[发明专利]一种非易失存储器

说明书

技术领域

本发明属于非易失存储器件领域，具体涉及一种利用导电条带在轴向压应变作用下弯曲的双稳态，尺寸可以由宏观尺度到纳米级别的非易失存储器。

背景技术

近年来，由于微电子技术的迅猛发展，人们对未来计算机的存储器件的发展提出了新的要求。比如高存储密度，非常短的读写响应时间。而另外一方面，传统的存储器件将要到达其物理极限。上世纪90年代以来，纳米科技取得飞速发展，众多研究表明，一些纳米结构由于其特殊的电学性质以及力学性质，可以用来制造各种纳功能器件：比如利用碳纳米管制作成的场效应管；利用碳纳米管或单层石墨片做成的高频振荡器；利用碳纳米管力学双稳定性设计成的存储器等等。同传统器件相比，这些纳米器件有着高集成度，低功耗等优异的特点。本发明基于导电条带在一定轴向压应变作用下，垂直方向弯曲的双稳态，从而提出一种高存储密度，电读写，非易失的存储器，尺寸可由宏观尺度到纳米级别，对于纳米级别的存储器，存储密度可以高达T/cm2，响应速度可达纳秒。

发明内容

本发明的目的在于利用导电条带在轴向压应变作用下，垂直方向弯曲的双稳性，设计一种结构简单，电读写，非易失的存储器，尺寸可达纳米级别。本发明的非易失存储器包括绝缘基体、导电层、绝缘层和导电条带，其中导电层置于绝缘基体之上，绝缘层置于导电层之上，导电条带平铺固定于绝缘层之上，所述导电层蚀刻成等间距的条带，条带宽度由设计存储密度来确定，所述绝缘层蚀刻成绝缘台阶，台阶厚度和相互之间的间距由存储密度、写电压来确定。制造时，导电层、绝缘层依次生长在绝缘基体上，等间距蚀刻上深度到达绝缘基体的沟道，导电层和绝缘层被沟道分割成互不连通的部分，每部分中导电层分别外接引线，绝缘层蚀刻掉中间部分，露出导电层，留下两边的台阶，蚀刻完毕后，给基体加上拉伸应变，而后将导电膜平铺固定于绝缘台阶上。并且将导电薄膜蚀刻切割成垂直于沟道方向的导电条带，导电条带端部接外接引线。制作完成后，撤除拉伸应变。具体制造步骤是：

(1)在绝缘基体上依次生长导电层、绝缘层；

(2)将导电层和绝缘层蚀刻出深度达到绝缘基体的一系列平行沟道，余下部分形成等间距的条带；

(3)将绝缘层所形成的条带进行蚀刻，露出中间的导电层，留下两边的台阶；

(4)对绝缘基体施加垂直于蚀刻沟道方向的拉伸应变并保持；

(5)将导电薄膜平铺固定于绝缘台阶上，并将导电薄膜沿垂直于沟道方向进行蚀刻，形成导电条带；

(6)撤去拉伸应变，导电条带和导电层所行成的条带端部分别接上外接引线，制成非易失存储器。

撤去拉应变后，绝缘基体回弹，就会对导电条带施加轴向压应变，导电条带就会发生失稳而侧向弯曲，弯曲存在向上远离导电层和向下靠近导电层两个稳定状态。当条带和导电层上加同种电压时，导电条带和导电层就会相互排斥，条带和导电层分离；如果加的是不同的电压时，导电条带和导电层就会相互吸引接触。因此可以通过电压来控制导电条带和导电层之间接触导通和分离不导通两种状态，从而实现电写入。而两种状态的转变需要越过一个能垒，能垒的大小是可以设计的，所以两种状态是可以长久保持的，存储是非易失的。这种存储器存储的密度和响应速度，由设计写入的电压、绝缘层的厚度、导电条带的材料常数和结构参数决定。存储器可以由宏观尺寸到纳米尺度，对于石墨片或者碳纳米管纳米薄膜制作成的导电条带，存储密度可以高达T/cm2，响应速度高达纳秒。

附图说明

图1为非易失存储器示意图，其中图1(a)为主视图、图1(b)为俯视图，图中标号名称为：1、绝缘基体，2、导电层，3、绝缘层，4、导电薄膜或导电条带。

图2为非易失存储器工作的两种状态的示意图。其中图2(a)，和图2(b)分别表示“ON”和“OFF”两种状态。

图3到图7为非易失存储器制造方法示意图。依次表示导电层2和绝缘层3在绝缘基体1上的生长，导电层2和绝缘层3的蚀刻加工，导电薄膜4的铺设固定，导电薄膜4的切割，以及制作完成的状态的示意图。

具体实施方式

图1是非易失存储器示意图，其中1为绝缘基体，在其上依次生长导电层2和绝缘层3，绝缘层3也可以由在导电层2上氧化一层来实现。绝缘层厚度由设计写电压来确定。4为导电薄膜切割而成的导电条带，固定在绝缘层3经蚀刻而形成的台阶上。