DE69734007T2

DE69734007T2 - Struktur für programmierbare metallisierzelle und herstellungsverfahren dazu

Info

Publication number: DE69734007T2
Application number: DE69734007T
Authority: DE
Inventors: N. Michael KOZICKI; C. William WEST
Original assignee: Arizona Board of Regents of ASU; Axon Technologies Corp; Arizona State University ASU
Current assignee: Arizona Board of Regents of ASU; Axon Technologies Corp; Arizona State University ASU
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: KR100349927B1; JP2000512058A; US5896312A; WO1997048032A2; EP0939957A4; CN1226990A; TW356549B; WO1997048032A8; DE69734007D1; EP0939957A2; EP0939957B1; US5914893A; CA2261639A1; AU716236B2; KR20000016088A; CN1144231C; JP2005322942A; US6084796A; US5761115A; HK1023844A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine programmierbare Metallisierungszelle mit einem schnellen Ionenleiter, mehreren Elektroden und einer spannungsgesteuerten Metallstruktur oder einem Dendriten, die bzw. der auf der Oberfläche des schnellen Ionenleiters zwischen den Elektroden ausgebildet ist, und insbesondere auf Vorrichtungen wie zum Beispiel einen elektronischen Speicher, programmierbare Widerstände und Kondensatoren, integrierte optische Vorrichtungen und Sensoren, welche die programmierbare Metallisierungszelle verwenden.
Hintergrund und technische Probleme
Speichergeräte
Speichergeräte werden in elektronischen Systemen und Computern zum Speichern von Information in der Form binärer Daten eingesetzt. Diese Speichergeräte können in verschiedene Typen eingeteilt werden, bei denen jeder Typ verschiedene Vor- und Nachteile hat.
Zum Beispiel ist ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory/RAM), der in PCs zu finden ist, ein flüchtiger Halbleiterspeicher; in anderen Worten, die gespeicherten Daten gehen verloren, wenn die Leistungsquelle abgeschaltet oder entfernt wird. Ein dynamischer RAM (DRAM) ist insbesondere dadurch flüchtig, dass er alle paar Mikrosekunden "erfrischt" (d.h. nachgeladen) werden muss, um die gespeicherten Daten zu erhalten. Ein statischer RAM (SRAM) hält die Daten nach einmaligem Schreiben solange, wie die Leistungsquelle aufrechterhalten bleibt; nachdem die Leistungsquelle abgeschaltet wird, gehen die Daten jedoch verloren. Bei diesen Konfigurationen flüchtiger Speicher wird deshalb die Information nur solange behalten, wie die Leistungsversorgung des Systems nicht abgeschaltet wird.
Eine CD-ROM ist ein Beispiel für einen nicht flüchtigen Speicher. Eine CD-ROM ist zum Enthalten längerer Audio- und Videosequenzen lang genug; jedoch kann die Information nur von diesem Speicher gelesen und nicht in ihn hinein geschrieben werden. Wenn daher eine CD-ROM einmal während der Herstellung programmiert wurde, kann sie mit neuer Information nicht überschrieben werden.
Andere Speichergeräte, wie zum Beispiel magnetische Speichergeräte (d.h. Disketten, Festplatten und Magnetband) sowie andere Systeme, wie zum Beispiel optische Platten, sind nicht flüchtig, haben eine extrem hohe Kapazität und können viele Male überschrieben werden. Unglücklicherweise sind diese Speichergeräte physisch groß, sind stoß- bzw. vibrationsempfindlich, erfordern aufwändige mechanische Laufwerke und verbrauchen relativ große Energiemengen. Diese negativen Aspekte machen diese Speichergeräte für leistungsschwache tragbare Anwendungen, wie zum Beispiel Laptop und Palmtop-Computer und PDAs (Personal Digital Assistants) nicht ideal.
Aufgrund der schnell wachsenden Anzahl kompakter, leistungsschwacher tragbarer Computersysteme, bei denen die gespeicherte Information regelmäßig geändert wird, haben sich Lese/Schreib-Halbleiterspeicher weit verbreitet. Da außerdem diese tragbaren Systeme auch gespeicherte Daten benötigen, wenn die Leistung abgeschaltet ist, wird eine nicht flüchtige Speichervorrichtung benötigt. Die einfachsten programmierbaren nicht flüchtigen Halbleiter-Speichergeräte in diesen Computern sind programmierbare Nur-Lesespeicher (Programmable Read-Only Memory/PROM). Der einfachste PROM verwendet ein Feld durchschmelzbarer Verbindungen; nachdem er einmal programmiert wurde, kann ein PROM nicht umprogrammiert werden. Dies stellt ein Beispiel eines Einmal-Schreib-Mehrmals-Lese-Speichers (Write Once Read Many/WORM) dar. Der löschbare PROM (EPROM) ist änderbar, jedoch muss vor dem Überschreiben ein Löschschritt erfolgen, bei dem der Speicher ultraviolettem Licht ausgesetzt wird. Der elektrisch löschbare PROM (EEPROM oder E²PROM) ist vielleicht der idealste der herkömmlichen nicht flüchtigen Halbleiterspeicher, da er viele Male überschrieben werden kann. Flash-Speicher, ein anderer Typ von EEPROM, haben eine höhere Kapazität als die wenig dichten herkömmlichen EEPROMs, haben jedoch nicht deren Ausdauer. Das Hauptproblem bei EEPROMs besteht darin, dass sie inhärent komplex sind. Die Floating-Gate-Speicherelemente, die in diesen Speichergeräten verwendet werden, sind schwierig herzustellen und verbrauchen relativ viel Platz auf dem Halbleiterchip. Außerdem muss die Schaltungskonstruktion den hohen Spannungen widerstehen, die zum Programmieren der Vorrichtung notwendig sind. Dies bedeutet, dass bei einem EEPROM die Kosten pro Bit Speicherkapazität im Vergleich mit anderen Datenspeichermitteln extrem hoch sind. Ein weiterer Nachteil von EEPROMs besteht darin, dass sie zwar Daten halten können, ohne dass die Leistungsquelle eingeschaltet ist, jedoch erfordern sie zum Programmieren relativ große Leistungsmengen. Dieser Leistungsbedarf kann in einem kompakten tragbaren System, das batteriebetrieben ist, beträchtlich sein.
In der letzten Zeit wurde einer alternativen, nicht flüchtigen Speichertechnik auf der Grundlage ferroelektrischer Materialien viel Aufmerksamkeit geschenkt. Es gibt leider immer noch eine große Anzahl von Problemen bei dieser Möglichkeit der Datenspeicherung, die die weit verbreitete Anwendung ferroelektrischer Materialien verhindert haben, wobei die verschiedenen Probleme nicht ideale Speichereigenschaften und extreme Schwierigkeiten bei der Herstellung beinhalteten.
Angesichts der verschiedenen Probleme bei den oben beschriebenen herkömmlichen Datenspeichergeräten ist es höchst wünschenswert, eine Lese/Schreib-Speichertechnik und ein entsprechendes Gerät bereitzustellen, die inhärent einfach und kostengünstig herzustellen sind. Außerdem sollte diese Speichertechnik den Anforderungen der neuen Generation tragbarer Computergeräte gerecht werden, indem sie mit geringer Spannung betreibbar ist, während sie eine hohe Speicherdichte, Nichtflüchtigkeit und geringe Herstellungskosten bietet.
Programmierbare passive und aktive Komponenten
Elektronische Schaltungen können buchstäblich Millionen von Komponenten enthalten. Diese Komponenten fallen allgemein in zwei getrennte Kategorien, nämlich passive Komponenten und aktive Komponenten. Passiven Komponenten, wie zum Beispiel Widerstände und Kondensatoren, sind elektrische Werte zugeordnet, die relativ konstant sind. Auf der anderen Seite sind die elektrischen Werte aktiver Komponenten, wie zum Beispiel Transistoren, so konzipiert, dass sie sich ändern, wenn an Steuerelektroden eine Spannung oder ein Strom angelegt wird.
Aufgrund des weit verbreiteten Gebrauchs dieser beiden Typen von Komponenten ist es höchst wünschenswert, eine kostengünstige Vorrichtung vorzusehen, die beide Funktionen einer passiven Komponente und einer aktiven Komponente ausführen kann. Zum Beispiel wäre eine Vorrichtung höchst wünschenswert, die als eine aktive Komponente wirkt, die auf ein angelegtes Signal dadurch reagiert, dass sie ihren Widerstand und ihre Kapazität ändert, und jedoch in einer alternativen Ausführungsform dasselbe Gerät als eine passive Komponente wirkt, die vorprogrammiert sein kann (d.h. die Änderung wird vom Gerät "erinnert", nachdem die Programmierung abgeschlossen ist). Eine solche Vorrichtung könnte dann in vielen unterschiedlichen Anwendungen von abgestimmten Schaltungen in Kommunikationsgeräten bis zu Lautstärkereglern in Audiosystemen eingesetzt werden.
Optische Geräte
In letzter Zeit hat es einen riesigen Bedarf nach verschiedenen optischen Geräten, wie zum Beispiel Anzeigegeräten für Laptopcomputer, hochauflösendes Fernsehen (High Definition Television/HDTV), räumliche Lichtmodulatoren und dergleichen gegeben. Daher wäre eine kostengünstige, einfachst herstellbare Vorrichtung höchst wünschenswert, die in solchen optischen Geräten, wie zum Beispiel als ein Verschluss zum Blockieren des Lichtdurchgangs durch eine optische Zelle oder als ein Spiegel eingesetzt werden kann, der einen abgetasteten eintreffenden Strahl auf einen Bildschirm oder ein anderes Ziel richten oder von ihm weg richten kann.
Sensoren
Die Messung ultravioletter Strahlung und anderer Form von Strahlung ist sehr wichtig, da man davon ausgehen kann, dass Strahlung zum Beispiel Hautkrebs und andere schädliche Auswirkungen beim Menschen verursachen kann.
Demnach ist eine einfachst herstellbare Vorrichtung wünschenswert, die in kostengünstigen Wellenlängensensoren oder Sensorfeldern für kurzwellige Strahlung, wie zum Beispiel ultraviolette Strahlung (10^–7–10^–9 Metern) Röntgenstrahlen (10^–9–10^–11) und Gammastrahlen (10^–11–10^–14) verwendet werden kann.
Eine Zelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus "Polaritydependent memory switching and behaviour of Ag dendrite in Ag-photodoped amorphous As₂S₃ films" ("Polaritätsabhängige Speicherschaltung und Verhalten eines Ag-Dendriten in Ag-fotodotierten amorphen As₂S₃-Filmen"), Hirose et al., Journal of Applied Physics, Band 47, Nr. 6, Juni 1976 bekannt.
Schlussfolgerung
Aufgrund des weit verbreiteten Gebrauchs von Vorrichtungen, wie zum Beispiel Speichervorrichtungen, programmierbaren Widerstands- und Kondensatorvorrichtungen, elektrooptischen Vorrichtungen und Sensoren, ist es sehr wünschenswert, eine kostengünstige, leicht herstellbare Vorrichtung vorzusehen, die unter anderem in all diesen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zelle wird durch Anspruch 1 und Anspruch 21 definiert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen. Es zeigt:
1A eine Draufsicht auf eine programmierbare Metallisierungszelle in einer lateralen Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B einen Schnitt von 1A entlang der Linie 1-1;
2 eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen Widerstand und Zeit in einer beispielhaften programmierbaren Metallisierungszelle zeigt;
3 eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen Kapazität und Zeit in einer beispielhaften Konfiguration einer programmierbaren Metallisierungszelle zeigt;
4A eine Draufsicht auf eine programmierbare Metallisierungszelle in einer senkrechten Konfiguration gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B einen Schnitt von 4A entlang der Linie 2-2;
5A eine Draufsicht auf eine beispielhafte Speichervorrichtung des lateralen Typs gemäß der vorliegenden Erfindung;
5B einen Schnitt von 5A entlang der Linie 5-5;
5C einen Schnitt durch eine laterale Speichervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5D einen Schnitt durch eine laterale Speichervorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5E einen Schnitt durch eine laterale Speichervorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A eine Draufsicht auf eine beispielhafte Speichervorrichtung des senkrechten Typs gemäß der vorliegenden Erfindung;
6B einen Schnitt von 6A entlang der Linie 6-6;
7A eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform einer programmierbaren Widerstands/Kapazitäts-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7B einen Schnitt von 7A entlang der Linie 7-7;
8A eine Draufsicht auf eine programmierbare Widerstands/Kapazitäts-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B einen Schnitt von 8A entlang der Linie 8-8;
9A eine Draufsicht auf eine beispielhafte elektro-optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
9B einen Schnitt durch die elektrooptische Vorrichtung von 9A entlang der Linie 9-9;
10A eine Draufsicht auf einen beispielhaften Strahlungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung; und
10B einen Schnitt durch den Sensor von 10A entlang der Linie 10-10.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen
I. Programmierbare Metallisierungszelle
Es wird nun anhand der 1A und 1B eine beispielhafte programmierbare Metallisierungszelle ("PMC") 10 in einer lateralen bzw. waagrechten Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. 1A ist eine Draufsicht auf eine PMC 10 und 1B ist ein Schnitt durch die PMC 10 entlang der Linie 1-1 von 1A. Die PMC 10 weist einen schnellen Ionenleiter 12 und mehrere Elektroden 13 und 14 (z.B. eine Kathode 13 und eine Anode 14) auf, die auf der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 12 angeordnet sind. Optional hierzu kann ein Auflagesubstrat 11 an der Basis des schnellen Ionenleiters 12, über den (nicht gezeigten) Elektroden 13 und 14 oder beides vorgesehen sein, um der Vorrichtung 10 zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. Das Substrat 11 kann in entsprechender Weise zum Beispiel Kunststoff-, Glas- oder Halbleitermaterial aufweisen.
Weiter unter Bezugnahme auf die 1A und 1B umfasst der schnelle Ionenleiter 12 einen festen Elektrolyten, ein Metallionen enthaltendes Glas, einen Metallionen enthaltenden amorphen Halbleiter, ein Chalkogenidmetallion, oder dergleichen. Im weitesten Sinn enthält- ein Chalkogenidmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eine beliebige Schwefel, Selen und/oder Tellur enthaltende Verbindung, ob es sich um ternäre, quaternäre oder höhere Verbindungen handelt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein schneller Ionenleiter 12 eine Chalkogenidmetallionzusammensetzung auf, wobei das Chalkogenidmaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Arsen, Germanium, Selen, Tellur, Bismut, Nickel, Schwefel, Polonium und Zink (vorzugsweise Arsensulfit, Germaniumsulfit oder Germaniumselenit) beinhaltet, und das Metall beinhaltet verschiedene Metalle der Gruppe I oder Gruppe II (vorzugsweise Silber, Kupfer, Zink oder eine Kombination hiervon). Die Chalkogenidmetallionenzusammensetzung kann durch Photodissoziation, durch Abscheiden aus einer Quelle, die das Chalkogenid und Metall enthält, oder durch andere bekannte Verfahren hergestellt werden.
Immer noch mit Bezug auf die 1A und 1B weist in einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der schnelle Ionenleiter 12 ein Arsen-Trisulfid-Silber (As₂S₃-Ag) auf. Das Silber wird in das As₂S₃ dadurch eingeführt, dass ein dünner Silberfilm und die As₂S₃-Schicht mit Licht einer Wellenlänge von weniger als 500 nm bestrahlt werden. Wenn genügend Silber vorhanden ist, führt der Vorgang zur Ausbildung einer ternären Verbindung, die stöchiometrisch ähnlich dem Mineral Smithit (AgAsS₂), einem stabilen amorphen Material, ist. Vorzugsweise wird genügend Silber auf der Chalkogenidoberfläche abgeschieden, um die Gleichgewichtsphase über die ganze Chalkogenidschicht hinweg auszubilden. Es ist zwar möglich, dass die PMC 10 funktioniert, ohne dass der schnelle Ionenleiter 12 in der Gleichgewichtsphase ist, doch erfordert der Betrieb der PMC 10 dann eine beträchtlich höhere Spannung.
Immer noch mit Bezug auf die 1A und 1B sind die Elektroden 13 und 14 auf der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 12 in geeigneter Weise beabstandet voneinander angeordnet, die einen Abstand d1 im Bereich vorzugsweise von Hunderten von Mikrometern bis Hundersteln von Mikrometern bilden. Die Elektroden 13 und 14 können ein beliebiges elektrisch leitfähiges Material umfassen, das ein elektrisches Feld für den schnellen Transport von Metallionen im schnellen Ionenleiter 12 erzeugt. Wenn an die Elektroden 13 und 14 eine Spannung angelegt wird, wächst aus der Elektrode 13 (d.h. der Kathode), wobei die Elektrode an den negativen Pol der Stromversorgung angeschlossen ist, ein Metalldendrit 15. Der Dentdrit 15 wächst als Niederschlag aus der festen Lösung von Kationen (z.B. Silberkationen) auf der Kathode 13, der durch ein hohes lokales elektrisches Feld geschaffen wird. Der Dendrit 15 darf über die Oberfläche des schnellen Ionenleiters 12 wachsen, bis er auf die entgegengesetzte Elektrode 14 trifft, wodurch der Spalt geschlossen und die elektrische Schaltung kurzgeschlossen wird, doch ist dieser Kurzschluss keine Ausführungsform der vorliegenden durch die Ansprüche definierten Erfindung. Alternativ dazu kann der Dendrit 15 angehalten werden, bevor er die Anode 14 erreicht, indem die Spannungsquelle abgeschaltet wird oder vor der Anode eine physische Isolationsbarriere angeordnet wird. Solange der Dendrit 15 die entgegengesetzte Elektrode 14 nicht berührt, kann sein Wachstum leicht angehalten und rückgängig gemacht werden, indem die Spannung an den Elektroden 13 und 14 umgekehrt wird. Änderungen an der Länge des Dendriten 15 wirken sich auf den Widerstand und die Kapazität der PMC 10 aus; diese Änderungen können unter Einsatz einfacher Schaltungen, die auf diesem Gebiet bekannt sind, einfach erfasst werden. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Dendriten 15 besteht in seiner Nichtflüchtigkeit; der Metalldendrit 15 bleibt intakt, wenn die Spannung von den Elektroden 13 und 14 genommen wird.
Weiter mit Bezug auf die 1A und 1B weist in einer bevorzugten Ausführungsform, bei der der schnelle Ionenleiter 12 As₂S₃-Ag aufweist, die Anode 14 Silber, wie zum Beispiel eine massive Silberschicht oder eine Silber-Aluminium-Doppelschicht, auf; dies ermöglicht es, dass bei einem relativ niedrigen elektrischen Feld ein schnelles Dendritwachstum erfolgt, da die Anode 14 als eine Opferelektrode auftritt. Die Kathode 13 kann eine massive Silberschicht, eine Aluminiumschicht oder eine Silber-Aluminium-Doppelschicht sein, und in manchen Konfigurationen ist Aluminium das bevorzugte Material. Wenn die Elektroden 13 und 14 Silber aufweisen (z.B. reines Silber oder eine Aluminium-Silber-Doppelschicht), wächst der Dendrit 15 aus derjenigen Elektrode, die an die negative Seite der Stromversorgung angeschlossen ist; wenn die Spannung umgekehrt wird, löst sich der vorhandene Dendrit auf oder wird zurückgezogen, und es wächst ein neuer Dendrit aus der entgegengesetzten Elektrode. Wenn alternativ hierzu die Kathode 13 aus Aluminium ist und die Anode 14 aus purem Silber oder einer Silber-Aluminium-Doppelschicht, dann wächst der Dendrit 15 nur aus der Kathode 13; wenn dann die Spannungspolarität umgekehrt wird, zieht sich der Dendrit 15 zur Kathode 13 zurück, es erfolgt jedoch wenig oder kein Dendritwachstum von der entgegengesetzten Elektrode 14 aus. Wenn die Anode 14 oder sowohl die Kathode 13 als auch die Anode 14 aus Aluminium oder einem anderen nicht löslichen Metall (z.B. Gold) sind, wird das Wachstum den Dendriten 15 extrem langsam und erfordert eine hohe angelegte Spannung.
Weiter mit Bezug auf die 1A und 1B ist die Wachstumsrate des Dendriten 15 abhängig von der angelegten Spannung und der Zeit. Geringe Spannungen führen zu einem relativ langsamen Wachstum, während höhere Spannungen ein extrem schnelles Wachstum erzeugen. In Vorrichtungen mit kleiner Geometrie (d.h. einer Breite von wenigen Mikrometern) erzeugen Spannungen im Bereich von ungefähr 0,5 bis 1,0 Volt Einzeldendritstrukturen mit Wachstumsraten, die größer als 10^–3 m/s sind, während Spannungen über 10 Volt eine "Dendritbahn" 15 zwischen den Elektroden 13 und 14 und nicht nur einen Einzeldendriten erzeugen können.
Weiter mit Bezug auf die 1A und 1B kann eine (nicht gezeigte) weiche Polymerbeschichtung, wie zum Beispiel aus einem Polyimid oder Novolac, über dem schnellen Ionenleiter 12 und den Elektroden 13 und 14 angeordnet sein, um die PMC 10 gegenüber Feuchtigkeit oder physischer Beschädigung zu schützen, während immer noch das Wachstum des Dendriten 15 ermöglicht wird.
Gemäß 2 und 3 zeigen Kurvendarstellungen den Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der Zeit bzw. der Kapazität und der Zeit in einer PMC. Die zum Erhalten dieser Ergebnisse verwendete PMC war eine relativ große Vorrichtung (d.h. ungefähr 12 μm von einer Elektrode zur anderen); trotzdem bieten diese Ergebnisse eine gute Übersicht über die allgemeinen elektrischen Eigenschaften der PMC.
Unter spezifischer Bezugnahme auf 2 repräsentiert eine Kurve 32 das Verhältnis zwischen dem Widerstand und der Zeit bei der PMC. Bevor an die Elektroden der PMC eine Spannung angelegt ist, ist der Widerstand der PMC ungefähr 2,65 Megaohm. Wenn an die Elektroden eine kleine Vorspannung mit 0,7 Volt als eine Reihe von 0,5 Sekunden dauernden Pulsen angelegt wird, zeigt der Widerstand der PMC ein umgekehrt proportionales Verhältnis zur Zeitlänge, über welche die Spannung an die Elektroden angelegt wird. Zum Beispiel ist der Widerstandswert nach 4,5 Sekunden angelegter Spannung um ungefähr 550 Kiloohm auf ungefähr 2,1 Megaohm gesunken. Größere Veränderungen des Widerstandswerts werden erreicht, wenn eine kleinere PMC-Vorrichtung oder höhere Spannungen verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 3 zeigt eine Kurve 42 das Verhältnis zwischen der Kapazität der PMC gegenüber der Zeit. Bei ungefähr 0,5 Sekunden einer angelegten Vorspannung von 0,7 Volt ist die Kapazität der PMC-Vorrichtung bei ungefähr 0,45 Picofarad. Wenn 0,7 Volt an die Elektroden als eine Reihe von Impulsen von 0,5 Sekunden Dauer angelegt wird, steigt die Kapazität der PMC nach 4,5 Sekunden schnell auf 0,9 Picofarad an. Der Anstieg der Kapazität ist sogar noch größer, wenn eine kleinere PMC-Vorrichtung verwendet wird oder höhere Spannungen angelegt werden.
Mit Bezug auf die 4A und 4B ist dort eine senkrecht konfigurierte PMC 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Während die laterale Konfiguration der 1A und 1B leichter herzustellen ist und entsprechend niedrigere Herstellungskosten hat, liefert die senkrechte Konfiguration die Vorteile einer viel kompakteren Vorrichtung. 4A ist eine Draufsicht auf die PMC 20 in der senkrechten Konfiguration und 4B ist ein Schnitt durch die PMC 20 entlang der Linie 2-2 von 4A.
Immer noch mit Bezug auf die 4A und 4B sind eine Elektrode 23 (z.B. eine Kathode) und eine Elektrode 24 (z.B. eine Anode) in parallelen Ebenen zueinander beabstandet angeordnet. Ein schneller Ionenleiter 22 ist zwischen den Elektroden 23 und 24 angeordnet bzw. in einer Sandwich-Struktur aufgebaut. Wenn an die Kathode 23 eine Spannung angelegt wird, wächst von der Kathode 23 entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 22 ein Dendrit 25 zur Anode 24 hin. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Auflagesubstrat 21 anliegend an die Elektrode 24 oder 23 vorgesehen, um die PMC 20 zu stützen und ihr Steifigkeit zu verleihen.
II. Metalldendritspeicher
Wie oben beschrieben, kann eine PMC in verschiedensten Technologien implementiert werden. Eine derartige Anwendung ist in Speichervorrichtungen.
Wenn wir uns nun den 5A und 5B zuwenden, so ist dort eine beispielhafte Speicherzelle bzw. eine Metalldendritspeicherzelle 50 (MDM-Zelle) in einer lateralen bzw. waagrechten Konfiguration gezeigt. 5A ist eine Draufsicht auf die MDM 50, und 5B ist ein Schnitt durch die MDM 50 entlang der Linie 5-5 von 5A. In dieser gezeigten Ausführungsform umfasst die MDM 50 ein Substrat 51, das die physische Abstützung für die Speicherzelle bzw. -vorrichtung liefert. Wenn das Substrat 51 nichtisolierend oder sonst mit dem in der MDM 50 verwendeten Materialien inkompatibel ist, kann ein Isolator 56 auf dem Substrat 51 angeordnet werden, um den aktiven Teil der MDM 50 gegenüber dem Substrat 51 zu isolieren. Als Nächstes wird ein schneller Ionenleiter 52 auf dem Substrat 51 (oder auf der Isolationsschicht 56, wenn ein Isolator verwendet wird) ausgebildet. Der schnelle Ionenleiter 52 wird in entsprechender Weise gemustert, um eine Isolation gegenüber den Speicherzellen oder Vorrichtungen zu schaffen, die der Zelle 50 benachbart sein können. Die Abmessungen (z.B. Länge, Breite und Dicke) des schnellen Ionenleiters 52 bestimmen teilweise die elektrischen Eigenschaften der MDM 50. Wenn ein schneller Ionenleiter 52 zum Beispiel dünn ist und eine Länge hat, die größer als seine Breite ist, dann ist der Widerstandswert der MDM 50 größer als der Widerstandswert wäre, wenn der schnelle Ionenleiter 52 dick wäre und seine Breite größer als seine Länge wäre.
Weiter mit Bezug auf die 5A und 5B werden dann Elektrodenmaterialien auf dem Leiter 52 abgeschieden und zum Ausbilden der Elektrode 53 (z.B. einer Kathode) und der Elektrode 54 (z.B. einer Anode) entsprechend gemustert. Wenn an die Kathode 53 und die Anode 54 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 55 aus der Kathode 53 entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 52 zur Elektrode 54 hin. Die Abmessung und Form der Elektroden 53 und 54 wirkt sich auf die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung 50 aus. Wenn die Elektrode 53 zum Beispiel schmal ist oder spitz zuläuft, dann ist das elektrische Feld um die Elektrode 53 groß und dann ist auch das Wachstum des Dendriten 55 schnell. Wenn auf der anderen Seite die Elektrode 53 eine breite Konfiguration hat, dann ist das elektrische Feld an der Elektrode 53 relativ klein und die Wachstumsrate des Dendriten 55 von der Elektrode 53 aus ist dann langsamer.
Weiter mit Bezug auf die 5A und 5B wird als Nächstes eine Isolationsschicht 59 auf der Vorrichtung 50 abgeschieden. Die Isolationsschicht 59 schützt den aktiven Bereich der MDM 50 gegenüber mechanischer Beschädigung oder chemischer Verschmutzung. Löcher 35 werden dann in entsprechender Weise in der Isolationsschicht 59 vorgesehen, um es einem Kontakt 57 und einem Kontakt 58 zu erlauben, mit der Elektrode 53 bzw. der Elektrode 54 elektrisch gekoppelt zu werden.
Immer noch mit Bezug auf die 5A und 5B wird ein Fachmann erkennen, dass dies nicht die einzige mögliche Konfiguration oder das einzige mögliche Verfahren zur Herstellung einer lateralen MDM-Vorrichtung ist. Zum Beispiel könnte eine alternative Konfiguration für die MDM 50 auch das Ausbilden von Elektroden 53 und 54 auf dem Substrat 51 und das Ausbilden des schnellen Ionenleiters 52 über diesen Elektroden aufweisen. Bei dieser Konfiguration wächst der Dendrit 55 dann entlang der Schnittstelle zwischen dem Substrat 51 und dem schnellen Ionenleiter 52.
Wenn wir nun 5C betrachten, dann ist die dort gezeigte Vorrichtung der Speicherzelle bzw. der Metalldendritspeicherzelle der 5A und 5B ähnlich, wobei jedoch zusätzliche Elektroden vorgesehen sind. Spezifisch und nun mit Bezug auf die 5C weist die MDM-Zelle 250 einen Isolator/Substrat-Teil 251 auf, der einen schnellen Ionenleiter 252 trägt. Wie das auch bei der Konstruktion in den 5A und 5B der Fall war, ist der schnelle Ionenleiter 252 entsprechend gemustert, um eine Isolation gegenüber einer Vielzahl benachbarter Zellen oder Vorrichtungen vorzusehen. Die Elektrodenmaterialien werden dann abgeschieden und gemustert, um die Elektrode 253 auszubilden, die als eine Kathode fungiert, und die Elektrode 254, die als eine Anode fungiert. Wenn an die Kathode 253 und die Anode 254 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 255 entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 252 zur Elektrode 254 hin, wie das in 5C gezeigt ist. Wie das auch bei der Anordnung der 5A und 5B der Fall war, sind Kontakte 257 und 258 vorgesehen, welche die Kathode 253 bzw. die Anode 254 kontaktieren. Zusätzlich und wie in 5C gezeigt, sind noch zwei zusätzliche Elektroden 260 und 262 mit entsprechenden Kontakten 264 bzw. 266 vorgesehen. Tatsächlich können gemäß diesem Aspekt der Erfindung entweder die Elektrode 260 oder die Elektrode 262 oder beide vorgesehen sein, auch wenn in 5C beide als vorhanden gezeigt sind.
Die zusätzlichen Elektroden 260 und/oder 262 gemäß dieser Ausführungsform werden in derselben Ebene wie der Dendrit 255 vorgesehen und sind durch in 5C gezeigtes Material 270 getrennt, das entweder ein dielektrisches Material oder ein Widerstandsmaterial sein kann. Im Fall eines dielektrischen Materials zeigt die in 5C abgebildete Vorrichtung programmierbare Kapazitäten zwischen der Elektrode 253 und der Elektrode 260, zwischen der Elektrode 253 und der Elektrode 262 sowie zwischen den Elektroden 260 und 262, sowie natürlich zwischen den Elektroden 253 und 254. Die programmierbaren Kapazitäten zwischen den verschiedenen Elektroden werden durch das Ausmaß des Wachstums des Dendriten 255 programmiert.
Im Fall einer Situation, in der das Material 270 ein Widerstandsmaterial ist, zeigt die Vorrichtung entsprechende programmierbare Widerstände gemäß dem Ausmaß des Dendritwachstums. Insbesondere existieren programmierbare Widerstände zwischen den Elektroden 253 und 260, zwischen den Elektroden 253 und 262, zwischen den Elektroden 260 und 262 und natürlich auch zwischen den Elektroden 253 und 254. Die Größe der jeweiligen Widerstände hängt dann von der Länge des Dendritwachstums zwischen den Elektroden 253 und 254 ab.
Die in 5C gezeigte Vorrichtung kann verschiedene Vorteile gegenüber der Vorrichtung der 5A und 5B aufweisen, die nur zwei Elektroden hat. Spezifisch kann eine Gleichvorspannung zwischen einer beliebigen Kombination der Elektroden außer den Elektroden 253 und 254 angelegt werden, ohne dass dadurch die Dendritlänge und daher auch die Kapazität und/oder der Widerstand der Vorrichtung verändert wird. Dies hat wichtige Auswirkungen für die Verwendung der Vorrichtung in Speicherfeldern und anderen Anwendungen in elektronischen Schaltungen. Die selben Überlegungen und Vorteile gelten auch für eine Vorrichtung mit drei Elektroden anstatt der vier Elektroden. Das Dendritwachstum ist darauf beschränkt, dass es zwischen den Elektroden 253 und 254 und nie zwischen anderen Elektroden erfolgt. Die Elektroden 253 und 254 sind daher die Programmierklemmen der Vorrichtung, wobei die anderen Elektroden die Ausgangsklemmen der Vorrichtung sind.
Wenn wir nun 5D betrachten, ist dort eine Vorrichtung im Schnitt gezeigt, die der Vorrichtung von 5C ähnlich ist, wobei hier jedoch die zusätzliche Elektrode bzw. Elektroden über der Ebene des Dendrits und nicht in derselben Ebene vorgesehen ist bzw. sind. Wie in 5D gezeigt, weist die MDM-Zelle 350 einen Isolator/Substrat-Teil 351 auf, der einen schnellen Ionenleiter 352 trägt. Wie das auch bei der Konstruktion der 5A, 5B und 5C der Fall war, ist der schnelle Ionenleiter 252 entsprechend gemustert, um eine Isolation gegenüber einer Vielzahl benachbarter Zellen oder Vorrichtungen zu liefern. Die Elektrodenmaterialien werden dann zum Ausbilden der Elektrode 353, die als eine Kathode fungiert, und der Elektrode 354, die als eine Anode fungiert, abgeschieden und gemustert. Wenn dann an die Kathode 353 und an die Anode 354 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 354 entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 352 zur Elektrode 354 hin. Die Kontakte 357 und 358 sind in Kontakt mit der Kathode 353 bzw. der Anode 354 vorgesehen. Zusätzlich können entweder eine oder zwei zusätzliche Elektroden vorgesehen werden, wobei eine dieser Elektroden 360 in 5D so gezeigt ist, dass sie über der Ebene des Dendriten 355 liegt und einen Kontakt 364 aufweist. Die zusätzliche Elektrode oder Elektroden 360 gemäß dieser Ausführungsform werden durch ein in 5D gezeigtes Material 370 getrennt, das entweder ein dielektrisches Material oder ein Widerstandsmaterial sein kann. Im Fall eines dielektrischen Materials hat die in 5D gezeigte Vorrichtung programmierbare Kapazitäten zwischen der Elektrode 353 und der Elektrode 360, zwischen der gezeigten Elektrode 360 und einer weiteren Elektrode 362 gegebenenfalls unter dem (nicht gezeigten) schnellen Ionenleiter, zwischen der Elektrode 360 und der Elektrode 354 und natürlich zwischen den Elektroden 353 und 354. Die programmierbaren Kapazitäten zwischen den verschiedenen Elektroden werden durch das Ausmaß des Wachstums des Dendriten 355 programmiert.
Im Fall einer Situation, bei der das Material 370 ein Widerstandsmaterial ist, hat die Vorrichtung entsprechende programmierbare Widerstände gemäß dem Ausmaß des Dendritwachstums. Insbesondere bestehen programmierbare Widerstände zwischen den Elektroden 353 und 360, zwischen den Elektroden 353 und 362 (wenn vorgesehen), zwischen den Elektroden 360 und 362 (wenn vorgesehen) und natürlich auch zwischen den Elektroden 353 und 354. Die Größe der jeweiligen Widerstände hängt dann von der Länge des zwischen den Elektroden 353 und 354 gewachsenen Dendriten ab.
Die in 5D gezeigte Vorrichtung kann wie diejenige von 5C verschiedene Vorteile gegenüber der Vorrichtung der 5A und 5B, die nur zwei Elektroden hat, bieten. Insbesondere kann zwischen einer beliebigen Kombination der Elektroden außer den Elektroden 353 und 354 eine Gleichvorspannung angelegt werden, ohne dass dadurch die Dendritlänge und daher auch die Kapazität und/oder der Widerstand der Vorrichtung geändert wird. Dies hat wichtige Auswirkungen für die Verwendung der Vorrichtung in Speicherfeldern und anderen Anwendungen in elektronischen Schaltungen. Die selben Überlegungen und Vorteile gelten auch für eine Vorrichtung mit drei Elektroden anstatt der vier Elektroden. Das Dendritwachstum ist darauf beschränkt, dass es zwischen den Elektroden 353 und 354 und niemals zwischen anderen Elektroden erfolgt. Die Elektroden 353 und 354 sind daher die Programmierklemmen der Vorrichtung, wobei die anderen Elektroden die Ausgangsklemmen der Vorrichtung sind.
Nun gemäß 5E ist eine Vorrichtung gezeigt, die der Vorrichtung von 5D ähnlich ist, bei der jedoch die zusätzliche Elektrode bzw. Elektroden in einer Ebene unter der Ebene des Dendriten vorgesehen ist bzw. sind. In 5E weist die MDM-Zelle 450 einen Isolator/Substrat-Teil 451 auf, der einen schnellen Ionenleiter 452 trägt. Wie das auch bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Fall war, ist der schnelle Ionenleiter 452 entsprechend gemustert, um eine Isolation gegenüber einer Vielzahl benachbarter Zellen oder Vorrichtungen zu bieten. Elektrodenmaterialien werden dann abgeschieden und gemustert, um die Elektrode 453, die als Kathode fungiert, und die Elektrode 454, die als eine Anode fungiert, zu bilden. Wenn an die Kathode 453 und die Anode 454 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 454 entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 452 zur Elektrode 454 hin. Kontakte 457 und 458 sind vorgesehen, um die Kathode 453 bzw. die Anode 454 zu kontaktieren. Zusätzlich können entweder eine oder zwei zusätzliche Elektroden vorgesehen werden, wobei eine dieser Elektroden 460 in 5E gezeigt ist, die unter der Ebene des Dendriten 455 liegt. Der elektrische Kontakt zur Elektrode 460 ist in 5E nicht spezifisch gezeigt, kann jedoch in entsprechender Weise wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, durch ein isoliertes Durchgangsloch durch das Substrat 451 und den Isolator 456 oder durch ein entsprechendes isoliertes Durchgangsloch geschaffen werden, das sich von der entgegengesetzten Richtung in die Elektrode 460 hinein erstreckt, d.h. durch den Teil 470, der entweder ein dielektrisches Material oder ein Widerstandsmaterial sein kann. Im Fall eines dielektrischen Materials zeigt die in 5E gezeigte Vorrichtung programmierbare Kapazitäten zwischen der Elektrode 453 und der Elektrode 460, zwischen der Elektrode 460, die gezeigt ist, und einer weiteren Elektrode 462 über dem schnellen Ionenleiter (die nicht gezeigt ist und falls vorhanden), zwischen der Elektrode 460 und der Elektrode 454 und natürlich zwischen den Elektroden 453 und 454. Die programmierbaren Kapazitäten zwischen den verschiedenen Elektroden werden durch das Ausmaß des Wachstums des Dendriten 454 programmiert.
Im Fall einer Situation, bei der das Material 470 ein Widerstandsmaterial ist, zeigt die Vorrichtung entsprechende programmierbare Widerstände gemäß dem Ausmaß des Dendritwachstums. Insbesondere bestehen programmierbare Widerstände zwischen den Elektroden 453 und 460, zwischen den Elektroden 453 und 462 (falls vorhanden), zwischen den Elektroden 460 und 462 (falls vorhanden), und natürlich zwischen den Elektroden 453 und 454. Die Größe dieser jeweiligen Widerstände hängen dann von der Länge des Dendriten ab, der zwischen den Elektroden 453 und 454 gewachsen ist.
Die in 5E gezeigte Vorrichtung kann wie diejenige der 5C und 5D verschiedene Vorteile gegenüber der Vorrichtung der 5A und 5B aufweisen, die lediglich zwei Elektroden aufweist. Insbesondere kann eine Gleichvorspannung zwischen einer beliebigen Kombination der Elektroden außer den Elektroden 453 und 454 angelegt werden, ohne dass dadurch die Dendritenlänge und daher die Kapazität und/oder der Widerstand der Vorrichtung verändert wird. Dies hat wichtige Auswirkungen für die Benutzung der Vorrichtung in Speicherfeldern und anderen Anwendungen in elektronischen Schaltungen. Dieselben Überlegungen und Vorteile gelten auch für eine Vorrichtung mit drei Elektroden anstatt vier Elektroden. Ein Dendritenwachstum ist darauf eingeschränkt, dass es zwischen den Elektroden 453 und 454 und niemals zwischen anderen Elektroden erfolgt. Die Elektroden 453 und 454 sind daher die Programmierklemmen der Vorrichtung, wobei die anderen Elektroden die Ausgangsklemmen der Vorrichtung sind.
Wenn wir uns nun den 6A und 6B zuwenden, ist eine beispielhafte Ausführungsform einer senkrecht konfigurierten MDM 60 gezeigt. 6A ist eine Draufsicht auf die MDM 60 und 6B ist ein Schnitt durch 6A entlang der Linie 6-6.
Weiter mit Bezug auf die 6A und 6B weist die MDM 60 ein Substrat 61, das eine physikalische Auflage für die Speicherzelle oder die Vorrichtung vorsieht, und gegebenenfalls einen Isolator 68 zum Isolieren des Substrats 61 gegenüber dem aktiven Teil der MDM 60 auf.
Immer noch mit Bezug auf die 6A und 6B ist eine Elektrode 63 über dem Isolator 68 ausgebildet. Als Nächstes wird eine Isolationsschicht 66 über einem Teil der Elektrode 63 abgeschieden und gemustert, um ein Durchgangsloch 69 unter der Anwendung bekannter Verarbeitungsverfahren auszubilden. Das Durchgangsloch 69 dient als das Gehäuse für den aktiven Bereich der MDM 60. Als Nächstes wird unter der Verwendung bekannter Verfahren im Loch 69 ein schneller Ionenleiter 62 abgeschieden, so dass er sich vom oberen Ende des Lochs 69 zur Elektrode 63 hinunter erstreckt, wo er elektrisch verkoppelt wird. Hiernach wird ein Durchgangslochfüller 67, wie zum Beispiel ein flexibles Isolationsmaterial, das ein Dendritenwachstum nicht verhindert, zum Füllen der ungefüllten Teile des Durchgangsloch 69 verwendet, um das Loch zu schützen und darüber liegende Schichten oder Materialien daran zu hindern, das Loch 69 aufzufüllen.
Weiter mit Bezug auf die 6A und 6B wird als Nächstes eine Elektrode 64 ausgebildet, so dass mindestens ein Teil der Elektrode 64 mit dem schnellen Ionenleiter 62 in Kontakt kommt. Die Elektrode 64 ist vorzugsweise auf einer Ebene ausgebildet, die parallel zur Ebene ist, die von der Elektrode 63 und einem rechten Winkel gebildet wird. Die Elektrode 64 wird vom Isolator 66 daran gehindert, mit der Elektrode 63 in direkten elektrischen Kontakt zu kommen. Wenn an die Elektroden 63 und 64 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 65 senkrecht auf der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 62 und entlang der Innenseite des Durchgangslochs 69, wobei sich der Dendrit 65 von der Kathode (z.B. der Elektrode 63) zur Anode (zum Beispiel der Elektrode 64) hin erstreckt.
Immer noch unter Bezugnahme auf die 6A und 6B ist die senkrechte Konfiguration der MDM 60 beträchtlich kompakter als die waagrecht konfigurierte MDM der 5A und 5B und kann daher als eine "hochdichte" Konfiguration betrachtet werden, da viel mehr MDM-Elemente pro Einheitsfläche hergestellt werden können. In der senkrechten Version können zum Beispiel viel alternierende Anoden- und Kathodenschichten mit dazwischen liegenden schnellen Ionenleitern übereinander gestapelt werden, um so die Speicherkapazität dramatisch zu steigern. So sind mit einer einzigen senkrechten Struktur Speicherdichten über 25 Mb/cm² möglich, und diese Dichten verdoppeln sich mit einer Anoden-Kathoden-Anoden-Anordnung. In einer derartigen Anordnung kann die maximale Speicherdichte durch die Größe und die Komplexität der Spalten- und Zeilen-Decoderschaltungen eingeschränkt sein. Wenn jedoch der MDM-Speicherstapel auf einer integrierten Schaltung hergestellt wird, kann die gesamte Halbleiterchipfläche den Zeilen/Spalten-Decodern, den Erfassungsverstärkern und den Datenverwaltungsschaltungen überlassen werden, da die MDM-Elemente keine Fläche auf dem Silizium beanspruchen. Dies sollte es ermöglichen, dass Speicherdichten von vielen Gb/cm² erreicht werden. Auf diese Weise eingesetzt ist die MDM im Wesentlichen eine additive Technologie, die bestehenden integrierten Siliziumschaltungstechnologien Fähigkeiten und Funktionen hinzugefügt.
Die beispielhaften MDMs von den 5 und 6 repräsentieren ein beträchtliches Abweichen von herkömmlichen auf Silizium basierten Mikroelektronikschaltungen. Silizium wird für den Betrieb der MDM nicht benötigt, wenn keine Steuerungselektronik auf demselben Chip integriert wird. Der Gesamtherstellungsprozess einer MDM ist auch beträchtlich einfacher als sogar die einfachsten Halbleiterverarbeitungsverfahren. Mit einfachen Verarbeitungsverfahren, zusammen mit vertretbaren Materialkosten liefert die MDM eine Speichervorrichtung mit viel geringeren Produktionskosten als andere Speichervorrichtungen.
1. PROM und Anti-Fuse-Anwendungen
Immer noch mit Bezug auf die 5 und 6 können die MDM 50 und 60 als Speichervorrichtungen des PROM-Typs verwendet werden. Die PROM- und Anti-Fuse-Anwendungen der MDM 50 und 60 sind jedoch keine Ausführungsformen der vorliegenden durch die Ansprüche definierten Erfindung. Die meisten derzeitigen PROMs verwenden durchschmelzbare Verbindungen, die während der Programmierung unterbrochen bzw. durchgebrannt werden. Nachdem eine Verbindung unterbrochen ist, kann sie nicht wieder hergestellt werden. Die MDMs liefern die Fähigkeit, eine Verbindung herzustellen und nicht die Fähigkeit, eine Verbindung zu unterbrechen. Dies ist besser, da es mehr Spielraum und Flexibilität erlaubt; zum Beispiel, wenn eine falsche Verbindung (d.h. ein Dendrit) hergestellt wird, kann diese Verbindung immer noch wie eine herkömmliche Schmelzverbindung durchgebrannt werden. Außerdem können die Dendriten der MDMs vielen Herstellungs- bzw. Unterbrechungszyklen widerstehen; daher sind vielfache Umprogrammierungszyklen möglich.
Die MDMs können auch in programmierbaren Logikfeldern (Programmable Logic Arrays/PLAs) verwendet werden. Bei PLAs werden Blöcke logischer Elemente, wie zum Beispiel Gates oder Addierungsschaltungen gebildet, jedoch nicht untereinander verbunden. Die Zwischenverbindungen werden hergestellt, um einer bestimmten Anwendung mit geringem Volumen zu genügen (z.B. einer Anwendung, die ein Chipdesign nach Kundenwunsch nicht gerechtfertigt erscheinen lässt). Herkömmlicherweise werden die endgültigen Verbindungen zwischen den verschiedenen Logikelementen am Herstellungsort hergestellt. Die MDMs würden es jedoch ermöglichen, dass solche PLA-Vorrichtungen "im Feld" programmierbar sind, da es relativ einfach ist, harte Verbindungen zwischen den Abschnitten auf dem Chip mit den Metalldendriten zu definieren.
Anti-Fuses finden sich ebenfalls in integrierten Schaltungen, bei denen Redundanzverfahren zum Bekämpfen prozessinduzierter Fehler und während des Betriebs auftretendes Versagen verwendet. Zum Beispiel haben komplexe hochdichte Schaltungen, wie zum Beispiel ein 64 Mbyte DRAM mehr Speicher an Bord des Chips, als tatsächlich verwendet wird. Wenn ein Abschnitt des Chips während der Verarbeitung beschädigt wird oder während des Betriebs ausfällt, kann ein brach liegender Speicher zum Ausgleich herangezogen werden. Typischerweise wird dieser Vorgang durch Logikgatter auf dem Speicherchip gesteuert und erfordert eine beständige Selbsttestung und elektrische Neukonfiguration. Eine MDM kann in derartige Speicherchips integriert werden, um innerhalb des Chips gegebenenfalls neue Verbindungen zu schaffen.
Daten können dadurch in zu PROM konfigurierten MDMs ("MDM-PROMs") geschrieben werden, dass ein konstanter oder gepulster Vorstrom an die Elektroden der MDM angelegt wird, um das Dendritwachstum zu fördern. Der Metalldendrit darf dann bis zur Anode wachsen, um so eine Anti-Fuse-Verbindung mit niedrigem Widerstand zu schaffen. Diese Verbindung verändert sowohl den Widerstand als auch die Kapazität des Speichersystems. Die MDM-PROM-Speicherzelle kann leicht dadurch "gelesen" werden, dass ein kleiner Strom (d.h. ein Strom, der so klein ist, dass er den Dendriten nicht beschädigt) durch die Dendritverbindung geleitet wird. Ein "Löschen" des MDM-PROM wird durch Hindurchleiten eines starken Stroms durch den Dendriten bewerkstelligt, um so den Dendriten zu zerstören und die Verbindung zu unterbrechen. Wenn zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden des MDM immer noch genug Metallionenmaterial verbleibt, kann später gegebenenfalls ein neuer Dendrit nachwachsen.
Im MDM-PROM ist die elektrische Veränderung zwischen den beiden durch den Dendriten veränderten Elektroden so groß, dass Transistoren an den MDM-Zellen nicht benötigt werden. Dies gilt unabhängig davon, ob eine lateral oder vertikal konfigurierte MDM verwendet wird. In der vertikalen bzw. hochdichten Konfiguration wird die Speicherelementgröße von allein der Geometrie zwischen der Anode, dem schnellen Ionenleiter und der Kathode abhängig. Diese Geometrie erlaubt es dem Speicher, dass er das kompakteste verfügbare elektrische Speichermittel ist, viel kompakter als Floating-Gate- oder ferroelektrische Speicher, die Transistoren als ein Teil ihrer Speicherelemente benötigen. Zusätzlich können sowohl laterale als auch vertikale MDM-Konfigurationen auf so gut wie jedem chemisch und mechanisch stabilen Substratmaterial hergestellt werden. Wenn Silizium für zusätzliche Schaltungen erforderlich ist, kann die MDM einfach auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet werden.
2. EEPROM-Anwendungen
Immer noch mit Bezug auf die 5 und 6 erlaubt die Fähigkeit zum Schaffen und Steuern einer nicht flüchtigen Veränderung eines elektrischen Parameters, wie zum Beispiel des Widerstands oder der Kapazität, es der MDM der vorliegenden Erfindung, in vielen Anwendungen verwendet zu werden, die sonst herkömmliche EEPROM- oder Flash-Techniken einsetzen würden. Von der vorliegenden Erfindung gegenüber derzeitigen EEPROM- und Flash-Speichern gebotene Vorteile sind zum Beispiel die niedrigen Herstellungskosten und die Fähigkeit zur Verwendung flexibler Herstellungsverfahren, die sich leicht auf eine Vielzahl von Anwendungen anpassen lassen. MDMs sind besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen die Kosten die Hauptrolle spielen, wie zum Beispiel Smartcards und elektronische Inventur-Tags. Außerdem ist die Fähigkeit zur Ausbildung des Speichers direkt auf einer Plastikkarte ein Hauptvorteil bei diesen Anwendungen, da dies bei allen anderen Halbleiterspeichern unmöglich ist.
Außerdem können gemäß der MDM-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Speicherelemente auf eine Größe von weniger als ein paar Quadratmikrometer geschrumpft werden, wobei der aktive Teil der Vorrichtung weniger als einen Mikrometer misst. Dies bietet einen beträchtlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Halbleitertechniken, bei denen jede Vorrichtung und ihre zugeordnete Anbindung mehrere 10 μm² einnehmen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Pass-Transistoren in den als EEPROM konfigurierten MDMs ("MDM-EEPROMs") dazu verwendet, um die EEPROM-Vorrichtungen mit Dichten des RAM-Typs zu versehen. Alternativ dazu können die Werkstoffe der MDM-Vorrichtungen oder separate Dioden oder Dünnschichttransistoren (TFTs) anstelle der Silizium-Passtransistoren verwendet werden, um in einem Feld mit mehreren Vorrichtungen Zell-zu-Zell-Kurzschlüsse zu verhindern.
Erfindungsgemäß können Daten dadurch in MDM-EEPROMs geschrieben werden, dass ein konstanter oder ein gepulster Vorstrom an die Elektroden der MDM angelegt wird, um ein Dendritwachstum zu fördern. Das Wachstum des Dendriten verändert sowohl den Widerstand als auch die Kapazität der Vorrichtung, die beide leicht gemessen werden können. Beim MDM-EEPROM kann eine Isolationsbarriere, wie zum Beispiel eine Oxidwand, anliegend an die Anode angeordnet sein, um den Dendriten daran zu hindern, die Anode zu erreichen und eine elektrische Kopplung mit ihr einzugehen, wenn die Spannung angelegt ist. Die MDM-EEPROM-Zelle kann leicht dadurch "gelesen" werden, dass ein kleines Wechselstromsignal an die MDM-Vorrichtung angelegt wird (d.h. die Anode und die Kathode alterniert werden). Dieses Wechselstromsignal, das den Dendriten vor und zurück "wackeln" lässt, den Dendriten aber nicht voll auswachsen oder einziehen lässt, führt zu einer dynamischen Kapazitäts- und Widerstandsveränderung um den niedrigen oder hohen Zustand herum. Ein "Überschreiben" oder "Löschen" des MDM-EEPROM benötigt lediglich das Anlegen einer Vorspannung, die der Richtung des Dendritenwachstums entgegengesetzt ist (d.h. bei der die Anode und die Kathode vertauscht werden). Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Elektrode Aluminium und die andere Elektrode Silber enthält, wächst der Dendrit nur von der Aluminiumelektrode aus und zieht sich auf diese auch wieder zurück; während des Rückzugs wächst auch kein neuer Dendrit von der Silberelektrode aus.
Da die MDM-Elemente höchst nichtflüchtige Eigenschaften aufweisen und da die Dendritposition (und daher der Widerstand und die Kapazität) von der Höhe und der Dauer der angelegten Spannung abhängt, sind auch Mehrfach-Zustands- oder n-Zustands-Logik-Speicher möglich. Bei diesem Speicherverfahren können in jeder Speicherzelle mehr als zwei Pegel (d.h. binär) enthalten sein; daher kann die Gesamtspeicherdichte erheblich gesteigert werden. Zum Beispiel erlaubt ein 4-Zustands-Speicher (möglicherweise durch die Verwendung von vier Dendritpositionen) eine Verdoppelung der Speicherkapazität pro Einheitsfläche für dieselbe Speicherzellengröße. Daher können erfindungsgemäß MDMs auch ein Kontinuum analoger und nicht digitaler Quantitäten speichern. Die Speicherung analoger Werte ist in herkömmlichen Speichertechniken extrem schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.
3. Militärische und Luft- und Raumfahrtanwendungen
Die vorliegende Erfindung hat viele Eigenschaften, die zu anderen potentiellen Gebieten des Einsatzes führen. Alle elektronischen Lese/Schreib-Speicher basieren auf dem Prinzip einer Ladungsspeicherung. In DRAMs wird die Ladung ein paar Mikrosekunden lang gespeichert, in EEPROMs kann die Ladung über Jahre hinweg gespeichert werden. Leider gibt es verschiedene Prozesse, die diese Ladung ändern können, wie zum Beispiel ionisierende Strahlung. Zum Beispiel hinterlassen bei militärischen und Raumfahrtsanwendungen Alphapartikel bei ihrem Hindurchgang durch eine typische Halbleitervorrichtung eine Spur von Ladung, welche die Ladung in der Halbleitervorrichtung ändert. Im Fall von Speichertechniken führt dies zu weichen Fehlern und einem Datenverfall.
Die vorliegende Erfindung hängt dagegen nicht von der Speicherung von Ladung ab, sondern von einer physikalischen Veränderung der Materialien, wobei das Material gegenüber relativ hohen Dosen der Strahlung unempfindlich bleibt. Mit anderen Worten ist die vorliegende Erfindung gegenüber Strahlung gehärtet. Dies ergibt beträchtliche Vorteile für militärische und Raumfahrtsysteme sowie für viele hochintegrierte kommerzielle Systeme, wie zum Beispiel Flugzeug- und Navigationssysteme.
4. Synthetische neuronale Systeme
Eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in synthetischen neuronalen Systemen (SNS). SNS-Vorrichtungen basieren auf der Funktionsweise des menschlichen Gehirns und sind dazu bestimmt, die nächste Generation von Rechner- und Steuerungsvorrichtungen zu werden. SNS-Vorrichtungen arbeiten mit der Fähigkeit, zwischen Elementen eine Verbindung herzustellen, als ein Teil eines "Lernvorgangs". Zwischen den aktivsten Schaltungsknoten (d.h. denjenigen Knoten, an denen über einen größten Teil der Zeit Signale vorhanden sind) werden Verbindungen geschaffen. Das "Training" der Systeme durch das Anlegen einer Eingabe führt zu einer Form einer hart verdrahteten Logik. Diese Art von System ist mit herkömmlichen auf Silizium basierten Vorrichtungen extrem schwierig herzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten SNS-Systeme jedoch MDMs. Weil die Bildung eines Dendriten von dem Vorhandensein eines Spannungssignals abhängt, bilden sich zwischen den aktivsten Knoten ganz natürlich Verbindungen, da die Dendriten zu den Elektroden hin wachsen, an denen Spannungen angelegt werden. Zusätzlich hängt dann noch die Stärke der Verbindung, die von ihrer Kapazität beherrscht wird, von der Stärke des Eingangssignals ab. Dieser steuerbare analoge Speichereffekt stellt einen weiteren bedeutsamen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
III. Programmierbare Widerstands-/Kapazitäts-Vorrichtungen
Es wird nun auf die 7 und 8 Bezug genommen, in denen eine beispielhafte programmierbare Widerstands- und Kapazitäts(PR/C)-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die 7A und 7B sind eine Draufsicht bzw. ein Schnitt durch eine Vorrichtung des lateralen Typs. Die 8A und 8B sind eine Draufsicht bzw. ein Schnitt durch eine vertikale PR/C-Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit spezifischer Bezugnahme auf die 7A und 7B ist eine beispielhafte PR/C-Vorrichtung 70 in einer lateralen bzw. horizontalen Konfiguration gezeigt. 7A ist eine Draufsicht auf die PR/C 70, und 7B ist ein Schnitt durch die PR/C 70 entlang der Linie 7-7 von 7A. In dieser abgebildeten Ausführungsform weist die PR/C 70 ein Substrat 71 auf, das die physische Abstützung für die PR/C-Vorrichtung vorsieht. Wenn das Substrat 71 nicht isolierend oder sonst wie mit den in der PR/C 70 verwendeten Werkstoffen inkompatibel ist, kann ein Isolator 76 auf dem Substrat 71 angeordnet sein, um den aktiven Teil der PR/C 70 gegenüber dem Substrat 71 zu isolieren. Als Nächstes wird ein schneller Ionenleiter 72 auf dem Substrat 71 (oder auf der Isolationsschicht 76, wenn der Isolator 76 verwendet wird) ausgebildet. Der schnelle Ionenleiter 72 wird in entsprechender Weise gemustert, um eine Isolation zwischen beieinanderliegenden PR/C oder anderen Geräten vorzusehen. Die Abmessungen (z.B. Länge, Breite und Dicke) des schnellen Ionenleiters 72 haben eine Auswirkung auf die elektrischen Eigenschaften der PR/C 70. Wenn zum Beispiel der schnelle Ionenleiter 72 dünn ist und eine Länge hat, die größer als seine Breite ist, dann ist der Widerstandswert der PR/C 70 größer als der Widerstandswert, wenn ein schneller Ionenleiter 72 verwendet wird, der dick ist und dessen Breite größer als seine Länge ist.
Immer noch mit Bezug auf die 7A und 7B werden dann Elektrodenmaterialien auf dem schnellen Ionenleiter 72 abgeschieden und entsprechend gemustert, um die Elektrode 73 (z.B. eine Kathode) und die Elektrode 74 (z.B. eine Anode) auszubilden. Wenn an die Kathode 73 und die Anode 74 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 75 von der Kathode 73 aus entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 72 zur Elektrode 74 hin. Die Abmessung und Form der Elektroden 73 und 74 trägt zu den Eigenschaften der Vorrichtung 70 bei. Wenn die Elektrode 73 zum Beispiel schmal ist oder spitz zuläuft, dann ist das elektrische Feld hoch und das Wachstum des Dendriten 75 von der Elektrode 73 aus schnell. Wenn auf der anderen Seite die Elektrode 73 eine breite Konfiguration hat, dann ist das elektrische Feld an der Elektrode 73 relativ klein und das Wachstum des Dendriten 55 von der Elektrode 73 aus langsamer.
Immer noch mit Bezug auf die 7A und 7B wird als Nächstes eine Isolationsschicht 79 auf der Vorrichtung 70 abgeschieden. Die Isolationsschicht 79 schützt den aktiven Bereich der PR/C 70 gegenüber mechanischer Beschädigung oder chemischer Verschmutzung. Löcher 125 werden dann in entsprechender Weise in der Isolationsschicht 79 vorgesehen, um es so einem Kontakt 77 und einem Kontakt 78 zu erlauben, mit der Elektrode 73 bzw. der Elektrode 74 elektrisch gekoppelt zu werden.
Immer noch mit Bezug auf die 7A und 7B wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass es sich hier nicht um die einzig mögliche Konfiguration oder das einzig mögliche Verfahren zur Herstellung einer lateralen PR/C-Vorrichtung handelt. Zum Beispiel weist eine alternative Konfiguration für die PR/C 70 ein Ausbilden der Elektroden 73 und 74 auf dem Substrat 71 und dann ein Ausbilden des schnellen Ionenleiters 72 oben auf diesen Elektroden auf. In diesem Fall wächst der Dendrit 75 dann entlang der Schnittstelle zwischen dem Substrat 71 und dem schnellen Ionenleiter 72.
Wie oben im Zusammenhang mit den 5C, 5D und 5E erörtert und mit einem Schwerpunkt auf den Metalldendritspeichervorrichtungen (MDM-Vorrichtungen), enthalten Vorrichtungen gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung eine Elektrode oder Elektroden zusätzlich zu den zwei zum Programmieren des Dendritwachstums verwendeten Elektroden, die als "Ausgänge" der Vorrichtungen verwendet werden können. Diese sind in den 5C, 5D und 5E gezeigt, und dieselben Strukturen können auch zum Vorsehen programmierbarer Kapazitäts- und Widerstandselemente in Zusammenhängen angewendet werden, die nicht Speicherelemente sind, und zur entsprechenden Anwendung an beliebigen Orten kommen, an denen Kapazitäts- und Widerstandselement verwendet werden.
Wenn wir uns nun den 8A und 8B zuwenden, dann ist dort eine beispielhafte Ausführungsform einer senkrecht konfigurierten PR/C 80 gezeigt. 8A ist eine Draufsicht auf die PR/C 80 und 8B ist ein Schnitt durch die PR/C 80 entlang der Linie 8-8 von 8A.
Weiter mit Bezug auf die 8A und 8B enthält die PR/C 80 ein Substrat 81, das eine mechanische Auflage für die programmierbare Zelle oder Vorrichtung vorsieht, und gegebenenfalls einen Isolator 88 zum Isolieren des Substrats 81 gegenüber dem aktiven Teil der PR/C 80. Eine Elektrode 83 wird dann über dem Isolator 88 ausgebildet. Als Nächstes wird eine Isolationsschicht 86 über einem Teil der Elektrode 83 abgeschieden und gemustert, um unter der Verwendung der auf diesem Gebiet bekannten Verarbeitungsverfahren ein Durchgangsloch 89 auszubilden. Das Durchgangsloch 89 wird zum Enthalten des aktiven Bereichs der PR/C 80 verwendet. Als Nächstes wird unter der Verwendung der herkömmlichen Verfahren im Durchgangsloch 89 ein schneller Ionenleiter 82 abgeschieden, so dass er sich vom oberen Ende des Lochs 89 bis zur Elektrode 83 hinunter erstreckt, wo er elektrisch gekoppelt wird. Hiernach wird eine Durchgangslochfüllung 87, wie zum Beispiel ein flexibles Isolationsmaterial, das das Dendritwachstum nicht behindert, zum Füllen der ungefüllten Teile des Durchgangslochs 89 verwendet, um das Loch 89 zu schützen und die auszubildende Elektrode daran zu hindern, das Loch 89 auszufüllen.
Immer noch mit Bezug auf die 8A und 8B wird als Nächstes eine darüber liegende Elektrode 84 so ausgebildet, dass mindestens ein Teil der Elektrode 84 mit dem schnellen Ionenleiter 82 in elektrischen Kontakt kommt. Die Elektrode 84 wird vorzugsweise auf einer Ebene ausgebildet, die zur Ebene parallel ist, die von der Elektrode 83 und einem rechten Winkel gebildet wird. Die Elektrode 84 wird vom Isolator 86 daran gehindert, mit der Elektrode 63 in elektrischen Kontakt zu kommen. Wenn an die Elektrode 83 und 84 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 85 senkrecht auf der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 82 und entlang der Innenseite des Durchgangslochs 89, wobei sich der Dendrit 85 von der Kathode aus (z.B. der Elektrode 83) zur Anode hin (z.B. der Elektrode 84) erstreckt.
Immer noch mit Bezug auf die 8A und 8B ist die vertikale Konfiguration der PR/C 80 beträchtlich kompakter als die horizontale Konfiguration der 8A und 8B und kann daher als die "hochdichte" Konfiguration betrachtet werden, da viel mehr PR/C-Elemente pro Einheitsfläche hergestellt werden können. Zum Beispiel können in der vertikalen Version eine Vielzahl alternierender Anoden- und Kathodenschichten mit dazwischenliegenden schnellen Ionenleitern übereinander gestapelt werden, um die Anzahl von Elementen pro Einheitsfläche dramatisch zu erhöhen.
Gemäß den 7 und 8 sind die PR/C-Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung typischerweise so konstruiert, dass sie physisch größer als die MDM-Vorrichtungen der 5 und 6 sind, so dass eine größere parametrische Variabilität erreichbar ist. Die PR/C-Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung werden unter der Verwendung einer Gleichspannung "programmiert". Folglich würde eine kleine Signalwechselspannung den Zustand des Dendriten nicht beeinflussen, und daher würde sich auch der Widerstand oder die Kapazität nicht verändern. Diese programmierbaren Vorrichtungen können allgemein als abgestimmte Schaltungen (z.B. Frequenzauswahl in Kommunikationssystemen, Tonsteuerungen in Audiosystemen, spannungsgesteuerte Filterschaltungen), spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs), Signalpegel (z.B. Lautstärkeregler), automatische Verstärkungsregelungen (AGC) und dergleichen verwendet werden.
Immer noch mit Bezug auf die 7 und 8 stellen die beispielhaften PR/Cs eine beträchtliche Abweichung von herkömmlichen auf Silizium basierten Mikroelektronikstrukturen dar. Tatsächlich wird Silizium für den Betrieb der PR/C nicht einmal benötigt. Außerdem ist der gesamte Herstellungsvorgang beträchtlich einfacher als sogar die einfachsten Halbleiterverarbeitungsverfahren. Die einfachen Verarbeitungsverfahren zusammen mit vertretbaren Materialkosten liefern eine Vorrichtung mit niedrigen Produktionskosten.
IV. Elektrooptische Vorrichtungen
Erfindungsgemäß können auch PMC-Vorrichtungen in elektrooptischen Anwendungen integriert werden, indem zwischen breiten Elektroden unter einer hohen angelegten Spannung ein breites Dendritwachstum erfolgt.
Gemäß den 9A und 9B ist eine beispielhafte optische Vorrichtung 90 gezeigt, wobei 9A eine Draufsicht auf die optische Vorrichtung 90 und 9B ein Schnitt durch die optische Vorrichtung 90 entlang der Linie 9-9 von 9A ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung 90 ein Substrat 91 auf, das die mechanische Abstützung für die optische Vorrichtung liefert. Als Nächstes wird ein schneller Ionenleiter 92 auf dem Substrat 91 ausgebildet, wobei der schnelle Ionenleiter 92 entsprechend gemustert wird, um eine Isolation zwischen benachbarten Zellen oder anderen Vorrichtungen vorzusehen.
Immer noch mit Bezug auf die 9A und 9B werden dann Elektrodenmaterialien auf dem schnellen Ionenleiter 92 abgeschieden und entsprechend gemustert, um die Elektrode 93 (z.B. eine Kathode) und die Elektrode 94 (z.B. eine Anode) auszubilden. Die Konfiguration der Elektroden 93 und 94 ist viel breiter als die Elektroden der horizontalen MDM der 5A und 5B. Wenn eine hohe Spannung (z.B. eine Spannung größer als 5 Volt) an die Elektroden 93 und 94 angelegt wird, wird eine "Bahn" eines Metalldendriten 95 hergestellt, wobei der Dendrit 95 von der Kathode 93 aus entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 92 zur Elektrode 94 hin wächst. Die Dendritbahn 95 kann als ein Verschluss zum Verschließen des Durchgangs von Licht durch eine optische Zelle oder als ein Spiegel zum Reflektieren von auf die hintere oder die vordere Oberfläche der optischen Vorrichtung 90 auftreffendes Licht verwendet werden.
Immer noch mit Bezug auf die 9A und 9B wird über dem Dendrit 95 ein transparentes Fenster 99 ausgebildet. Ein Kontakt 97 und ein Kontakt 98 werden dann mit der Elektrode 93 bzw. der Elektrode 94 elektrisch gekoppelt.
Immer noch mit Bezug auf die 9A und 9B wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass auch andere Konfigurationen oder Verfahren zur Herstellung einer elektrooptischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich sind.
V. Sensoren für Licht und kurzwellige Strahlung
Gemäß den 10A und 10B ist ein beispielhafter Sensor 100 für Licht und kurzwellige Strahlung beschrieben, wobei 10A eine Draufsicht auf den Sensor 100 und 10B einen Schnitt durch den Sensor 100 entlang der Linie 10-10 von 10A darstellt.
Immer noch mit Bezug auf die 10A und 10B weist der Sensor 100 ein Substrat 101 auf, das die Auflage für die Sensorvorrichtung liefert. Wenn das Substrat 101 nicht isolierend oder sonst mit den im Sensor 100 eingesetzten Materialien inkompatibel ist, kann ein Isolator 106 auf dem Substrat 101 abgeschieden werden, um den aktiven Teil des Sensors 100 gegenüber dem Substrat 101 zu isolieren. Als Nächstes wird ein schneller Ionenleiter 102 auf dem Substrat 101 ausgebildet (oder auf der Isolationsschicht 106, wenn ein Isolator verwendet wird, gebildet). Die Abmessungen (z.B. Länge, Breite und Dicke) des schnellen Ionenleiters 102 bestimmen teilweise die elektrischen Eigenschaften des Sensors 100. Wenn der schnelle Ionenleiter 102 zum Beispiel dünn ist und eine Länge hat, die größer als seine Breite ist, dann ist der Widerstandswert des Sensors 102 größer als der Widerstandswert, wenn der schnelle Ionenleiter 102 dick ist und seine Breite größer als seine Länge ist.
Immer noch mit Bezug auf die 10A und 10B werden dann Elektrodenmaterialien auf dem schnellen Ionenleiter 102 abgeschieden und entsprechend gemustert, um die Elektrode 103 (z.B. eine Kathode) und die Elektrode 104 (z.B. eine Anode) zu bilden. Wenn an die Kathode 103 und die Anode 104 eine Spannung angelegt wird, wächst ein Dendrit 105 von der Kathode 103 aus entlang der Oberfläche des schnellen Ionenleiters 102 zur Elektrode 104 hin. Die Abmessung und Form der Elektroden 103 und 104 trägt zu den Eigenschaften des Sensors 100 bei. Wenn zum Beispiel die Elektrode 102 schmal ist oder spitz zuläuft, dann ist das elektrische Feld hoch und das Wachstum des Dendriten 105 von der Elektrode 103 aus schnell. Wenn auf der anderen Seite die Elektrode 103 eine breite Konfiguration hat, dann ist das elektrische Feld an der Elektrode 103 relativ klein und das Wachstum des Dendriten 105 von der Elektrode 103 aus langsamer.
Immer noch mit Bezug auf die 10A und 10B wird als Nächstes ein transparentes Fenster 109 über den Elektroden 103 und 104 und über dem Bereich ausgebildet, der für den Dendriten 105 reserviert ist. Löcher 145 werden dann in entsprechender Weise im Fenster 109 vorgesehen, um es so einem Kontakt 107 und einem Kontakt 108 zu erlauben, mit der Elektrode 103 bzw. der Elektrode 104 elektrisch gekoppelt zu werden.
Immer noch mit Bezug auf die 10A und 10B tritt durch das Fenster 109 eine kurzwellige Strahlung 110 in den Sensor 100 ein. Die Wachstums- und Auflösungsrate des Dendriten 105 ist auf sichtbares Licht im Bereich von orange bis violett sowie auch auf kürzere Wellenlängen, insbesondere ultraviolette Strahlung, empfindlich. Die Wachstumsrate des Dendriten 105 ist auf Wellenlängen unter der ultravioletten Strahlung wesentlich weniger empfindlich. Licht einer kurzen Wellenlänge 110, die auf das transparente Fenster 109 auftrifft, erhöht die Ionisierung des Metalls während des Wachstums oder der Auflösung des Dendriten 105, weshalb die für das Wachstum oder die Auflösung des Dendriten 105 benötigte Zeit verringert wird. Die Zeitdifferenz kann mit elektronischen Mitteln erfasst werden und dann mit der Intensität der auftreffenden Strahlung in Zusammenhang gebracht werden.
Immer noch mit Bezug auf die 10A und 10B erkennt ein Fachmann auf diesem Gebiet, dass es sich hier nicht um die einzig mögliche Konfiguration und das einzig mögliche Verfahren zur Herstellung einer Sensorvorrichtung handelt. Zum Beispiel weist eine alternative Konfiguration für den Sensor 100 das Ausbilden von Elektroden 103 und 104 auf dem Substrat 101 und dann das Ausbilden des schnellen Ionenleiters 102 oben auf diesen Elektroden auf. In diesem Fall wächst dann der Dendrit 105 entlang der Schnittstelle zwischen dem Substrat 101 und dem schnellen Ionenleiter 102.
V. Schlussfolgerung
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige, höchst herstellbare Vorrichtung erhalten, die in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen verwendet werden kann, wie zum Beispiel als Speichervorrichtungen, als programmierbare Widerstands- und Kondensatorvorrichtungen, als optische Vorrichtungen, Sensoren und dergleichen.
Auch wenn die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, so wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen gezeigten Formen eingeschränkt ist. Verschiedene andere Modifikationen, Variationen und Verbesserungen bei der Konstruktion, der Anordnung und der Implementierung zum Beispiel der PMC, wie sie hier beschrieben sind, können vorgenommen werden, ohne dass dadurch vom Geist und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird, wie er in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist. Außerdem wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass auch verschiedene andere Anwendungen und Verwendungszwecke für die PMC-Vorrichtung außer den hier angegebenen spezifischen Beispielen existieren.

Claims

Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450), die auf einem Substrat angeordnet ist und programmierbare elektrische Eigenschaften hat, wobei die Zelle aufweist: a) ein schnelles Ionenleitermaterial (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452), das eine Oberfläche aufweist; b) eine Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454), die auf der Oberfläche angeordnet ist; c) eine Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453), die auf der Oberfläche in einer bestimmten Entfernung von der Anode angeordnet ist; d) einen Dendrit (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455), der auf der Oberfläche ausgebildet ist und mit der Kathode elektrisch gekoppelt ist, wobei der Dendrit eine Länge hat, die die elektrischen Eigenschaften der Zelle definiert, und wobei die Länge durch eine Spannung veränderbar ist, die an die Anode und die Kathode angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist: e) ein Isoliermaterial, das die Oberfläche und einen Teil des Substrats überlagert zum Bereitstellen einer Isolation für die Zelle, und f) eine Isolationsbarriere, die neben der Anode angeordnet ist, um den Dendrit daran zu hindern, die Anode zu erreichen und mit ihr eine elektrische Kopplung einzugehen, wenn eine Spannung angelegt wird.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach Anspruch 1, weiter mit mindestens einer zusätzlichen Elektrode (260, 262, 360, 362, 460), die im Körper mit einem Isoliermaterial (270, 370, 470) vorgesehen ist und die mindestens eine zusätzliche Elektrode gegenüber dem Dendrit (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) und dem schnellen Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) isoliert, wodurch zwischen jeweils zwei Elementen der Gruppe, die aus der Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453), der Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und mindestens einer zusätzlichen Elektrode besteht, gemessene elektrische Eigenschaften gemäß dem Wachstum des Dendriten variieren.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) so ausgelegt sind, dass an sie eine zweite Spannung angelegt werden kann, deren Polung derjenigen der ersten Spannung entgegengesetzt ist, um ein Wachstum des Metalldendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) umzukehren, während die zweite Spannung an ihn angelegt wird.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Isoliermaterial, das zwischen die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) eingebracht ist, um das Wachstum des Metalldendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) zu verhindern, so dass das Wachstum des Metalldendriten von der Kathode nicht bis zu einem Punkt fortschreiten kann, an dem er mit der Anode in Kontakt kommt.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der schnelle Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) aus einem Metallionen enthaltenden Glas ausgebildet ist.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das schnelle Ionenleitermaterial (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) ein Chalkogenidmaterial umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Schwefel, Selen und Tellur umfasst, und wahlweise weiter ein Metall aufweist, das aus der Gruppe IB oder Gruppe IIB der Tafel des Periodensystems ausgewählt ist, das wahlweise weiter Arsentrischwefelsilber umfassen kann.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Silber, Kupfer und Zink umfasst, und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) Aluminium umfasst.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) aus einer Silber-Aluminium-Doppelschicht und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) aus Aluminium bestehen.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bestimmte Abstand zwischen der Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und der Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) im Bereich von Hunderten von Mikrometern bis zu Hundertsteln von Mikrometern liegt.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das schnelle Ionenleitermaterial (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) zwischen der Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und der Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) angeordnet ist, wobei die Anode und die Kathode parallele Ebenen bilden.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) mit einer Rate zu- bzw. abnimmt, die größer als 10^–3 m/s ist, wenn die Spannung ungefähr 0,5 bis 1,0 Volt ist.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dendrit (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) intakt bleibt, wenn die Spannung entfernt wird.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter Schaltungen zum Messen auf die Länge des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) bezogener elektrischer Eigenschaften in entsprechenden Zeitintervallen aufweist.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Isoliermaterial (59, 66, 79, 86) über mindestens einen Teil des schnellen Ionenleitermaterials (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452), die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454), die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) und den Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) erstreckt, um die Zelle gegen Beschädigung zu schützen, während immer noch Veränderungen der Länge des Dendriten möglich sind.
Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei das Isoliermaterial (270, 370, 470) ein Dielektrikum, so dass die elektrische Eigenschaft, die sich mit dem Wachstum des Metalldendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) ändert, die Kapazität ist, oder ein Widerstandsmaterial umfasst, so dass die elektrische Eigenschaft, die sich mit dem Wachstum des Metalldendriten ändert, der Widerstand ist.
Programmierbares Widerstands- oder Kapazitätselement, das eine Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst.
Nicht flüchtiges Speicherelement, das eine Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Optische Vorrichtung zum Schalten zwischen einem lichtdurchlässigen Modus und einem Licht blockierenden bzw. reflektierenden Modus, die eine Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst, wobei die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453), an die eine Spannung angelegt wird, um den Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) zu bilden, sich relativ weit in die Breite erstrecken und dazu dienen, einen Metalldendriten einer relativ großen Breitenerstreckung wachsen zu lassen, und wobei der schnelle Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) mindestens einen Teil (99, 109) aufweist, der für Licht einer Wellenlänge durchlässig ist, so dass eine Programmierung zum Bilden des Dendriten ein Durchlassen von Licht durch den schnellen Ionenleiter selektiv blockiert und freigibt.
Strahlungssensor, der eine Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst, wobei der schnelle Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) einen Teil (99, 109) aufweist, der für Licht und in dem schnellen Ionenleiter generierte Strahlung kurzer Wellenlänge an einem Ort durchlässig ist, der auf die Achse des Wachstums des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) zwischen der Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und der Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) ausgerichtet ist, an die eine Spannung angelegt wird, um ein Dendritenwachstum zu programmieren, wodurch die Rate der Bildung bzw. Auflösung des Metalldendriten im Ansprechen auf eine vorbestimmte angelegte Spannung zwischen der Anode und der Kathode vom Licht bzw. der Strahlung abhängt, die auf den transparenten Teil (99, 109) des schnellen Ionenleiters trifft, so dass die Zelle als ein Licht- bzw. Strahlungssensor dient.
Verfahren zum Herstellen einer programmierbaren Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450), mit den folgenden Schritten: a) Vorsehen eines Substrats, b) Vorsehen eines schnellen Ionenleitermaterials (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452), das eine Oberfläche aufweist; c) Bilden einer Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) auf der Oberfläche; d) Bilden einer Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) auf der Oberfläche in einer bestimmten Entfernung von der Anode; e) Bilden eines nicht flüchtigen Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) auf der Oberfläche, wobei der Dendrit mit der Kathode elektrisch gekoppelt ist und wobei der Dendrit eine Länge hat, die elektrische Eigenschaften der programmierbaren Zelle definiert, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter die folgenden Schritte aufweist: f) Bilden einer Isolierschicht, welche das Substrat überlagert und mit ihm in Kontakt ist, um die programmierbare Zelle zu isolieren, und g) Vorsehen einer Isolationsbarriere, die neben der Anode angeordnet ist, um den Dendrit daran zu hindern, die Anode zu erreichen und mit ihr eine elektrische Kopplung einzugehen, wenn eine Spannung angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt des Vorsehens eines schnellen Ionenleitermaterials (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) den Schritt des Vorsehens eines Chalkogenids aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Schwefel, Selen und Tellur umfasst, und wahlweise weiter ein Metall aufweist, das aus der Gruppe IB oder Gruppe IIB der Tafel des Periodensystems ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt des Vorsehens eines schnellen Ionenleitermaterials (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) den Schritt des Vorsehens eines Arsentrischwefelsilbermaterials umfasst, das wahlweise durch eine Silberschicht und eine Arsensulfidschicht mit Licht einer Wellenlänge von weniger als 500 Nanometer ausgebildet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Schritt des Bildens einer Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) den Schritt des Bildens einer Anode aus einem Material umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Silber, Kupfer und Zink umfasst, und wobei der Schritt des Bildens einer Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) den Schritt des Bildens der Kathode mit einem Leitermaterial umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei der Schritt des Bildens einer Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) den Schritt des Bildens einer Kathode in einer Ebene umfasst, die parallel zur Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das Substrat (11, 21, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 251, 351, 451) als ein Halbleitermaterial vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, weiter mit dem Schritt des Vorsehens von Schaltungen zum Messen elektrischer Eigenschaften, die sich auf die Länge des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) beziehen, in entsprechenden Zeitintervallen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, weiter mit dem Schritt des Vorsehens der Isolierschicht (59, 66, 79, 86), die sich über mindestens einen Teil des schnellen Ionenleiters (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452), die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454), die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) und den Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) erstreckt, um die Zelle gegen Beschädigung zu schützen, während immer noch Veränderungen der Länge des Dendriten möglich sind.
Verfahren zum Programmieren der Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach den Ansprüchen 1 bis 16, mit dem Schritt des Anlegens einer Spannung an die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453) und die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454), um so die Länge des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
Verfahren zum Bilden eines optischen Schalters, mit dem Schritt des Bildens einer Zelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und die Kathode (13, 23, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 253, 353, 453), an die eine Spannung angelegt wird, um das Wachstum des Metalldendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) zu programmieren, eine relativ große Erstreckung in der Breite aufweisen, und wobei der schnelle Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) mindestens einen Teil (99, 109) aufweist, der für Licht einer Wellenlänge durchlässig ist, wodurch das Dendritenwachstum selektiv gesteuert wird, um Teile des transparenten Teils des schnellen Ionenleiters zu blockieren bzw. freizugeben, um so bezüglich Licht, das so gerichtet ist, dass es durch den transparenten Teil gelangt, die Funktion eines optischen Schalters zu schaffen.
Verfahren zum Bilden eines Strahlungssensors, mit dem Schritt des Bildens einer programmierbaren Metallisierungszelle (10, 20, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 250, 350, 450) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der schnelle Ionenleiter (12, 22, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 252, 352, 452) mindestens einen Teil (99, 109) aufweist, der für Licht oder Strahlung kurzer Wellenlänge durchlässig ist, und wobei eine vorbestimmte Spannung ständig an die Anode (14, 24, 54, 64, 74, 84, 94, 104, 254, 354, 454) und die Kathode (13, 23, 53, 253, 353) angelegt wird, wodurch die Rate des Wachstums bzw. der Auflösung des Dendriten (15, 25, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 255, 355, 455) als eine Anzeige der Menge oder Intensität einfallenden Lichts bzw. einfallender Strahlung kurzer Wellenlänge dient.