采用金属、绝缘层、金属结构的
二极管元件一直是发展前景被看好但又遥不可及的技术之一,它可作业于较矽元件更高的Thz级频率,而且功耗更低,产生的热量也较少。
MIM二极管使用量子穿隧技术,它可让电子从一个金属电极跳转到另一金属电极,而不致于干扰到中间的绝缘层,因而能够降低功耗与热。然而,目前在这方面的研究发展进度一直很缓慢。
透过在MIM结构上增加第二绝缘层形成MIIM结构,可望增强这项技术,使其得以用于解决MIM元件的问题,并进一步推动这项技术迈向主流。
业界一般在上下电极采用两种不同金属的作法,但这可能由于不同金属之间的功能差异而造成限制。透过采用两种不同的绝缘层──一层具有较大能隙,另一层能隙较小──我们可以取得更多的不对称性,甚至能覆盖掉不同金属的不对称性。」
从MIIM元件的穿透式电子显微镜(TEM)影像可看出其中排列的非晶锆、氧化铪、氧化铝以及铝(由左至右)共4层结构。
采用两个绝缘层──氧化铪、氧化铝,实现了所谓的步进穿隧技术,能够更精确地控制二极管的不对称性,从而能在低电压时调整元件性能。
这种新的MIIM元件可用于改善目前普遍使用的各种电子设备,从液晶显示器(LCD)到手机与电视,以及新一代的设备,如可将辐射热转换为电力的红外线太阳能电池。
最重要的就是红外线天线,它可在特殊的红外线太阳能电池中采集到红外线能源。
接下来,研究人员们希望能够最佳化这一技术制程,以因应采用更多金属绝缘层的应用,如电晶体。