[发明专利]一种开口型双层纳米碳管分子级存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储单元，具体是一种开口型双层纳米碳管分子级存储单元。

背景技术

基于Top-Down思路的硅基存储技术，芯片元件的几何尺寸不能无限的缩小下去，当达到纳米量级时，现行的硅基存储半导体技术将失效，因为它有许多根本性的问题难以解决，譬如，芯片过热、电子泄漏等。因此摩尔定律预言，在未来的10-15年硅基存储技术将走到极限。

为此，各国科学家已经开始寻找各种其他的方法来解决这些根本性的技术问题。其中，基于Bottom-Up的研究思路，直接从原子和分子级尺度对存储技术进行的研究已占据主导地位，该研究思路被看作是一种替代和补充Top-Down思路的最可行方法。主要的研究代表是哈佛大学Lieber和Rueckes等教授2000年提出的静电双稳态存储单元，并已申请了美国专利“Naonoscopic wire-based devices and arrays(基于纳米线的装置和阵列)”。其基本原理是由纵横两排单壁纳米碳管正交排列组成，通过碳管两端的金属电极产生的瞬间电流，使上下碳管在交叉处产生排斥或吸引的静电力，从而使碳管形成“开”或“关”的状态而构成一个纳米级存储单元。这项研究受到了Intel等公司的重视，但这种结构主要有以下缺陷：(1)要精确地垂直正交布置两根单层纳米碳管，并保持一定的垂直间距，具有一定难度；(2)这种机械式的高频周期变形，可能会导致碳管的脱落或损伤，降低工作寿命；(3)这种存储单元是易失性的，在切断电源后，存储数据也将丢失。

发明内容

本发明的目的是提供一种开口型双层纳米碳管分子级存储单元，以解决现有技术中静电双稳态纳米碳管存储单元存在的上述缺陷。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种开口型双层纳米碳管分子级存储单元，该存储单元包括：

双层纳米碳管，包括第一、第二外管和一个内管，所述第一、第二外管的两端设有开口，所述内管置于所述第一外管或所述第二外管内，所述内管的管径小于第一外管或第二外管的管径；

读写电极，设在绝缘基体上，包括与所述绝缘基体垂直的第一、第二电极和与所述绝缘基体平行的第三、第四电极，所述第一、第二电极分别设在所述第一、第二外管的两侧，所述第三、第四电极分别设在所述第一、第二外管与所述绝缘基体之间，

所述第一、第四电极或第二、第三电极与写入电路连接，控制所述内管停留在所述第一外管或第二外管内，并分别定义为“0”或“1”；所述第一、第三电极或第二、第四电极与读取电路连接，通过检测不同的输出信号测定所述内层碳管所处的不同位置，进而读出数据“0”或“1”。

其中，所述内管为封闭的纳米碳管，用于在两外管之间移动。

其中，所述第一、第二外管的中部为所述内管在所述第一、第二外管内的最小势能点。

其中，将内管停留在第一外管中部的位置设定为“0”状态，停留在第二外管中部的位置设定为“1”状态，则

在第一电极连接电源正极、第四电极连接电源负极时，所述内管移向第一外管的中部，所述存储单元记录的数据为“0”；

在第二电极连接电源正极、第三电极连接电源负极时，所述内管移向第二外管的中部，所述存储单元记录的数据为“1”。

其中，所述读取电路通过检测电流大小测定所述内管所处的不同位置，

如果第一电极与第三电极之间的电流信号大，则判断所述内管位于第一外管的中部，从而读出数据“0”；

如果第二电极与第四电极之间的电流信号大，则判断所述内管位于第二外管的中部，从而读出数据“1”。

其中，所述第一、第二外管具有相同的长度和管径，所述内管的长度大于所述第一、第二外管的长度。

其中，所述内管、第一外管、第二外管均为金属性纳米碳管。

其中，所述第一、第二电极对向布置，极面相互平行，所述第三、第四电极的极面与绝缘基体平面平行。

本发明的优点和有益效果在于，本发明的开放型双层纳米碳管分子存储单元结构简单，尺寸小，工作状态稳定，工作寿命高，而且具有非易失性。

附图说明

图1是本发明开口型双层纳米碳管分子级存储单元的立体结构示意图；

图2是本发明开口型双层纳米碳管分子级存储单元的俯视结构示意图；

图3是本发明开口型双层纳米碳管分子级存储单元的主视结构示意图；

图4A、4B分别为本发明开口型双层纳米碳管分子级存储单元的“0”、“1”状态示意图；

图5是本发明开口型双层纳米碳管分子级存储单元的势能与内管中心位置关系示意图；