(57)【要約】【課題】サイズを低減させた装置、及びその作成方法を提供する。【解決手段】装置は、第一の結晶性物質層、第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面で電子ガスを形成させる第二の結晶性物質層、及び第一の界面の部分に電場を付与する強誘電性ドメインを有する第一の強誘電性層を包含する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の結晶性物質層、
前記第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面で電子ガスを形成させる第二の結晶性物質層、及び
前記第一の界面の部分に電場を付与する強誘電性ドメインを有する第一の強誘電性層、
を含む装置。
【請求項２】
導電層、及び
前記導電層の近傍に配置された基板、
を更に含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導電層がＳｒＲｕＯ３又はＬａＳｒＣｏＯ３の一つを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記基板と前記導電層の間に緩衝層を更に含む請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記緩衝層がＳｒＴｉＯ３、ＤｙＳｃＯ３又はＧｄＮｂＯ３の一つを含む請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第一の結晶性物質が第一の酸化物を含み、及び前記第二の結晶性物質が第二の酸化物を含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第一の結晶性物質がＳｒＴｉＯ３、ＰｂＶＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＣａＭｎＯ３又はＬａＳｒＭｎＯ３の一つを含み、及び前記第二の結晶性物質がＳｒＴｉＯ３、ＰｂＶＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＣａＭｎＯ３又はＬａＳｒＭｎＯ３の一つを含む請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第一の結晶性物質が第一の半導体を含み、及び前記第二の結晶性物質が第二の半導体を含む請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第一の強誘電性層がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３、ＢａＴｉＯ３又は歪んだＳｒＴｉＯ３の一つを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一の強誘電性層の厚さが約５ｎｍから約５０ｎｍの範囲であり、前記第一の結晶性物質層の厚さが約１ｎｍから約５ｎｍの範囲であり、及び前記第二の結晶性物質層の厚さが約１ｎｍから約５ｎｍの範囲である請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第三の結晶性物質層、
前記第三の結晶性物質層の近傍に配置され、第二の界面で電子ガスを形成させる第四の結晶性物質層、及び
前記第二の界面の部分を電場に晒す強誘電性ドメインを有する第二の強誘電性層、
を更に含む請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第一の結晶性物質層、前記第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面で電子ガスを形成させる第二の結晶性物質層、及び第一の強誘電性層を包含する媒体を提供すること、及び
前記媒体を電場に晒して、前記強誘電性層中に、前記第一の界面の部分に電場を付与する分極した強誘電性ドメインを造り出すこと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記媒体が
導電層、及び
前記導電層の近傍に配置された基板、
を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電層がＳｒＲｕＯ３又はＬａＳｒＣｏＯ３の一つを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記媒体が、前記基板と前記導電層の間に緩衝層を更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記緩衝層がＳｒＴｉＯ３、ＤｙＳｃＯ３又はＧｄＳｃＯ３の一つを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一の結晶性物質が第一の酸化物を含み、及び前記第二の結晶性物質が第二の酸化物を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の結晶性物質がＳｒＴｉＯ３、ＰｂＶＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＣａＭｎＯ３又はＬａＳｒＭｎＯ３の一つを含み、前記第二の結晶性物質がＳｒＴｉＯ３、ＰｂＶＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＣａＭｎＯ３又はＬａＳｒＭｎＯ３の一つを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第一の結晶性物質が第一の半導体を含み、前記第二の結晶性物質が第二の半導体を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一の強誘電性層がＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＢｉＦｅＯ３、ＢａＴｉＯ３又は歪んだＳｒＴｉＯ３の一つを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一の強誘電性層の厚さが約５ｎｍから約５０ｎｍの範囲であり、前記第一の結晶性物質層の厚さが約１ｎｍから約５ｎｍの範囲であり、及び前記第二の結晶性物質層の厚さが約１ｎｍから約５ｎｍの範囲である請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記媒体が、
第三の結晶性物質層、
前記第三の結晶性物質層の近傍に配置され、第二の界面で電子ガスを形成させる第四の結晶性物質層、及び
前記第二の界面の部分を電場に晒す強誘電性ドメインを有する第二の強誘電性層、
を更に含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電子デバイスに関し、更に詳しくは電子ガス導電体を有するデバイス及びその様なデバイスの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、トランジスタ、ダイオード、レジスタ、キャパシタ等を包含する、複数個の電子デバイスを包含する。これらのデバイスを基板中に加工すること、また、その基板中に加工される導電体を用いても互いに結合することができる。一般的に、集積回路のサイズを低減させて、更に小さい容器中での使用を可能にすると共に、電力消費を低減させ、及び高周波操作を改善することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
第一の側面において、本発明は、第一の結晶性物質層、第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面で電子ガスを形成させる第二の結晶性物質層、及び第一の界面の部分に電場を付与する強誘電性ドメインを有する第一の強誘電性層を包含する装置を提供する。
【０００４】
この装置は、導電層を更に包含することができる。基板を包含して、第一及び第二の結晶性物質層、並びに強誘電性層を支持することができる。基板と導電層の間に緩衝層を配置することができる。
【０００５】
第一の結晶性物質は第一の酸化物を包含することができ、第二の結晶性物質は第二の酸化物を包含できる。別の例において、第一の結晶性物質は第一の半導体を包含することができ、第二の結晶性物質は第二の半導体を包含できる。
【０００６】
この装置は、第三の結晶性物質層、第三の結晶性物質層の近傍に配置され、第二の界面で電子ガスを形成させる第四の結晶性物質層、及び第二の界面の部分を電場に晒す強誘電性ドメインを有する第二の強誘電性層を更に包含することができる。
【０００７】
別の側面において、本発明は、第一の結晶性物質層、第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面で電子ガスを形成させる第二の結晶性物質層、及び第一の強誘電性層を包含する媒体を提供することを包含する方法を提供する。次いで、その媒体を電場に晒して、第一の強誘電性層中に、第一の界面の部分に電場を付与する分極した強誘電性ドメインを造り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面を参照して、図１は、本発明の側面に従って構築された媒体１０の模式図である。この例において、媒体１０は、基板１２、緩衝層１４、導電層１６、強誘電性層１８、第一の結晶性物質の層２０、及び第二の結晶性物質の層２２を包含する、複数の層又は薄膜を有する薄膜構造体である。基板は、例えばシリコンであってよい。緩衝層１４は、例えば、ＳＴＯと称されるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、ＤＳＯと称されるスカンジウム酸ジスプロシウム（ＤｙＳｃＯ３）、又はＧＳＯと称されるスカンジウム酸ガドリニウム（ＧｄＳｃＯ３）であってよい。導電層１６は、例えば、ＳＲＯと称されるルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、又はＬＳＣＯと称されるＬａＳｒＣｏＯ３であってよい。強誘電性層１８は、例えば、ＰＺＴと称されるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＢＦＯと称されるＢｉＦｅＯ３、ＢＴＯと称されるチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又は、歪んだＳＴＯと称される、歪んだ、それ故強誘電性のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）であってよい。第一及び第二の結晶性物質は、例えば、ＳＴＯと称されるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、ＰＶＯと称されるバナジウム酸鉛（ＰｂＶＯ３）、ＬＡＯと称されるアルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）、ＬＭＯと称される亜マンガン酸ランタン（ＬａＭｎＯ３）、ＬＣＭＯと称されるＬａＣａＭｎＯ３等の酸化物、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては、異なる物質が用いられる。ヘテロ構造層の間に、界面２４が形成される。
【０００９】
結晶性物質の複数の層を有する層化構造において、異なる結晶性物質の間における界面、即ちヘテロ界面における分極の不連続は、局在化した原子及び電子構造をもたらすことができる。この局在化した原子及び電子構造は、その界面で、擬２次元電子ガス（ｑ２−ＤＥＧ）を産出することができる。これらの結晶性物質は、絶縁性酸化物、又は高い移動度の擬２次元電子ガスから空間的に分離されたドーピング層を有する半導体であってよい。ｑ２−ＤＥＧは、面内方向に、即ちヘテロ界面に沿って自由に動き得る電子を含有する。ｑ２−ＤＥＧは自発的に形成し、また、界面を横切って導入される電場の大きさ及び極性により、ｑ２−ＤＥＧのコンダクタンスを制御することができる。
【００１０】
結晶性物質の物性に起因して、界面２４で電子ガスが形成される。この電子ガスは高移動度の電子を包含することができ、金属の導電性に迫る。電子ガスの横位置は、界面を電場に晒すことによって制御できる。強誘電性層中に安定な強誘電性ドメインを造り出すことができる。これらの強誘電性ドメインは界面で電場を発生させる。図１の複数の層は、相互に直接隣り合う位置に示されているが、これらの層を追加の緩衝層又は種層によって隔てることができるであう。更に、これらの層の順序を変えることができる。
【００１１】
図２は、本発明の別の側面に従って構築された媒体３０の模式図である。この例において、媒体３０は、基板３２、これは例えばシリコンであってよい、緩衝層３４、これは例えばＳＴＯ、ＤＳＯ又はＧＳＯであってよい、導電層３６、これは例えばＳＲＯ又はＬＳＣＯであってよい、第一の結晶性物質の層３８、第二の結晶性物質の層４０、及び強誘電性層４２、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、を包含する複数の層又は薄膜を有する薄膜構造体である。第一及び第二の結晶性物質層は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が使用される。ヘテロ構造層の間に界面４４が形成される。
【００１２】
結晶性物質の物性に起因して、界面４４で電子ガスが形成される。この電子ガスは高移動度の電子を包含することができ、金属の導電性に迫る。電子ガスの位置は、界面を電場に晒すことによって制御できる。強誘電性層中に安定な強誘電性ドメインを造り出すことができる。これらの強誘電性ドメインは界面で電場を発生させる。図２の複数の層は、相互に直接隣り合う位置に示されているが、当業者は、これらの層を追加の緩衝層又は種層によって隔てることができることを理解するであろう。更に、これらの層の順序を変えることができる。
【００１３】
図３は、本発明の別の側面に従って構築された媒体５０の模式図である。この例において、媒体５０は、基板５２、これは例えばシリコンであってよい、緩衝層５４、これは例えばＳＴＯ、ＤＳＯ又はＧＳＯであってよい、導電層５６、これは例えばＳＲＯ又はＬＳＣＯであってよい、第一の強誘電性層５８、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、第一の結晶性物質の層６０、及び第二の結晶性物質の層６２を包含する複数の層又は薄膜を有する薄膜構造体である。第一及び第二の結晶性物質は、例えば、ＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が用いられる。第一及び第二の層の間に界面６４が形成される。図３の媒体は、第二の強誘電性層６６、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、第三の結晶性物質の層６８、及び第四の結晶性物質の層７０を更に包含する。第三及び第四の結晶性物質は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が用いられる。第三及び第四の酸化物層の間に界面７２が形成される。
【００１４】
結晶性物質の物性に起因して、界面６４及び７２で電子ガスが形成される。第一及び第二の強誘電性層に異なる特性を持たせることができ、付与する電場の大きさを変えることにより、電子ガスが形成される界面の位置及び深さを制御することができる。
【００１５】
この電子ガスは高移動度の電子を包含することができ、金属の導電性に迫る。電子ガスの位置は、界面を電場に晒すことによって制御できる。強誘電性層中に安定な電気的ドメインを造り出すことができる。これらの強誘電性ドメインは界面で電場を発生させる。図３の複数の層は、相互に直接隣り合う位置に示されているが、当業者はこれらの層を追加の緩衝層又は種層によって隔てることが可能であることを理解するであろう。更に、これらの層の順序を変えることができる。
【００１６】
図４は、本発明の別の側面に従って構築された媒体８０の模式図である。この例において、媒体８０は、基板８２、これは例えばシリコンであってよい、緩衝層８４、これは例えばＳＴＯ、ＤＳＯ又はＧＳＯであってよい、導電層８６、これは例えばＳＲＯ又はＬＳＣＯであってよい、第一の結晶性物質の層８８、第二の結晶性物質の層９０、及び第一の強誘電性層９２、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、を包含する複数の層又は薄膜を有する薄膜構造体である。第一及び第二の結晶性物質は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が用いられる。結晶性物質の第一及び第二の層の間に界面９４が形成される。図４の媒体は、第三の結晶性物質の層９６、第四の結晶性物質の層９８、及び第二の強誘電性層１００、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、を更に包含する。第三及び第四の結晶性物質層は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。これらの結晶性物質層は、エピタキシー的に成長させることができるヘテロ構造であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が用いられる。第三及び第四の結晶性物質層の間に界面１０２が形成される。
【００１７】
結晶性物質の物性に起因して、界面９４及び１０２で電子ガスが形成される。第一及び第二の強誘電性層に異なる特性を持たせることができ、付与する電場の大きさを変えることにより、電子ガスが形成される界面の位置及び深さを制御することができる。
【００１８】
この電子ガスは高移動度の電子を包含することができ、金属の導電性に迫る。電子ガスの位置は、界面を電場に晒すことによって制御できる。強誘電性層中に安定な電気的ドメインを造り出すことができる。これらの強誘電性ドメインは界面で電場を発生させる。図４の層は、相互に直接隣り合う位置に示されているが、当業者はこれらの層を追加の緩衝層又は種層によって隔てることが可能であることを理解するであろう。更に、これらの層の順序を変えることができる。
【００１９】
一つの側面において、本発明は、第一の結晶性物質層、第一の結晶性物質層の近傍に配置され、第一の界面を形成する第二の結晶性物質層、及び第一の強誘電性層を包含する媒体を提供する段階を含む電気回路の製造方法を提供する。次いで、その媒体を電場に晒して強誘電性層中に分極した強誘電性ドメインを造り出し、これは第一の界面の部分を電場に晒すことができる。強誘電性物質中の強誘電性ドメインを分極させて、第一の界面に沿って電子ガスを維持することができる。これらのドメインは界面に電場を付与して、電子ガスを、ドメインの位置に対応するパターンの形状に維持することができる。
【００２０】
図１−４の例において、第一及び第二の結晶性物質層の厚さは約１ｎｍから約５ｎｍの範囲にあってよい。強誘電性層の厚さは約５ｎｍから約５０ｎｍの範囲にあってよい。導電層の厚さは約３０ｎｍから約１００ｎｍの範囲にあってよい。緩衝層の厚さは約２ｎｍから約５０ｎｍの範囲にあってよい。２つの結晶性物質層の厚さは同じである必要はない。
【００２１】
図５は、図１−４の媒体における導電性素子を製造するための装置１１０の模式図である。図５に示した例において、図１の媒体が図解されている。図５の装置は、酸化物層２２の表面１１４の近傍に配置された電極の形を採る、トランスデューサ１１２を包含する。この様な位置決めは、原子間力顕微鏡において見出されると思われる様な、既知の電極位置決め機器を用いて行うことができる。電圧源１１６は、導電層１６とトランスデューサ１１２の間に電気的に結合される。トランスデューサと導電層の間の電位差は、媒体１０を、トランスデューサと導電層の間の電場に晒す。トランスデューサが、経路１１８に沿って媒体に対し移動するにつれて、絶縁性酸化物層の間の界面で電子ガス１２０が形成され、及び、強誘電性層中に強誘電性ドメインが形成される。図５において、これらのドメインは強誘電性層１８中の矢印として示されている。ドメインは、外部電場が取り除かれた後も持続する。ＰＺＴ等の強誘電性の物質において、ドメインは何年間も持続することができる。
【００２２】
トランスデューサと、強誘電性薄膜の下の導電層の間に電圧を付与すると、付与された電圧の大きさ及び極性に依存して、強誘電性薄膜中のドメインの分極を、局所的に上又は下方向の分極状態に切り替えることができる。トランスデューサを媒体全面に走査すると、スキャナの精度、及びヘッド−対−媒体界面（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ−ｔｏ−ｍｅｄｉｕｍ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とも呼ばれる、トランスデューサ−対−媒体界面でのトランスデューサ電極のサイズに依存する精度で、上又は下に分極したドメイン状態の任意のパターンを強誘電性層中に印刷することができる。これらのドメインパターンは熱的に安定であり、また、大きさとして約１６ｎｍまで特性が実証されている。
【００２３】
強誘電性層ドメインは電場パターンを提供し、これは、２つの、絶縁性の誘電性酸化物層の間に導電性の擬２次元電子ガス（ｑ２−ＤＥＧ）を維持するために使用される。ｑ２−ＤＥＧの局所的な閉じ込めは、強誘電性層に書き込まれたドメインパターンによって規定される。
【００２４】
誘電性ペロブスカイト薄膜の間のｑ２−ＤＥＧは、１０４ｃｍ２／Ｖｓに達する電子移動度を持つことができる。約１６ｎｍに達する解像力を伴う、任意の２次元導電性回路を媒体中に書き込むことができる。分極状態の切替により強誘電性ドメインパターンを完全にプログラム化できる（即ち、容易に変更できる）ので、回路を完全にプログラム化でき（即ち、容易に変更でき）、及び書き換えることができる。
【００２５】
強誘電性層中のドメインは、界面を、ドメインの近くの電場に晒す。これにより、その電場に晒されている界面位置で電子ガスを維持する。斯くして、例えば経路１２０に沿ってトランスデューサを走査するに連れて、トランスデューサの下の強誘電性層中に強誘電性ドメインが造り出され、また、トランスデューサが追尾する経路の下の界面に沿って電子ガスが形成される。電子ガスは、斯くして、界面で媒体中に埋め込まれる導電体１２２を形成する。
【００２６】
強誘電性ドメインに付随する電場は、ｑ２−ＤＥＧのコンダクタンスの原因となる。電子ガスは、上又は下に分極したドメインの近傍の区域のみに密に閉じ込められるであろう。非常に薄い薄膜の使用に起因して、横方向に拡がっている場は最小化される。強誘電性薄膜の異方性誘電率を選択又は設計して、横方向の場の拡がりを最小化することも可能であろう。ｑ２−ＤＥＧのコンダクタンスは、強誘電性薄膜中のドメインの極性を変えることによりオン又はオフに切り替えることができる。ｑ２−ＤＥＧをオン又はオフに切り替える、場の実際の極性は、界面の物質及び強誘電性薄膜の位置に依存する。強誘電性薄膜全体が分極するであろう。ｑ２−ＤＥＧは、分極が「活性」方向に切り替えられている領域においてのみ、形成する。ここで、活性方向とは、構造体中で用いられる特定の物質に対してｑ２−ＤＥＧを維持する方向である。
【００２７】
複数のトランスデューサを使用して、媒体中に複数の導電性経路を形成させることができる。図６は、図１−４の媒体中に導電性素子を産生させるための、別の装置の模式図である。図６は、媒体と、一連のトランスデューサの間に相対的移動を提供するための、導電性の先端又は探針であってよいアクチュエータ及び懸架アセンブリ（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を包含する装置１３０を示す。装置１３０は、基板１３４を含有する、ケース、ベース又はフレームとも称される、筺体１３２を包含する。一連のトランスデューサ１３６は基板上に配置される。探針が上方に延びて媒体１３８に接触する。媒体１３８は可動体、即ちそり１４０上に装着される。この例において、媒体１３８とトランスデューサの間の相対的移動は、コイルと磁石を包含する電磁的アクチュエータによって提供される。コイル１４２及び１４４は、可動体上に装着される。磁石１４６及び１４８は、コイルに近接する、筐体中に装着される。バネ１５０及び１５２は、可動体を支える懸架アセンブリの一部を形成する。筐体１３２は、例えば、射出成型されたプラスチックで形成されてよい。図６に示したアクチュエータ及び懸架アセンブリは、トランスデューサ及び書換え可能な回路を含有できる媒体の相対的な変位を提供することができる構造体の例である。当業者は、表面駆動容量性アクチュエータ等の、他の型のアクチュエータを利用可能であることを理解するであろう。
【００２８】
電圧源１５４は、媒体中の導電層と各トランスデューサの間に、電気的に接続される。導電層への電気的接続は、例えば、バネを介して、又は別個の導電体を用いて、為すことができる。媒体とトランスデューサの相対的な動きは、コントローラ１５６によって制御される。コントローラを、アクチュエータを制御してそりを所望のパターンで動かす様に、また、所望の時間にトランスデューサの特定の幾つかに電圧を付与して、媒体の強誘電性層中に所望のドメインパターンを造りだす様に、プログラムすることができる。センサーを包含させて、媒体及び／又はトランスデューサの位置を感知させること、及びコントローラが使用するための位置信号を提供させることができる。
【００２９】
図６は、本発明の方法の実施に使用することができる装置の一例を示しているが、他の既知の型の懸架体（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）及びアクチュエータを使用して、部品の位置決め、及び探針と媒体の間の相対的動きの提供ができることが見て取れるであろう。本発明は、一以上のトランスデューサと媒体の間の相対的動きを提供するための何らかの特別の型の構造に、又は何らかの特別の型のトランスデューサ若しくは探針に、又は媒体に電圧を付与するための何らかの特別な手段に、限定されない。
【００３０】
記載した様に形成される導電性経路を使用して、例えばトランジスタ、ダイオード、レジスタ、キャパシタ等の、種々の電子デバイスを媒体中に形成することができる。
【００３１】
図７は、媒体中に形成することができるダイオード１６０の平面図である。ダイオードは、ギャップ１６６で隔てられた第一の電極１６２、及び第二の電極１６４を包含する。これらの電極は、媒体中において、ｑ２−ＤＥＧドメインの形を採る導電性領域である。ギャップは絶縁性物質で満たされており、これは上述の酸化物の一つであってよい。電極に電圧が付与されると、電子はギャップを横切って潜り抜け、ダイオード機能を提供するであろう。
【００３２】
図８は、媒体中に形成することができるトランジスタ１７０の平面図である。トランジスタは、ギャップ１７６で隔てられた第一の電極１７２と第二の電極１７４、及び、やはりこのギャップで隔てられた第三の電極１７８と第四の電極１８０を包含する。電極１７２と１７４はトランジスタのソースとドレインを形成することができ、電極１７８と１８０はゲートを形成できる。ギャップは絶縁性物質で満たされており、これは上述の酸化物の一つであってよい。
【００３３】
図９は、媒体中に形成することができるレジスタ１９０の平面図である。レジスタは、電子ガス導電体１９２で形成されている。導電体の幅を調節して抵抗を制御することができる。別法として、酸化物にドープして電子ガス中の電子の移動度を制御し、それにより抵抗を制御することができる。このようなドーピングは、酸化物層の中で均一であることができるであろう。
【００３４】
上記の様に造り出された導電体と媒体の表面の間に、又は媒体の層の間に、電気的接点を造り出すことができる。この様な接点は、例えば、既知のリソグラフィー技術を使用して、イオン注入を使用して、又は媒体層の電気的破壊を使用して造り出すことができる。図１０は、媒体２００の等角投影図である。この例において、媒体２００は、基板２０２、これは例えばシリコンであってよい、緩衝層２０４、これは例えばＳＴＯ、ＤＳＯ又はＧＳＯであってよい、導電層２０６、これは例えばＳＲＯ又はＬＳＣＯであってよい、第一の強誘電性層２０８、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、第一の結晶性物質の層２１０、及び第二の結晶性物質の層２１２を包含する薄膜構造体である。第一及び第二の結晶性物質は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が使用される。第一及び第二の層の間に界面２１４が形成される。図１０の媒体は、第二の強誘電性層２１６、これは例えばＰＺＴ、ＢＦＯ、ＢＴＯ又は歪んだＳＴＯであってよい、第三の結晶性物質の層２１８、及び第四の結晶性物質の層２２０を更に包含してよい。第三及び第四の結晶性物質は、例えばＳＴＯ、ＰＶＯ、ＬＡＯ、ＬＭＯ、ＬＣＭＯ、ＬＳＭＯ、又はドープされたシリコン、ゲルマニウム若しくはＧａＡｓ等の半導体であってよい。これらの結晶性物質層は、エピタキシー的に成長させることができるヘテロ構造であってよい。近傍の結晶性物質層に対しては異なる物質が用いられる。第三及び第四の酸化物層の間に界面２２２が形成される。
【００３５】
結晶性物質の物性に起因して、界面２１４及び２２２で電子ガスが形成される。図５に示した様に電場を付与することによって、界面２２２に沿って導電体２２４、２２６、２２８、２３０及び２３２が造り出されている。同様に、界面２１４に沿って導電体２３４、２３６及び２３８が造り出されている。これらの導電体は電子ガスから形成され、この電子ガスは強誘電性層中の強誘電性ドメインによって維持される。縦の導電体、即ちビア、２４０、２４２及び２４４が包含されていて、界面２２２に沿うこれらの導電体を、層２２０の表面２４６上の接続点に電気的に接続する。別の縦の導電体、即ちビア、２４８が包含されていて、界面２１４に沿うこれらの導電体を、層２２０の表面２４６上の接続点に電気的に接続する。別の縦の導電体、即ちビア、２５０が包含されていて、導電体２３０を導電体２３６に電気的に接続する。種々の縦の導電体は、包含されて電子ガス導電体を相互に、又は外部回路に電気的に接続することができる導電体の型の例示である。これらの縦の導電体は、例えば、イオン注入、リソグラフィー技術、又は電気的破壊を使用して造り出すことができる。既知の技術を使用して、媒体の表面上に追加の電気回路を形成させることができる。縦の導電体、即ちビアを、電子ガス導電体の前に形成して、媒体中のその回路の消去を回避することが可能であろう。
【００３６】
リソグラフィー法により、例えばエッチングして孔を作りその孔を金属で充填することにより、ハードマスクを介してイオン注入することにより、又は可動性の上電極、即ち探針を使用し、薄膜の破壊電圧より高い電圧を付与することにより、恒久的に導電性である縦の配線を形成することが可能であろう。
【００３７】
トランスデューサ電極とｑ２−ＤＥＧ界面の間の薄膜へのドーピングを制御すること及び抵抗を切り替えることにより、書換え可能な縦の導電体を形成できるであろう。強誘電体を包含する酸化物薄膜における可逆的な抵抗のスイッチングは、典型的には、ドーピング、及びその強誘電性薄膜に対するスイッチング電圧よりは大きいが破壊電圧よりは小さい振幅の電圧パルスをトランスデューサ電極に付与した後に起こる。
【００３８】
一の側面において、この発明の装置は、絶縁性又は半導体性薄膜、一以上の金属性薄膜、及び一以上の強誘電性層の堆積体を包含する、書換え可能な媒体を含む。単一のトランスデューサ、又は一連のトランスデューサを媒体全面に走査させ、強誘電性層中のドメインの分極を局所的に切替えることにより、その媒体中に回路を書き込むことができる。
【００３９】
本発明を幾つかの例によって説明してきたが、本発明は説明した例に限定されないこと、及び添付した特許請求の範囲により規定される発明の技術的範囲内で種々の修正を実行可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の側面に従って構築された媒体の模式図である。
【図２】本発明の別の側面に従って構築された媒体の模式図である。
【図３】本発明の別の側面に従って構築された媒体の模式図である。
【図４】本発明の別の側面に従って構築された媒体の模式図である。
【図５】図１−４の媒体中に導電性素子を産出させるための装置の模式図である。
【図６】図１−４の媒体中に導電性素子を産出させるための別の装置の模式図である。
【図７】本媒体中に形成させることができるダイオードの平面図である。
【図８】本媒体中に形成させることができるトランジスタの平面図である。
【図９】本媒体中に形成させることができるレジスタの平面図である。
【図１０】本発明の側面に従って構築された回路を包含する媒体の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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