[发明专利]一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于存储器领域，尤其涉及一种基于单根多壁碳管的非易失性存储 器及其制备方法。

背景技术

存储器是计算机硬件中必不可少的一项设备，它的职责是对数字信息的保 存，随着计算机硬件技术的发展，先后出现了各式各样的存储器。而其中新的 一类，非易失性存储器(Non-volatileMemory)，其特点是既能像ROM那样，在 断电后依然保持数据不丢失，又能像RAM那样及时进行数据的擦写。

非易失性存储器的发展经历了从ROM、PROM、EEPROM到FLASH存储 器的各个阶段。目前，非易失性存储器已经占据存储器市场大部分份额，大有 取代其他存储器之势。非易失性存储器在信息技术中扮演着重要的角色，而且 追求更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时问、更低成本和更高可靠性 是存储器设计和制造者的永恒目标。

碳纳米管作为一维纳米材料，同时具备量子尺寸效应和一维电子输运的特 性，使得其不但可以作为构筑纳米器件的基本单元，也可能作为存储器器件之 间的连接导线。1991年，日本NEC的Iijima教授对石墨棒放电产生的阴极沉积 物进行了透射电镜研究，从中发现了直径约为4-30nm的圆柱状产物，通过高 分辨透射电镜观察，这些产物由多个碳原子六方点阵的圆柱同轴嵌套而成，即 为多壁碳纳米管。其外径一般为几个至几十个纳米，内径0.5至几个纳米，长 度为几个至几十个微米，甚至几个毫米。多壁碳纳米管的层数可以从两层到几 十层不等其层间距一般认为是0.34nm，略大于石墨的层间距(0.335nm)，而 且层数越少其层间距越大，层与层之间的相互作用也比较弱。已有研究发现层 与层之间为超润滑作用，可以很容易的将内层碳管抽出和拉回。

在过去的研究工作当中，学者们普遍认为：包括碳纳米管、石墨、富勒烯 等在内的碳基材料，由于其中碳原子本身只有sp电子，所以它们都是典型的抗 磁性材料，这与含有的3d或4f电子铁磁性金属原子形成鲜明对比。然而，随 着研究的不断深入人们已经在理论上论证出碳基材料具有铁磁性。理论学家根 据理论计算结果，分析出碳材料存在铁磁性很可能是因为石墨存在点缺陷或线 缺陷、sp²和sp³杂化、锯齿形石墨边缘的存在等等。

早现，人们发现碳纳米管与金属基底的接触可以使碳管磁化。在之后的研 究中，人们进一步发现经酸溶液钝化的双壁碳纳米管本身就具有铁磁性。目前 研究纳米材料磁性的实验手段包括磁力显微镜、超导量子干涉磁强计和X射线 磁性圆二色吸收谱。但微弱的磁信号以及磁性催化剂颗粒的影响一直阻碍了碳 管磁性实验的深入研究。而本发明人设计了一个巧妙的实验，先截去碳管束顶 端，排除了磁性催化剂颗粒对碳管磁性的而干扰，通过碳管束悬臂梁在不均匀 磁场中的偏移，进一步分析出碳管具有的磁矩在开口端，从而利用碳管开口端 的本征磁矩可以实现信息的存储。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于单根多壁碳纳米管的非易失性存储 器，以实现更高密度，更快速度以及更低功耗的特点。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器，包括：

基底；

第一电极，形成于所述基底上，用于执行“读”功能；

第二电极，形成于所述基底上，用于执行“写”功能；

第三电极，形成于所述基底上，用于执行“擦”功能；

多壁碳管，所述多壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述多壁碳管 的开口端悬空，开口端的内层碳管能被抽出并与第二电极接触；

所述第三电极位于所述第一电极和第二电极的中间靠外侧，将第三电极加 电压后，能将所述多壁碳管的内层碳管拉回。

对于本发明的非易失性存储器，所述第一电极的材料为金属或铁磁性材料。

对于本发明的非易失性存储器，所述第二电极的材料为铁磁性材料。

对于本发明的非易失性存储器，所述第三电极的材料为金属材料。

对于本发明的非易失性存储器，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧 化物材料。

优选地，所述基底的表面具有绝缘层。

优选地，所述基底的材料为Si或SiO₂。