相變存儲(chǔ)單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種相變存儲(chǔ)單元，尤其涉及一種具有碳納米管線的相變存儲(chǔ)單元。
【背景技術(shù)】
[0002] 存儲(chǔ)器是信息產(chǎn)業(yè)中重要的組成部件之一，如何發(fā)展新型的低成本、高密度、速度 快、長(zhǎng)壽命的非易失存儲(chǔ)器一直是信息產(chǎn)業(yè)研究的重要方向。
[0003] 作為非易失性存儲(chǔ)器的下一代產(chǎn)品，相變存儲(chǔ)器是一種利用特殊相變材料的晶相 與非晶相導(dǎo)電性的差異來存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器。相變存儲(chǔ)器基于其獨(dú)特的特點(diǎn)如較快的響應(yīng) 速度、較優(yōu)的耐用性以及較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)保存時(shí)間等，已備受關(guān)注，其不僅能夠在移動(dòng)電話、數(shù) 碼相機(jī)、MP3播放器、移動(dòng)存儲(chǔ)卡等民用微電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且在航空航天及導(dǎo)彈 系統(tǒng)等軍用領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。
[0004] 然而，相變存儲(chǔ)器在真正實(shí)用化之前還有很多問題需要解決，如現(xiàn)有技術(shù)的相變 存儲(chǔ)器用于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)時(shí)，一般利用金屬或半導(dǎo)體材料作為加熱元件，加熱所述相變材料使 之產(chǎn)生相變，但由于加熱元件在多次的循環(huán)加熱過程中易受熱變形或氧化，從而影響相變 存儲(chǔ)器的使用壽命，并且響應(yīng)速度較慢，難以滿足數(shù)據(jù)高速讀寫的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種具有較長(zhǎng)使用壽命且具有較快的響應(yīng)速度的相變存 儲(chǔ)單元。
[0006] -種相變存儲(chǔ)單元，所述相變存儲(chǔ)單元包括：一數(shù)據(jù)寫入電路，該數(shù)據(jù)寫入電路包 括依次串聯(lián)的一第一電極、一碳納米管線以及一第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中 的數(shù)據(jù)寫入；一數(shù)據(jù)讀取電路，該數(shù)據(jù)讀取電路包括依次串聯(lián)的一第三電極、一相變層、所 述碳納米管線及所述第一電極或第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中的數(shù)據(jù)讀??；其 中，所述碳納米管線具有一彎折部，所述第三電極與所述彎折部間隔設(shè)置，所述相變層與所 述碳納米管線的彎折部電接觸。
[0007] -種相變存儲(chǔ)單元，其包括：一碳納米管線，所述碳納米管線具有相對(duì)的兩端，且 所述碳納米管線至少部分彎折形成一彎折部；一第一電極及一第二電極，所述第一電極及 第二電極分別與所述碳納米管線相對(duì)的兩端電連接；一第三電極，所述第三電極與所述碳 納米管線絕緣間隔設(shè)置；以及一相變層，所述相變層串聯(lián)在所述第三電極和所述碳納米管 線的彎折部之間，其中，通過在所述第一電極與第二電極之間通入電流使碳納米管線加熱 相變層以寫入數(shù)據(jù)，并通過在所述第三電極與第一電極或第三電極與第二電極之間通入電 流檢測(cè)相變層的電阻變化以讀取數(shù)據(jù)。
[0008] -種相變存儲(chǔ)單元，其包括：一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的兩端， 該碳納米管結(jié)構(gòu)至少在一位置處存在一缺陷，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)在缺陷位置處的電阻大 于原碳納米管結(jié)構(gòu)的電阻；一第一電極及一第二電極，所述第一電極及第二電極分別與所 述碳納米管結(jié)構(gòu)相對(duì)的兩端電連接；一第三電極，所述第三電極與所述碳納米管結(jié)構(gòu)絕緣 間隔設(shè)置；以及一相變層，所述相變層與所述碳納米管結(jié)構(gòu)的缺陷位置接觸，且所述相變層 與所述第三電極電連接，其中，通過在所述第一電極與第二電極之間通入電流加熱相變層 以寫入數(shù)據(jù)，并通過在所述第三電極與第一電極或第三電極與第二電極之間通入電流檢測(cè) 相變層的電阻變化以讀取數(shù)據(jù)。
[0009] -種相變存儲(chǔ)單兀，其包括：一第一電極和一第二電極，該第一電極和第二電極間 隔設(shè)置；多個(gè)碳納米管線，每個(gè)碳納米管線的兩端分別與所述第一電極和第二電極電連接； 一第三電極，該第三電極與所述多個(gè)碳納米管線、第一電極和第二電極均電絕緣間隔設(shè)置， 其中，每個(gè)所述碳納米管線具有一彎折部，所述相變存儲(chǔ)單元進(jìn)一步包括多個(gè)相變材料單 元，每個(gè)相變材料單元對(duì)應(yīng)地與一個(gè)碳納米管線的彎折部接觸，且串聯(lián)在碳納米管線與第 三電極之間。
[0010] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的相變存儲(chǔ)單元，由于碳納米管線中的碳納米管具 有良好的導(dǎo)熱能力以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，因此可以提高所述相變存儲(chǔ)器的使用壽命。另外， 由于將碳納米管線的彎折部作為加熱器件加熱所述相變層，可以充分利用碳納米管線在彎 折部的熱量積累，能夠提高所述相變層的熱響應(yīng)效率，進(jìn)而提高所述相變存儲(chǔ)單元及相變 存儲(chǔ)器的讀寫速率。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管線彎折部的局部放大圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。
[0014] 圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描照片。
[0015] 圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)單元中彎折部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)單元的制備方法的工藝流程圖。
[0018] 圖8為圖7所示的相變存儲(chǔ)單元的制備方法中制備相變層的的工藝流程圖。
[0019] 圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)單元的制備方法的工藝流程圖。
[0020] 圖10為圖9所示的相變存儲(chǔ)單元的制備方法中彎折碳納米管線的工藝流程圖。
[0021] 圖11為本發(fā)明第五實(shí)施例提供的相變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 主要元件符號(hào)說明
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種相變存儲(chǔ)單元，所述相變存儲(chǔ)單元包括： 一數(shù)據(jù)寫入電路，該數(shù)據(jù)寫入電路包括依次串聯(lián)的一第一電極、一碳納米管線以及一 第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中的數(shù)據(jù)寫入； 一數(shù)據(jù)讀取電路，該數(shù)據(jù)讀取電路包括依次串聯(lián)的一第三電極、一相變層、所述碳納米 管線及所述第一電極或第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中的數(shù)據(jù)讀取； 其特征在于，所述碳納米管線具有一彎折部，所述第三電極與所述彎折部間隔設(shè)置，所 述相變層與所述碳納米管線的彎折部電接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線包括通過范德華 力相連的多個(gè)碳納米管，所述多個(gè)碳納米管基本平行于所述碳納米管線的軸向或所述多個(gè) 碳納米管呈螺旋式環(huán)繞所述碳納米管線的軸向排列。
3. 如權(quán)利要求2所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線包括依次連續(xù)的 一第一分支、所述彎折部及第二分支，所述第一分支及第二分支僅通過所述彎折部連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述第一電極與所述第一分支電 連接，所述第二電極與所述第二分支電連接，構(gòu)成所述數(shù)據(jù)寫入電路。
5. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線的彎折部彎折成 至少一弧形，該弧形至少一點(diǎn)的曲率k>l/R，其中R為該點(diǎn)的曲率半徑。
6. 如權(quán)利要求5所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線在所述彎折部螺 旋回轉(zhuǎn)形成回型環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線的彎折部彎折成 至少一折角，該折角的角度9大于30度小于等于120度。
8. 如權(quán)利要求8所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述回型環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為2微米 至10微米。
9. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述第三電極與所述碳納米管線 的彎折部之間的最小距離為100納米至10微米。
10. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線的彎折部存在缺 陷，使碳納米管線彎折部的電阻大于原碳納米管線的電阻。
11. 如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述碳納米管線為一單根碳納米 管。
12. -種相變存儲(chǔ)單元，其包括： 一碳納米管線，所述碳納米管線具有相對(duì)的兩端，且所述碳納米管線至少部分彎折形 成一彎折部； 一第一電極及一第二電極，所述第一電極及第二電極分別與所述碳納米管線相對(duì)的兩 端電連接； 一第三電極，所述第三電極與所述碳納米管線絕緣間隔設(shè)置；以及 一相變層，所述相變層串聯(lián)在所述第三電極和所述碳納米管線的彎折部之間，其中，通 過在所述第一電極與第二電極之間通入電流使碳納米管線加熱相變層以寫入數(shù)據(jù)，并通過 在所述第三電極與第一電極或第三電極與第二電極之間通入電流檢測(cè)相變層的電阻變化 以讀取數(shù)據(jù)。
13. -種相變存儲(chǔ)單元，其包括： 一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的兩端，該碳納米管結(jié)構(gòu)至少在一位置處 存在一缺陷，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)在缺陷位置處的電阻大于原碳納米管結(jié)構(gòu)的電阻； 一第一電極及一第二電極，所述第一電極及第二電極分別與所述碳納米管結(jié)構(gòu)相對(duì)的 兩端電連接； 一第三電極，所述第三電極與所述碳納米管結(jié)構(gòu)絕緣間隔設(shè)置；以及 一相變層，所述相變層與所述碳納米管結(jié)構(gòu)的缺陷位置接觸，且所述相變層與所述第 三電極電連接，其中，通過在所述第一電極與第二電極之間通入電流加熱相變層以寫入數(shù) 據(jù)，并通過在所述第三電極與第一電極或第三電極與第二電極之間通入電流檢測(cè)相變層的 電阻變化以讀取數(shù)據(jù)。
14. 一種相變存儲(chǔ)單元，其包括： 一第一電極和一第二電極，該第一電極和第二電極間隔設(shè)置； 多個(gè)碳納米管線，每個(gè)碳納米管線的兩端分別與所述第一電極和第二電極電連接； 一第三電極，該第三電極與所述多個(gè)碳納米管線、第一電極和第二電極均電絕緣間隔 設(shè)置， 其特征在于，每個(gè)所述碳納米管線具有一彎折部，所述相變存儲(chǔ)單元進(jìn)一步包括多個(gè) 相變材料單元，每個(gè)相變材料單元對(duì)應(yīng)地與一個(gè)碳納米管線的彎折部接觸，且串聯(lián)在碳納 米管線與第三電極之間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)單元，所述相變存儲(chǔ)單元包括：一數(shù)據(jù)寫入電路，該數(shù)據(jù)寫入電路包括依次串聯(lián)的一第一電極、一碳納米管線以及一第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中的數(shù)據(jù)寫入；一數(shù)據(jù)讀取電路，該數(shù)據(jù)讀取電路包括依次串聯(lián)的一第三電極、一相變層、所述碳納米管線及所述第一電極或第二電極，用于相變存儲(chǔ)單元工作過程中的數(shù)據(jù)讀??；其中，所述碳納米管線具有一彎折部，所述第三電極與所述彎折部間隔設(shè)置，所述相變層至少覆蓋所述碳納米管線的彎折部并與所述第三電極電連接。
【IPC分類】H01L27-24, H01L45-00
【公開號(hào)】CN104779344
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410016719
【發(fā)明人】柳鵬, 吳揚(yáng), 李群慶, 姜開利, 王佳平, 范守善
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2014年1月15日
【公告號(hào)】US20150200365