專利名稱：具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于存儲(chǔ)器，特別是涉及一種利用量子點(diǎn)庫(kù)侖阻塞效應(yīng)設(shè)計(jì)制備的可在室溫下工作的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器及制備方法。
為了繼續(xù)維持存儲(chǔ)器件的高速發(fā)展，人們希望用單電子存儲(chǔ)器件來取代傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器件，出現(xiàn)了一種具有多隧穿結(jié)的納米線(MTJ)和傳統(tǒng)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)結(jié)構(gòu)的單電子存儲(chǔ)器(J.Appl.Phys.2000，12，8594)，盡管這種器件解決了困擾傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的功耗等若干問題，但是這種器件也存在著很多不足，主要有以下兩個(gè)方面(1)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?yàn)镸OSFET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(gè)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。此外，納米線還有兩個(gè)很大面積的控制柵，通過給控制柵施加偏壓耗盡納米線形成多量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。由此可見，存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度受到了限制。(2)器件中納米線出現(xiàn)庫(kù)侖阻塞效應(yīng)的溫度很低，導(dǎo)致存儲(chǔ)器件工作溫度很低，通常只有幾十K。傳統(tǒng)MTJ/MOSFET結(jié)構(gòu)限制了存儲(chǔ)器的性能，若想提升這種類型的單電子存儲(chǔ)器的性能，必須找到具有更高集成度的存儲(chǔ)系統(tǒng)來替代MTJ/MOSFET系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是為了提供一種制備具有碳納米管晶體管結(jié)構(gòu)的單電子存儲(chǔ)器的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，包括以硅作為襯底，其表面是氧化形成的二氧化硅絕緣層，在絕緣層上設(shè)置柵極、電極和數(shù)據(jù)線引腳；其特征在于還包括兩根碳納米管；所述的兩個(gè)電極、一個(gè)柵極和數(shù)據(jù)線引腳，是由位于襯底的二氧化硅絕緣層上的導(dǎo)電層形成的；兩個(gè)電極具有間距；一根碳納米管放置在兩個(gè)電極之上，與兩個(gè)電極歐姆接觸；用來存儲(chǔ)電荷的柵極位于兩個(gè)電極的一側(cè)；并在與兩個(gè)電極相對(duì)的襯底的另一邊設(shè)置數(shù)據(jù)線引腳；另一根碳納米管放置在柵極和數(shù)據(jù)線引腳上，并直接與其相接觸；所述的碳納米管上有兩個(gè)距離小于1微米的隧穿結(jié)，二者之間形成的庫(kù)侖島(即碳納米管上的一個(gè)量子點(diǎn))。
還包括在一個(gè)電極的內(nèi)側(cè)設(shè)置一催化劑區(qū)，碳納米管與兩電極之一也可通過催化劑相連接。
還包括在柵極的一側(cè)設(shè)置一催化劑區(qū)，納米管與柵極也可通過催化劑相連接。
所述的柵極和第一根碳納米管的距離在1納米到10微米之間。
所述的柵極面積為1平方納米到100平方微米之間。
所述的柵極與數(shù)據(jù)線引腳的距離在50納米到500微米之間；柵極與第二根碳納米管的距離在1納米到10微米之間。
所述的兩個(gè)電極面積為1平方納米至1平方毫米；其之間距離在10納米到900微米。
所述的碳納米管是單壁碳納米管。
所述的催化劑區(qū)是Fe，Co，Ni及其合金制作的。
本發(fā)明提供的一種制備具有碳納米管晶體管結(jié)構(gòu)的單電子存儲(chǔ)器的方法，包括以下步驟(1)選用硅作為襯底，利用常規(guī)方法在上面形成一個(gè)氧化層，在氧化層上沉積出一導(dǎo)電層，兩個(gè)電極、柵極和數(shù)據(jù)線引腳通過光刻工藝在其上被刻蝕出來；(2)利用原子力顯微鏡的探針對(duì)碳納米管進(jìn)行定位，將一根碳納米管定位在兩個(gè)電極之上的位置，將另一根碳納米管定位在柵極和數(shù)據(jù)線引腳之上的位置；(3)利用掃描探針技術(shù)在單壁碳納米管上制備兩個(gè)距離很近的隧穿結(jié)，形成量子點(diǎn)；(4)對(duì)器件進(jìn)行封裝就完成了本發(fā)明存儲(chǔ)器的制備。
所述的在單壁碳納米管上制備隧穿結(jié)的方法，是利用探針使單壁碳納米管局部發(fā)生形變，形變處的碳納米管性質(zhì)發(fā)生改變，這樣就形成一個(gè)隧穿結(jié)。
本發(fā)明的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器有兩根碳納米管，其中一根碳納米管具有一個(gè)納米尺度的量子點(diǎn)，利用量子點(diǎn)的庫(kù)侖阻塞效應(yīng)，控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電壓，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；而另一根碳納米管則構(gòu)成了碳納米管晶體管結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的存儲(chǔ)器正常工作有兩個(gè)基本條件(1)碳納米管中量子點(diǎn)可以出現(xiàn)庫(kù)侖阻塞區(qū)域，這個(gè)區(qū)域要足夠大；(2)存儲(chǔ)單元作為碳納米管晶體管的柵極擁有兩個(gè)穩(wěn)定的存儲(chǔ)狀態(tài)，這兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的漏極電流的差異要足夠大，以保證存儲(chǔ)器可以準(zhǔn)確地讀出系統(tǒng)存入的數(shù)據(jù)和信息。
本發(fā)明以庫(kù)侖阻塞原理作為器件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。本發(fā)明具有量子點(diǎn)/碳納米管晶體管的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并通過量子點(diǎn)的庫(kù)侖阻塞效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)。因此庫(kù)侖阻塞區(qū)域的大小必須能使存儲(chǔ)單元存在兩個(gè)明顯的存儲(chǔ)狀態(tài)，各個(gè)量子點(diǎn)的電容決定了庫(kù)侖阻塞區(qū)域的大小。假定電子在外場(chǎng)下只能通過碳納米管中的量子點(diǎn)到達(dá)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，為了避免量子漲落的影響，量子點(diǎn)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)庫(kù)侖阻塞區(qū)域?qū)挾葹?Vc，給源極電極施加偏壓，超出庫(kù)侖阻塞區(qū)域，電子將隧穿碳納米管中量子點(diǎn)，直到系統(tǒng)再次發(fā)生庫(kù)侖阻塞為止，根據(jù)施加在源極電極上偏壓的高低不同，碳納米管晶體管柵極上就形成高低不同的兩個(gè)電壓+Vc，-Vc。兩種穩(wěn)定的存儲(chǔ)狀態(tài)反映了柵極儲(chǔ)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(gè)電子數(shù)目越少越好，但是必須保證兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)有明顯可辨的差異，即可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出，這樣的存儲(chǔ)器件只要控制很少的電子就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)穩(wěn)定存儲(chǔ)狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)變。柵極的電壓用下式來表示V=QCΣ]]>
其中Q為柵極電極中存儲(chǔ)的電荷數(shù)，C∑為柵極的總電容。對(duì)于該系統(tǒng)電容主要包括兩部分存儲(chǔ)單元與襯底的電容Cs；雜散電容Ct。假設(shè)電中性時(shí)柵極的電壓為0，對(duì)于柵極存儲(chǔ)了電荷-ne的狀態(tài)(n表示相對(duì)于電中性時(shí)的額外電子數(shù)目，可以為正，也可以為負(fù)，符號(hào)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(chǔ)單元的面積，d為存儲(chǔ)單元與襯底之間氧化層的厚度。柵極的電壓受庫(kù)侖阻塞區(qū)域大小的影響，它的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)處在庫(kù)侖阻塞區(qū)域的邊緣，即|V|＝Vc，所以eϵ·|n|dSVc=1]]>對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)器，e和ε可以認(rèn)為是常數(shù)，在其余四個(gè)變量中d和Vc的可變范圍很小，為了降低工作需要的電荷，必須盡可能的減少柵極電極的面積S。本器件的存儲(chǔ)單元是碳納米管的柵極，面積可以做的很小，所以很少的電荷就可以引起柵極電極上很大的電壓變化。
本發(fā)明存儲(chǔ)器存儲(chǔ)性能進(jìn)一步的提高需要在制備和使用過程中嚴(yán)格控制幾個(gè)基本參數(shù)的取值。首先，碳納米管中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的庫(kù)侖阻塞區(qū)域越大越好，這樣可以使兩個(gè)存儲(chǔ)狀態(tài)具有明顯的不同，易于數(shù)據(jù)的讀出。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，應(yīng)最大限度的減小納米線上隧穿結(jié)的間距，因?yàn)閮伤泶┙Y(jié)間距的減少，量子點(diǎn)的電容減小，而庫(kù)侖阻塞區(qū)域的大小與量子點(diǎn)的電容成反比。其次，存儲(chǔ)單元越小越好。即使用小電容存儲(chǔ)電荷，這樣結(jié)構(gòu)的好處在于減小了存儲(chǔ)器工作時(shí)所需要的電荷數(shù)，即柵極電極在庫(kù)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。因此減小柵極電極的尺寸提高了器件的工作頻率，降低了器件的功耗，也減少了存儲(chǔ)器的散熱量。最后，盡量增大碳納米管晶體管中碳納米管和柵極電極之間的電容。對(duì)于給定的量子點(diǎn)庫(kù)侖阻塞區(qū)域2Vc的大小是恒定不變的。碳納米管和柵極之間的電容Ct為Ct=2πϵL/log(2h/r)]]>其中ε是介電常數(shù)，L為柵極電極的寬度，r是單壁碳納米管的直徑，h是第一碳納米管和柵極電極之間的距離。電壓改變2Vc引起碳納米管中電荷的相對(duì)改變量為ΔQ/Q∝2VcCt/L=4πϵVc/log(2h/r)]]>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(chǔ)器讀過程的準(zhǔn)確性，必須最大可能的提高ΔQ/Q。對(duì)于給定的量子點(diǎn)，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柵極電極與第一碳納米管的距離。為了使器件的存儲(chǔ)性能最優(yōu)化，不得不綜合考慮影響存儲(chǔ)器的各種因素，因?yàn)橐粋€(gè)存儲(chǔ)性能指標(biāo)的提升往往是以犧牲其它性能為代價(jià)的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的存儲(chǔ)器正是利用碳納米管晶體管取代傳統(tǒng)的MOSFET來獲得更高的集成度。器件使用碳納米管中的量子點(diǎn)取代傳統(tǒng)的MTJ，省去了大面積的控制柵，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(jì)出的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)比以前基于MTJ/MOSFET設(shè)計(jì)的單電子存儲(chǔ)器具有更高的存儲(chǔ)密度，并且可以在室溫下正常工作，所以這種存儲(chǔ)器不但解決了傳統(tǒng)存儲(chǔ)器面臨的困難，還提高了單電子存儲(chǔ)器件的性能；同時(shí)，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(zhǎng)的使用壽命，這些優(yōu)點(diǎn)使得本發(fā)明可以很好解決存儲(chǔ)器發(fā)展過程中所面臨的困境，與其它類型的存儲(chǔ)器相比，具有多方面的優(yōu)勢(shì)?？傊景l(fā)明的單電子存儲(chǔ)器較傳統(tǒng)存儲(chǔ)器具有以下優(yōu)點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，2)易于集成，3)工作頻率高，4)存儲(chǔ)密度大，5)功耗低，6)散熱量小，7)工作溫度為室溫。
圖2本發(fā)明器件中碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3存儲(chǔ)器在電極不施加偏壓的情況下碳納米管中的量子點(diǎn)的靜電化學(xué)勢(shì)與源極電極和柵極電極費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系。
圖4存儲(chǔ)器在數(shù)據(jù)線施加負(fù)偏壓的情況下碳納米管中的量子點(diǎn)的靜電化學(xué)勢(shì)與源極電極和柵極電極費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系，電子隧穿進(jìn)入存儲(chǔ)單元，使柵極電極最終處在-Vc。
圖5存儲(chǔ)器在數(shù)據(jù)線施加正偏壓的情況下碳納米管中的量子點(diǎn)的靜電化學(xué)勢(shì)與源極電極和柵極電極費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系，電子逃離存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)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(chǔ)器寫入和讀出“0”和“1”時(shí)數(shù)據(jù)線的電壓脈沖和漏極電流的狀態(tài)。
圖8本發(fā)明的單電子存儲(chǔ)器利用碳納米管原位生長(zhǎng)技術(shù)制備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)示1.襯底 2.絕緣層 3.柵極4.數(shù)據(jù)線引腳 5.碳納米管 6.電極7.碳納米管 8.隧穿結(jié) 9.量子點(diǎn)10.催化劑區(qū)然后再利用原子力顯微鏡AFM精確定位一根直徑1納米、長(zhǎng)250納米的單壁碳納米管5，使其兩端與電極6接觸。然后定位單壁碳納米管7，使碳管的一端處在存儲(chǔ)單元3上，另一端處在數(shù)據(jù)線引腳4上。此外，再利用原子力顯微鏡的探針技術(shù)使碳納米管7的局部發(fā)生形變，形成兩個(gè)隧穿結(jié)間隔距離為40納米的兩個(gè)隧穿結(jié)8，這樣在兩個(gè)隧穿結(jié)之間就形成了量子點(diǎn)9。最后對(duì)器件進(jìn)行封裝。
實(shí)施例2參照?qǐng)D2和8制備的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，現(xiàn)結(jié)合本實(shí)施例的制備方法對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說明選用(001)取向的硅作襯底1，利用濕氧氧化方法，氧化溫度為900℃，氧化出一個(gè)300納米厚的二氧化硅絕緣層2。利用光刻、蒸發(fā)和剝離技術(shù)，制備出金電極6和存儲(chǔ)單元3。存儲(chǔ)單元3為500納米厚，60納米寬，70納米長(zhǎng)；金電極6由兩部分組成，每一部分都是30納米厚，40納米寬，60納米長(zhǎng)，兩部分間距為80納米，在電極6其中一個(gè)部分的內(nèi)側(cè)和存儲(chǔ)單元3的外側(cè)上放置催化劑區(qū)10用Fe或Co，Ni及其合金制作的，利用常規(guī)原位生長(zhǎng)碳納米管，電極6上生長(zhǎng)的碳納米管與兩電極內(nèi)側(cè)接觸，如果接觸沒有達(dá)到理想的程度，可以利用聚焦離子束即FIB技術(shù)使得碳納米管和電極具有良好的接觸。存儲(chǔ)單元3上的碳納米管朝遠(yuǎn)離電極6和存儲(chǔ)單元3的方向生長(zhǎng)，如圖8所示，長(zhǎng)度為500納米，并利用聚焦離子束即FIB技術(shù)在這一端形成數(shù)據(jù)線引腳4，其厚度為80納米，長(zhǎng)度為200納米，寬度為80納米。此外，再利用原子力顯微鏡的探針技術(shù)使碳納米管7的局部發(fā)生形變，形成距離為20納米的兩個(gè)隧穿結(jié)8，這樣在兩個(gè)隧穿結(jié)之間就形成了量子點(diǎn)9。最后對(duì)器件進(jìn)行封裝。
本發(fā)明的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器的立體結(jié)構(gòu)如

圖1，主要有兩個(gè)基本組成部分具有量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管，如圖2所示；碳納米管晶體管。本發(fā)明通過碳納米管7中的量子點(diǎn)的庫(kù)侖阻塞效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)。因此庫(kù)侖阻塞區(qū)域的大小必須能使存儲(chǔ)單元存在兩個(gè)明顯的存儲(chǔ)狀態(tài)，制備時(shí)隧穿結(jié)的大小可以控制這個(gè)納米線庫(kù)侖阻塞區(qū)域的大小。本存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元是碳納米管晶體管的柵極3，假定電子在外場(chǎng)下只能通過碳納米管中的量子點(diǎn)到達(dá)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，為了避免量子漲落的影響，碳納米管中量子點(diǎn)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)制備出的碳納米管中的量子點(diǎn)庫(kù)侖阻塞區(qū)域?qū)挾葹?Vc，給數(shù)據(jù)線施加偏壓，超出庫(kù)侖阻塞區(qū)域，電子將隧穿碳納米管中的量子點(diǎn)，直到系統(tǒng)再次發(fā)生庫(kù)侖阻塞為止，根據(jù)施加在數(shù)據(jù)線上偏壓的高低不同，存儲(chǔ)單元3形成高低不同的兩個(gè)電壓+Vc，-Vc，如圖3、圖4和圖5所示。此時(shí)可以在碳納米管晶體管的源漏級(jí)之間得到不同大小的電流值，這樣就實(shí)現(xiàn)了信息的存儲(chǔ)。
該存儲(chǔ)器的另一基本部分是碳納米管晶體管。它的柵極可以用來改變碳納米管5中的載流子濃度，因此源漏電壓不變的情況下，柵極可以用來控制碳納米管5中的電流。圖6給出了一個(gè)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(kù)侖阻塞區(qū)域的存在，使得柵極(存儲(chǔ)單元6)在+Vc和-Vc處得到兩個(gè)穩(wěn)定的存儲(chǔ)狀態(tài)，碳納米管中的載流子是空穴，所以-Vc處對(duì)應(yīng)的漏極電流更大。傳統(tǒng)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)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(chǔ)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(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明存儲(chǔ)器利用碳納米管晶體管則可以將尺寸作的很小，每個(gè)存儲(chǔ)單元尺寸的減小可以進(jìn)一步的提高存儲(chǔ)密度。
權(quán)利要求
1.一種具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，包括以硅作為襯底，其表面是氧化形成的二氧化硅絕緣層，在絕緣層上設(shè)置柵極、電極和數(shù)據(jù)線引腳；其特征在于還包括兩根碳納米管；所述的兩個(gè)電極、一個(gè)柵極和數(shù)據(jù)線引腳，是由位于襯底的二氧化硅絕緣層上的導(dǎo)電層形成的；兩個(gè)電極具有間距；一根碳納米管放置在兩個(gè)電極之上，與兩個(gè)電極歐姆接觸；用來存儲(chǔ)電荷的柵極位于兩個(gè)電極的一側(cè)；并在與兩個(gè)電極相對(duì)的襯底的另一邊設(shè)置數(shù)據(jù)線引腳；另一根碳納米管放置在柵極和數(shù)據(jù)線引腳上，并直接與其相接觸；所述的碳納米管上有兩個(gè)距離小于1微米的隧穿結(jié)，二者之間形成碳納米管上的一個(gè)量子點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于還包括在一個(gè)電極的內(nèi)側(cè)設(shè)置一催化劑區(qū)，碳納米管與兩電極之一也可通過催化劑區(qū)相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于還包括在柵極的一側(cè)設(shè)置一催化劑區(qū)，納米管與柵極也可通過催化劑區(qū)相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于所述的柵極和第一根碳納米管的距離在1納米到10微米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于所述的柵極面積為1平方納米到100平方微米之間。
6.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于所述的柵極與數(shù)據(jù)線引腳的距離在10納米到900微米之間；柵極與第二根碳納米管的距離在1納米到10微米之間。
7.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于所述的兩個(gè)電極面積為1平方納米到1平方毫米；其之間距離在1納米到1毫米。
8.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于所說的催化劑區(qū)是Fe，Co，Ni及其合金制作的。
9.如權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器，其特征在于碳納米管上的兩個(gè)隧穿結(jié)間隔距離小于50納米。
10.一種制備權(quán)利要求1所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器的方法，其特征在于包括以下步驟(1)選用硅作為襯底，利用常規(guī)方法在上面形成一個(gè)氧化層，在氧化層上沉積出一導(dǎo)電層，兩個(gè)電極、柵極和數(shù)據(jù)線引腳通過光刻工藝在其上被刻蝕出來；(2)利用原子力顯微鏡的探針對(duì)碳納米管進(jìn)行定位，將一根碳納米管定位在兩個(gè)電極之上的位置，將另一根碳納米管定位在柵極和數(shù)據(jù)線引腳之上的位置；(3)在單壁碳納米管上制備兩個(gè)距離兩個(gè)隧穿結(jié)，形成量子點(diǎn)；(4)對(duì)器件進(jìn)行封裝就完成了本發(fā)明存儲(chǔ)器的制備。
11.如權(quán)利要求10所述的具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器的方法，其特征在于所述的在單壁碳納米管上制備隧穿結(jié)是利用探針使單壁碳納米管局部發(fā)生形變，形變處的碳納米管性質(zhì)發(fā)生改變形成一個(gè)隧穿結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高集成度的單電子存儲(chǔ)器及制備方法，包括以硅作為襯底，其表面氧化形成二氧化硅絕緣層，在其上設(shè)置柵極、電極和數(shù)據(jù)線引腳；其中兩個(gè)電極、一個(gè)柵極和數(shù)據(jù)線引腳，是由位于二氧化硅絕緣層上的導(dǎo)電層形成的；兩個(gè)電極具有一定的間距；一碳納米管在兩個(gè)電極之上，與兩個(gè)電極歐姆接觸；柵極位于兩個(gè)電極的一側(cè)；并在襯底的另一邊設(shè)置數(shù)據(jù)線引腳；另一根碳納米管在柵極和數(shù)據(jù)線引腳之上，并與兩者歐姆接觸；碳納米管上有兩個(gè)隧穿結(jié)，二者之間形成碳納米管上的一個(gè)量子點(diǎn)。該方法制備出的量子點(diǎn)可以在室溫下出現(xiàn)庫(kù)侖阻塞現(xiàn)象，因此器件可在室溫下工作，通過測(cè)量碳納米管晶體管的電流可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的讀出。
文檔編號(hào)H01L27/10GK1467846SQ02123970
公開日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者孫勁鵬, 王太宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所