專利名稱：利用碳納米管制備的單電子存儲器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于存儲器件，特別是波及一種利用碳納米管設(shè)計制備的單電子存儲器。
為了繼續(xù)維持存儲器件的高速發(fā)展，人們希望用單電子存儲器件來取代傳統(tǒng)的存儲器件，通過基于硅的、具有多隧穿結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的納米線(以下簡稱為納米線)和傳統(tǒng)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)來制備單電子動態(tài)隨機(jī)存儲器(J.Appl.Phys.2000，12，8594)，盡管這種器件解決了困擾傳統(tǒng)存儲器的功耗等若干問題，但是這種器件利用了MTJ/MOSFET結(jié)構(gòu)，限制了集成度的進(jìn)一步提高，這是因為MOSFET的尺寸不可能太小，否則工作的電子數(shù)目太少，將影響器件的穩(wěn)定性。如果將器件的柵極分為三個部分，利用分裂柵MOSFET來減少工作需要的電荷，那么器件的集成度更低。由此可見，MOSFET的存在是限制這種動態(tài)存儲器性能提高的重要因素，若想獲得具有更高集成度的動態(tài)隨機(jī)存儲器，就必須找到更好的存儲系統(tǒng)來替代MTJ/MOSFET系統(tǒng)。
本發(fā)明具有納米線/碳納米管晶體管的存儲結(jié)構(gòu)，并通過納米線的庫侖阻塞效應(yīng)來實現(xiàn)信息的存儲。因此庫侖阻塞區(qū)域的大小必須能使存儲單元存在兩個明顯的存儲狀態(tài)，納米線的控制柵可以用來控制這個納米線庫侖阻塞區(qū)域的大小。假定電子在外場下只能通過納米線中的多個量子點到達(dá)存儲器的存儲單元，為了避免量子漲落的影響，納米線中的隧穿電阻應(yīng)該比量子電阻大，量子電阻Rq＝h/e2≈26kΩ(h為普朗克常量)。假設(shè)在納米線的控制柵上施加一定的電壓后，納米線中庫侖阻塞區(qū)域?qū)挾葹?Vc，給數(shù)據(jù)線引腳施加偏壓，超出庫侖阻塞區(qū)域，電子將隧穿納米線中的量子點，直到系統(tǒng)再次發(fā)生庫侖阻塞為止，根據(jù)施加在數(shù)據(jù)線引腳上偏壓的高低不同，控制數(shù)據(jù)線引腳就可以在另一端的存儲單元上形成高低不同的兩個電壓+Vc，-Vc。兩種穩(wěn)定的存儲狀態(tài)反映了存儲單元儲存了不同數(shù)目的電子，為了提高器件的工作頻率和降低功耗，希望這個電子數(shù)目越少越好，但是必須保證兩個穩(wěn)定態(tài)有明顯可辨的差異，即可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出，這樣的存儲器件只要控制很少的電子就可以實現(xiàn)兩個穩(wěn)定存儲狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)變。存儲單元的電壓用下式來表示V=QCΣ]]>其中Q為存儲單元中的電荷數(shù)，C∑為存儲單元的總電容。對于該系統(tǒng)存儲電容主要包括兩部分存儲單元與襯底的電容Cs；存儲單元與碳納米管之間的電容Ct。假設(shè)電中性時存儲單元的電壓為0，對于存儲單元存儲了電荷-ne的狀態(tài)(n表示相對于電中性時的額外電子數(shù)目，可以為正，也可以為負(fù)，符號的不同表示了電子的進(jìn)入和流出)，因此可以得到V=-neCs+Ct]]>氧化層的厚度很薄，系統(tǒng)中Cs＞＞Ct，Cs=ϵSd.]]>ε為介電常數(shù)，S為存儲單元的面積，d為存儲單元與襯底之間氧化層的厚度。存儲單元的電壓受納米線中庫侖阻塞區(qū)域大小的影響，它的兩個穩(wěn)定狀態(tài)處在庫侖阻塞區(qū)域的邊緣，即|V|＝Vc，所以eϵ·|n|dSVc=1]]>對于一個存儲器，e和ε可以認(rèn)為是常數(shù)，在其余四個變量中d和Vc的可變范圍很小，為了降低工作需要的電荷，必須盡可能的減少存儲單元的面積S。本器件的存儲單元是納米線的一部分，這一部分沒有納米線的控制柵來耗盡，面積可以做的很??；同時這一部分納米線中由于勢能的漲落使得一部分區(qū)域沒有電子的存儲，所以存儲單元的等效電容比幾何計算的結(jié)果要小，所以這樣的結(jié)果使得很少的電荷就可以引起存儲單元上很大的電壓變化。
納米線上的存儲單元同時也是碳納米管晶體管的柵極，可以用來改變碳納米管中的載流子濃度，在源漏電壓不變的情況下，柵極可以用來控制碳納米管中的電流。通過測量碳納米管中的電流就可以讀出存儲單元中的狀態(tài)信息。
本發(fā)明的單電子存儲器正常工作有兩個基本條件1)通過施加在納米線的控制柵上的電壓可以控制納米線出現(xiàn)庫侖阻塞區(qū)域，這個區(qū)域要足夠大；2)存儲單元作為碳納米管晶體管的柵極擁有兩個穩(wěn)定的存儲狀態(tài)，這兩個穩(wěn)定的狀態(tài)(具有不同的柵極電壓)對應(yīng)的漏極電流的差異要足夠大，以保證存儲器可以準(zhǔn)確地讀出系統(tǒng)存入的數(shù)據(jù)和信息。
為進(jìn)一步提高本發(fā)明的單電子存儲器的存儲性能，需要在制備和使用過程中嚴(yán)格控制幾個基本參數(shù)的取值。首先，納米線的庫侖阻塞區(qū)域越大越好，這樣可以使兩個存儲狀態(tài)具有明顯的不同，易于數(shù)據(jù)的讀出。為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，應(yīng)最大限度的減小納米線的寬度；同時工作電壓(納米線的控制柵上的電壓)要適當(dāng)增大，因為庫侖阻塞區(qū)域的大小隨著納米線的控制柵的電壓增大而增大。但是如果納米線很細(xì)，同時工作電壓又給的很高，這個器件很可能不工作，也就是說此時的納米線被完全耗盡，沒有電流可以通過這段納米線。其次，存儲單元越小越好。最后，盡量增大碳納米管和存儲單元(也是碳納米管晶體管的柵極)之間的電容。對于給定的納米線和工作電壓，庫侖阻塞區(qū)域2Vc的大小是恒定不變的。碳納米管和存儲單元之間的電容Ct為Ct=2πϵL/log(2h/r)]]>其中ε是介電常數(shù)，L為存儲單元的寬度，r是單壁碳納米管的直徑，h是碳納米管和存儲單元之間的距離。電壓改變2Vc引起碳納米管中電荷ΔQ/Q∝2VcCt/L=4πϵVc/log(2h/r)]]>的相對改變量為
其中Q為碳納米管中的載流子總電荷數(shù)。ΔQ/Q越大，即碳納米管中載流子的濃度變化越大，柵極電壓變化引起的電流變化也越大。為了提高存儲器讀過程的準(zhǔn)確性，必須最大可能的提高ΔQ/Q。對于給定的納米線和工作電壓，Vc是不變的，為了提升ΔQ/Q，需要減小h，增大r。由此可見，制備過程中需要減小存儲單元與碳納米管的距離，使用直徑更大的單壁碳納米管。為了使器件的存儲性能最優(yōu)化，不得不綜合考慮影響存儲器的各種因素，因為一個存儲性能指標(biāo)的提升往往是以犧牲其它性能為代價的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明所提供的單電子存儲器，以硅作為襯底，利用干氧或濕氧氧化的方法制備出一個氧化硅絕緣層，在氧化硅絕緣層上主要包括基于金屬或硅、具有多量子點結(jié)構(gòu)的納米線和碳納米管晶體管。納米線具有多隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)，利用這種結(jié)構(gòu)的庫侖阻塞效應(yīng)，同時和一個碳納米管晶體管進(jìn)行電容耦合，就可以實現(xiàn)存儲器的功能。納米線、控制柵、存儲單元和電極區(qū)均是由氧化層上的金屬或硅層經(jīng)刻蝕加工而成，一端是小長方塊狀的數(shù)據(jù)線引腳，納米線寬度為1納米到1微米，長度為10納米到1毫米，高度為1納米到1微米；納米線的兩側(cè)有兩個平行于納米線的控制柵，納米線與控制柵的槽寬為1納米-1毫米。納米線的控制柵的長度小于納米線的長度，因此納米線只有一部分可以被納米線的控制柵耗盡，沒有被耗盡的那一段納米線構(gòu)成存儲器的存儲單元，并且該段沒有被控制柵耗盡的部分伸到刻蝕加工而成的兩個電極區(qū)之間；一根碳納米管放置在靠近存儲單元的絕緣層上，距存儲單元的距離為1納米到500微米，在碳納米管的兩端制備出碳納米管晶體管的電極，或在兩個電極區(qū)上制備一電極層，碳納米管搭放在其上，就構(gòu)成了存儲器的碳納米管晶體管部分。存儲單元既是電荷的存儲部分，又是碳納米管晶體管的柵極，其存儲電荷的多少影響著碳納米管晶體管的兩電極之間的電流。
所述的襯底上還包括一催化劑區(qū)，該催化劑區(qū)位于一電極的內(nèi)側(cè)，碳納米管與兩電極具有良好的歐姆接觸。
本發(fā)明所提供的存儲器制備方法包括以下步驟1)以硅作為器件的襯底，利用分子束外延的方法生長出一層多晶硅，對多晶硅進(jìn)行摻雜，或者利用電子束蒸發(fā)的方法沉積出一層金屬，利用電子束光刻法和刻蝕法制備納米線、控制柵、存儲單元和電極區(qū)，它們均是由氧化層上的金屬或硅層經(jīng)刻蝕加工而成；2)取一根碳納米管放置在經(jīng)刻蝕制備出的電極區(qū)上，利用原子力顯微鏡AFM對碳納米管進(jìn)行定位，并利用FIB技術(shù)在碳納米管的兩極沉積鉑，作為碳納米管晶體管的電極，即制備出存儲器碳納米管晶體管部分；或者先制備出電極再定位碳納米管來制備納米管晶體管部分；或者利用碳納米管的原位生長技術(shù)來實現(xiàn)碳納米管的制備和定位，并形成碳納米管晶體管部分。
3)采用常規(guī)半導(dǎo)體技術(shù)對器件進(jìn)行封裝，就完成了本發(fā)明的單電子存儲器的制備。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的制備單電子存儲器的方法避免了過多的摻雜工藝，減少了制備步驟。
由于該器件使用碳納米管晶體管取代傳統(tǒng)的MOSFET，可以充分利用碳納米管的獨(dú)特電學(xué) 力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，因此設(shè)計出的存儲器結(jié)構(gòu)比以前基于MTJ/MOSFET設(shè)計的單電子存儲器具有更高的存儲密度，既不受隨機(jī)背景電荷的影響，又可以在更高的溫度下工作。同時，碳納米管的化學(xué)惰性和良好的韌性決定了器件具有很長的使用壽命，這些優(yōu)點使得本發(fā)明可以很好解決存儲器發(fā)展過程中所面臨的困境，與其它類型的存儲器相比，具有多方面的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)的動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)存儲一個比特需要一個晶體管和一個電容，其存儲密度受限于存儲電容的尺寸，這是由DRAM的工作原理造成的。而靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM存儲一個比特需要4至6個晶體管。由此可見，本發(fā)明的單電子隨機(jī)存儲可以擁有更高的存儲密度，這是因為器件中沒有傳統(tǒng)的晶體管，就避免了尺度進(jìn)一步減少所帶來的困難，如柵極漏電等。同時這種基于碳納米管的動態(tài)隨機(jī)存儲器具有很低的功耗，它不需要像傳統(tǒng)的DRAM那樣控制大量的電子來實現(xiàn)存儲器的開關(guān)狀態(tài)之間的變化，本發(fā)明的單電子存儲器只需要控制幾個甚至幾十個電子就可以實現(xiàn)器件在兩個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，所以這種存儲器的散熱量是非常低的，這就保證了器件集成度的提高不會受散熱問題的限制，相比與傳統(tǒng)的存儲器具有明顯的優(yōu)勢。使用這樣低功耗的單電子存儲器件可以解決傳統(tǒng)動態(tài)隨機(jī)存儲器發(fā)展所面臨的能源危機(jī)。
傳統(tǒng)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)需要在源漏區(qū)域摻雜形成源極和漏極，所以不可能將MOSFET作的很小，因此單電子存儲器中存在MOSFET在很大程度上限制了器件集成度的提高，不能最大限度的表現(xiàn)單電子存儲器的優(yōu)點。本發(fā)明的單電子存儲器利用碳納米管晶體管則可以將尺寸作的很小。本發(fā)明的器件以一段沒有被納米線的控制柵耗盡的納米線作為存儲單元，與以前設(shè)計的基于MTJ/MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲器相比，幾何尺寸更小，同時由于這一部分納米線中勢能的漲落，實際用來存儲電荷的部分更小。使用小電容存儲電荷的好處在于減小了存儲器工作時所需要的電荷數(shù)，即存儲單元達(dá)在庫侖阻塞的邊緣-Vc和+Vc之間變化所需要控制的電荷數(shù)很少。這樣作的好處是每個存儲單元尺寸的減小，可以進(jìn)一步的提高存儲密度。
由于本發(fā)明所提供的存儲器可以利用碳納米管作為各電極上的引線，因此線路電容可以很小，RC時間也很小，集成后的器件工作頻率很高，可以達(dá)到100GHz以上。
總之，本發(fā)明的單電子存儲器較傳統(tǒng)存儲器具有以下優(yōu)點1)工作頻率高，2)存儲密度大，3)功耗低，4)散熱量小。
圖2本發(fā)明的單電子存儲器的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3存儲器在數(shù)據(jù)線引腳不施加偏壓的情況下納米線的靜電化學(xué)勢與存儲單元和數(shù)據(jù)線引腳費(fèi)米能級的關(guān)系。
圖4存儲器在數(shù)據(jù)線引腳施加負(fù)偏壓的情況下的靜電化學(xué)勢與存儲單元和數(shù)據(jù)線引腳費(fèi)米能級的關(guān)系，電子由數(shù)據(jù)線引腳進(jìn)入存儲單元，使存儲單元最終處在-Vc。
圖5存儲器在數(shù)據(jù)線引腳施加正偏壓的情況下納米線的靜電化學(xué)勢與存儲單元和數(shù)據(jù)線引腳費(fèi)米能級的關(guān)系，電子逃離存儲單元，存儲單元最終處在+Vc。
圖6理想情況下的碳納米管晶體管漏極電流隨柵極電壓的變化曲線。
圖7存儲器寫入和讀出“0”和“1”時數(shù)據(jù)線引腳的電壓脈沖和漏極電流的狀態(tài)。
圖8存儲器利用碳納米管原位生長技術(shù)制備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)示1-數(shù)據(jù)線引腳 2-納米線的控制柵 3-納米線4-電極區(qū) 5-單壁碳納米管 6-存儲單元7-氧化層 8-SOI襯底 9-催化劑區(qū)
具體實施例方式
實施例1按

圖1制作本發(fā)明的具有碳納米管結(jié)構(gòu)的單電子存儲器。
選用(001)取向的硅作襯底8，利用干氧氧化方法，氧化溫度為900℃，氧化出一個25納米厚的二氧化硅絕緣層7，用分子束外延(MBE)的方法制備出一層20納米厚的多晶硅層，并重?fù)诫s砷成為n型半導(dǎo)體層，摻雜濃度為5×1013 -2。
在制備的硅層中利用電子束光刻方法和干法刻蝕技術(shù)制備出電極區(qū)4、數(shù)據(jù)線引腳1、納米線的控制柵2和納米線3。數(shù)據(jù)線引腳寬度為80納米；每一個納米線的控制柵的尺寸為80納米寬，80納米長；納米線長120納米長，40納米寬；存儲單元的幾何尺寸為40納米長，40納米寬。利用聚焦離子束即FIB技術(shù)制備出鉑電極，包括兩個30納米厚，30納米寬，50納米長的碳納米管晶體管的電極，兩者間隔為60納米。
利用原子力顯微鏡AFM精確定位一根直徑1納米、長150納米的單壁碳納米管5，使管的兩端放置在碳納米管晶體管的電極的兩端，碳納米管5與存儲單元6之間的距離為3納米。最后對器件進(jìn)行封裝。
實施例2按圖1制作本發(fā)明的具有碳納米管結(jié)構(gòu)的單電子存儲器。
選用(001)取向的硅作襯底8，利用干氧氧化方法，氧化溫度為900℃，氧化出一個25納米厚的二氧化硅絕緣層7。利用電子束蒸發(fā)的方法制備出30納米厚的金層。
在制備的金層中利用電子束光刻法和刻蝕技術(shù)制備出電極區(qū)4、數(shù)據(jù)線引腳1、納米線的控制柵2和納米線3。數(shù)據(jù)線引腳寬度為90納米；每一個納米線的控制柵的尺寸為100納米寬，100納米長；納米線長160納米長，40納米寬；存儲單元的幾何尺寸為60納米長，40納米寬；金電極4，包括兩個30納米厚，50納米寬，50納米長的碳納米管晶體管的電極，兩者間隔為40納米。
碳納米管5的定位與實施例1同。
實施例3按圖8制作本發(fā)明的具有碳納米管結(jié)構(gòu)的單電子存儲器。
選用(001)取向的硅作襯底8，利用干氧氧化方法，氧化溫度為900℃，氧化出一個25納米厚的二氧化硅絕緣層7，用分子束外延(MBE)的方法制備出一層20納米厚的多晶硅層，并重?fù)诫s砷成為n型半導(dǎo)體層，摻雜濃度為6×1013 -2。
在制備的硅層中利用電子束光刻方法和干法刻蝕技術(shù)制備出數(shù)據(jù)線引腳1、納米線的控制柵2和納米線3。數(shù)據(jù)線引腳寬度為80納米；每一個納米線的控制柵的尺寸為80納米寬，80納米長；納米線長110納米長，30納米寬，45納米高；存儲單元的幾何尺寸為30納米長，30納米寬。利用光刻、蒸發(fā)和剝離技術(shù)，制備出金電極4，包括兩個20納米厚，50納米寬，100納米長的碳納米管晶體管的電極，兩者間距90納米。用原子力顯微鏡的探針操縱技術(shù)在碳納米管晶體管的電極4的內(nèi)側(cè)上放置催化劑(Fe，Co，Ni及其合金)，原位生長碳納米管5，使其與碳納米管晶體管的電極4的兩內(nèi)側(cè)接觸，如圖8所示。最后對器件進(jìn)行封裝。
實施例4納米線的部分制備方法與實施例2同，碳納米管的制備和定位與實施例3同，器件如圖8所示。
實施例5在實施例1、2、3或4所制備的單電子存儲器上，采用碳納米管作為各電極上的引線。
依據(jù)以上實施例1和2所制備的器件其立體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2為它的平面示意圖，主要有兩個基本組成部分具有多隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)的納米線(MTJ)；碳納米管晶體管。納米線由兩側(cè)的納米線的控制柵2來控制，器件工作時納米線中形成多個量子點，納米線的性質(zhì)不受每一個量子點具體位置和大小的影響，給納米線兩側(cè)的納米線的控制柵施加偏壓，就可以觀測到納米線的庫侖阻塞現(xiàn)象。納米線的一端與數(shù)據(jù)線引腳相連，而另一端因為沒有了納米線的控制柵的耗盡作用而形成了一個電容，在庫侖阻塞區(qū)域，這個電容可以看作是孤立的，即不存在漏電電流。給數(shù)據(jù)線引腳1施加電壓脈沖，使器件超出庫侖阻塞區(qū)域，這樣就可以在納米線的另一端出現(xiàn)兩個穩(wěn)定的電壓值。由此可見，沒有納米線的控制柵耗盡的這一部分納米線6就是這個存儲器的存儲單元，其中電荷數(shù)目的不同對應(yīng)著不同的存儲狀態(tài)。在碳納米管晶體管的兩個電極4的上放置一根單壁碳納米管5，這一部分就形成了一個碳納米管晶體管結(jié)構(gòu)，存儲單元6同時也是這個碳納米管晶體管的柵極，如果兩電極的電壓差值保持恒定，那么通過柵極6就可以改變兩電極之間的電流，也就是說兩電極之間的電流大小反映了存儲器不同的存儲狀態(tài)。
控制數(shù)據(jù)線引腳就可以在另一端的存儲單元形成高低不同的兩個電壓。圖3為器件存儲單元6中無額外電子存儲的情況，可以假定此時的存儲單元6和數(shù)據(jù)線引腳1的電壓均為0。圖4為數(shù)據(jù)線引腳1偏壓超出納米線3庫侖阻塞區(qū)域的狀態(tài)，此時電子由數(shù)據(jù)線引腳1進(jìn)入存儲單元6，納米線可以近似成一段電阻，最終的結(jié)果是使N個電子到達(dá)存儲單元6，使系統(tǒng)達(dá)到庫侖阻塞的邊緣。如果將數(shù)據(jù)線引腳1的電壓去掉，由于庫侖阻塞的存在使得存儲單元6穩(wěn)定在-Vc的狀態(tài)。同理，在數(shù)據(jù)線引腳1上施加+Vc的電壓(如圖5)所示，電子將由存儲單元6流向數(shù)據(jù)線引腳1，最終存儲單元6達(dá)到+Vc的穩(wěn)定狀態(tài)。
圖6給出了一個典型的單壁碳納米管晶體管的源漏電流和柵極電壓之間的關(guān)系，由于納米線庫侖阻塞區(qū)域的存在，使得柵極(存儲單元6)在+Vc和-Vc處得到兩個穩(wěn)定的存儲狀態(tài)，碳納米管中的載流子是空穴，所以-Vc處對應(yīng)的漏極電流更大。
本發(fā)明的單電子存儲器工作狀況如圖7所示。在納米線的控制柵上施加偏壓擠壓納米線，數(shù)據(jù)線引腳輸入方波脈沖，脈沖電壓的大小可以使系統(tǒng)超出庫侖阻塞區(qū)域，此時的電子將會通過納米線出入存儲單元，使存儲單元在庫侖阻塞區(qū)域的邊緣形成兩個具有不同電壓值的穩(wěn)定的存儲狀態(tài)。同時存儲單元也是碳納米管晶體管的柵極，所以漏極電流對應(yīng)兩個不同大小的電流(即存儲單元所存儲的“1”或“0”)。
權(quán)利要求
1.一種利用碳納米管制備的單電子存儲器，包括以硅作為襯底，該襯底上有一個氧化層，在襯底的氧化層上有一層金屬或多晶硅層，在其上制備一納米線、控制柵；所述的納米線由位于襯底的氧化層上的金屬或多晶硅層經(jīng)刻蝕加工形成，納米線的一端是數(shù)據(jù)引腳，納米線的兩側(cè)有兩個與納米線平行的控制柵，其特征在于還包括一存儲單元和一碳納米管晶體管，存儲單元為納米線比控制柵長的部份，該延長部分并延伸到碳納米晶體管的兩電極區(qū)之間，存儲單元距碳納米管的距離為1納米至500微米，存儲單元同時也是碳納米管晶體管的柵極。
2.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于所述的碳納米管晶體管包括一根碳納米管、和位于襯底的氧化層上的金屬或多晶硅層經(jīng)刻蝕加工形成的兩個電極區(qū)，其中一根碳納米管搭放在兩個電極區(qū)上，。
3.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于所述的納米線的寬度為1納米到1微米，長度為10納米到1毫米，高度為1納米到1微米。
4.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于所述的控制柵與納米線的槽寬為1納米到1毫米。
5.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于所述的碳納米管為單壁碳納米管。
6.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于采用碳納米管作為各電極的引線。
7.如權(quán)利要1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器，其特征在于碳納米管可以直接放置在碳納米管晶體管的電極上；也可以是在襯底上包括一個催化劑區(qū)，所述的催化劑區(qū)位于碳納米晶體管的一個電極的內(nèi)側(cè)，碳納米管兩端與碳納米管晶體管的電極具有歐姆接觸。
8.一種制備如權(quán)利要求1所述的利用碳納米管制備的單電子存儲器的方法，其特征在于包括以下步驟1)以硅作為器件的襯底，利用分子束外延的方法生長出一層多晶硅，對多晶硅進(jìn)行摻雜，或者利用電子束蒸發(fā)的方法沉積出一層金屬，利用電子束光刻法和刻蝕法在由氧化層上的金屬或硅層經(jīng)刻蝕制備出存儲器中電極區(qū)、納米線、存儲單元和控制柵部分；2)將一根碳納米管放置在由氧化層上的金屬或硅層經(jīng)刻蝕制備出存儲器中電極區(qū)上，利用原子力顯微鏡AFM對碳納米管進(jìn)行定位，并利用FIB技術(shù)在碳納米管的兩極沉積鉑，作為碳納米管晶體管的電極，即制備出存儲器碳納米管晶體管部分；或者先制備出電極再定位碳納米管來制備納米管晶體管部分；或者利用碳納米管的原位生長技術(shù)來實現(xiàn)碳納米管的制備和定位，并形成碳納米管晶體管部分；3)采用常規(guī)半導(dǎo)體技術(shù)對器件進(jìn)行封裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單電子動態(tài)隨機(jī)存儲器件及其制備方法。該器件以硅作為襯底，在該襯底上有一個氧化硅絕緣層，在該氧化硅絕緣層上的金屬或多晶硅層中刻蝕加工而成一根納米線，該納米線一端是數(shù)據(jù)線引腳，納米線的兩側(cè)有兩個與納米線兩邊平行的控制柵存儲單元為納米線比控制柵長的部份，并伸入到碳納米管晶體管的兩電極之間。通過控制幾十個甚至幾個電子就可以實現(xiàn)存儲器的正常工作，并且不受隨機(jī)背景電荷的影響，解決了傳統(tǒng)存儲器發(fā)展中所面臨的穩(wěn)定性、功耗、散熱和柵極漏電電流等若干方面的問題，可以實現(xiàn)低功耗下信息的超高密度存儲。
文檔編號B82B1/00GK1464557SQ02120848
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者孫勁鵬, 王太宏 申請人:中國科學(xué)院物理研究所