CN1226990A - 可编程金属化元件结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种可编程金属化元件(“PMC”)包括诸如硫族化物－金属离子的快离子导体和多个电极(例如,一个阳极和一个阴极);它们设置在快离子导体的表面,并且相互隔开设定的距离。快离子导体最好包括硫族化物以及ⅠB族或ⅡB族金属;阳极最好包括银,而阴极最好包括铝或其他导体。当把电压施加于阳极和阴极时,从阴极沿快离子导体的表面向阳极生长出非易失性的金属枝晶。枝晶的生长速率是施加的电压和时间的函数。枝晶的生长可以通过把电压去除而停止,并且通过倒转在阳极和阴极处的电压极性可以使枝晶回缩。枝晶长度的变化影响PMC的电阻和电容。可以把PMC合并入各种技术,诸如存储器器件、可编程电阻器/电容器器件、光学器件、传感器等等。可以提供除阴极和阳极之外的附加电极,以在检测电学特性(它取决于枝晶的大小)时用作器件的输出端或附加输出端。

Description

可编程金属化元件结构及其制造方法
技术领域
本发明一般涉及一种可编程金属化元件，它包括快离子导体、多个电极和形成在电极之间的快离子导体表面上的压控金属结构(或枝晶)，本发明尤其涉及诸如电子存储器、可编程电阻器和电容器、集成光学器件和传感器等使用可编程金属化元件的器件。
背景技术和技术问题
存储器件
为了以二进制数据的形式存储信息，在电子系统和计算机中使用存储器件。可以把这些存储器件表征为各种类型，每一种类型的存储器件都有与之相关联的各种优缺点。
例如，可以在个人电脑中发现的随机存取存储器(“RAM”)是一种易失性半导体存储器；换句话说，如果把电源断开或去掉，则丢失已存储的数据。动态RAM(“DRAM”)尤其是易失性的，因为每隔数个微秒就要对它“更新”(即，再充电)，以保持已存储的数据。只要电源保持着，则静态RAM(“SRAM”)在一次写入后将保持数据；然而，一当断开电源，数据就丢失了。于是，在这些易失性存储结构中，只有在连至系统的电源不断开时，才能保持信息。
CD-ROM是非易失性存储器的一个例子。CD-ROM大得足以包含很长的音频和视频段；然而，只能从该存储器读取信息但不能向它写入信息。于是，一当在制造期间对CD-ROM编了程，则不能再用新的信息对其再编程。
诸如磁性存储装置(即，软盘、硬盘和磁带)等其他存储装置以及诸如光盘等其他系统是非易失性的，它们具有极大的容量，并且能够被多次写入。
可惜，这些存储装置的物理尺寸较大，对冲击/振动敏感，需要昂贵的机械驱动装置，以及要消耗比较大的功率。这些不利的方面使得这些存储装置对于诸如膝上型和掌上型电脑和个人数字助手(PDA)等低功率便携式应用不理想。
由于小型、低功率便携式计算机系统(对于这些系统，已存储在其中的信息要经常改变)的数量迅速增加，因此已经普遍使用读/写半导体存储器。此外，由于这些便携式系统在电源断开时需要存储数据，因此需要非易失性存储器件。在这些电脑中，最简单的可编程半导体非易失性存储器件是可编程只读存储器(“PROM”)。最基本的PROM使用可熔断链的阵列；一当对PROM编好程，就不能对它再编程。这是写一次读多次(“WORM”)存储器的一个例子。可擦PROM(“EPROM”)是可改变的，但在每次重写之前要进行擦除步骤，该步骤包括将EPROM在紫外线下曝光。电可擦PROM(“EEPROM”或“E2PROM”)可能是传统的非易失性半导体存储器中最理想的，因为能够对它写多次。快擦写存储器(它是另一种类型的EEPROM)具有比低密度的传统的EEPROM更大的容量，但它们不耐久。EEOPROM的一个主要问题是它们固有的复杂性。在这些存储器件中使用的浮栅存储元件难于制造并且要使用相当大数量的半导体不动产。还有，电路设计必须承受对器件编程所需的高电压。这意味着与其他的数据存储装置相比，EEPROM存储容量的每一位的成本极高。EEPROM的另一个缺点是，虽然不连接电源它们能保留数据，但它们需要较大数量的功率进行编程。对于由电池供电的小型便携式系统而言，这种功率消耗值得考虑。
近来，对基于铁电材料的另一种非易失性存储器技术给予了很大的关注。可惜，仍然有大量的问题与这种数据存储方法相关联，这妨碍了铁电材料的广泛应用，所述的各种问题包括非理想的存储特性和制造极为困难。
因此，考虑到与上述传统的数据存储装置相关联的各种问题，非常需要一种读/写存储器技术和器件，它既具有固有的简单性，生产成本又不昂贵。还有，这种存储器技术应该通过在低电压下工作同时提供高的存储密度、非易失性和低制造成本来满足新一代便携式电脑装置的要求。
可编程无源和有源元件
电子电路简直可以包括数百万个元件。一般，把这些元件归入两个不同的类别，即，无源元件和有源元件。诸如电阻器和电容器等无源元件具有与之相关联的相对恒定的电学值。另一方面，如此设计诸如晶体管等有源元件的电学值，使得当把电压或电流施加至控制电极时改变其值。
由于这两种类型元件的广泛使用，因此很希望有一种成本低的器件，它可以完成无源元件和有源元件两者的功能。例如，很希望有这样一种器件，通过改变其电阻和电容，它响应于施加的信号起着有源元件的作用，而在另一个实施例中，同一个器件起着可被预编程的无源元件的作用(即，在完成编程后，器件“记住”了改变)。可以在许多种不同的应用(从通信设备中的调谐电路到音频系统的音量控制)中提供这样的器件。光学器件
近来，对于诸如用于膝上型电脑的显示装置、高清晰度电视(“HDTV”)、空间光调制器等等的光学器件有巨大的需求。非常需要有成本低而易于制造的器件，这些器件可用于这样的光学装置中，例如作为阻挡光通过光学元件的通路的快门，或者作为可以把扫描入射光束反射在或不反射在屏上或其他目标上的镜子。传感器
由于人们相信，例如，辐射会引起人体的皮肤癌和其他损害作用，因此，对于紫外辐射和其他形式的辐射的测量很重要。
相应地，希望有易于制造的器件，它可在成本低的用于短波长辐射(诸如紫外辐射(10-7-10-8米)、x-射线(10-9-10-11米)和伽马射线(10-11-10-14米))的波长传感器或传感器阵列中使用。结论
由于诸如存储器件、可编程电阻器和电容器器件、电光器件和传感器等器件的广泛使用，除了其他器件之外，还很希望有成本低和易于制造的器件，它可用在所有这些不同的应用中。
发明概要
按照本发明的一个例示的实施例，一种可编程金属化元件(“PMC”)包括快离子导体(诸如硫属化物-金属离子)和至少两个电极(例如，一个阳极和一个阴极)，所述电极包括导电材料，并且设置在快离子导体的表面，相互隔开设定的距离。这里所指的硫属化物材料包括所有那些包含硫、硒和/或碲的化合物。在一个较佳的实施例中，快离子导体包括硫属化物和Ⅰ族或Ⅱ族金属(最好是三硫化二砷-银)，阳极包括银而阴极包括铝或其他导电材料。当把电压施加至阳极和阴极时，从阴极沿快离子导体的表面向阳极快速生长非易失性的金属枝晶。枝晶的生长速率是施加的电压和时间的函数；通过去除电压可以停止枝晶的生长，或者通过颠倒在阳极和阴极处的电压极性可以使枝晶向阴极缩回。枝晶长度的改变影响PMC的电阻和电容。
按照本发明的一个方面，把PMC用作存储器件。说得详细些，在一段时间内，把恒定的或脉冲的偏压施加至阴极和阳极，产生某一长度的枝晶。诸如电阻和电容等可测量的电参量与这个枝晶长度相关联。在一个较佳的实施例中，模拟值或数字值都可以在器件中存储。
按照本发明的另一个方面，把PMC用作可编程的电阻器/电容器器件，其中，通过在适当的时间间隔内施加DC电压，对特定的电阻或电容值编程。
按照本发明的又一个方面，电光器件包括具有宽度较宽的电极的PMC。当将大电压施加至电极时，产生枝晶“片”，它起着阻挡通过光学元件的光线通路的快门作用，或起着将扫描的入射光束偏转在或不偏转在屏上或其他目标上的镜子的作用。
按照本发明的又一个方面，把PMC用作短波长辐射传感器。由于金属枝晶的生长速率和消失速率对某些波长敏感，因此能够把枝晶的生长速率的差异与人射辐射的强度相联系。
附图概述
下面将结合附图描述本发明，其中：
图1A是按照本发明的一个实施例的可编程金属化元件横向结构的平面图；
图1B是沿图1A的直线1-1取的截面图；
图2是示出在一个例示的可编程金属化元件中电阻和时间的关系的曲线图；
图3是示出在一个例示的可编程金属化元件结构中电容和时间的关系的曲线图；
图4A是按照本发明的另一个实施例的可编程金属化元件竖向结构的平面图；
图4B是沿图4A的直线2-2取的截面图；
图5A是按照本发明的例示的横向型存储器件的平面图；
图5B是沿图5A的直线5-5取的截面图；
图5C是按照本发明的另一个实施例的横向存储器件的截面图；
图5D是按照本发明的又一个实施例的横向存储器件的截面图；
图5E是按照本发明的再一个实施例的横向存储器件的截面图；
图6A是按照本发明的例示的竖向型存储器件的平面图；
图6B是沿图6A的直线6-6取的截面图；
图7A是按照本发明的可编程电阻/电容器件的例示实施例的平面图；
图7B是沿图7A的直线7-7取的截面图；
图8A是按照本发明的另一个实施例的可编程电阻/电容器件的平面图；
图8B是沿图8A的直线8-8取的截面图；
图9A是按照本发明的例示的电光器件的平面图；
图9B是沿图9A的直线9-9取的电光器件的截面图；
图10A是按照本发明的例示的辐射传感器的平面图；
图10B是沿图10A的直线10-10取的传感器的截面图；
较佳的例示实施例的详细描述1．可编程金属化元件
参看图1A和图1B，示出按照本发明的一个实施例的横向或水平结构的例示的可编程金属化元件(“PMC”)。图1A是PMC10的平面图，而图1B是沿图3A的直线1-1取的PMC10的截面图。PMC10包括快离子导体12和设置在快离子导体12的表面的多个电极13和14(例如，阴极13和阳极14)。可以在快离子导体12的底部、在电极13和14(未示出)之上或者在这两处可选地提供支承基片11，以对器件10给出添加的强度和刚性。基片11可以合适地包括，例如，塑料、玻璃或者半导体材料。
继续参看图1A和1B，快离子导体12包括固体电解质、含金属离子的玻璃、含金属离子的非晶半导体、硫族化物-金属离子，等等。就最广义而言，按照本发明，硫族化物材料包括任何一种包含硫、硒和/或碲的化合物，不管它是三元、四元或是更多元的化合物。在一个较佳的实施例中，快离子导体12包括硫族化物-金属离子组合，硫族化物材料是从包括砷、锗、硒、碲、铋、镍、硫、钋和锌的组中选出的(最好是硫化砷、硫化锗或硒化锗)，而金属包括各种Ⅰ族或Ⅱ族金属(最好是银、铜、锌或它们的组合)。硫族化物-金属离子组合可以通过光致分解(photodissolution)、通过来自包括硫族化物和金属的源的淀积、或者通过本领域中的其他已知的方法获得。
继续参照图1A和1B，在一个最佳实施例中，快离子导体12包括三硫化二砷-银(“As2S3-Ag”)。通过使用波长小于500纳米的光照射银薄膜和As2S3层将银引入As2S3。如果有足够的银，则过程导致形成三元化合物，它在化学计量方面类似于矿物smithite(AgAsS2)，它是一种稳定的非晶材料。最好在硫族化物的表面上淀积足够的银，以形成遍及硫族化物层的平衡相。虽然快离子导体12不在平衡相时PMC10可以工作，但PMC10的工作需要相当高的电压。
继续参照图1A和1B，把电极13和14相互隔开而合适地安排在快离子导体12的表面上，形成距离d1，它最好在数百个微米至百分之几个微米之间。电极13和14可以包括任何导电材料，它将产生用于在快离子导体12中快速输运金属离子的电场。当把电压施加于电极13和14时，从电极13(即，阴极)生长出金属枝晶15，该电极连接至电源的负极。枝晶15通过从固溶液在阴极13上析出阳离子(例如，银离子)而生长，而阳离子的析出是由强的局部电场造成的。可以允许枝晶15横跨快离子导体12的表面生长，直至它碰到相对的电极14，由此封闭了间隙而完成了电路。另外，可以在枝晶15到达阳极14之前通过去除电压源或者在阳极之前设置物理的壁垒而使该枝晶的生长中止。只要枝晶15没有碰到相对的电极14，通过颠倒电极13和14的电压，可以很容易地停止其生长和使其回缩。枝晶15的长度的改变影响PMC10的电阻和电容；然后这些改变很容易用本领域中已知的简单的电路检测出来。枝晶15的另一个重要的特征是其非易失性；当把电压从电极13和14去除时，金属枝晶15保持不变。
继续参见图1A和1B，在快离子导体12包括As2S3-Ag的一个较佳的实施例中，阳极14包括银，诸如固体银层或银-铝双层；由于阳极14起着牺牲电极(sacrificial electrode)的作用，这允许在较弱的电场下有快速的枝晶生长。阴极13可以是固体银层、铝层或银铝双层，而在某些结构中，铝是较好的材料。如果电极13和14包括银(例如，纯银或铝-银双层)，则枝晶15将从与电源的负侧连接的电极生长；当颠倒电压时，先前的枝晶消失或回缩，并从相对的电极生长新的枝晶。或者，如果阴极13包括铝而阳极14包括纯银或银-铝双层，则枝晶15将只从阴极13生长；当颠倒电压极性时，枝晶15将向阴极13回缩，而从相对的电极14将几乎不生长枝晶。如果阳极14或者阴极13和阳极14包括铝或另一种不消失的金属(例如，金)，则枝晶15的生长变得极慢，并且需要高的施加电压。
继续参见图1A和1B，枝晶15的生长速率是施加电压和时间的函数。低的电压导致相当慢的生长，而较高的电压产生极其快速的生长。在几何尺寸小(即，宽度为几个微米)的器件中，在大约0.5伏到1.0伏范围内的电压产生单个的枝晶结构，其生长速率大于10-3m/s，而电压超过10伏能够在电极13和14之间产生“片状”枝晶15，而不是单个枝晶。
继续参见图1A和1B，可以在快离子导体12以及电极13和14上设置一层柔软的聚合物(诸如聚亚酰胺或酚醛树脂)覆盖层(未示出)，以保护PMC10免受潮或免遭物理损坏，同时仍允许枝晶15生长。
现在参照图2和3，曲线图分别示出PMC中的电阻与时间以及电容与时间的关系。用来获得这些结果的PMC是一个较大的器件(即，从电极至电极大约12微米)；尽管如此，这些结果提供了PMC的一般电学特性的相当好的概貌。
具体参见图2，曲线32表示PMC的电阻与时间之间的关系。在把任何电压施加至PMC的电极之前，PMC的电阻大约是2.65兆欧。当把0.7伏的小电压作为一系列0.5秒的脉冲施加至电极时，PMC的电阻显示出与把电压施加至电极的时间长短成反比关系。例如，在施加电压4.5秒后，电阻值大约减小了550K欧，而到达2.1兆欧。当使用较小的PMC器件或较大的电压时，电阻值的改变更大。
现在参见图3，曲线42示出PMC的电容与时间的关系。在施加0.7伏偏置电压大约0.5秒后，PMC器件有大约0.45皮法的电容。当把0.7伏的电压作为一系列0.5秒的脉冲施加至电极时，在4.5秒后，PMC的电容迅速增加至大约0.9皮法。如果使用较小的PMC器件或施加较大的电压，则电容增加得更多。
现在参见图4A和4B，它们描述了按照本发明的另一个实施例的竖向结构的PMC20。虽然图1A和1B的横向结构便于制造并且相关联的制造成本较低，但竖向结构的好处是提供一种结构紧凑得多的器件。图4A是竖向结构的PMC20的平面图，而图4B是沿图4A的直线2-2取的PMC20的截面图。
继续参见图4A和4B，使电极23(例如，阴极)和电极24(例如，阳极)在平行的平面内相互隔开。把快离子导体22设置在(或者说夹在)电极23和24之间。当把电压施加至阴极23时，枝晶25从阴极23沿快离子导体22的表面向阳极24生长。在一个较佳的实施例中，在邻近电极24或23之处设置支承基片21，以支承PMC并对其提供刚性。Ⅱ．金属枝晶存储器
如上所述，可以在各种不同的技术中使用PMC。这些应用之一是在存储器件中。
现在转向图5A和5B，它们示出了横向或水平结构的例示的存储器元件或金属枝晶存储器(“MDM”)元件50。图5A是MDM50的平面图，而图5是沿图5A的直线5-5取的MDM50的截面图。在所描述的这个实施例中，MDM50包括基片51，它对存储器元件或器件提供物理的支承。如果基片51是不绝缘的或者与MDM50中使用的材料不相容，则可以在基片51上设置绝缘层56以使MDM50的有源部分与基片51绝缘。其次，在基片51上(或者在绝缘层56上，如果使用它的话)形成快离子导体52。对于快离子导体52适当地形成图案，以对可以与元件50相邻的存储器元件或器件提供隔离。快离子导体52的尺寸(例如，长度、宽度和厚度)将部分地确定MDM50的电学特性。例如，如果快离子导体52较薄，并且其长度大于其宽度，则MDM50的电阻值将要比如果快离子导体52较厚，并且其宽度大于其长度时的电阻值大。
继续参见图5A和5B，把电极材料淀积在快离子导体52上，并且适当地形成图案，以形成电极53(例如，阴极)和电极54(例如，阳极)。当把电压施加至电极53和54时，枝晶55从阴极53沿快离子导体52的表面向阳极54生长。电极53和54的尺寸和形状将影响器件50的电学特性。例如，如果电极53较窄，或者变为一个点，则电极53周围的电场较强，因而枝晶55的生长迅速。另一方面，如果电极53具有较宽的结构，则在电极53处的电场较弱，因而从电极53长出的枝晶55的生长速率较慢。
继续参见图5A和5B，接着在器件50上淀积绝缘层59。此绝缘层防止MDM50的有源区域受到机械损坏或化学污染。然后在绝缘层59中适当地设置孔35，从而允许接点57和接点58分别与电极53和电极54电气耦合。
继续参见图5A和5B，熟悉本领域的人将理解，对于构造横向MDM器件而言，这不是唯一可能的结构或方法。例如，对于MDM50的另一种结构可以包括在基片51上形成电极53和54，并且在这些电极上形成快离子导体52。在这种结构中，枝晶55将沿基片51和快离子导体52之间的界面生长。
现在转向考虑图5C，在那里所示的器件与图5A和5B的存储器元件或金属枝晶存储器元件相似，但在其中设置有附加电极。具体而言，参看图5C,MDM元件250包括支承快离子导体252的绝缘层/基片部分251。如具有图5和5B的结构的情形那样，对于快离子导体252适当地形成图案，以提供与多个相邻的元件或器件的隔离。接着淀积电极材料并且对其形成图案，以形成用作阴极的电极253和用作阳极的电极254。当把电压施加至阴极253和阳极254时，如图5C所示，枝晶255沿快离子导体252的表面向电极254生长。如具有图5A和5B的结构的情形那样，提供接点257和258以分别与阴极253和阳极254接触。此外，如图5C所示，提供两个附加电极260和262，它们带有各自的接点264和266。虽然在图5C中示出两个电极260和262，但实际上，按照本发明的这一方面，可以提供这两个电极中的一个或另一个或者二个都提供。
按照本实施例，在与枝晶255同一平面内提供附加电极260和/或262，并且被如图5C所示的材料270隔开，该材料可以是电介质材料或电阻材料。在电介质材料的情形下，使用图5C的器件将在电极253和电极260之间、在电极253和电极262之间、在电极260和262之间、以及当然在电极253和254之间呈现可编程电容。在各个电极之间的可编程电容通过枝晶255的生长程度来编程。
在材料270是电阻材料的情形下，根据枝晶生长的程度，器件将呈现相应的可编程电阻。具体而言，在电极253和260之间、在电极253和262之间、在电极260和262之间、以及当然在电极253和254之间存在可编程电阻。所有的电阻的大小将取决于在电极253和254之间生长的枝晶的长度。
示于图5C的器件与示于图5A和5B的只有两个电极的器件相比，可以提供几个优点。具体而言，能够在除了电极253和254之外的任何的电极组合之间施加直流偏置电压，而不改变枝晶的长度，因而不改变器件的电容和/或电阻。这对于在存储器阵列和其他电子电路中的应用具有重要的意义。这些相同的考虑和优点适用于三电极器件，而不是四电极器件。把枝晶生长局限于在电极253和254之间发生，而不在其他任何的电极之间发生。所以电极253和254是器件的编程端子，而其他的电极是器件的输出端子。
现在转向考虑图5D，该图以截面图示出类似于图5C器件的器件，但在枝晶平面的上方(而不是在同一平面内)提供附加电极。如图5D所示，MDM元件350包括支承快离子导体352的绝缘层/基片部分351。如在具有图5A、5B和5C的结构的情形那样，对快离子导体352适当地形成图案，以提供与多个相邻的元件或器件的隔离。接着淀积电极材料并对其形成图案，以形成用作阴极的电极353和用作阳极的电极354。当把电压施加至阴极353和阳极354时，枝晶355沿快离子导体352的表面向电极354生长。分别提供接触阴极353和阳极354的接点357和358。此外，能够提供一个或两个附加电极，这些电极360之一示于图5D，它位于枝晶355的平面的上方，并具有接点364。按照本实施例，附加电极360被示于图5D的材料隔开，该材料可以是电介质材料或电阻材料。在电介质材料的情形下，示于图5D的器件在电极353和电极360之间、在所示的电极360和快离子导体(未示出)下方的另一个电极362(如果有的话)之间、在电极360和电极354之间、以及当然在电极353和354之间将呈现可编程电容。在各个电极之间的可编程电容根据枝晶355的生长程度编程。
在材料370是电阻材料的情形下，根据枝晶生长的程度，器件将呈现相应的可编程电阻。具体而言，在电极353和360之间、在电极453和362(如果有的话)之间、在电极360和362(如果有的话)之间、以及当然在电极353和354之间存在可编程电阻。所有电阻的大小将取决于在电极353和354之间生长的枝晶的长度。
如图5C的器件那样，示于图5D的器件与图5A和5B的只有两个电极的器件相比能够提供几个优点。具体而言，能够在除了电极353和354之外的任何的电极组合之间施加直流偏置电压，而不改变枝晶的长度，因而不改变器件的电容和/或电阻。这对于在存储器阵列和其他电子电路的应用中使用器件具有重要的意义。这些相同的考虑和优点适用于三电极器件以及四电极器件。把枝晶生长局限于在电极353和354之间发生，而不在其他任何的电极之间发生。所以电极353和354是器件的编程端子，而其他的电极是器件的输出端子。
现在参看图5E，该图示出类似于图5D的器件的器件，但其中在枝晶平面下方的平面中提供附加电极。在图5E中，MDM元件450包括支承快离子导体452的绝缘层/基片部分451。如在以前的实施例中那样，对快离子导体452适当地形成图案，以提供与多个相邻的元件或器件的隔离。接着淀积电极材料并且对其形成图案，以形成用作阴极的电极453和用作阳极的电极454。当把电压施加至阴极453和阳极454时，枝晶455沿快离子导体452的表面向电极454生长。分别提供接触阴极453和阳极454的接点457和458。此外，能够提供一个或两个附加电极，这些电极460之一示于图5E，它位于枝晶455的平面的下方。在图5E中没有具体示出至电极460的电气接点，但如熟悉本领域的人所知道的那样，通过贯穿基片451和绝缘层456的绝缘或隔离的通孔，或者通过从相对的方向(即，通过部分470，它可以是电介质材料或电阻材料)延伸入电极460的适当的绝缘或隔离的通孔，能够适当地作出这个接点。在电介质材料的情形下，示于图5E的器件在电极453和电极460之间、在所示的电极460和快离子导体上方的另一个电极462(未示出，并且如果有的话)之间、在电极460和电极454之间、以及当然在电极453和454之间将呈现可编程电容。在各个电极之间的可编程电容根据枝晶455的生长程度编程。
在材料470是电阻材料的情形下，根据枝晶生长的程度，器件将呈现相应的可编程电阻。具体而言，在电极453和460之间、在电极453和462(如果有的话)之间、在电极460和462(如果有的话)之间、以及当然在电极453和454之间存在可编程电阻。所有电阻的大小将取决于在电极453和454之间生长的枝晶的长度。
如图5C和5D的器件那样，示于图5E的器件与图5A和5B的只有两个电极的器件相比能够提供几个优点。具体而言，能够在除了电极453和454之外的任何的电极组合之间施加直流偏置电压，而不改变枝晶的长度，因而不改变器件的电容和/或电阻。这对于在存储器阵列和其他电子电路的应用中使用器件具有重要的意义。这些相同的考虑和优点适用于三电极器件以及四电极器件。把枝晶生长局限于在电极453和454之间发生，而不在其他任何的电极之间发生。所以电极453和454是器件的编程端子，而其他的电极是器件的输出端子。
现在转向图6A和6B，它们示出竖向结构的MDM60的例示的实施例。图6A是MDM60的平面图，而图6B是沿图6A的直线6-6取的截面图。
继续参见图6A和6B,MDM60包括为存储器元件或器件提供物理支承的基片61，以及(如果合适)绝缘层68，用以使基片61与MDM60的有源部分绝缘。
继续参见图6A和6B，在绝缘层68上形成电极63。接着，在电极63的一部分上淀积绝缘层66和形成图案，并使用本领域中已知的处理技术以形成通孔69。通孔69起着容纳MDM60的有源区域的作用。接着，使用传统的技术在通孔69内淀积快离子导体62，从而由通孔69的顶部向下延伸至电极63，在那里它被电耦合。此后，使用通孔填充物67(诸如不妨碍枝晶生长的柔软的绝缘材料)来填充通孔69的未填充的部分，以保护通孔并且防止通孔69被上覆层或材料填充。
继续参看图6A和6B，接着形成电极64，从而至少使电极64的一部分与快离子导体62电气接触。电极64最好形成在与由电极63形成的平面平行的平面上，并且成直角。藉助于绝缘层66使电极64避免与电极63直接电气接触。当把电压施加至电极63和64时，枝晶65在快离子导体62的表面上并且沿通孔69的内部竖向生长，枝晶65从阴极(例如，电极63)向阳极(例如，电极64)延伸。
继续参看图6A和6B,MDM60的竖向结构要比图5A和5B的水平结构的MDM紧凑得多，因此可以将它看成“高密度”结构，因为在单位面积上可以制造出更多的MDM元件。例如，采用竖直的方式，可以把多个交替的阳极和阴极层加以层叠，并将快离子导体插在其间，以极大地增加存储容量。采用单个的竖向结构，存储密度可以超过25Mb/cm2，而采用阳极-阴极-阳极结构，这些密度还要加倍。在这样的结构中，最大存储密度受到列译码器电路和行译码器电路的尺寸和复杂性的限制。然而，如果把MDM存储叠层制造在集成电路上，则可把整个半导体芯片的面积用于行/列译码器电路、读出放大器以及数据管理电路，因为MDM元件将不使用任何的硅不动产。这将使存储密度达到许多个Gb/cm2。以这种方式使用，MDM基本上是一种增添技术，它将容量和功能添加至现有的硅集成电路技术。图5和6的例示的MDM代表了与传统的基于硅的微电子学的显著的背离。对于MDM的工作不需要硅，除非把控制电子电路合并在同一块芯片上。还有，MDM的整个制造过程与即使是最基本的半导体处理技术相比也要简单得多。由于处理技术简单以及材料成本适中，因此MDM以远低于其他存储器器件的生产成本提供存储器器件。
1．PROM和反熔断丝应用
继续参看图5和6，能够把MDM50和60用作PROM型的存储器器件。大多数当前的PROM使用可熔断链，它们在编程期间被破坏或烧断。一旦链被破坏，就不能对它进行修改。本发明的MDM提供了形成连接的能力，而不是破坏连接。由于这样能给出更大的余地和灵活性，因此更合乎需要；例如，即使形成了一根错误的链(即，枝晶)，总能把这根链象一根传统的熔断丝那样烧断。还有，MDM的枝晶能够经受多次形成/破坏循环；于是，可以作多次再编程循环。
也可将本发明的MDM用于可编程逻辑阵列(“PLA”)。在PLA中，形成诸如门或加法器等逻辑元件的块，但未连接。形成连接以适合特殊的数量不大的应用(例如，定制芯片设计被证明是不合算的应用)。按照传统的做法，不同的逻辑元件之间的最终连接是在生产厂形成的。然而，本发明的MDM将允许对这些PLA器件进行“现场编程”，因为比较容易用金属枝晶以电的方式确定芯片上各部分之间的硬连接。
在使用冗余技术的集成电路中也可发现反熔断丝，以对付由处理引起的缺陷和使用中的故障。例如，诸如64兆字节DRAM等复杂的高密度的电路，其芯片装有比实际使用的存储器更多的存储器。如果在处理期间芯片的一部分被损坏或在工作时失效，则使备用的存储器在线以作补偿。典型地，这一过程由在存储器芯片上的逻辑门进行控制，并需要不断进行自测和电再配置。可以把按照本发明的MDM合并在这样的存储器芯片中，以在需要时在芯片内适当地形成新的连接。
按照本发明，用施加恒定的或脉冲的偏置电压至MDM的电极以促使枝晶生长的办法把数据写至PROM构造的MDM(“MDM-PROM”)。允许金属枝晶到达阳极，由此形成低阻反熔断丝连接。此连接改变了存储器系统的电阻和电容。于是，藉助于以小电流(即，小得破坏不了枝晶的电流)通过枝晶连接，可以容易地“读取”MDM-PROM存储器元件。藉助于以大电流通过枝晶，从而破坏枝晶和断开连接，完成对MDM-PROM的“擦除”。如果在MDM的相对的电极之间还有足够的金属离子材料，则以后可以生长出新的枝晶作为合适的连接。
在MDM-PROM中，在用枝晶连接的两个电极之间的电性质的变化是如此之大，以至在MDM元件处不需要晶体管。不管采用横向结构的还是竖向结构的MDM，情形都是如此。在竖向或高密度结构中，存储器元件的尺寸变得只是阳极/快离子导体/阴极的几何形状的函数。这个几何形状允许本发明的存储器是可以获得的最紧凑的电学式存储装置，它要比需要把晶体管作为存储元件的一部分的浮栅存储器或铁电存储器紧凑得多。此外，可以在化学和机械性质实际上稳定的衬底材料上形成横向和竖向MDM结构；如果附加电路需要用硅，则可就在硅衬底上形成MDM。
2．EPROM应用
继续参看图5和6，产生和控制一个电学参数(诸如电阻或电容)的非易失性改变允许本发明的MDM可以用于许多应用中，不然的话，它们将使用传统的EEPROM或FLASH技术。本发明提供的优于现有的EEPROM和FLASH存储器的优点包括较低的生产成本以及使用容易适合各种应用的柔性制造技术的能力。MDM对于成本很有关系的应用(诸如智能卡、电子货物标记)特别有利。还有，在塑料卡片上直接形成存储器的能力是在这些应用中的主要优点，因为对于所有其他的半导体存储器而言这是不可能的。
还有，按照本发明的MDM器件，可以把存储器元件的尺寸缩至小于数个平方微米，器件的有源部分小于一微米。这比传统的半导体技术具有显著的优点，在传统的半导体技术中，每个器件及其相关联的互连能够占据数十个平方微米。
按照本发明的另一个实施例，在EEPROM构造的MDM(“EEPROM-MDM”)中使用通过晶体管(pass transistor)，以向EEPROM器件提供DRAM型的密度。或者，替代硅通过晶体管可以使用MDM器件或者分开的二极管或薄膜晶体管(“TFT”)的材料以防止在具有多个器件的阵列中的元件至元件的短路。
按照本发明，通过施加恒定的或脉冲的偏置电压至MDM的电极以引起枝晶生长的办法，可以向MDM-EEPROM写入数据。枝晶的生长使器件的电阻和电容都改变，而它们都容易测量。在MDM-EEPROM中，可以靠近阳极设置绝缘势垒(诸如氧化物壁)，以防止枝晶在施加电压时到达阳极与阳极电气耦合。于是通过施加小的交流信号至MDM器件(即，阳极和阴极轮换)，可以容易地“读取”MDM-EEPROM。这个交流信号(它前后“摆动”枝晶，但不使枝晶完全生长或回缩)导致在低或高状态附近的电容和电阻的动态改变。对MDM-EEPROM“重写”或“擦除”仅仅涉及施加偏置电压，该电压与枝晶生长的方向相反(即，颠倒阳极和阴极)。在一个较佳的实施例中(其中，一个电极包括铝而另一个电极包括银)，枝晶将只从铝电极生长出来，或者向铝电极回缩；在回缩情形下，不从银电极生长出新的枝晶。
由于MDM元件呈现很强的非易失性特性，并且由于枝晶的位置(因而电阻和电容)是施加电压的大小和持续时间的函数，因此多状态或n状态逻辑存储也是可能的。在这种存储方案中，在每个元件中可以保持多于两个值(即，二进制)；于是，大大地增加了总的存储密度。例如，4状态存储(通过使用四个枝晶位置，这是可能的)允许对于相同的存储元件尺寸使单位面积的存储容量加倍。于是，按照本发明，MDM可以存储模拟量(不是数字量)的连续统。在传统的存储器技术中，模拟量的存储如果不是不可能的话那也是极为困难的。
3．军事和航天应用
本发明具有许多特性，它们导致了其他潜在的使用领域。所有的读/写电子存储器都基于电荷存储的原理。在DRAM中，电荷只存储几个微秒，在EEPROM中，电荷可存储数年。可惜，有各种过程(诸如电离辐射)能够改变此电荷。例如，在军事和空间应用中，当α粒子通过典型的半导体器件时，该粒子在半导体器件中留下改变电荷的带电轨迹。在存储器技术的情形下，这导致软错误和数据讹误。另一方面，本发明不依赖于电荷存储，而依赖于材料的物理变化，这些材料不受比较大的辐射剂量的影响。换句话说，本发明是耐辐射的(radiation hard)。这就为军事和空间系统以及许多高度完善的商业系统(诸如飞机和导航系统)提供了显著的优点。
4．综合神经系统
本发明的另一个应用是在综合神经系统(“SNS”)中。SNS装置基于人脑的工作，并且将会成为下一代的计算和控制装置。SNS装置依赖于在作为“学习”过程的元件之间进行连接的能力。在最活动的电路节点(即，在大多数时间内有信号存在的那些节点)之间形成连接。通过施加输入，对系统进行“训练”，这导致硬线逻辑的形式。然而，用传统的基于硅的器件来达到这种类型的系统是极其困难的。另一方面，按照本发明，SNS系统包括MDM。由于枝晶的形成取决于电压信号的存在，连接自然地在最活动的节点之间形成，因为枝晶向着加有电压的电极生长。此外，连接的强度(受其电容的支配)将取决于输入的强度。这种可引导的模拟存储器效应是本发明的另一个显著的方面。Ⅲ．可编程电阻/电容器件
现在参看图7和8，它们示出按照本发明的一种例示的可编程电阻/电容(“PR/C”)器件。图7A和7B分别是横向型器件的平面和截面图。图8A和8B分别是按照本发明的另一个实施例的竖向型PR/C器件的平面和截面图。
具体参看图7A和7B，它们以横向或水平的结构示出一个例示的PR/C器件70。图7A是PR/C70的平面图，而图7B是沿图7A的直线5-5取的截面图。在这个例示的实施例中，PR/C70包括为PR/C器件提供物理支承的基片71。如果基片71是不绝缘的，或者与在PR/C70使用的材料不相容，则可以在基片71上设置绝缘层76，以使PR/C70的有源部分与基片71隔离。接着，在基片71上形成(或在绝缘层76上形成，如果使用绝缘层76的话)快离子导体72。对快离子导体72适当地形成图案，以在相邻的PR/C之间或其他器件之间提供隔离。快离子导体72的尺寸(例如，长度、宽度和厚度)将影响PR/C70的电学特性。例如，如果快离子导体72较薄，并且其长度大于其宽度，则PR/C70的电阻值将要比如果快离子导体72较厚，并且其宽度大于其长度时的电阻值大。
继续参见图7A和7B，把电极材料淀积在快离子导体72上，并且适当地形成图案，以形成电极73(例如，阴极)和电极74(例如，阳极)。当把电压施加至电极73和74时，枝晶75从阴极73沿快离子导体72的表面向阳极74生长。电极73和74的尺寸和形状将影响器件70的特性。例如，如果电极73较窄，或者变为一个点，则电场较强，因而从电极73长出枝晶75的生长迅速。另一方面，如果电极73具有较宽的结构，则在电极73处的电场较弱，因而从电极73长出的枝晶55的生长较慢。
继续参见图7A和7B，接着在器件70上淀积绝缘层79。此绝缘层防止PR/C70的有源区域受到机械损坏或化学污染。然后在绝缘层79中适当地设置孔125，从而允许接点77和接点78分别与电极73和电极74电气耦合。
继续参见图7A和7B，熟悉本领域的人将理解，对于构造横向PR/C器件而言，这不是唯一可能的结构或方法。例如，对于PR/C70的另一种结构包括在基片71上形成电极73和74，接着在这些电极的顶部形成快离子导体72。在这种情形中，枝晶75将沿基片71和快离子导体72之间的界面生长。
如在前面结合图5C、5D和5E所讨论的并且集中注意力在金属枝晶存储器(MDM)那样，按照本发明的一些实施例的器件除了包括两个用于对枝晶生长编程的电极之外还包括一个或数个电极，它或它们可用作器件的“输出端”。在图5C、5D和5D中描述了这些电极，并且可以把同样的结构用于在除了存储器元件之外的范围内提供可编程电容和电阻元件，以及把它应用于使用电容和电阻的任何地方。
现在转向图8A和8B，它们示出竖向结构的PR/C80。图8A是PR/C80的平面图，而图8B是沿图8A的直线8-8取的PR/C80的截面图。
继续参见图8A和8B,PR/C80包括为可编程元件或器件提供物理支承的基片81，以及(如果合适)绝缘层88，用以使基片81与PR/C80的有源部分绝缘。然后在绝缘层88上形成电极83。接着，在电极83的一部分上淀积绝缘层86并形成图案，并使用本领域中已知的处理技术形成通孔89。通孔89起着容纳PR/C80的有源区域的作用。接着，使用传统的技术在通孔89内淀积快离子导体82，从而由通孔89的顶部向下延伸至电极83，在那里它被电耦合。此后，使用通孔填充物87(诸如不妨碍枝晶生长的柔软的绝缘材料)来填充通孔89的未填充的部分，以保护通孔89并且防止要在其上方形成的电极填充通孔89。
继续参看图8A和8B，接着形成覆盖电极84，从而至少使电极84的一部分与快离子导体82电气接触。电极84最好形成在与由电极83形成的平面平行的平面上，并且成直角。藉助于绝缘层86使电极84避免与电极83直接电气接触。当把电压施加至电极83和84时，枝晶85在快离子导体82的表面上并且沿通孔89的内部竖向生长，枝晶85从阴极(例如，电极83)向阳极(例如，电极84)延伸。
继续参看图8A和8B,PR/C80的竖向结构要比图7A和7B的水平结构的PR/C紧凑得多，因此可以将它看成“高密度”结构，因为可以在单位面积上制造出更多的PR/C元件。例如，采用竖直的方式，可以把多个交替的阳极和阴极层加以层叠，并将快离子导体插在其间，以极大地增加单位面积的元件数。
现在参看图7和8，典型地构造本发明的PR/C器件，从而比图5和6的MDM器件的尺寸大些，于是可以得到较大的参数变化。使用直流电压，对本发明的PR/C器件“编程”；因此，小信号交流电压将不影响枝晶条件，因而电阻或电容将不变。一般，可以把这些可编程器件用作调谐电路(例如，通信系统中的频率选择、音调控制和音频系统、压控滤波电路)、压控振荡器(“VCO”)、信号电平(例如，音量控制)、自动增益控制(“AGC”)、等等。
继续参看图7和8，例示的PR/C代表与传统的基于硅的微电子学的显著背离。事实上，对于PR/C的工作甚至不需要硅。还有，总的制造过程与即使是最基本的半导体处理技术相比也要简单得多。简单的处理技术与合理的材料成本以低廉的生产成本提供器件。Ⅳ．电光器件
按照本发明，通过在高的施加电压下使用在宽的电极之间的宽的枝晶生长，也可把PMC器件引入电光应用中。
现在参看图9A和9B，它们示出例示的光学器件90，其中，图9A是光学器件90的平面图，而图9B是沿图9A的直线9-9取的光学器件90的截面图。在例示的实施例中，器件90包括对光学器件提供机械支承的基片91。接着，在基片91上形成快离子导体92，对快离子导体92适当地形成图案，以在相邻的元件之间或其他的器件之间提供隔离。
继续参看图9A和9B，接着把电极材料淀积在快离子导体92上，并对其适当地形成图案，以形成电极93(例如，阴极)和电极94(例如，阳极)。电极93和94的结构的宽度要比图5A和5B的水平MDM的电极的宽度宽得多。当把一个大的电压(即，大于5伏的电压)施加至电极93和94时，产生一“片”金属枝晶95，从阴极93沿快离子导体92的表面向电极94生长出枝晶95。枝晶片95可以用作快门，以阻挡通过光学元件的光线通路，或作为镜子，以反射入射在光学器件90的背面或正面的光线。
继续参看图9A和9B，在枝晶95上形成透明窗99。然后分别将接点97和98电气耦合至电极93和94。
继续参看图9A和9B，熟悉本领域的人将理解，为构造按照本发明的电光器件，还有其他可能的结构和方法。Ⅴ．光和短波长辐射传感器
现在参看图10A和10B，它们描述一种光和短波长辐射传感器100，其中，图10A代表传感器100的平面图，而图10B表示沿图10A的直线10-10取的传感器100的截面图。
继续参看图10A和10B，传感器100包括对传感器器件提供支承的基片101。如果基片101是不绝缘的，或者与用于传感器100中的材料不相容，则可在基片101上设置绝缘层106，以使传感器100的有源部分和基片101隔离。接着，在基片101上形成(或者在绝缘层106上形成，如果使用该绝缘层的话)快离子导体102。快离子导体102的尺寸(例如，长度、宽度和厚度)将部分地确定传感器100的电学特性。例如，如果快离子导体102较薄，并且其长度大于其宽度，则传感器100的电阻值将要比如果快离子导体72较厚，并且其宽度大于其长度时的电阻值大。
继续参见图10A和10B，把电极材料淀积在快离子导体102上，并且适当地形成图案，以形成电极103(例如，阴极)和电极104(例如，阳极)。当把电压施加至电极103和104时，枝晶105从阴极103沿快离子导体102的表面向阳极104生长。电极103和104的尺寸和形状将影响传感器100的特性。例如，如果电极103较窄，或者变为一个点，则电场较强，因而从电极103长出的枝晶55生长迅速。另一方面，如果电极103具有较宽的结构，则在电极103处的电场较弱，因而从电极103长出的枝晶105的生长速率较慢。
继续参见图10A和10B，接着在电极103和104和为枝晶105保留的区域上形成透明窗109。然后在窗109中适当地设置孔145，从而允许接点107和接点108分别与电极103和电极104电气耦合。
继续参看图10A和10B，短波长辐射110通过窗109进入传感器100。枝晶105的生长和回缩速率对在橙光到紫光范围内的可见光以及更短波长的辐射(特别是紫外辐射)敏感；枝晶105的生长速率对于低于紫外辐射的波长很不敏感。入射在透明窗109上的短波长的光110在枝晶105生长或回缩期间增加了金属的离子化，因而缩短了枝晶105生长或回缩的时间。该时间差别可用电子装置检测，从而使之与入射辐射的强度相关。
继续参看图10A和10B，熟悉本领域的人将理解，对于构造传感器器件而言，这不是唯一可能的结构或方法。例如，对于传感器100的另一种结构可以包括在基片101上形成电极103和104，然后在这些电极的顶部形成快离子导体102。在这种结构中，枝晶105将沿基片101和快离子导体102之间的界面生长。Ⅴ．结论
于是，按照本发明，得到一种成本低、容易制造的器件，它可以在各种应用(诸如存储器器件、可编程电阻器和电容器器件、光学器件、传感器，等等)中使用。
虽然这里本发明是在附图的范围内陈述的，但应该理解，本发明不限于所示的具体形式。例如，可以对如在这里陈述的PMC作出设计、构造和实现方面的各种其他的变更、变化和提高，而不偏离在所附的权利要求书中所陈述的精神和范围。还有，熟悉本领域的人将理解除了给出的具体例子之外，对于PMC器件还存在各种其他的应用和使用。

Claims (5)

  1. Ⅰ．可编程金属化元件
    1．一种可编程金属化元件，其特征在于包括：由快离子导体材料构成的，在其内设有金属离子的本体；多个淀积在所述材料本体上的导电电极，所述电极适合于具有施加在两个所述电极之间的第一电压，以在对所述两个电极施加第一电压时，从所述两个电极的负电极向两个所述电极的正电极生长金属枝晶来对所述元件编程。
    2．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述两个电极适合于具有对所述两个电极施加的，与所述第一电压极性相反的第二电压，以在对所述两个电极施加所述第二电压时，逆转金属枝晶的生长。
    3．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述元件包括插在所述两个电极之间以禁止金属枝晶生长的电绝缘材料，从而从一个电极生长的金属枝晶不能生长至与另一个电极接触之处。
    4．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由包含金属离子的玻璃构成。
    5．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物-金属离子材料构成。
    6．如权利要求5所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述硫属化物-金属离子材料包括从包括ⅠB族和ⅡB族金属的组中选出的一种金属。
    7．如权利要求5所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述硫属化物-金属离子材料包括从包括银、铜和锌的组中选出的一种金属。
    8．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体由包括三硫化二砷-银的硫属化物-金属离子材料构成。
    9．如权利要求1所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体包括AgAsS2。
    10．一种构成可编程金属化元件的方法，其特征在于，包括下述步骤：提供由在其内设置金属离子的快离子导体材料构成的本体；以及提供淀积在所述材料本体上的多个金属电极。
    11．如权利要求10所述的对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，包括这样的附加步骤，即，在一段预定的时间内，在所述多个电极的两个电极之间施加第一电压，以建立负电极和正电极，从而在施加电压的预定时间期间，从所述负电极至正电极生长出金属枝晶。
    12．如权利要求11所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为在一段预定的时间内施加第二电压至所述两个电极。
    13．如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为施加与所述第一电压极性相同的第二电压，以从所述负电极至所述正电极进一步生长金属枝晶。
    14．如权利要求12所述的改变对可编程金属化元件编程的方法，其特征在于，所述方法为施加与所述第一电压极性相反的第二电压，以逆转金属枝晶的生长。
    15．一种具有可编程电学特性的元件，其特征在于，包括：
    具有表面的快离子导体材料；
    设置在所述表面上的阳极；
    设置在所述表面上，与所述阳极隔开一设定距离的阴极；
    在所述表面上形成，并且电耦合至所述阴极的枝晶，所述枝晶具有确定所述元件的电学特性的长度，并且所述长度可由施加在所述阳极和所述阴极之间的电压而改变。
    16．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物材料构成。
    17．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的材料和从元素周期表的ⅠB族或ⅡB中选出的金属。
    18．如权利要求17所述的元件，其特征在于，所述快离子导体包括三硫化二砷-银。
    19．如权利要求17所述的元件，其特征在于，所述阳极包括从包括银、铜和锌的组中选出的金属，而所述阴极包括铝。
    20．如权利要求19所述的元件，其特征在于，所述阳极包括银-铝双层而所述阴极包括铝。
    21．如权利要求20所述的元件，其特征在于，在所述阳极和所述阴极之间的所述设定距离在几百个微米至百分之几个微米之间。
    22．如权利要求17所述的元件，其特征在于，把所述快离子导体材料设置在所述阳极和所述阴极之间，所述阳极和所述阴极构成平行平面。
    23．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括支承基片，用于对所述元件提供强度和刚性。
    24．如权利要求15所述的元件，其特征在于，当跨过所述阴极和所述阳极施加所述电压时，所述枝晶的所述长度增加，而当所述电压逆转时，所述枝晶的所述长度减少。
    25．如权利要求24所述的元件，其特征在于，当所述电压为大约0.5至1.0伏时，所述枝晶的所述长度以大于10-3m/s的速率增加或减少。
    26．如权利要求15所述的元件，其特征在于，当去除所述电压时，所述枝晶保持不变。
    27．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括电路，用于在合适的时间间隔测量与所述枝晶的所述长度有关的电学特性。
    28．如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述元件还包括在所述快离子导体材料、所述阳极、所述阴极和所述枝晶的至少一部分上的一层，用于防止所述元件损坏同时还允许所述枝晶的所述长度改变。
    29．一种构成可编程元件的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
    提供具有表面的快离子导体材料；
    在所述表面上形成阳极；
    在所述表面上形成阴极，它与所述阳极隔开设定的距离；
    在所述表面上形成非易失性枝晶，所述枝晶电耦合至所述阴极，并且所述枝晶具有确定所述可编程元件的电学特性的长度。
    30．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述提供快离子导体材料的步骤包括提供从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物和从元素周期表的ⅠB族或ⅡB族选出的金属。
    31．如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述提供快离子导体材料的步骤包括提供三硫化二砷-银材料。
    32．如权利要求31所述的方法，其特征在于，提供所述三硫化二砷-银材料的步骤包括这样的步骤，即，使用波长小于500纳米的光照射银薄膜和三硫化二砷层。
    33．如权利要求29所述的方法，其特征在于，形成所述阳极的所述步骤包括形成用从包括银、铜和锌的组中选出的材料制成的阳极，而形成所述阴极的步骤包括形成用导电材料制成的阴极。
    34．如权利要求29所述的方法，其特征在于，形成所述阴极的步骤包括在平行于所述阳极的平面内形成所述阴极。
    35．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括这样的步骤，即，提供支承基片，以对所述可编程元件提供强度和刚性。
    36．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括这样的步骤，即，提供用于在合适的时间间隔测量与所述枝晶的所述长度有关的电学特性的电路。
    37．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括这样的步骤，即，在所述快离子导体材料、所述阳极、所述阴极和所述枝晶的至少一部分上提供一层，用于防止所述元件损坏同时还允许所述枝晶的所述长度改变。
    38．如权利要求29所述的对元件编程的方法，其特征在于，所述方法包括这样的步骤，即，跨过所述阳极和所述阴极施加电压，从而增加或减少所述枝晶的所述长度。
    39．一种可编程金属化元件，其特征在于所述元件包括由快离子导体材料构成的，在其内设有金属离子的本体；淀积在所述材料本体上的阴极和阳极，所述阴极和阳极适合于具有施加在它们之间的第一电压，以在对它们施加所述第一电压时，根据从所述阴极向所述阳极的金属枝晶的生长来对所述元件编程，并且还包括设置在所述本体上的至少一个附加电极，用绝缘材料把所述至少一个附加电极与所述金属枝晶和所述快离子导体隔离，由此在所述阴极、阳极和至少一个附加电极的任何两个电极之间测量的电学特性根据所述金属枝晶的生长而变化。
    40．如权利要求39所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述快离子导体材料是从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物，而所述金属离子是由从包括银、铜和锌的组中选出的金属形成的。
    41．如权利要求40所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述绝缘材料包括电介质，从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电容。
    42．如权利要求40所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述绝缘材料包括电阻材料，从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电阻。
    43．一种可编程金属化元件，其特征在于所述元件包括由快离子导体材料构成的本体，所述快离子导体材料由从包括硫、硒和碲的组中选出的硫属化物材料组成，并且具有在所述快离子导体中设置的从包括银、铜和锌的组中选出的金属离子；淀积在所述材料本体上的阴极和阳极，所述阴极和阳极适合于具有施加在它们之间的第一电压，以在对它们施加所述第一电压时，根据从所述阴极向所述阳极的金属枝晶的生长来对所述元件编程，并且还包括在所述本体中的至少两个附加电极，用材料把所述两个附加电极与所述金属枝晶和所述快离子导体隔离，由此在所述阴极、阳极和两个附加电极的任何两个电极之间测量的电学特性根据所述金属枝晶的生长而变化。
    44．如权利要求43所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述绝缘材料包括电介质，从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电容。
    45．如权利要求43所述的可编程金属化元件，其特征在于，所述绝缘材料包括电阻材料，从而根据所述金属枝晶的生长改变的电学特性是电阻。
  2. Ⅱ．金属枝晶存储器
    46．一种非易失性存储器元件，其特征在于，所述元件包括如权利要求1-9、15-28和39-45的任何一条所述的可编程金属化元件。
    47．一种形成非易失性存储器元件的方法，其特征在于，所述方法包括如权利要求10-14和29-38的任何一条所述的形成可编程金属化元件的步骤。
  3. Ⅲ．可编程电阻/电容器件
    48．一种可编程电阻元件，其特征在于，所述元件包括如权利要求1-9、15-28和39-45的任何一条所述的可编程金属化元件。
    49．一种形成可编程电阻元件的方法，其特征在于，所述方法包括如权利要求10-14和29-38的任何一条所述的形成可编程金属化元件的步骤。
    50．一种可编程电容元件，其特征在于，所述元件包括如权利要求1-9、15-28和39-45的任何一条所述的可编程金属化元件。
    51．一种形成可编程电容元件的方法，其特征在于，所述方法包括如权利要求10-14和29-38的任何一条所述的形成可编程金属化元件的步骤。
  4. Ⅳ．电光器件
    52．一种用于在光透射模式和光阻挡或反射模式之间切换的光学器件，其特征在于，所述器件包括如权利要求1-9、15-28和39-45的任何一条所述的可编程金属化元件，其中，施加电压以形成金属枝晶的的两个电极具有较大的横向尺寸，并且用于生长具有较大横向尺寸的所述金属枝晶，并且在所述器件中，所述快离子导体具有对某个波长的光透明的至少一部分，从而对所述枝晶的形成的编程将有选择地阻挡和不阻挡通过所述快离子导体的光透射。
    53．一种形成光开关的方法，其特征在于，所述方法包括如权利要求10-14和29-38的任何一条所述的形成可编程金属化元件的步骤，其中，施加电压以对金属枝晶的生长进行编程的两个电极具有较大的横向尺寸，并且在所述器件中，所述快离子导体具有对某个波长的光透明的至少一部分，从而有选择地控制所述枝晶的生长，以阻挡和不阻挡所述快离子导体的透明部分，使之起着与通过所述透明部分的光有关的光开关的作用。
  5. Ⅴ．光和短波长辐射传感器
    54．一种辐射传感器，其特征在于，所述辐射传感器包括如权利要求1-9、15-28和39-45的任何一条所述的可编程金属化元件，其中，所述快离子导体具有对光和短波长辐射透明的部分，该部分在所述快离子导体中的一个位置处形成，该位置与在所述两个电极之间的枝晶生长的轴线成一直线，对所述两个电极施加电压，以对枝晶生长编程，由此响应于在所述两个电极之间预定施加的电压，所述金属枝晶的生长和消失的速率取决于入射在所述快离子导体的所述透明部分的光或辐射，从而所述可编程金属化元件起着光或辐射传感器的作用。
    55．一种形成辐射传感器的方法，所述方法包括如权利要求10-14和29-38的任何一条所述的形成可编程金属化元件的步骤，其中，所述快离子导体具有对光或短波长辐射透明的至少一个部分，把预定电压一直施加于所述两个电极，由此所述枝晶的生长和消失速率起着指示入射光或短波长辐射的数量或强度的作用。
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