Полупроводниковый переключающий элемент Советский патент 1985 года по МПК H01L29/06 H01L45/00 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в пороговых переключателях на базе аморфного полупроводникового материала, обладающих чувствительностью к давлению, предназначенных для изготовления клавишных переключателей типа реле, элементов связи, формирователей импульсов или электромеханических преобразователей. Известен переключающий элемент на основе аморфных полупроводников, представляющ,ий собой сэндвич-структуру (патент США № 3271591, кл. 307-88.5, опублик. 1966). Недостатко.м такого переключающего элемента является статистический разброс основных параметров переключения, таких как сопротивление низкоомного состояния, время переключения, отражающий нестабильность их работы. Наиболее близким к данному изобретению является полупроводниковый переключающий элемент, содержащий последовательно расположенные на подложке слой базового электрода, изоляции, аморфного полупроводникового .материала и сводового электрода (патент ГДР № 129602, кл. Н 01 L 29/82, опублик. 1978). При этом в слое изоляции имеются окна, через которые аморфный полупроводниковый материал соприкасается с базовым электродом. Для формирования конструктивных элементов, включая окна в слое изоляции, используется техника фотолитографии. Однако операции травления, используемые при изготовлении данного устройства, приводят к тому, что граница раздела между слоем аморфного полупроводникового материала и базовым электродом получается негладкой, с кромками, что вызывает появление неоднородностей в распределении электрического поля, искажающих показатели процесса переключения и влияющих на стабильность работы переключающего элемента. Кроме того, из-за неоднородности распределения электрического поля, при переходе переключающего элемента в низкоомное состояние, возникают пиковые значения плотности тока, что обостряет проблемы, связанные с поддержанием стабильности переключающего, элемента. Целью изобретения является создание полупроводникового переключающего элемента из аморфного полупроводникового материала, обладающего высокой стабильностью параметров переключения. Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом переключающем элементе, содержащем последовательно расположенные на подложке слой базового электрода, изоляции, аморфного полунроводникового материала и сводового электрода, слой изоляции выполнен из поликристаллического кремния с проводящим каналом, расположенным между базовым электродом и аморфным полупроводниковым материалом, при этом между слоем аморфного полупроводникового материала и сводовым электродом расположен согласующий слой, а между слоем аморфного полупроводникового материала и базовым электродом также расположен согласующий слой. В таком переключающем элементе образуются более совершенные границы раздела, что обеспечивает повышение стабильности параметров переключения. На чертеже представлено схематическое строение переключающего элемента. Переключающий элемент находится на подложке 1, которая может представлять собой кремниевую, стеклянную или металлическую пластину. В качестве исходного слоя для собственно переключающего элемента- на подложку 1 нанесен базовый электрод 2, например, из сплава молибдена и алюминия или никеля и хрома. Базовый электрод 2 и часть подложки 1 покрыты слоем поликристаллического кремния 3, в котором образован легированный проводящий канал 4, расположенный перпендикулярно к рабочей поверхности слоя поликристаллического кремния и обеспечивающий контактирование базового электрода 2 со слоем аморфного полупроводникового материала 5. Между проводящим каналом 4 и аморфным полупроводниковым материалом 5 образована не имеющая неровностей и кромок граница раздела 7. Конструктивное исполнение переключающего элемента заканчивается сводовым электродом 6, расположенным над аморфным полупроводниковым материалом и выполненным из тех же электродных материалов, что и базовый электрод. Для обеспечения контактирования полупроводникового переключающего элемента с токовой цепью сводовый электрод 6, а также свободно расположенная часть базового электрода 2 покрыты соединительными слоями, не показанными на чертеже. Между базовым электродом 2 и слоем аморфного полупроводникового материала 5, с одной стороны, и сводовым электродом 6 и слоем аморфного полупроводникового материала 5, с другой стороны, может быть нанесен согласующий противодиффузионный слой 8 для предотвращения загрязнения аморфного полупроводникового материала 5 и гомогенизации токораспределения в проводящей области, а также распределения температуры между слоем аморфного полупроводникового материала 5 и соседними слоями. Для согласующего слоя 8 предпочтителен материал с анизотропными свойствами, например смесь стекла и углерода. Переключающий эле.мент действует следующим образом. Если к электродам 2 и 6 подводится предварительное напряжение, то между сводовым электродом 6 и границей раздела 7 образуется однородно распределенное электрическое поле, благодаря чему обеспечивается стабильность порогового напряжения, переключения при коммутации переключающего элемента. Если подведенное к электродам 2 и б предварительное напряжение в течение интервала времени задержки переключения превысит пороговое напряжение переключения для использованного аморфного полупроводникового материала 5, или если пороговое напряжение снизится ниже уровня предварительного напряжения, например за счет давления, то аморфный полупроводниковый материал 5 переходит в низкоомное состояние. При этом появляется импульс тока, который нагружает аморфный полупроводниковый материал 5 и может

вызвать в нем структурные изменения, приводящие к смещению параметров переключения. Для регулировки величины токового импульса может использоваться степень легирования провидящего канала 4 и толщина слоя пол и кристаллического кремния 3.

Таким образом, за счет формирования более соверщенной границы раздела 7 между аморфным полупроводниковым материалом 5 и базовым электродом 2, а также оптимизации по величине токового импульса степени легирования проводящего канала 4 и толщины слоя поликристаллического кремния 3 достигается повышение стабильности параметров переключения переключающего элемента и его надежности. Этому же способствует нанесение согласующего слоя 8.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий последовательно расположенные на подложке слой базового электрода, изоляции аморфного полупроводникового материала и сводового электрода, отличающийся тем, что слой изоляции выполнен из поликристаллического кремния с проводящим каналом, расположенным между базовым электродом и аморфным полупроводниковым материалом, при этом между слоем аморфного полупроводникового материала и сводовым электродом расположен согласующий слой, и между слоем аморфного полупроводникового материала и базовым электродом также расположен согласующий слой.