[发明专利]一种基于分子自旋态的超低功耗存储器件及数据存储方法

说明书

本发明涉及一种基于分子自旋态的超低功耗存储器件，该存储器件包括基体、数据存储介质和探针；所述基体为导电基体；所述数据存储介质为自旋态可变有机分子层，自旋态可变分子层中的分子规则排列在导电基体表面；所述探针用于将数据写入数据存储介质和/或读取存储在数据存储介质的数据；所述写入操作包括改变自旋态可变分子层中分子的自旋态，所述读取操作包括检测出自旋态可变分子层中分子的自旋态；所述自旋态可变有机分子为酞菁氯铁分子。本发明通过使用易于实现不同自旋态转变的酞菁氯铁分子作为存储介质，并且在低电压低电流条件下使用横向操纵技术即可容易地控制不同自旋态的转变，实现了器件的超低功耗。

技术领域

本发明属于存储器件技术领域；具体涉及一种超低功耗存储器件。

背景技术

电子器件的功耗一般指的是电子元器件工作时需要的工作电压与工作电流的乘机。随着集成电路工艺尺寸的逐渐缩小，芯片速度的提高和规模的增大，芯片功耗越来越大。功耗的增加首先会使得耗能增加，同时还使得芯片工作时的温度升高，会降低芯片乃至整个系统的工作稳定性，为了增加工作稳定性，需要更加复杂的芯片封装技术和冷却技术，这就增加了整个系统的成本。

从节能与控制器件发热等多角度而言电子器件的低功耗具有重要意义。现有的低功耗一般从芯片设计和系统设计的两个层面进行考虑。而芯片设计又从自身的功耗和抗辐射能力两个方向进行研究。例如，于增辉等人(于增辉等，一种存储器低功耗优化方法及其应用，微电子学，2010，40(6)：828-835)基于存储器的读/写地址主要以自然顺序连续变化的特定应用场合，提出一种基于折叠与数据打包的存储器结构变换方法，该方法减少存储器深度而增大字长，通过增大每次读出/写入存储器的数据量而减少存储器的访问次数，实现读、写功耗的降低。另外，吴璇等人(吴璇等，一种超低功耗、容错的静态随机存储器设计，现代电子技术，2012，35(8)：167-170)提出了一种由16个晶体管组成的基于DICE结构的SRAM存储单元，可以有效地防止单粒子效应对电路的影响，并且工作在亚阈值电压下时，其漏电流远比工作在标准电压时低，可用于低功耗、好稳定性的电路。另外，Yongfeng Wang等报道了一种吸附在Ag(111)面上的自组装酞菁锡分子层，能够在1.5eV电压下能够实现Sn-上和Sn-下的可逆转变(Yongfeng Wang et al，Pushing and pulling a Sn ion throughan absorbed phthalocyanine molecule,J.Am.Chem.Soc,2009,131(10)：3639-3643)。但是对于酞菁锡分子，用于Sn的不同状态转变的电压较高，在制成器件时所需能耗较高。

发明内容

本发明利用有机分子的自旋态的变化，提出了一种基于分子自旋态的超低功耗存储器件，可以实现信息的超低功耗存储。

本发明的一种基于分子自旋态的超低功耗存储器件，包括基体、数据存储介质和探针；所述基体为导电基体；所述数据存储介质为自旋态可变有机分子层，自旋态可变分子层中的分子规则排列在导电基体表面；所述探针用于将数据写入数据存储介质和/或读取存储在数据存储介质的数据；所述写入操作包括改变自旋态可变分子层中分子的自旋态，所述读取操作包括检测出自旋态可变分子层中分子的自旋态；所述自旋态可变有机分子为酞菁氯铁分子。

进一步，所述写入操作包括通过低电压低电流对有机分子进行横向操纵而改变分子的自旋态；所述读取操作是通过扫描隧道谱dI/dV谱检测是否存在近藤共振峰。通过探针组件沿着与自旋态可变分子层平行的平面进行扫描而实现数据的写入或读取。

进一步，所述低电压为0.1-10mV，低电流为0.1-100nA；优选地所述低电压为0.1-1mV，低电流为1-10nA；更优选地所述低电压为1mV，低电流为1nA。

进一步，所述导电基体为Ag、Au、Pt基体。

进一步，所述探针的针尖材料为钨合金、铂铱合金、碳纳米管等。