥＭが堆積された酸化ルテニウム若しくは他の導電性酸化物等の他の導電性材料を更に含んでいてもよい。例えばプログラマブルメモリアレイを動作させることに関連付けられた、例えば駆動回路及び／又はデコード回路等の様々な回路が、基材中及び／又は上に形成され得る。更に、下記の記述において「基材」に言及しているとき、上記プロセス工程を利用して、ベース半導体の構造又は基礎の中に領域及び／又は接合点を形成することもできた可能性がある。
【００７６】
一実施形態において、ＣＥＭデバイスは、多種多様な集積回路の類型のいずれかの中に実装することができる。例えば、一実施形態において、数多くのＣＥＭデバイスは、集積回路中に実装して、プログラマブルメモリアレイを形成することが可能であり、プログラマブルメモリアレイは例えば、１つ又は複数のＣＥＭデバイスのインピーダンス状態の変更によって再構成することができる。別の実施形態において、プログラマブルＣＥＭデバイスは、例えば不揮発性メモリアレイとして利用され得る。当然ながら、特許請求された主題は、本明細書において提供された具体例に範囲が限定されない。
【００７７】
複数のＣＥＭデバイスは、例えば第１の相関電子材料を有する第１の相関電子デバイス及び第２の相関電子材料を有する第２の相関電子デバイスを含んでいてもよい、集積回路デバイスをもたらすように形成され得、第１の相関電子材料及び第２の相関電子材料は、互いに異なるインピーダンス特性を備え得る。更に、一実施形態において、互いに異なるインピーダンス特性を備える第１のＣＥＭデバイス及び第２のＣＥＭデバイスが、集積回路の特定の層中に形成され得る。更に、一実施形態において、集積回路の特定の層中に第１のＣＥＭデバイス及び第２のＣＥＭデバイスを形成することは、少なくとも部分的に、選択的な堆積によってＣＥＭデバイスを形成することを含んでいてもよい。別の実施形態において、集積回路の特定の層中にある第１のＣＥＭデバイス及び第２のＣＥＭデバイスは少なくとも部分的に、例えば第１のＣＥＭデバイス及び／又は  第２のＣＥＭデバイスのインピーダンス特性を改変するようなイオン注入によって、形成されていてもよい。
【００７８】
更に、一実施形態において、２個以上のＣＥＭデバイスは少なくとも部分的に、相関電子材料の原子層堆積によって、集積回路の特定の層中に形成され得る。更なる実施形態において、第１の相関電子スイッチ材料の複数の相関電子スイッチデバイスのうちの１つ又は複数、及び第２の相関電子スイッチ材料のうちの複数の相関電子スイッチデバイス１つ又は複数は少なくとも部分的に、ブランケット堆積と選択的な堆積との組合せによって形成され得る。更に、一実施形態において、第１のアクセスデバイス及び第２のアクセスデバイスは、それぞれ第１のＣＥＭデバイス及び第２のＣＥＭデバイスに実質的に隣接するように位置させてもよい。
【００７９】
更なる実施形態において、複数のＣＥＭデバイスのうちの１つ又は複数は集積回路中において、一実施形において第１の金属化層の導電線と、第２の金属化層の導電線との１つ又は複数の交点に個別に位置させてもよい。１つ又は複数のアクセスデバイスは、第１の金属化層の導電線と、第２の金属化層の導電線との交点のうちの各１つ又は複数に位置させてもよく、アクセスデバイスは、一実施形態において、各ＣＥＭデバイスと組を作っていてもよい。
【００８０】
上記記述において、特許請求された主題の様々な実施形態が記述されてきた。説明を目的として、量システム及び／又は構成等の詳細事項が、例として記載された。他の場合において、周知の特徴は、特許請求された主題を妨げないように省略及び／又は単純化された。本明細書において特定の特徴が例示及び／又は記述されてきたが、数多くの修正、置換え、変更及び／又は均等物が、ここで、当業者に想到される。したがって、添付の特許請求の範囲は、特許請求された主題に属するすべての修正及び／又は変更を包含することを意図されていることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００８１】
１００  実施形態
１０４  電流密度プロファイルに対比された電圧の領域
１０８  点
１１０  ＶリセットからＶセットを隔てることができる電圧範囲
１１６  点
１２２  デバイス端子
１２６  可変抵抗器
１２８  可変キャパシタ
１３０  デバイス端子
１５０  実施形態
２０１  実施形態
２０２  実施形態
２０３  実施形態
２１０  ブロック
２２０  ブロック
２３０  ブロック
２４０  ブロック
２５０  ブロック
２６０  ブロック
２７１  ブロック
２７２  ブロック
２７３  ブロック
３００  実施形態
４００  実施形態
４１０  実施形態
４２０  実施形態
４３０  実施形態
４５０  基材
５０１  実施形態
５０２  実施形態
５０３  実施形態
５０４  実施形態
５０５  実施形態
５０６  実施形態
５０７  実施形態
５０８  実施形態
５１０  前駆物質気体流量プロファイル
５２０  前駆物質気体流量プロファイル
５３０  パージガスの気体流量プロファイル
５４０  実施形態
５５０  実施形態
５６０  実施形態
６００  実施形態
６０１  実施形態
６０２  実施形態
【図１Ａ】
2019508904.tif 000011
【図１Ｂ】
2019508904.tif 000012
【図２Ａ】
2019508904.tif 000013
【図２Ｂ】
2019508904.tif 000014
【図２Ｃ】
2019508904.tif 000015
【図３】
2019508904.tif 000016
【図４Ａ】
2019508904.tif 000017
【図４Ｂ】
2019508904.tif 000018
【図４Ｃ】
2019508904.tif 000019
【図４Ｄ】
2019508904.tif 000020
【図５Ａ】
2019508904.tif 000021
【図５Ｂ】
2019508904.tif 000022
【図５Ｃ】
2019508904.tif 000023
【図５Ｄ】
2019508904.tif 000024
【図５Ｅ】
2019508904.tif 000025
【図５Ｆ】
2019508904.tif 000026
【図５Ｇ】
2019508904.tif 000027
【図５Ｈ】
2019508904.tif 000028
【図６Ａ】
2019508904.tif 000029
【図６Ｂ】
2019508904.tif 000030
【図６Ｃ】
2019508904.tif 000031
【国際調査報告】
2019508904.tif 000032
2019508904.tif 000033