专利名称：开关元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种开关元件。
背景技术：
随着器件的尺寸縮小和密度提高，目前需要将电子元件进一步小型化。 作为一个实例，已知一种能够通过在两个电极之间(电极间纳米间隙)提供 电压来实现开关操作的开关元件，上述两个电极彼此相隔一个微小间隙。更具体而言，已经开发了一种开关元件，这种开关元件通过称为掩蔽蒸 发(倾斜沉积)的简单制造方法，用氧化硅和金制成，氧化硅和金是稳定材料。根据这种开关元件，能够稳定地重复开关操作(例如参见日本特开No. 2005-79335)。除了氧化硅之外，已知有一种元件用氮化硅代替氧化硅。更具体而言， 有使用氮化硅膜作为绝缘膜的MEMS (微型机电系统)元件(例如参见日本 特开No. 2004-306208)以及使用氮化硅层作为绝缘层的分子元件(例如参见 日本特开No. 2006-234799)。在这些元件中，氮化硅只充当绝缘体。在专利文献l的开关元件中，需要进一步降低工作电压。发明内容本发明的其中一个目的是进一步降低开关元件的工作电压。为了实现这个目的，根据本发明的第一方案，提供一种开关元件，包括: 绝缘衬底；第一电极和第二电极，都设置在所述绝缘衬底的一个表面上；以 及电极间间隙，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且具有纳米量级 的间隙，通过在所述第一电极与所述第二电极之间施加预定电压，所述间隙 中发生电阻的开关现象，其中所述绝缘衬底的所述一个表面含氮。优选地，所述绝缘衬底的所述一个表面是用经过预定氮化处理加工的氧 化硅制成的。优选地，所述预定氮化处理是等离子体氮化处理。 优选地，所述绝缘衬底的所述一个表面是用氮化硅制成的。 根据本发明的第二方案，提供一种开关元件，包括绝缘衬底；第一电 极和第二电极，都设置在所述绝缘衬底的一个表面上；以及电极间间隙，设 置在所述第一电极与所述第二电极之间，且具有纳米量级的间隙，通过在所 述第一电极与所述第二电极之间施加预定电压，所述间隙中发生电阻的开关 现象，其中所述绝缘衬底的所述一个表面是用经过等离子体氮化处理加工的 氧化硅制成的。根据本发明，所述开关元件包括绝缘衬底；第一电极和第二电极，都 设置在所述绝缘衬底的一个表面上；以及电极间间隙，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且具有纳米量级的间隙，通过在所述第一电极与所述 第二电极之间施加预定电压，所述间隙中发生电阻的开关现象，其中所述绝 缘衬底的所述一个表面含氮，优选是用经过等离子体氮化处理的氧化硅制成 的。也就是说，因为在本发明的开关元件中，绝缘衬底的形成有电极间间隙 的表面含氮。因此，与使用形成有电极间间隙的表面不含氮的绝缘衬底的开 关元件相比，能够进一步降低工作电压。
根据下面给出的详细描述以及附图，本发明的上述目的、优点和特点将 变得更好理解，附图仅通过示例的方式给出，因此不是要作为对本发明的限制的定义，其中图1是根据采用本发明的实施例的开关元件的主要部分的示意性剖视图；图2是根据开关元件的制造步骤，第一蒸发步骤的示意性剖视图； 图3是图1所示的开关元件的主要部分的示意性放大剖视图； 图4是用于说明绝缘衬底所具有的含氮区域的效率的示意图；图5A是示出电流-电压曲线(实线)和电阻-电压曲线(虚线)的示意图， 图5B是示出开关元件在电阻最小值处电压的分布的示意图，在开关元件中， 氧化硅衬底经受等离子体氮化处理(氮压力0.25mbar，等离子体频率2.45GHZ，处理时间l小时)，并形成含氮区域作为绝缘衬底；图6A是示出电流-电压曲线(实线)和电阻-电压曲线(虚线)的示意图， 图6B是示出开关元件的在电阻最小值处电压的分布的示意图，在开关元件 中，氧化硅衬底经受等离子体氮化处理(氮压力lmbar，等离子体频率 2.45GHz，处理时间l小时)，并形成含氮区域作为绝缘衬底；图7A是示出电流-电压曲线(实线)和电阻-电压曲线(虚线)的示意图， 图7B是示出开关元件在电阻最小值处电压的分布的示意图，在开关元件中， 氧化硅衬底经受等离子体氮化处理(氮压力lmbar，等离子体频率2.45GHz， 处理时间6小时)，并形成含氮区域作为绝缘衬底；图8是示出等离子体氮化处理的条件、通过XPS得到的氮检测量以及在 电阻最小值处电压的分布的峰值之间的关系的图表；以及图9是根据采用本发明的改型的开关元件的主要部分的示意性剖视图。
具体实施方式
下文中参照
本发明的具体实施例。但是本发明的范围不限于所 示实例。<开关元件的结构>下面参照图1至图3说明根据本发明的开关元件100的结构。如图1所示，开关元件100包括绝缘衬底10、设置在绝缘衬底10的上 表面(其中一个表面)上的第一电极20和第二电极30、以及设置在第一电 极20与第二电极30之间的电极间间隙40。绝缘衬底10构成支撑体，用于设置开关元件100的两个电极(第一电 极20和第二电极30)，两个电极彼此相距一定距离。绝缘衬底10的其中一个表面是含氮区域10a，在这个表面上设置第一电 极20和第二电极30。特别地，绝缘衬底10是以这样的方式形成的使得预定衬底经受预定 的氮化处理并形成含氮区域10a，或者，使得预定衬底形成有作为含氮区域 10a的氮化硅膜。预定衬底可以是氧化硅(Si02)衬底，或者，可以在硅(Si)半导体衬 底的表面设置上氧化物膜，例如氧化硅。对氮化硅膜没有限制，只要氮化硅膜是含氮的硅基绝缘体，这种材料的实例有SixN^nSixOyNz。预定的氮化处理包括化学氮化处理，例如CVD (化学气相沉积)；物 理氮化处理，例如等离子体氮化处理；或者通过溅射方法进行的含氮膜的成膜处理。对绝缘衬底10的结构没有限制。特别地，绝缘衬底10的表面形状可以是平坦表面，或者有凹凸不平。 第一电极20与第二电极30成对，执行开关元件100的开关操作。 对第一电极20的材料没有限制，其形状也可以适当地改变，优选的材 料是从金、银、铂、钯、镍、铝、钴、铬、铑、铜、钨、钽、碳、以及它们 的合金中选择的至少一种。这里，为了提高相对于绝缘衬底10的粘性，可 将两个或更多个金属层彼此重叠。特别地，第一电极20可以是铬和金组成 的层叠结构。为了后述步骤说明简便起见，图1至图3中将第一电极20示出为第一 电极下部21与第一电极上部22的组合。第二电极30与第一电极20成对，使得开关元件100的开关操作能够实现。对第二电极30的形状没有限制，此形状可以适当地改变，优选的材料 是从金、银、铂、钯、镍、铝、钴、铬、铑、铜、钨、钽、碳、以及它们的 合金中选择的至少一种。这里，为了提高相对于绝缘衬底10的粘性，可将 两个或更多个金属层彼此重叠。特别地，第二电极30可以是铬和金组成的 层叠(多层)结构。电极间间隙40在第一电极20与第二电极30之间具有纳米量级的间隙， 功能是发展开关元件100的开关现象。第一电极20与第二电极30之间的(电极间纳米间隙)距离(间隙)G 优选在0 nm<G《13 nm的范围内，更优选在0.8 nm<G<2.2 nm的范围内。距离G的上限值为13 nm的原因是，当开关元件经过两次掩蔽蒸发操作 时，如果间隙间距变得大于13nm，则不发生开关动作。如果距离G的下限值是0 nm，则意味着第一电极20与第二电极30短 路。顺便提及，用显微镜测量难以确定下限值，但是下限值可以是能够产生隧道电流的最小距离。也就是说，下限值是距离的这样一个理论值在此理 论值，伏安特性不再遵守欧姆定律，并能观察到量子力学隧道效应。这里，如果将电阻值代入隧道电流的理论公式，能够获得0.8 nm<G<2.2 nm的范围作为间隙宽度的计算结果。电极间间隙40(第一电极20与第二电极30之间)的DC电阻优选为lkQ 以上并小于IOTQ，更优选为大于100kQ。上限值为的原因是，如果上限值超过10TQ则不发生开关动作。 将下限值设定为lkQ的原因是，目前电阻还不会变得低于lkQ，因此将这个 值设定为下限值。如果将本实施例的元件视作开关，因为在断开(OFF)状态下电阻越高 越有利，所以优选的是上限值更高，但是如果在接通(ON)状态下电阻是 lkQ，则容易流过mA量级的电流，从而存在损坏其它元件的可能性，因此， 下限值优选为大约100kQ。第一电极20与第二电极30之间的最接近部分可以形成在第一电极20 与第二电极30彼此相对的一个或多个区域。在第一电极20与第二电极30之间可形成岛形部分(中间地带)，岛形 部分由构成第一电极20和第二电极30的材料制成。在这种情况下，在第一 电极20与岛形部分之间以及在第二电极30与岛形部分之间形成预定间隙， 因此第一电极20与第二电极30不短路。下面说明开关元件100的制造方法。开关元件100通过以下步骤来制造(I)绝缘衬底IO的制备步骤，(2) 第一抗蚀剂图案形成步骤，(3)第一蒸发步骤，(4)第一举离(liftOFF) 步骤，(5)第二抗蚀剂图案形成步骤，(6)第二蒸发步骤，(7)第二举 离步骤，以及(8)场失效(field failure)步骤。 (1)绝缘衬底10的制备步骤将形成有含氮区域10a的氧化硅衬底或者具有形成有含氮区域10a的氧 化硅膜的硅衬底用作绝缘衬底10。具体而言，使得预定衬底，例如氧化硅衬底或者具有氧化硅膜的硅衬底 经受预定的氮化处理(例如等离子体氮化处理)，以形成含氮区域10a。通 过己知方法，例如蒸发法或溅射法，在预定衬底，例如氧化硅衬底或者具有氧化硅膜的硅衬底上形成氮化硅膜(含氮区域10a)，来获得绝缘衬底10。(2) 第一抗蚀剂图案形成步骤利用光刻或类似方法进行第一抗蚀剂图案形成步骤，在绝缘衬底10上 形成抗蚀剂图案60，用以形成第一电极下部21 (参见图2)。抗蚀剂图案60的厚度可以适当地改变。特别地，该厚度为lpm。(3) 第一蒸发步骤利用预定的蒸发设备进行第一蒸发步骤，形成第一电极下部21。 绝缘衬底10的蒸发表面被配置为当蒸发源朝向蒸发表面时，使得蒸发 表面倾斜。也就是说，如图2所示，当蒸发表面与蒸发粒子从蒸发源飞离的 方向之间形成的角度定义为ei时，绝缘衬底IO被配置为满足0°<01<90°(下 面将蒸发方法称为"掩蔽蒸发")。结果，第一电极下部21被形成为这样 的形状其尖端相对于绝缘衬底10 (蒸发表面)倾斜。第一电极下部21的尖端的倾斜方向与绝缘衬底10的表面之间形成的角 度eia可根据抗蚀剂图案60的形状、在绝缘衬底10的表面上沉积的特性金属以及角度ei的值而改变。在第一蒸发步骤中，将从金、银、铂、钯、镍、铝、钴、铬、铑、铜、 钨、钽、碳、以及它们的合金中选择的至少一种材料蒸发一次或多次。更特 别地，由于两次以上的蒸发操作，在蒸发铬之后蒸发金，所以可形成具有两层结构的第一电极下部21。第一电极下部21的厚度可以适当地改变，当选择金作为其材料时，厚 度为5nm以上。(4) 第一举离步骤利用适用于抗蚀剂图案60的材料的剥离液体进行第一举离步骤。作为 该步骤的结果，形成第一电极下部21，并去除抗蚀剂图案60上形成的牺牲 电极21a。(5) 第二抗蚀剂图案形成步骤在第二抗蚀剂图案形成方法中，进行光刻或类似工艺，形成抗蚀剂图案 (未示出)，用于形成第二电极30和第一电极上部22。(6) 第二蒸发步骤利用预定的蒸发设备进行第二蒸发步骤，形成第二电极30，并附带形成第一电极上部22 (参见图3)。第二蒸发步骤是利用掩蔽蒸发方法进行的。如图3所示，例如当蒸发表 面与从蒸发源蒸发的蒸发粒子的飞离方向之间形成的角度定义为62时，绝 缘衬底10被配置为当eia〈90。时满足0°<0， e2<91a<90°，并且当90°《eia 时满足0°<62<90。。在第二蒸发步骤中，将从金、银、铂、钯、镍、铝、钴、铬、铑、铜、 钨、钽、碳、以及它们的合金中选择的至少一种材料蒸发一次或多次。通过第二蒸发步骤，在第一电极20与第二电极30之间形成电极间间隙 40，电极间间隙40具有纳米量级的间隙。也就是说，在第二蒸发步骤中，电极间间隙40是利用第一电极下部21 的掩蔽形成的，第一电极下部21则由掩蔽蒸发中的蒸发粒子形成。因此在 第二蒸发步骤中，通过调节第一电极下部21的厚度与掩蔽蒸发的角度62的 至少其中之一，就能够获得具有预定电极间距离G的电极间间隙40。(7) 第二举离步骤利用适用于抗蚀剂图案材料的剥离液体进行第二举离步骤。作为该步骤 的结果，形成第一电极20和第二电极30，并可获得纳米间隙电极。(8) 场失效步骤因为有时候纳米电极短路，所以优选地，如果必要的话就进行场失效步骤。在场失效步骤中，将可变电阻器、固定电阻器以及电源(都未示出)串 联连接到短路的电极并施加电压。调节可变电阻器的电阻值，使得电阻从其 初始值(电阻高)缓慢地降低，并且当电流不流动时停止电压。这样，能够 获得具有预定电极间距离G的纳米间隙电极。利用预定的密封技术，用预定的密封部件将以这种方式制造的开关元件 100密封，从而形成开关装置。在此开关装置中，引线分别连接到第一电极20和第二电极30，并且引 线延伸到密封部件以外。开关元件100的上述制造方法是一个实例，本发明不限于此。[实施例]<开关元件的特性>下面参照图4至图8说明根据本发明的开关元件100的特性。首先参照图4说明绝缘衬底10所具有的含氮区域10a的效率。图4示出向电极间间隙40 (电极间纳米间隙)施加电压时，纳米间隙电 极之间的电流-电压特性。横轴表示施加给电极间纳米间隙的电压，纵轴表示 流过电极间纳米间隙的电流。实线示出本发明的开关元件100的测量结果。使得氧化硅衬底经受等离 子体氮化处理(氮压力0.25mbar，等离子体频率2.45GHz，处理时间1 小时)以形成含氮区域10a，并使用该衬底作为绝缘衬底10。为了比较，用虚线示出用没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘 衬底的开关元件的测量结果。测量结果用虚线示出的开关元件的结构与本发 明的开关元件100的结构的区别仅仅在于，绝缘衬底10没有含氮区域10a。图4中只示出了正电压，但实际上，电流-电压曲线基本上关于0点对称， 并且施加给电极间纳米间隙的电压或者流过电极间纳米间隙的电流不依赖 于纳米间隙电极的极性。在关于图4的以下说明中省略负电压。也就是说，图4示出的电流-电压曲线中，施加给电极间纳米间隙的电压 从OV扫描到IOV。根据图4发现无论在实线还是在虚线中，如果要施加的电压增加，则流 过的电流也增加，而如果要施加的电压进一步增加，则流过的电流下降。电流值变为最大的电压值在实线中大约为2.3V，在虚线中大约为3V。 因此发现，与使用没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底的开关 元件相比，本发明的开关元件100 (即使用在等离子体氮化处理中形成有含 氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底10的开关元件100)具有更低的工作 电压，因此含氮区域10a是有效的。下面参照图5至图7说明本发明的开关元件100的电子特性。图5示出使用经受了等离子体氮化处理(氮压力0.25mbar，等离子体 频率2.45GHz，处理时间l小时)并形成有含氮区域10a的氧化硅衬底作 为绝缘衬底10的开关元件100的测量结果。图6示出使用经受了等离子体氮化处理(氮压力lmbar，等离子体频率2.45GHz，处理时间l小时)并形成有含氮区域10a的氧化硅衬底作为 绝缘衬底10的开关元件100的测量结果。图7示出使用经受了等离子体氮化处理(氮压力lmbar，等离子体频 率2.45GHz，处理时间6小时)并形成有含氮区域10a的氧化硅衬底作为 绝缘衬底10的开关元件100的测量结果。图5A、图6A和图7A示出当向电极间间隙40施加电压时，电极间纳米 间隙的电流-电压特性(实线)和电阻-电压特性(虚线)。横轴表示施加到 电极间纳米间隙的电压，左纵轴表示流过电极间纳米间隙的电流，右纵轴表 示电极间纳米间隙产生的电阻。在图5A、图6A和图7A所示的测量结果中，当测量开始时将施加到电 极间纳米间隙的电压设定为0V，然后将电压扫描到+10V，再将电压扫描到 -IOV，然后将电压扫描到OV。图5B、图6B和图7B示出从多个电阻-电压曲线获得的电阻最小值的分 布，其中多个电阻-电压曲线是通过向电极间间隙40 (电极间纳米间隙)重 复施加电压获得的。横轴示出当示出电阻最小值时的电压值(绝对值)，纵 轴表示通过相应的电压值示出电阻最小值的次数。这里，电阻最小值是表示 电阻-电压曲线中极小值的电阻值。更特别地，如果将图5A中用虚线表示的电阻-电压曲线定义为一次电阻 -电压曲线，则图5B示出从80次电阻-电压曲线获得的最小电阻处电压的分 布，这80次电阻-电压曲线是通过向电极间纳米间隙重复施加电压获得的。 例如，根据图5B，当电压为"3.0V"时，次数为"4次"。这表明当电压为 "3.0V"时，表示电阻最小值的次数是80次中的"4次"。进而，如果图6A中用虚线表示的电阻-电压曲线例如是一次电阻-电压曲 线，则图6B示出从87次电阻-电压曲线获得的最小电阻处电压的分布，这 87次电阻-电压曲线是通过向电极间纳米间隙重复施加电压获得的。例如， 根据图6B，当电压为"3.0V"时，次数为"3次"。这表明当电压为"3.0V" 时，表示电阻最小值的次数是87次中的"3次"。进而，如果图7A中用虚线表示的电阻-电压曲线例如是一次电阻-电压曲 线，则图7B示出从191次电阻-电压曲线获得的最小电阻处电压的分布，这 191次电阻-电压曲线是通过向电极间纳米间隙重复施加电压获得的。例如，根据图7B，当电压为"3.0V"时，次数为"3次"。这表明当电压为"3.0V" 时，表示电阻最小值的次数是191次中的"3次"。根据图5A中的电流-电压曲线(实线)发现，当电压约为2.2V时电流 值变为最大值，当电压约为-2.1V时电流值变为最小值。根据图5A中的电阻-电压曲线(虚线)发现，当电流-电压曲线(实线) 中电流值明显变化时电阻值显著下降。向电极间纳米间隙重复施加电压从而获得多个电流-电压曲线和电阻-电 压曲线。结果发现曲线的形状具有可重复性。也就是说，发现能够稳定地重 复开关操作。根据图5B中在电阻最小值处电压的分布发现，与分布的峰值相应的电 压值是2.22V (参见图8)。根据图6A中的电流-电压曲线(实线)发现，当电压约为2.5V时电流 值变为最大值，当电压约为-2.8V时电流值变为最小值。根据图6A中的电阻-电压曲线(虚线)发现，当电流-电压曲线(实线) 中电流值明显变化时电阻值显著下降。向电极间纳米间隙重复施加电压从而获得多个电流-电压曲线和电阻-电 压曲线。结果发现曲线的形状具有可重复性。也就是说，发现能够稳定地重 复开关操作。根据图6B中在电阻最小值处电压的分布发现，与分布的峰值相应的电 压值是2.22V (参见图8)。根据图6B中在电阻最小值处电压的分布发现， 与图5B和图7B中在电阻最小值处电压的分布相比，图6B中分布的形状加宽o根据图7A中的电流-电压曲线(实线)发现，当电压约为2.7V时电流 值变为最大值，当电压约为-2.6V时电流值变为最小值。根据图7A中的电阻-电压曲线(虚线)发现，当电流-电压曲线(实线) 中电流值明显变化时电阻值显著下降。向电极间纳米间隙重复施加电压从而获得多个电流-电压曲线和电阻-电 压曲线。结果发现曲线的形状具有可重复性。也就是说，发现能够稳定地重 复开关操作。根据图7B中在电阻最小值处电压的分布发现，与分布的峰值相应的电压值是2.45V (参见图8)。也就是说，根据图5至图7发现，使用经受了等离子体氮化处理并且形 成有含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底10的开关元件100能够稳定 地重复开关操作。下面参照图8说明根据本发明的开关元件100 (使用经受了等离子体氮 化处理并且形成有含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底10的开关元件 100)的特性。图8示出通过XPS (X射线电光子能谱)得到的氮检测量以及与等离子 体氮化处理条件相关的、从图5B、图6B和图7B获得的分布的峰值相应的电压值。根据图8所示的氮检测量发现，如果氧化硅衬底经受了等离子体氮化处 理，则氮包含在氧化硅衬底中。当处理时间相同时，发现如果氮压力越小， 则氮检测量(氮含量)越大，而当氮压力相同时，处理时间越长，则氮检测 量(氮含量)越大。在没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底中，不能通过XPS检测到氮。根据与图8中所示分布的峰值相应的电压值发现，等离子体氮化处理条 件为氮压力0.25mbar，等离子体频率2.45GHz，处理时间1小时的电压 值表示最小值，等离子体氮化处理条件为氮压力lmbar，等离子体频率 2.45GHz，处理时间1小时的电压值表示最大值。这样就发现，如果选择等 离子体氮化处理条件，就能够控制开关元件100的工作电压。与使用没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底的开关元件的 分布的峰值相应的电压值为2.6士0.1V。这样就发现，与没有形成含氮区域 10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底的开关元件相比，本发明的开关元件100 (即 使用经受了等离子体氮化处理并且形成有含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝 缘衬底10的开关元件100)具有更低的工作电压，因此含氮区域10a是有效 的。此外还测量了使用形成有氮化硅膜(含氮区域10a)的氧化硅衬底作为 绝缘衬底10的开关元件100，并获得了电极间纳米间隙的电流-电压特性和 电阻-电压特性。获得了与电阻最小值的分布的峰值相应的电压值，发现它低 于使用没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底的开关元件的电压值(2.6士0.1V)。因此发现，与没有形成含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝 缘衬底的开关元件相比，本发明的开关元件100 (即使用形成有氮化硅膜作 为含氮区域10a的氧化硅衬底作为绝缘衬底10的开关元件100)具有更低的 工作电压，因此含氮区域10a是有效的。本发明的上述开关元件100包括绝缘衬底10、设置在绝缘衬底10的其 中一个表面上的第一电极20和第二电极30、以及设置在第一电极20与第二 电极30之间的电极间间隙40，并且电极间间隙40作为纳米量级的间隙，其 中通过在第一电极20与第二电极30之间施加预定电压发生电阻开关现象， 在绝缘衬底10的一个表面设置有含氮的含氮区域10a。更特别地，作为绝缘衬底10，有经受了等离子体氮化处理并用氧化硅制 成的具有含氮区域10a的衬底，也有用氮化硅制成的衬底。也就是说，因为开关元件100的在绝缘衬底10中形成有电极间间隙40 的表面包含氮，所以与使用在形成有电极间间隙40的表面没有氮的绝缘衬 底的开关元件相比，能够降低工作电压，例如如图4所示。借此，能够节约电功率并提高对硅的兼容性(compatibility)。本发明并不限于上述实施例，可以在不脱离本发明主题的范围内对本发 明进行各种修改，并可改变设计。虽然在上述实施例中预定的氮化处理是等离子体氮化处理，但是氮化处 理的类型没有限制，只要预定衬底，例如氧化硅衬底能够经受氮化处理。虽然本实施例中第一电极20和第二电极30设置在绝缘衬底10的上表 面上，但是本发明不限于此，只要至少是电极间间隙40设置在含氮区域10a 上。例如，第一电极20和第二电极30可以设置在绝缘衬底10的下表面上。 虽然本实施例中第一电极20和第二电极30在横向上排列在绝缘衬底10的 上表面上，但是本发明不限于此。唯一必须的是，至少电极间间隙40设置 在含氮区域10a中，而第一电极20和第二电极30例如可排列在垂直方向上。更特别地，如图9所示，开关元件100A可包括绝缘衬底10A、第一电 极20A、第二电极30A、以及电极间间隙40A，绝缘衬底10A的侧表面形成 有含氮区域10aA并具有突出部，第二电极30A设置在第一电极20A之上， 电极间间隙40A设置在第一电极20A与第二电极30A之间。更特别地，根 据开关元件IOOA，第一电极20A从不是突出部的绝缘衬底10A的上表面设置到突出部的侧表面(含氮区域10aA)，第二电极30A从绝缘衬底IOA的 突出部的上表面设置到突出部的侧表面(含氮区域10aA)，电极间间隙40A 设置在形成有含氮区域10aA的突出部的侧表面中第一电极20A与第二电极 30A之间。在这种情况下，唯一必须的是，至少电极间间隙40设置在含氮 区域10a中，而含氮区域10a可形成在绝缘衬底10A的与第一电极20A或第 二电极30A的下表面接触的表面中。在这种情况下，绝缘衬底10A的突出 部可以是设置在绝缘衬底上的绝缘体。此外，开关元件100和100A的上述结构以及不同部分的形状只是实例， 本发明不限于此。2007年6月22日提交的日本专利申请No. 2007-165393的全部内容，包 括说明书、权利要求、附图和摘要，通过参考合并于此。
权利要求
1、一种开关元件，包括绝缘衬底；第一电极和第二电极，都设置在所述绝缘衬底的一个表面上；以及电极间间隙，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，具有纳米量级的间隙，通过在所述第一电极与所述第二电极之间施加预定电压，所述间隙中发生电阻的开关现象，其中所述绝缘衬底的所述一个表面含氮。
2、 如权利要求1所述的开关元件，其中，所述绝缘衬底的所述一个表 面是用经过预定氮化处理加工的氧化硅制成的。
3、 如权利要求2所述的开关元件，其中，所述预定氮化处理是等离子 体氮化处理。
4、 如权利要求1所述的开关元件，其中，所述绝缘衬底的所述一个表 面是用氮化硅制成的。
5、 一种开关元件，包括 绝缘衬底；第一电极和第二电极，都设置在所述绝缘衬底的一个表面上；以及 电极间间隙，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，具有纳米量级的间隙，通过在所述第一电极与所述第二电极之间施加预定电压，所述间隙中发生电阻的开关现象，其中所述绝缘衬底的所述一个表面是用经过等离子体氮化处理加工的氧化硅制成的。
全文摘要
一种开关元件，包括绝缘衬底；第一电极和第二电极，都设置在所述绝缘衬底的一个表面上，以及电极间间隙，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，具有纳米量级的间隙，通过在所述第一电极与所述第二电极之间施加预定电压，所述间隙中发生电阻的开关现象，其中所述绝缘衬底的所述一个表面含氮。本发明能够降低开关元件的工作电压。
文档编号H01L45/00GK101330127SQ20081012533
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月22日
发明者内藤泰久, 古田成生, 堀川昌代, 增田雄一郎, 小野雅敏, 清水哲夫, 高桥刚 申请人:株式会社船井电机新应用技术研究所;独立行政法人产业技术综合研究所;船井电机株式会社