[发明专利]三维纳米级交叉杆

说明书

技术领域

本发明涉及电子装置和电路，并且具体地涉及具有三个独立尺寸的纳米级，混合纳米级/微米级，以及混合纳米级/亚微米级装置和电路，其中信号通路可以被路由，并且其中在通过内部信号线互连的结处可以制备电子部件。

相关政府声明

本发明是在合同#MDA972-01-3-005下由政府支持进行的，其被授予DARPA Moletronics。该政府具有本发明中的一定权利。

背景技术

最近，随着通过传统的基于光刻方法的电子装置和电路的设计和制造已经开始接近用以进一步减小部件尺寸的物理极限，已经发展了用于制造纳米级电子电路的可替代方法。纳米线交叉杆(nanowire-crossbar)技术是一种特别有前途的新方法，用于制造具有显著小于当前可以通过光刻方法制造的亚微米级电路和部件的尺寸以及相应地大于所述亚微米级电路和部件的部件密度的电子电路和装置。

图1描述了示范性纳米线交叉杆。在图1中的纳米线交叉杆实施简单的存储器装置。纳米线交叉杆包括：(1)第一组平行的纳米线102；(2)双稳态位存储层104；以及(3)垂直于第一层的平行纳米线102的第二层的平行纳米线106。在第一层的纳米线102的纳米线和第二层的纳米线106的纳米线之间的最小分离或交叉的每一点处的位存储层104的每一个小的区域中存储单个信息位。例如，在图1中用交叉影线示出的位存储层104的小区域108，覆盖在纳米线110之上，并且位于纳米线112之下，与和该小区域相接触的纳米线110和112的部分一起，形成充当纳米级存储器中的单位存储元件114的纳米线结。在多种纳米级存储器实施例中，单位存储元件的内容，比如图1中的单位存储元件114，通过施加电压或电流信号至纳米线的一个或两个而被修改，所述纳米线相互交叉以便形成单位存储元件，从而改变纳米线结中双稳态位存储层的物理状态，比如电阻率。在图1中，例如，信号可被施加至纳米线110和112的一个或两个，以便修改单位存储元件114，如通过箭头在图1中所示的，比如箭头116。通常，没有信号，或不同的信号被施加至剩余的纳米线，以便区别被寻址的单位存储元件与全部其他单位存储元件。在多个实施例中，相对大振幅的信号被施加，以便实施写操作，其中改变物理状态，而相对较小振幅信号被施加，以便实施读操作，其中物理状态通常不改变，而是代替地仅仅被确定。在读操作中，通过施加一个或多个信号至纳米线交叉杆的纳米线，由相互交叉以形成单位存储元件的两个纳米线的一个或两个上的信号的存在、不存在或强度来确定单位存储元件的物理状态。通过纳米线交叉杆实施的纳米级存储器可以被认为是单位存储元件的二维阵列，每一个单位存储元件可通过相互交叉以形成单位存储元件的两个纳米线被分别和唯一地寻址。在一些情况中，可以以单独的操作访问二维纳米级存储器中的单位存储元件的整个行，列或较大的组。

图1提供了示范性的纳米线交叉杆的简单的示意性描述。尽管利用矩形截面示出图1中的各个纳米线，但是纳米线也可以具有圆形、椭圆或多种复杂截面，并且纳米线可以具有多种不同的宽度或直径和纵横比或偏心率。可以利用压印光刻，通过表面上的化学自组装和至衬底的转移，通过合适位置处的化学合成，以及通过多种其他技术，用金属和/或半导电元素或化合物、掺杂的有机聚合物、复合物材料、纳米管和掺杂的纳米管，以及用多种其他类型的导电和半导电材料来制备纳米线。在图1中双稳态位存储层104被示为两组平行纳米线之间的连续层，但是可替代地可以是不连续的，或者可以构成纳米线周围的鞘状的分子涂层，或纳米线中的部件原子或分子，而不是单独层。双稳态位存储层104也可以由很多种不同的金属的、半导电的、掺杂的聚合材料和复合材料构成。