一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法，属于存储器领域。该存储器包括：基底；第一电极，形成于基底上，第一电极为金属材料，用于执行“读”功能；第二电极，形成于基底上，第二电极为铁磁性材料，用于执行“写”功能；第三电极，形成于基底上，第三电极为金属材料，用于执行“擦”功能；单壁碳管，单壁碳管的固定端固定在第一电极中，开口端悬空于第二电极上方；第二电极位于第一电极和第三电极之间，单壁碳管的长度足以使其弯曲后，单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。本发明专利技术提供的基于单壁碳管的非易失性存储器具有尺寸小、发热少、能耗低、存储速度快、和寿命长的特点，从而提高集成电路和器件的集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法
本专利技术涉及存储器领域，尤其涉及一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法。
技术介绍
过去几十年集成电路技术得到突飞猛进的发展,以集成电路为核心的信息产业已经成为国民经济的支柱产业。存储器在信息产业的增长中起到关键作用。现有技术中存储器的种类主要有铁电存储器(FRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)和阻变存储器(RRAM)，均为稳定地非挥发性存储器，但存储机制却各不相同：FRAM具有自极化特性，当电场去掉后极化特性仍然保持；MRAM利用磁性材料的两个磁化方向存储二进制信息，利用电流产生磁场改变材料的磁化方向写入信息，在没有外加磁场时材料的磁化方向保持不变；PRAM利用材料在晶态和非晶态之间的转化，材料处于晶态时为低电阻，处于非晶态时为高电阻，利用这两种状态的转化实现二进制信息的存储；RRAM利用材料电阻率的可逆转换实现二进制信息的存储。但是，现有的存储器由于尺寸较大、能耗高、发热量大和存储状态不稳定的原因阻碍了集成密度的进一步提高，形成了存储器发展的瓶颈，相应地，集成电路和器件的集成度无法继续提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提出了一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法，以减小存储器的尺寸、降低存储器的能耗和发热量、加快存储器的速度并延长存储器的寿命。为达此目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于单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，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能；第二电极，形成于所述基底上，所述第二电极的材料为铁磁性材料，用于执行“写”功能；第三电极，形成于所述基底上，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；单壁碳管，所述单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述单壁碳管的开口端悬空于所述第二电极上方；所述第二电极位于所述第一电极和第三电极之间，所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。进一步地，所述第一电极的厚度大于所述单壁碳管距离所述基底的高度。进一步地，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料，所述基底的表面具有绝缘层，其中，所述基底的材料为Si或SiO2，所述绝缘层的材料包括SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物。进一步地，所述第一电极的金属材料和所述第三电极的金属材料为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物，所述铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。进一步地，所述单壁碳管为单根单壁碳管或单壁碳管膜。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于单壁碳管的非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：在基底上旋涂第一光刻胶；利用电子束直写技术，根据预设的第一形状和尺寸刻蚀第一光刻胶，沉积铁磁性材料，去除所述第一光刻胶后形成第二电极；在所述第二电极和基底上旋涂第二光刻胶；将单壁碳管置于所述第二光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察单壁碳管形貌，选择悬空于所述第二电极上的单壁碳管，并记录其位置和方向；在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。进一步地，所述在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中包括：在所述单壁碳管和第二光刻胶上旋涂第三光刻胶；利用电子束直写技术，根据预设的第二形状和尺寸以及第三形状和尺寸分别在所述第二电极两侧刻蚀第二光刻胶和第三光刻胶，在所述基底上形成台阶面结构，所述第二电极一侧的台阶面结构将所述单壁碳管的固定端裸露出来，所述第二电极另一侧的台阶面结构与所述单壁碳管的开口端距离一定距离；在所述台阶面结构上沉积第一电极金属材料和第三电极金属材料，去除残余的所述第二光刻胶和第三光刻胶后形成第一电极和第三电极。进一步地，所述在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中包括：在所述单壁碳管和第二光刻胶上旋涂第四光刻胶；利用电子束直写技术，根据预设的第二形状和尺寸刻蚀所述第二光刻胶和第四光刻胶，在所述基底上形成第一台阶面结构，所述第一台阶面结构将单壁碳管的固定端裸露出来；在所述第一台阶面结构上沉积第一电极金属材料，去除残余的所述第二光刻胶和第四光刻胶后形成第一电极；在所述基底、第二电极和单壁碳管上旋涂第五光刻胶；利用电子束直写技术，根据预设的第三形状和尺寸刻蚀距离所述单壁碳管开口端一定距离的所述第五光刻胶，在所述基底上形成第二台阶面结构；在所述第二台阶面结构上沉积第三电极金属材料，去除残余的第五光刻胶后形成第三电极。进一步地，所述将单壁碳管置于第二光刻胶上的方法包括：将分散在溶液中的单壁碳管滴在所述第二光刻胶上面或将旋涂所述第二光刻胶后得到的结构置于浮动催化法生长碳管的下风口，使生成的单壁碳管落在该结构表面的第二光刻胶上。进一步地，所述第一光刻胶、第二光刻胶和第三光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第一光刻胶、第二光刻胶和第三光刻胶的厚度为30nm-200nm。进一步地，所述第四光刻胶和第五光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第四光刻胶和第五光刻胶的厚度为30nm-200nm。进一步地，所述记录的位置和方向包括单壁碳管的固定端和开口端相对于对准标记的位置和夹角。本专利技术实施例提供的基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法，通过在基底上设置第一电极和第三电极，以及第一电极和第三电极之间的第二电极，并在第一电极中包覆固定有一个单壁碳管，所述单壁碳管的开口端悬空，所述开口端在单壁碳管弯曲后能够接触到第二电极，使得单壁碳管和第二电极具有断开和接触两种稳定的状态，从而实现信息的存储，通过第一电极、第二电极和第三电极实现信息的“读”、“写”和“擦”，信息的“写”与“擦”的能量主要存储为机械能，可循环利用，由此使得基于单壁碳管的非易失性存储器具有尺寸小、发热少、能耗低、存储速度快、和寿命长的特点，从而提高集成电路和器件的集成度。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的剖面图；图2是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的立体图；图3是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的俯视图；图4是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时A部分的局部图；图5是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时的剖面图；图6是本专利技术实施例一提供的基于单壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时B部分的局部图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，包括：基底；第一电极，形成于所述基底上，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能；第二电极，形成于所述基底上，所述第二电极的材料为铁磁性材料，用于执行“写”功能；第三电极，形成于所述基底上，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；单壁碳管，所述单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述单壁碳管的开口端悬空于所述第二电极上方；所述第二电极位于所述第一电极和第三电极之间，所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。

【技术特征摘要】
1.一种基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，包括：基底；第一电极，形成于所述基底上，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能；第二电极，形成于所述基底上，所述第二电极的材料为铁磁性材料，用于执行“写”功能；第三电极，形成于所述基底上，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；单壁碳管，所述单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述单壁碳管的开口端悬空于所述第二电极上方；所述第二电极位于所述第一电极和第三电极之间，所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。2.根据权利要求1所述的基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第一电极的厚度大于所述单壁碳管距离所述基底的高度。3.根据权利要求1所述的基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料，所述基底的表面具有绝缘层，其中，所述基底的材料为Si或SiO2，所述绝缘层的材料包括SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物。4.根据权利要求1所述的基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第一电极的金属材料和所述第三电极的金属材料为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物，所述铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。5.根据权利要求1所述的基于单壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述单壁碳管为单根单壁碳管或单壁碳管膜。6.一种基于单壁碳管的非易失性存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基底上旋涂第一光刻胶；利用电子束直写技术，根据预设的第一形状和尺寸刻蚀第一光刻胶，沉积铁磁性材料，去除所述第一光刻胶后形成第二电极；在所述第二电极和基底上旋涂第二光刻胶；将单壁碳管置于所述第二光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察单壁碳管形貌，选择悬空于所述第二电极上的单壁碳管，并记录其位置和方向；在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。7.根据权利要求6所述的基于单壁碳管的非易失性存储器的制备方法，其特征在于，所述在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓娅，张健，孙连峰，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11