專利名稱：基于納米尺度線的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性涉及納米技術(shù)和可以用于電路的亞微米電子器件，更具 體涉及能夠編碼數(shù)據(jù)的納米尺度線和其它納米結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
納米尺度的化學(xué)和物理挑戰(zhàn)以及在電子、光學(xué)和相關(guān)器件中使用以下 結(jié)構(gòu)的前景已經(jīng)激發(fā)了對(duì)納米技術(shù)的興趣，尤其是亞微米電子技術(shù)，例如 半導(dǎo)體量子點(diǎn)和納米線。而且納米制品(nanoscopic article)可能非常適 合于載荷子和激子(例如，電子、電子空穴對(duì)、電子對(duì)等)的輸運(yùn)，因此 可以用作納米尺度電子學(xué)、光學(xué)和其它應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)單元(building blocks)，許多納米技術(shù)和納米電子學(xué)并沒有得到很好的itA。因此，本 領(lǐng)域需要涉及納米尺度器件的新型和改進(jìn)的制品以及技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一般性涉及納米尺度線和其它納米結(jié)構(gòu)，包括能夠編碼數(shù)據(jù)的那些。在某些情況下，本發(fā)明的主題涉;M目關(guān)產(chǎn)品、具體問題的替代解決方案和/或一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和/或制品的多種不同用途。一方面，本發(fā)明提供一種電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。根據(jù)一組實(shí)施方案，該 器件包括第一電極、第二電極、限定第一電極和第二電極之間電通路的半 導(dǎo)體材料，以及最接近該半導(dǎo)體材料、可在至少第一極化狀態(tài)和第4化狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體材料可在分別響應(yīng)鐵電 材料的第一或第二極化狀態(tài)的第一導(dǎo)電態(tài)和笫二導(dǎo)電態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在第一
和第二電極之間分別提供第一電導(dǎo)率和為第一導(dǎo)電率至少1000倍的第二電導(dǎo)率的電導(dǎo)率。在另一組實(shí)施方案中，該電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極 以及限定第一和第二電極之間電通路的半導(dǎo)體材料。在一個(gè)實(shí)施方案中， 該半導(dǎo)體材料包括沿電通路的至少第 一轉(zhuǎn)換區(qū)和第二轉(zhuǎn)換區(qū)，第 一和第二轉(zhuǎn)換區(qū)中的每一個(gè)可在第 一導(dǎo)電態(tài)和第二導(dǎo)電態(tài)之間單獨(dú)并且獨(dú)立轉(zhuǎn)換，所述第二態(tài)沿電通路在各區(qū)域內(nèi)提供至少1000倍于各區(qū)域內(nèi)第一態(tài)電導(dǎo)率的電導(dǎo)率。在又一組實(shí)施方案中，該電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件包括具有關(guān)狀態(tài)和開狀態(tài) 的半導(dǎo)^t據(jù)存儲(chǔ)元件，所述開狀態(tài)提供的電導(dǎo)率為關(guān)狀態(tài)電導(dǎo)率的至少1000倍。該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件可以具有能使元件從開狀態(tài)轉(zhuǎn)換為關(guān)狀態(tài)和/或從關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開狀態(tài)的寫入電壓，以及通過其可以確定元件狀態(tài)的讀取電壓。在某些實(shí)施方案中，讀取電壓和寫入電壓之差不大于1或2V。根據(jù)另一方面，本發(fā)明是一種制品。在一組實(shí)施方案中，該制品包括 第一電極、第二電極、限定第一電極和第二電極之間的電通路的半導(dǎo)體材 料，以及至少兩個(gè)控制端，每一個(gè)控制端沿第一電極和第二電極之間的電 通路與半導(dǎo)體材料電連通。在另一組實(shí)施方案中，該制品包括納米XJL線，該線包括電可扭/化區(qū)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電可極化區(qū)在沒有電場的情況下能保持其極化狀態(tài)。根據(jù)又一組實(shí)施方案，該制品包括納米XJL線，該線包括核和至少部分包圍所述核的殼。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述核是半導(dǎo)電或?qū)щ姷摹Ｔ谀?些情況下，所述殼包括鐵電氧化物材料。在又一組實(shí)施方案中，該制品包括器件，該器件包括非易失性存儲(chǔ)元 件陣列。在一個(gè)實(shí)施方案中，該制品包括多個(gè)存儲(chǔ)元件，每一個(gè)存儲(chǔ)元件包括納米尺度線，該線包括晶體管結(jié)構(gòu)(transistor architecture)。在又 一組實(shí)施方案中，該制品包括納米XJL線，該線包括核和至少兩個(gè)殼，其 中每一個(gè)殼包圍所述核的至少一部分。在一個(gè)實(shí)施方案中，納米凡變線包 括鐵電氧化物材料。在又一組實(shí)施方案中，該制品包括納米尺度線，該線 包括晶體管結(jié)構(gòu)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，納米尺度線包括鐵電氧化物材 料。在又一組實(shí)施方案中，該制品包括納米XJL線，該線包括核和殼，其 中納米尺度線包含Ba。在又一組實(shí)施方案中，該制品包括納米尺度線，
該線包括核和至少兩個(gè)殼，其中所述殼的至少其一具有至少約15的介電 常數(shù)。在一組實(shí)施方案中，該制品包括編碼多于一個(gè)的翁:據(jù)位的納米;^線。根據(jù)另一組實(shí)施方案，該制品包括納米XJL線，該線包括編碼lt據(jù)位 的區(qū)域，其中所述區(qū)域并不受第二可移動(dòng)納米尺度線的位置所限定。在一組實(shí)施方案中，該制品包括含有存儲(chǔ)元件陣列的器件，每一存儲(chǔ)元件具有小于約20nmV位的面積。祁^據(jù)又一組實(shí)施方案，該制品包括在 開/關(guān)電流差比為至少1000時(shí)具有讀取電壓小于約1 V絕對(duì)值的存儲(chǔ)元件。在 又一組實(shí)施方案中，該制品包括在開/關(guān)電流差比為至少1000時(shí)具有寫入 電壓小于約l V絕對(duì)值的存儲(chǔ)元件。在又一組實(shí)施方案中，該制品包括在開/ 關(guān)電流差比為至少1000時(shí)具有讀^/寫入電壓比小于約1:1.5的存儲(chǔ)元件。 在又一組實(shí)施方案中，該制品包括具有第一穩(wěn)定態(tài)和第二穩(wěn)定態(tài)的存儲(chǔ)元 件，其中第一穩(wěn)定態(tài)具有第一電導(dǎo)率，第二穩(wěn)定態(tài)具有第二電導(dǎo)率，并且 第一電導(dǎo)率是第二電導(dǎo)率的至少1000倍。在又一方面，本發(fā)明提供一種方法。在一組實(shí)施方案中，該方法包括 在包括核和殼的納米XJl線內(nèi)核/化至少一部分殼的過程。一組實(shí)施方案提供一種方法，該方法包括以下過程在納米XJL線上編碼第一數(shù)據(jù)位，和在納米;UL線上編碼第二數(shù)據(jù)位而基本不改變第一數(shù)據(jù)位。在又一組實(shí)施方案中，該方法包括以下過程從納米尺度線讀取第 一數(shù)據(jù)位，和獨(dú)立于第一數(shù)據(jù)位從納米尺度線讀取第二數(shù)據(jù)位。在又一組 實(shí)施方案中，該方法包括在固定納米尺寸線中編碼至少一個(gè)數(shù)據(jù)位的過 程。在另一組實(shí)施方案中，該方法包括以下過程提供源電極、漏電極和 與源電極和漏電極電連通的半導(dǎo)體材料，和獨(dú)立地寫入和讀取半導(dǎo)體材料 中的至少兩個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)位。又一組實(shí)施方案提供一種方法，該方法包括以下過程將鐵電氧化物 材料沉積在包括核和第 一殼的納米凡變線的至少一部分上，以形成不同于 第一殼的第二殼。在另一組實(shí)施方案中，該方法包括將鐵電氧化物材料沉 積在沒有固定至襯底的納米尺度線的至少 一部分上的過程。又一組實(shí)施方 案提供一種方法，包括將介電常數(shù)為至少約15的材料沉積在沒有固定至 襯底的納米XJL線的至少 一部分上的過程。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種實(shí)施本文所描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案 的方法。在又一方面，本發(fā)明涉及一種使用本文所描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案的方法。在結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過以下對(duì)本發(fā)明的各種非P艮制性實(shí)施方案的詳 細(xì)描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和新特征將變得顯而易見。在本說明書和以引 用方式并入的文獻(xiàn)包括抵觸和/或不一致的公開內(nèi)容的情況下，應(yīng)以本說明 書為準(zhǔn)。如果以引用方式并入的兩篇或多篇文獻(xiàn)包括彼此抵觸和/或不一致 的公開內(nèi)容，則應(yīng)以具有更晚生效期的文獻(xiàn)為準(zhǔn)。


將參照附圖通過實(shí)施例描述本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案，這些附圖是 示意性的并且不是按比例繪制的。在這些附圖中，示出的每一相同或幾乎 相同的組件通常用單一附圖標(biāo)記表示。為了清楚的目的，沒有在每幅附圖 中標(biāo)出所有組件，當(dāng)圖示對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明不是必要的時(shí)候，也沒有示出本發(fā)明每一實(shí)施方案的所有組件。在附圖中圖1A-1F圖解^兌明本發(fā)明實(shí)施方案的某些納米XJL線的不同物理性能；圖2圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的納米尺度線的極化；圖3A-3G圖解說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方案，能夠編碼多于一個(gè)數(shù)據(jù)位的納米凡變線；圖4A-4C是圖解說明本發(fā)明不同實(shí)施方案的示意圖；圖5A-5C是圖解說明適合用于本發(fā)明某些實(shí)施方案的電極制造的示意圖；圖6A-6B是圖解說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，某些納米XJL線器件的各種性能的示意圖；圖7A-7D圖解說明用于本發(fā)明某些實(shí)施方案的各種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；圖8A-8C圖解說明根據(jù)又一實(shí)施方案，使用本發(fā)明的某些納米尺度線的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例；圖9A-犯圖解說明本發(fā)明實(shí)施方案的某些納米尺度線；圖10A-10F圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，某些納米尺度線存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)位的應(yīng)用；
圖11圖解說明根據(jù)又一實(shí)施方案，制造本發(fā)明某些納米凡變線的方法；圖12A-12J圖解說明根據(jù)又一實(shí)施方案，本發(fā)明的某些納米尺度線；圖13A-13C圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的某些納米尺度線的 2DFT圖；圖14A-14G圖解說明在另一組實(shí)施方案中，本發(fā)明的某些納米尺度線 的各種電特性；圖15A-15B圖解說明用于測量本發(fā)明某些納米尺度線的性能的某些儀 器響應(yīng)極限；圖16A-16F圖解說明在本發(fā)明的另一組實(shí)施方案中，具有不同桶h統(tǒng)寬 度的本發(fā)明的各種器件；圖17A-17E圖解說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，具有多個(gè)柵極的本發(fā) 明的某些器件.
具體實(shí)施方式
本發(fā)明一般性涉及納米技術(shù)和可以用于電路的亞微米電子器件，并且 在某些情況下，涉及能夠編碼數(shù)據(jù)的納米XJL線和其它納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明 的一個(gè)方面提供具有電可極化區(qū)的納米XJL線或其它納米結(jié)構(gòu)，例如，納 米凡變線可以包括核和電可極化的殼。在某些情況下，電可極化區(qū)在沒有 外電場的情況下能夠保持其極化狀態(tài)。例如，可以極化全部或僅一部分電 可極化區(qū)，用以編碼一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)位。在一組實(shí)施方案中，電可極化區(qū) 包括功能氧化物或鐵電氧化物材料，例如，BaTi03，鈦鋯酸鉛等。在某些 實(shí)施方案中，所述納米尺度線(或其它結(jié)構(gòu))還可以包括其它材料，例如， 使納米尺度線的電可極化區(qū)與其它區(qū)域隔離的隔離區(qū)。例如，在納米AJL 線中， 一個(gè)或多個(gè)中間殼可以使核與電可極化殼隔離。本發(fā)明的一個(gè)方面提供具有核和殼的納米尺度線，其中所述殼包括功 能氧化物和/或諸如鈦酸鋇(例如，BaTi03)的鐵電氧化物材料，例如， 如圖4A所示的具有核10和殼20的納米尺度線5。至少部分地包圍至少 部分所述核的殼20的一個(gè)或多個(gè)部分可以通過向該部分施加電場50而被 單獨(dú)極化，并且在極化后，甚至在沒有外電場的情況下，這些部分也可能 保持極化狀態(tài)。所述核可以是導(dǎo)電的(即，電流能從中通過的)，并且可 以用于向所述殼施加電場。例如，所述核可以包括諸如硅的半導(dǎo)體或?qū)w。
半導(dǎo)體的其它實(shí)例包括元素半導(dǎo)體、第iv族半導(dǎo)體、第in-第v族半導(dǎo) 體、第n-第iv族半導(dǎo)體等，以及具有不同摻雜水平的半導(dǎo)體。下面將進(jìn) 一步描述其它實(shí)例。因此，應(yīng)該注意，本發(fā)明不限于p型摻雜的硅，而是 可以應(yīng)用于具有不同摻雜類型和/或摻雜水平的其它類型的半導(dǎo)體材料。在某些實(shí)施方案中，這些納米尺度線用于諸如非易失性存儲(chǔ)器件的器 件中。在某些情況下，在納米尺度線中，例如在已被獨(dú)立極化的殼的不同 部分中可以編碼多于一個(gè)數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)(即，位)可以通過向部分殼施加 電場(例如，使用"寫入電壓，，)而在該部分內(nèi)被編碼。例如，線可以通過 在所述部分殼和核之間產(chǎn)生第一電壓梯度而極化(例如，代表"i，，)，可 以通過在所述部分殼和核之間產(chǎn)生相對(duì)于第一電壓梯度較小或負(fù)性的第 二電壓梯度而去極化(例如，代表"o")。當(dāng)移除電壓梯度時(shí)，在某些情 況下，所述部分殼能夠保持其極化狀態(tài)至少數(shù)小時(shí)、數(shù)天、數(shù)周或更長時(shí) 間。不希望受任意理論的約束，在某些情況下，由于在量子XJL的電可極 化區(qū)的"二元"特性(例如，"向上"電偶極矩和"向下"電偶極矩)，所述部 分殼能夠保持其極化狀態(tài)非常長的時(shí)間而沒有任何顯著的衰減或"泄漏"， 這是因?yàn)樗霾糠蛛娍蓸O化區(qū)的量子態(tài)(例如，"向上"電偶極矩和"向下" 電偶極矩)防止顯著泄漏或中間的值，并且所述納米尺度線的納米尺寸允 許電可極化區(qū)控制所述納米尺度線的電導(dǎo)率和/或其它電性能，如本文所討 論的。應(yīng)該注意，將極化態(tài)指定為"i"和將去極化態(tài)或相反極化態(tài)指定為 "o"是任意選擇的，并且在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，對(duì)于極化態(tài)可以選 擇"o"，而對(duì)于去極化或相反極化態(tài)可以選擇"i"。根據(jù)^^^開內(nèi)容的有益 之處，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道使用任意極化編碼方案對(duì)納米XJL線讀 ^/寫入數(shù)據(jù)的合適技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，極化的殼可以改變最接近(即，接觸或至少接近) 極化區(qū)的核相對(duì)于未極化殼的電導(dǎo)，而在某些情況下，較高的極化量可以 相應(yīng)地對(duì)電導(dǎo)率具有較大的影響(下面將更詳細(xì)地討論其它實(shí)施方案)。 因此，殼的極化狀態(tài)可以通過測量核的電導(dǎo)來確定。例如，如果核包括p 型摻雜的硅，那么指向所述核的部分殼中的極化狀態(tài)(即，"向下"電偶極 距)可以降低所述核的電導(dǎo)，而指向遠(yuǎn)離所述殼的部分殼的核 化狀態(tài)(即， "向上，，電偶fe巨)將增加所述核的電導(dǎo)。另外，可以在不改變部分殼的極 化狀態(tài)的情況下確定核的電導(dǎo)，例如，通過對(duì)部分殼施加相對(duì)于寫入極化 的電壓為負(fù)性的但絕對(duì)值較小的電壓。為了施加這樣的電壓，可以將一個(gè) 或多個(gè)電極應(yīng)用到所述殼的一個(gè)或多個(gè)部分上。因此，通過確定最接近殼
各部分的核的電導(dǎo)，可以單獨(dú)確定該部分殼的極化狀態(tài)。例如，較高的電導(dǎo)(例如，相對(duì)于施加讀取電壓之前的納米XJL線)可表示在該部分殼內(nèi) 缺乏極化(由于去極化的殼部分通常基本不被進(jìn)一步去極化而改變)，而 較低的電導(dǎo)可表示在該部分殼中極化。因此，在某些情況下，納米尺度線 可以視為晶體管或開關(guān)，其中核充當(dāng)源極和漏極，而各個(gè)殼部分充當(dāng)柵極。 通過向納米XJL線的各部分殼依次施加讀取電壓，可以確定編碼數(shù)據(jù)的納 米凡變線各部分的狀態(tài)。應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于鈥酸鋇，而且包括其它材料，例如鐵電氧化 物材料和/或其它電可極化材料或功能氧化物材料。例如，在一個(gè)方面，本 發(fā)明包括在沒有外電場的情況下能夠保持其極化狀態(tài)的材料。如本文所使用，"功能氧化物"材料是在至少部分納米XJL線上形成涂 層或殼的包括氧化物的材料。功能氧化物通常會(huì)功能性地影響與之相關(guān)的 納米線，其方式為影響納米線的電子和/或發(fā)射和/或其它性能，或充當(dāng)附 著影響納米線或其功能的分子材料的平臺(tái)等。例如，如本文所述，功能氧 化物材料的實(shí)例包括但不限于高K介電材料、鐵電氧化物材料、鐵磁氧 化物材料等。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中還考慮使用這些和/或其它材料的 組合。在某些情況下，可以使用諸如原子層沉積技術(shù)或本文所述的其它技 術(shù)，將功能氧化物材料沉積在納米XJL線上。如本文所使用，"鐵電氧化物材料"是這樣的材料，其通過外部刺激例 如電場和/或;Wfe應(yīng)力可以可逆并穩(wěn)定地極化，以使該材料即使在去除外部 刺激時(shí)仍能保持其極化狀態(tài)。(如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，還應(yīng)該 注意，不管其名稱為何，"鐵電氧化物，，材料并不限于^材料和/或含氧材 料)。典型地，鐵電氧化物材料具有兩種狀態(tài)，其可以以不同的方式稱為 "極化"狀態(tài)和"去極化"狀態(tài)(或"相反極化"狀態(tài))、"向上"電偶極矩和"向 下"電偶極矩、相對(duì)高電導(dǎo)率狀態(tài)和相對(duì)低電導(dǎo)率狀態(tài)、具有偶極矩的第 一狀態(tài)和沒有偶極矩的第二狀態(tài)等。應(yīng)該理解，在本文的描述中，對(duì)于鐵 電氧化物材料的兩種狀態(tài)的稱呼，例如"極化"和"去極化"狀態(tài)，僅僅作為 舉例，并且在其它實(shí)施方案中，鐵電氧化物材料的狀態(tài)可以稱作"向上，，電 偶極矩和"向下"電偶極矩、相對(duì)高電導(dǎo)率狀態(tài)和相對(duì)低電導(dǎo)率狀態(tài)等。鐵 電氧化物材料的非限制性實(shí)例包括鈥酸鋇(BaTi03)、鈦酸鉛(PbTi03)、 鈥鋯酸鉛(Pb(Zr^Tix)03)、鉭酸鍶鉍(SrBi2Ta206)、鈥鑭酸鉍 (Bi(LaxTiu)40u)、鈦酸鍶鋇(BaxSr^TiOs)、碲化鍺(GeTe)等。 在一組實(shí)施方案中，鐵電氧化物材料包括具有鉤鈥礦晶體結(jié)構(gòu)或鈥鐵 礦晶體結(jié)構(gòu)的材料。這些晶體結(jié)構(gòu)可以具有兩種或兩種以上的穩(wěn)定原子 態(tài)，例如，晶體結(jié)構(gòu)的單元晶胞內(nèi)的原子在第一位置時(shí)的第一穩(wěn)定態(tài)，和 晶體結(jié)構(gòu)的單元晶胞內(nèi)的原子在不同于第一位置的第二位置時(shí)的第二穩(wěn)定態(tài)。因此，鈣ILf戶晶體結(jié)構(gòu)可以是電可極化材料，其可以使用不同的外 加電場極化為第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠確定具有鈣鈥礦晶體結(jié)構(gòu)或鈥鐵礦晶體結(jié)構(gòu)的材料。可以存在于某些鈣4M^材料中 的原子的實(shí)例包括但不限于鋇、鋯、鈦、鉛、鍺、鍶等，還包括它們的 某些氧化物。在某些情況下，鐵電氧化物材料可以包括多于一種類型的單 元晶胞。例如，鐵電氧化物材料可以包括鈦酸鋇和鈦酸鉛、鈦酸鋇和鈦鋯 酸鉛、鈦酸鉛和鈥鋯酸鉛等。
如本文所使用，"電可極化"材料或區(qū)域是施加電場時(shí)可改變其極化狀 態(tài)的材料。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，電可極化材料或區(qū)域能夠在移除 電場時(shí)保持其極化狀態(tài)，例如，在電可極化區(qū)包M電氧化物材料和/或功 能氧化物材料的實(shí)施方案中。因此，例如，施加于鐵電氧化物材料的第一 電場可以使材料(或者至少其一部分)進(jìn)入“極化”狀態(tài)，而第二電場可以 使該材料(或者至少其一部分)敘"去極化"或"相反極化"狀態(tài)。在某些情況下，第一電場和第二電場可以具有相反的符號(hào)(即，正電場和負(fù)電場)。 施加于材料或區(qū)域的電場可以具有至少足以改變?cè)摬牧匣騾^(qū)域的極化狀 態(tài)的強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間。如下面更詳細(xì)討論的，在某些情況下，電可極化區(qū)域可以包括兩個(gè)或多個(gè)可以獨(dú)立極化的部分，即，電可核/化區(qū)的第一部分可以被極化或去極化，而基本不改變電可極化區(qū)的第二部分的極化狀態(tài)，電可極化區(qū)的第一部分的電導(dǎo)率可以提高，而"不改變電可極化區(qū)的第二部分的電導(dǎo)率。
還應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于具有核和殼的納米凡變線，而且還包括 納米尺度線的其它配置以及其它納米結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，納米結(jié)構(gòu)可以包括電可核/化的第一層或區(qū)域和半導(dǎo)電或?qū)щ姷牡诙踊騾^(qū) 域，例如，如圖6A所示的半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)71和電可極化區(qū)72。作為另 一個(gè)非限制性實(shí)例，納米結(jié)構(gòu)可以包括兩個(gè)中間夾有半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域的 電可極化區(qū)域。因此，在下面的描述中，應(yīng)該理解，納米尺度線這一稱呼 僅是為了方便，并且在某些情況下也可以使用其它納米結(jié)構(gòu)。
一組實(shí)施方案提供具有包括鐵電氧化物材料(例如，如前面所討論的) 的第一區(qū)域和可以不含有鐵電氧化物材料的第二區(qū)域的納米尺度線。例
如，第二區(qū)域可以包括諸如硅的半導(dǎo)體、導(dǎo)體、高K介電材料、金屬等。 另 一組實(shí)施方案提供具有包括釣鈥礦晶體結(jié)構(gòu)和/或鈥鐵礦晶體結(jié)構(gòu)的第 一區(qū)域和無鈣鈥礦晶體結(jié)構(gòu)和/或鈥鐵礦晶體結(jié)構(gòu)的第二區(qū)域的納米尺度 線。又一組實(shí)施方案提供具有電可極化的第一區(qū)域和非電可極化的第二區(qū) 域的納米尺度線。又一組實(shí)施方案提供具有介電常數(shù)為至少約15的第一 區(qū)域和介電常數(shù)小于第一區(qū)域的第二區(qū)域的納米凡變線。本發(fā)明的又一組 實(shí)施方案提供具有包括功能氧化物材料的第 一 區(qū)域和可以沒有功能氧化 物材料的第二區(qū)域的納米凡變線。在某些情況下，這些實(shí)施方案還可以組 合。在納米尺度線內(nèi)還可包括多于兩個(gè)區(qū)域(例如，納米尺度線可以具有 兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)這樣的區(qū)域)，并且這些區(qū)域可以具有 獨(dú)特的組成和/或這些區(qū)域中的某些可以包括相同的組成，例如，如圖4B 和圖4C所示。
所述區(qū)域可以相對(duì)于彼此以任意排列來布置，例如，徑向地(例如， 如在核/殼結(jié)構(gòu)中、作為核/殼結(jié)構(gòu)的殼中等)或者縱向地(例如，所述區(qū)
域可以沿納米;^JL線的縱軸鄰接布置)。這些排列的組合也是可以的。例
如，納米XJL線可以具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，被至少一個(gè)殼包圍的該第 二區(qū)域沿納米尺度線的縱軸鄰接第一區(qū)域布置；該納米凡變線可以具有兩 個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)至少部分包圍核的殼等。每一區(qū)域可以具有任意形狀或 尺寸。例如，區(qū)域可以具有小于l微米，小于100nm、小于10nm或小 于lnm的最小尺寸。在某些情況下， 一個(gè)或多個(gè)區(qū)域可以包括單原子層。 在某些排列中，區(qū)域可以小于單原子層厚(例如，如果在單層中不存在某 些原子)。納米凡變線的區(qū)域可以利用最小交叉污染而彼此區(qū)別(例如， 在兩個(gè)不同區(qū)域之間的結(jié)可以是"原子不連續(xù)的(atomically-abrupt)"， 其中在組成不同的兩個(gè)鄰接區(qū)域之間存在原子尺度急劇轉(zhuǎn)變)，或納米尺 度線的組成可以從一個(gè)區(qū)域向下一個(gè)區(qū)域逐漸變化。作為舉例，在鄰接區(qū) 域之間的"重疊區(qū)"可以為幾納米寬，例如，小于約10nm,小于約20nm， 小于約40nm，小于約50nm，小于約100nm，或小于約500nm。在某 些情況下，可以向納米尺度線加入附加的隔離區(qū)，以隔開這些區(qū)域。例如， 隔離區(qū)可以防止或至少降低納米尺度線的其它區(qū)域之間的原子擴(kuò)散。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，納米XJL線可以具有兩個(gè)、三個(gè)、或更 多個(gè)至少部分包圍核的殼(例如，"核/殼排列")。例如，在圖4B中，納
米尺度線5包括核10和殼20和30 (共心排列)，而在圖4C中，納米尺 度線5包括核10和殼20、 30和40 (共心排列)。這些殼可以徑向(即， 共心地)布置在至少一部分殼的周圍，和/或相對(duì)于彼此縱向布置(例如， 彼此接觸，限定單一殼結(jié)構(gòu)的組成或濃度的縱向變化、通過例如空氣、絕 緣體、流體、或助劑、非納米線組件等彼此隔離)。殼部分可以直M于 核上，或可以通過一個(gè)或多個(gè)中間殼部分與核隔開，所述中間殼部分可以 自身在組成上縱向一致，或縱向改變組成。所述殼不必一定是共心排列的， 例如，這些殼中的一個(gè)或多個(gè)可以相對(duì)于核偏心布置。
本發(fā)明的一組實(shí)施方案還包括高K介電材料，例如，布置為納米XJL 線的殼或其它區(qū)域，或其它納米結(jié)構(gòu)。高K介電材料可以位于納米XJL線 內(nèi)的任何地方。如本文所使用的，"高K介電材料"是通常為電的不良導(dǎo)體 但是為電場的相對(duì)有效載體的材料，即該材料允許電場從中透過，但不易 允許電流通過。這些性能例如可以利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)， 通過測定材料的介電常數(shù)("K，，)來確定。高K介電材料可以具有相對(duì)高 的介電常數(shù)，例如，至少約10的介電常數(shù)，并且在某些情況下，介電常 數(shù)可以為至少約15，至少約20，至少約25，至少約30，至少約40或至 少約50。具有相對(duì)高介電常數(shù)的材料的非限制性實(shí)例包括某些陶瓷材料、 云母、玻璃或某些聚合物。在某些實(shí)施方案中，高K介電材料可以包括具 有相對(duì)高介電常數(shù)的材料，該材料包括鋯、鉿、鋁等的化合物。在一個(gè)實(shí) 施方案中，高K介電材料包括一種或多種氧化物(即，包括一個(gè)或多個(gè)氧 原子的無機(jī)材料)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉具有合適介電常數(shù)的氧化 物。非限制性實(shí)例包括金屬氧化物，例如，包括鋯或鉿；具體實(shí)例包括 Zr02、 ZrSi04、 Hf02、 HfSi04、入1203等。在某些情況下，可以使用多于 一種的具有高介電常數(shù)的材料。
在某些實(shí)施方案中，高K介電材料可以位于納米凡變線的半導(dǎo)電或?qū)?電區(qū)和納米XJL線內(nèi)的電可極化區(qū)域之間。根據(jù)某些實(shí)施方案，高K介電 材料可以選擇為具有的介電常數(shù)使得該材料能夠提高電可極化區(qū)域保持 其極化狀態(tài)的能力，例如，通過阻止或至少P艮制半導(dǎo)電區(qū)或?qū)щ妳^(qū)和電可 極化區(qū)之間的電流。在某些情況下，例如，如果納米XJL線具有核/殼排列， 其中半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域是核，而電可極化區(qū)是納米尺度線的殼，那么高K 介電材料可以布置為納米XJL線的另一殼，例如，位于納米尺度線的至少 一部分電可極化殼和至少一部分核之間。例如，在圖4B中，納米尺度線
5可以包括半導(dǎo)電或?qū)щ姾?、包括高K介電材料的內(nèi)殼30、以及包括電 可極化材料的外殼20。
高K介電材料可以直接鄰接半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域和/或鄰接電可極化區(qū) 域布置或間接布置，使得在半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域與電可極化區(qū)域之間產(chǎn)生的 電場基本接觸至少一部分高K介電材料(例如，到可以測量的程度)。例 如，材料的其它區(qū)域(例如，包括金屬，如下面所討論的)可以位于高K 介電材料和電可極化區(qū)域之間。
在某些實(shí)施方案中，作為其它實(shí)施例，高K介電材料可以直接或間接 布置在納米尺度線的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域之間，例如，如前面所描述的兩個(gè)或 多個(gè)區(qū)域之間。例如，高K介電材料可以位于包括鐵電氧化物材料的第一 區(qū)域和無鐵電氧化物材料的第二區(qū)域之間、包括鉤鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和/或鈥鐵 礦晶體結(jié)構(gòu)的第 一 區(qū)域和無鉤鈥礦晶體結(jié)構(gòu)和/或鈥鐵礦晶體結(jié)構(gòu)的第二 區(qū)域之間、介電常數(shù)為至少約15的第一區(qū)域和介電常數(shù)小于第一區(qū)域的 介電常數(shù)的第二區(qū)域之間、包括功能氧化物材料的第一 區(qū)域和無功能氧化 物材料的第二區(qū)域之間等。
本發(fā)明的另 一組實(shí)施方案還包括將納米XJL線或其它納米結(jié)構(gòu)中的 兩個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域，例如半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域、和/或電可扭*化區(qū)域，或任 意上述的其它區(qū)域分隔開的隔離區(qū)。該隔離區(qū)可以阻止(或至少降^f氐)原 子向納米尺度線的其它區(qū)域的擴(kuò)散。在某些實(shí)施方案中，隔離區(qū)可以被具 有原子內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)小于鄰近隔離區(qū)的那些區(qū)域的材料所限定。在另一實(shí)施 方案中，隔離區(qū)可以包括金屬(例如，貴金屬，如金或鉑)，或氧化物(例 如，Si02)。在又一實(shí)施方案中，隔離區(qū)包括高K介電材料或者由高K 介電材料限定。因此，參照?qǐng)D4B，納米尺度線5可以包括半導(dǎo)電或?qū)щ?核5，包括電可極化材料的外殼20，以及將半導(dǎo)電或?qū)щ姾伺c電可極化材 料隔開的隔離區(qū)30。
在又一組實(shí)施方案中，納米尺度線或納米結(jié)構(gòu)包括含有金屬的區(qū)域， 該區(qū)域例如將納米尺度線內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)其它區(qū)域，例如半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū) 域、和/或電可極化區(qū)域、或上面描述的任意其它區(qū)域隔開。例如，由于不 同區(qū)域之間的原子間距差而引起的應(yīng)變降低，包含金屬的區(qū)域可以使納米 尺度線各區(qū)域間更好地連接。在某些情況下，金屬區(qū)域也可以用來阻止或
至少減少原子向納米;c變線的其它區(qū)域的擴(kuò)散。實(shí)例包括但不限于貴金
屬，例如金、鈿、鈀、銠、銀或銥。
應(yīng)該理解，在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中考慮4吏用上述區(qū)域的任意組 合。因此，例如，納米尺度線或其它納米結(jié)構(gòu)可以包括半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域、高K介電材料、包含金屬的區(qū)域、以及電可極化區(qū)域，并且在某些情況下， 這些區(qū)域可以分布在核/殼排列中。因此，如圖4C中所示，作為實(shí)例，納 米尺度線5可以包括半導(dǎo)電或?qū)щ姾?，包圍包含高K介電材料的核的至 少一部分的第一殼30,包圍包^^金屬的第一殼的至少一部分的第二殼40， 以及包圍包含電可極化材料的第二殼的至少一部分的外殼20。在某些情況 下，這些殼可以圍繞核共心地排列。在一組實(shí)施方案中，納米XJL線或納米結(jié)構(gòu)包括電可核/f匕區(qū)，該電可 極化區(qū)包括可以獨(dú)立極化的兩個(gè)或多個(gè)部分。例如，電可極化區(qū)的第一部 分可以^L極化或去極化，而基本不改變納米XJL線相鄰部分的扭/ft狀態(tài)。 因此，當(dāng)使電可極化區(qū)的第一部分電極化或去極化時(shí)，電可極化區(qū)的第二 部分的極化狀態(tài)基本不改變(例如，第二部分沒有同時(shí)被極化或去扭/ft)， 并且當(dāng)讀取(如下面所討論的)時(shí)，得到與第一區(qū)域極化或去極化之前相 同的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以獨(dú)立地^L化或去極化的部分電可極化區(qū)被隔 開至少3個(gè)單元晶胞的距離(中心到中心)，并且在某些情況下，這些部 分可被隔開至少4個(gè)單元晶胞、至少5個(gè)單元晶胞、至少7個(gè)單元晶胞、 至少10個(gè)單元晶胞、至少15個(gè)單元晶胞、至少20個(gè)單元晶胞、至少25 個(gè)單元晶胞、至少50個(gè)單元晶胞等的距離。如本文所使用的，"單元晶胞" 是在電可極化區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)中最簡單的重復(fù)單元。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將知曉用于確定材料的單元晶胞尺寸的合適技術(shù)。作為具體實(shí)施例，如果 電可極化區(qū)域包括BaTi03鉀鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，則單元晶胞大小可以為約0.4在另一實(shí)施方案中，可獨(dú)立被極化或去極化的部分電可極化區(qū)域由一 個(gè)或多個(gè)電極所限定，每一電極被獨(dú)立地布置為接觸或最接近電可極化區(qū) (即，間隔的距離使得當(dāng)使用電M加合適強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的電場時(shí)，最 接近電極的部分電可極化區(qū)域被極化或去極化，而納米尺度線的相鄰區(qū)域 基本不被改變)。在某些情況下，至少一個(gè)電極接觸或最接近所述電可極 化區(qū)域，并且在某些情況下，至少2、 3、 5、 10、 20、 50、 75或100個(gè)電 極分別接觸或最接近所述電可極化區(qū)域，例如，接觸或最接近所述電可極 化區(qū)域的不同部分。在某些但不是所有的情況下，例如，出于實(shí)際考慮， 不多于100、 50、 20或10個(gè)電極分別接觸或最接近所述電可極化區(qū)域。 如下面進(jìn)一步討論的，在某些情況下，納米尺度線可被用于編碼多于一個(gè) 的數(shù)據(jù)位，并且在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，每個(gè)電極可以用來編碼和/ 或讀取納米尺度線內(nèi)的數(shù)據(jù)位。在某些實(shí)施方案中，可以布置電極，使得它們被隔開距電可極化區(qū)域 至少3個(gè)單元晶胞的距離。然而，在其它實(shí)施方案中，可以布置電極，使 得它們被隔開更大的距離。例如，在某些情況下，布置電極使得它們相對(duì) 于電可極化區(qū)域被隔開至少4個(gè)單元晶胞、至少5個(gè)單元晶胞、至少7個(gè) 單元晶胞、至少10個(gè)單元晶胞、至少15個(gè)單元晶胞、至少20個(gè)單元晶 胞、至少25個(gè)單元晶胞、至少50個(gè)單元晶胞等的距離。在其它情況下， 電極可以被隔開至少約lnm、至少約2nm、至少約3nm、至少約5nm、 至少約10 nm、至少約15 nm、至少約20 nm、至少約25 nm、至少約30 nm、 至少約40 nm、至少約50 nm、至少約75 nm、至少約100 nm、至少約150 nm、至少約200nm、至少約250nm、至少約300nm、至少約500nm或 者至少約l微米的距離。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖5示意性示出的，電扭^之間的間距通過以下 步驟來確定制造核-殼納米尺度線(圖5A) , 4吏納米尺度線對(duì)準(zhǔn)并將它 們間隔一定的節(jié)距和/或使得納米凡變線接觸(例如，使用 Langmuir國Blodgett技術(shù)，如在2003年11月20日提交的題為"Nanoscale Arrays and Related Devices",序列號(hào)60/524,301中所公開的那些技術(shù)，其 通過引用并入本文)(圖5B)，然后使用合適的蝕刻技術(shù)蝕去納米XJL 線的至少一部分殼，使得所述核限定電極(圖5C )。電極陣列可以使用 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的轉(zhuǎn)換技術(shù)(例如使用如2003年11月22日提 交的題為"Nanoscale Arrays and Related Devices，，序列號(hào)60/524,301中， 或2004年11月20日提交的題為"Nanoscale Array and Related Devices" 序列號(hào)10/995,075中所公開的沖壓技術(shù)或壓印技術(shù)，均通過引用并入本文) 布置為接觸或至少最接近納米尺度線，并且電極陣列可以在制造過程中， 例如在殼被蝕刻之前或之后，布置于任意合適的點(diǎn)。如本文所使用的，納 米尺度線陣列的"節(jié)距"是相鄰納米尺度線的中心之間的間距。在某些情況 下，所述節(jié)距可以為，例如，小于約500nm、小于約200nm、小于約100 nm、小于約50nm或小于約20nm。在其它實(shí)施方案中，納米尺度線的 節(jié)距可以為至少約100nm、至少約200nm、至少約300nm、至少約400 nm、至少約500nm、至少約600nm、至少約750nm、至少約1微米、 至少約2微米、至少約3微米、至少約5微米、至少約10微米、至少約 15微米、至少約20微米或至少約25微米或更大。在某些情況下，排列所 對(duì)準(zhǔn)的納米XJL線，使得它們彼此接觸；然而，在其它實(shí)施方案中，對(duì)準(zhǔn) 的納米線可以具有一定節(jié)距，使得它們沒有實(shí)質(zhì)上物理接觸。
電極可以由能夠?qū)㈦妷簜鬟f至納米凡變線，例如傳遞到電可極化區(qū)的 任意材料制成。電極可以各自獨(dú)立地由相同或不同的材料制成。例如，電 極可以包括金屬(例如，鎳、銅、貴金屬如金或鉑等)，或半導(dǎo)體材料(例 如，硅、鎵、鍺等)。在一個(gè)實(shí)施方案中， 一個(gè)或多個(gè)電極可以包括另一納米;UL線。
可以使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何合適技術(shù)，例如，使用電子 束平版印刷術(shù)或光刻術(shù)，例如接著通過金屬沉積(例如，諸如鎳、鈦的金 屬、諸如鈀的貴金屬等的熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)等)，使電極固定為接觸或 最接近納米尺度線的電可極化區(qū)。典型地，電^目對(duì)于納米尺度線被固定 (即，電^f目對(duì)于納米XJL線不能移動(dòng))。因此，在某些實(shí)施方案中，固化區(qū)域。
然而，應(yīng)該理解，在所有實(shí)施方案中電極不是必須的。例如，在某些情況下，可以使用納米凡變線外的器件對(duì)納米XJL線施加電場。例如，可將^4i"如原子力顯^t鏡("AFM")探針布置為最接近或接觸納米XJL線， 并且用來對(duì)納米Xj復(fù)線的部分電可極化區(qū)施加電場。
在本發(fā)明的某些方面，例如，通過使用包括電可極化區(qū)域的納米尺度 線，可以將一個(gè)或多個(gè)lt據(jù)位編碼到本發(fā)明的納米尺度線或其它納米結(jié)構(gòu) 中，其中所述電可極化區(qū)域包括如上所述的兩個(gè)或多個(gè)可以單獨(dú)被極化的部分。例如，第一極化狀態(tài)可以指定為"O"(例如，去極化狀態(tài)，相對(duì)高 電導(dǎo)率狀態(tài)等)，而第二核 化態(tài)可以指定為"l，，(例如，扭/化狀態(tài)、相對(duì) 低電導(dǎo)率狀態(tài)等)。應(yīng)該注意，如本文所使用的，術(shù)語"位"相對(duì)于數(shù)據(jù)使 用并且通常具有兩種狀態(tài)，經(jīng)常稱作"0"和"1";而本文不使用如在信息論 意義上的用作測量信息量(例如，當(dāng)計(jì)算機(jī)文件被數(shù)學(xué)"壓縮，，以減少文件 大小時(shí)，使M—"字節(jié)"用來編碼多條信息)的術(shù)語"字節(jié)"。
因此，本發(fā)明的納米凡變線可以包括電可極化區(qū)，該電可極化區(qū)包括 任意數(shù)量的可以各自單獨(dú)極化或去極化的部分，并且該納米尺度線可以用 來編碼同樣數(shù)目的數(shù)據(jù)位。例如，在本發(fā)明的納米尺度線內(nèi)可以編碼至少
1、 2、 3、 5、 10、 20、 50、 75或100個(gè)數(shù)據(jù)位。納米XjL線的實(shí)際數(shù)目可 以取決于各種參數(shù)，諸如納米尺度線的尺寸或長度，鄰接或最接近納米尺 度線布置的電極的數(shù)目等。在某些情況下，例如，出于實(shí)際考慮，在納米 尺度線內(nèi)可以編碼不大于IOO、 50、 20或10個(gè)lt據(jù)位。如前面所討論的，在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，接觸或至少最接近電 可極化區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)電極可以用來限定電可極化區(qū)域的一個(gè)或多個(gè) 部分，每一所述部分能獨(dú)立地編碼數(shù)據(jù)位。電極可以用來向/從納米尺度線 編碼(寫入)和/或讀取數(shù)據(jù)位。在一組實(shí)施方案中，部分電可極化區(qū)域可以通過對(duì)該部分施加強(qiáng)度和 /或持續(xù)時(shí)間至少足以使該部分被極化的電壓(例如，使用"寫入，，電壓以產(chǎn) 生電場)而被極化(例如，用來編碼數(shù)據(jù)位，例如"l")。因此，根據(jù)該 實(shí)施方案，如果該部分之前被去極化，則該區(qū)域現(xiàn)在被極化；如果該部分 之前被極化，則該區(qū)域保持極化。可以利用任意合適的技術(shù)對(duì)部分電可極 化區(qū)域施加電場。例如，可以利用納米; JL線產(chǎn)生電場(例如，通過對(duì)納 米XJL線的半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域施加電流)，或例如使用電極、外部探針等 對(duì)納米尺度線施加外部電場。作為具體的非限制性實(shí)施例，在圖6A中， 納米尺度線或其它納米結(jié)構(gòu)75包括半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域71和電可極化區(qū)域 72,并且電極76被布置為最接近納米XJL線的電可極化區(qū)域；可以通過 在電極76和半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域71之間產(chǎn)生電勢(shì)差，例如，通過在對(duì)電極 76施加電壓的同時(shí)對(duì)區(qū)域71施加不同的電壓(例如，更大或更小的電壓， 具有相反符號(hào)的電壓，無電壓等)而跨電可極化區(qū)域產(chǎn)生電場。由于線的納米XJL特性，所以在某些情況下可以使用相對(duì)低的"寫入，， 電壓。例如，在一組實(shí)施方案中，具有小于約5V、小于約4,5V、小于約 4V、小于約3,5V、小于約3V、小于約2,5V、小于約2V、小于約1.8V、 小于約1.6V、小于約1.4V、小于約L2V、小于約1V、小于約0,8V或 小于約0,5V的幅度(即，忽略符號(hào))的電壓可以用于改變部分電可極化 區(qū)域的極化狀態(tài)。在某些情況下，寫入電壓也可以大于特定值，例如，大 于2V、大于3V、大于4V等。作為非限制性實(shí)施例，寫入電壓可以在 約3V至約5V之間、在約4V至約5V之間等。施加的電壓可以足以改 變電可極化區(qū)域的極化狀態(tài)(例如，從去極化狀態(tài)到極化狀態(tài))。在某些實(shí)施方案中，用于極化部分電可極化區(qū)域所需要的電壓幅度可 以大于(或小于)用于去相 f匕部分電可極化區(qū)域所需要的電壓幅度，即， 極化和去極化電壓的幅度不相等。作為實(shí)施例，在一個(gè)實(shí)施方案中，用來極化("寫入")部分電可極化區(qū)域所可能需要的電壓可以在+4 V至+5 V 之間，而用于去極化("擦除，，)部分電可極化區(qū)域所需要的電壓可以在-3 V 至_4 V之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過在布置為接觸或至少最接近部分電可扭/化區(qū) 域的電極或其它探針與納米尺度線的半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域之間制造電勢(shì)差 而產(chǎn)生電場。例如，當(dāng)半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域接地時(shí)，可以對(duì)電極施加電壓， 或?qū)Π雽?dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域施加異號(hào)電壓，或可以對(duì)電M加相對(duì)更大的電 壓，同時(shí)可以對(duì)半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域施加相對(duì)更小的電壓或使該區(qū)域接地。 類似地，可以利用與上述技^M目似的技術(shù)，通過對(duì)部分電可極化區(qū)域施加 強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間至少足以使該部分去極化的電壓，例如通過對(duì)部分電可 極化區(qū)域施加與極化電場異號(hào)的電場，從而對(duì)該部分電可極化區(qū)域去極化 (例如，用以編碼lt據(jù)位，例如"O，，)。如前所述，如果該部分之前^L極 化，則該區(qū)域現(xiàn)在被去極化；如果該部分之前被去;fel化，則該區(qū)域保持去 極化(或相反極化)，如果納米尺度線包括多于一個(gè)可以被電極化的部分，則各部分可以獨(dú) 立g化或去極化.例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以對(duì)納米尺度線的第一 部分施加第一電場，并且可以對(duì)納米^JL線的第二部分施加第二電場(其 可以與第一電場不同或其可以不存在，即，具有零強(qiáng)度)。作為具體實(shí)施 例，參照?qǐng)D6B,納米尺度線5包括半導(dǎo)電或?qū)щ姾?0和電可核/化殼20; 第一電極60和第二電極65被布置為最接近納米尺度線，限定可用于獨(dú)立 編碼數(shù)據(jù)位的至少兩個(gè)部分ll、 12。通過僅對(duì)部分11施加電場50,例如65施加負(fù)電壓、通過對(duì)電極60施加電壓的同時(shí)使核11接地或?qū)?1施 加負(fù)電壓并且對(duì)電極ll施加略小于核電壓的電壓(從而產(chǎn)生最接近部分 12的電場，該電場趨于消除由電場50引起的對(duì)部分12的^T"溢出"效 應(yīng))、通ii+目對(duì)于核10和/或電極65，對(duì)電極60施加更大的電壓(例如， 在使用"浮動(dòng)，，電壓的器件中)等，可以極化部分ll而基本不改變部分12 的極化狀態(tài)。部分電可極化區(qū)域的極化狀態(tài)可以使用任何合適的技術(shù)包括前面描 述的那些技術(shù)來確定。例如，在一組實(shí)施方案中，例如，如果電可極化區(qū) 域包括鐵電氧化物材料或功能氧化物材料，則極化狀態(tài)可以通過對(duì)部分電
可極化區(qū)域施加電壓(即，"讀取"電壓)的同時(shí)測量布置在鄰接或最接近 電可極化區(qū)域的納米尺度線的半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域的電導(dǎo)(即，布置使得部 分電可極化區(qū)域的極化狀態(tài)改變半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域的電導(dǎo))來確定。在某 些情況下，利用布置為接觸或最接近部分電可極化區(qū)域的電極，可以對(duì)該 部分電可極化區(qū)域施加電壓。在某些情況下，電極或其它探針也可以是用 來極化("寫入，，或"編碼")電可極化區(qū)域的電極。典型地，施加于部分電可極化區(qū)域的電壓并不具有足以改變?cè)摬糠蛛?可極化區(qū)域的極化狀態(tài)的強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間。例如，如果電可極化半導(dǎo)電 區(qū)域包括P型摻雜的硅，并且極化作用是對(duì)至少一部分電可極化區(qū)域"寫 入"，那么相對(duì)于沒有外加電壓的情況，施加于扭/化部分的正電壓可以減少半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域的電導(dǎo)，而相對(duì)于沒有外加電壓的情況，施加于;fel化 部分的負(fù)電壓可以增加半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域的電導(dǎo)。因此，作為一個(gè)具體的 非限制性實(shí)例，參照?qǐng)D6A，電可扭/化區(qū)域72的極化狀態(tài)可以通過施加電 壓(足以改變區(qū)域72的極化狀態(tài))，并測量半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域71的電導(dǎo) 的最終變化，例如，通過施加從區(qū)域71的第一端77至第二端78的電壓 降并測量所得電流來確定。在某些情況下，由于線的納米XJL特性，可以使用相對(duì)低的"讀取"電 壓來確定極化狀態(tài)。例如，在一組實(shí)施方案中，具有小于約5V、小于約 3V、小于約2,5V、小于約2V、小于約L8V、小于約1.6V、小于約1.4 V、小于約L2V、小于約1V、小于約0.8￥或小于約0.5￥的幅度的電壓 可以用來確定部分電可極化區(qū)域的極化狀態(tài)。另外，在其它實(shí)施方案中，讀:^/寫入電壓比也可以保持相對(duì)低。例如，讀取電壓和寫入電壓之間的比可以小于約1:10、小于約1:5、小于約1:3、小于約1:2.5、小于約1:2、小 于約1:1.8、小于約1:1.6、小于約1:1.5、小于約1:1.4、小于約1:1.3、小 于約1:1.2或小于約1:1.1。在某些實(shí)施方案中，對(duì)于納米尺度線的不同部 分，可以使用不同比率的讀^/寫入電壓。如果納米XJL線包括多于一個(gè)可以電極化(electrically polarized)的 部分，則每一部分可以單獨(dú)確定(在某些情況下，和/或可以確定這些部分 的組合，例如，如在下面實(shí)施例1中所討論的)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案 中，第一電場可以施加于納米凡變線的第一部分，而第二電場(其可以與 第一電場相同或不同，或可以不存在，即，具有零強(qiáng)度)可以施加于納米 尺度線的第二部分。作為一個(gè)具體實(shí)例，參照?qǐng)D6B，部分ll的極化狀態(tài) 可以通過確定對(duì)電極60 (并且不對(duì)電極65施加電壓)施加電壓(即，讀 取電壓)時(shí)核ll的電導(dǎo)，相對(duì)于不對(duì)電極60或65施加電壓時(shí)核11的電 導(dǎo)而確定。核11的電導(dǎo)可以利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的測量技術(shù)中 的任意合適的技術(shù)來確定。例如，可以從核11的第一端15到核11的第 二端16產(chǎn)生電壓降，然后可以測量所產(chǎn)生的電流。還應(yīng)該注意，本發(fā)明的某些方面可以用作晶體管或開關(guān)。例如，在一 組實(shí)施方案中，納米凡變線和其它納米結(jié)構(gòu)的電可極化區(qū)域可以用作"柵 極"，而布置為接觸或至少最接近電可極化區(qū)域的納米XJL線的半導(dǎo)電或 導(dǎo)電區(qū)域可以用作晶體管或開關(guān)的"源極"和"漏極"。因此，作為一個(gè)具體 實(shí)施例，圖6A可以用來說明開關(guān)，其中電可極化區(qū)域72充當(dāng)控制端或"柵 極"，而半導(dǎo)電或?qū)щ妳^(qū)域71的第一端77充當(dāng)?shù)谝欢嘶?源極，，并且區(qū)域 71的第二端78充當(dāng)?shù)诙嘶?漏極"。施加于電極76的電位可以用來改變 電可極化區(qū)域72的極化狀態(tài)，從而可以改變第一和第二端之間，或源極 和漏極之間的電導(dǎo)率。另外，在某些情況下，納米尺度線晶體管可以具有多于一個(gè)控制端或 "柵極"。例如，在某些實(shí)施方案中，布置為接觸或最接近納米XJL線的電 可極化區(qū)域的部分的各電極可以限定所述電可極化區(qū)域的部分的端或"柵 極"區(qū)域。作為非限制性實(shí)施例，參照?qǐng)D6B，納米XJL線5可以充當(dāng)開關(guān)， 該開關(guān)具有源極(第一端15)、漏極(第二端16)、第一柵極區(qū)域(第 一部分11)和第二柵極區(qū)域(第二部分12 )?？梢詫?duì)控制端60和65任 意一個(gè)(或兩者)施加電勢(shì)，其每一個(gè)均可以用來改變相應(yīng)部分11和12 的極化狀態(tài)，因此其每一個(gè)都可以改變?cè)礃O(第一端15)和漏極(第二端 16)之間的電導(dǎo)率。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供包括本文所述的任意納米XJL線或納米 結(jié)構(gòu)實(shí)施方案的器件，包括存儲(chǔ)器件，和/或包括晶體管、開關(guān)等的器件。 某些器件可以包括本文所述的一個(gè)或多于一個(gè)的納米XJL線實(shí)施方案。在本發(fā)明的一組實(shí)施方案中，提供了非易失性存儲(chǔ)器。本發(fā)明的納米 尺度線可以用來編碼一個(gè)或多于一個(gè)的數(shù)據(jù)位，并且這些納米尺度線即使 在沒有電源的情況下也可以保持?jǐn)?shù)據(jù)。在某些情況下，納米尺度線陣列可 以用作非易失性存儲(chǔ)器。在某些實(shí)施方案中，可以獲得相對(duì)高密度的存儲(chǔ) 元件。例如，在某些情況下，所述器件可以包括存儲(chǔ)元件陣列，每一個(gè)元 件具有小于約100nm"位、小于約75nmV位、小于約50nmV位、小于約 30111112/位、小于約25nm2/位、小于約20nm2/位、小于約15nm2/位、小 于約10nmV位、小于約8nmV位、小于約6 nmV位或小于約4 nmV位的 面積。在一個(gè)實(shí)施方案中，存儲(chǔ)元件陣列可以使用本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)納米 尺度線進(jìn)行組裝，與一個(gè)或多個(gè)電極(例如，如本文所述)交叉。電極可 以接觸單個(gè)納米尺度線，或在某些情況下，電極可以接觸多于一個(gè)納米尺 度線，例如，如圖8A中所示。通過系統(tǒng)地控制每一納米尺度線和每一電 極的電勢(shì)，可以在陣列內(nèi)的任意所需的位置處產(chǎn)生特定電壓(specific voltage)。然后可以利用與之前所述類似的技術(shù)，將其用于對(duì)這些位置讀 取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)。因此，在納米尺度線和電極之間的每一交叉點(diǎn)可以限定 可以編碼數(shù)據(jù)位的部分電可極化區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)存儲(chǔ)并訪問數(shù)據(jù)位的合適的系統(tǒng)和方法。存儲(chǔ)器陣列的一個(gè)非P艮制性實(shí)施例如下。參照?qǐng)D8A，存儲(chǔ)器陣列100 包括一系列納米XJL線IOI， 102, 103，...。在該圖中，各納米XJL線IOI， 102, 103，...，具有半導(dǎo)電或?qū)щ姷暮撕碗娍蓸O化的殼。當(dāng)然，在其它實(shí) 施方案中，其它納米凡變線也是可以的，例如，如前所述的任意納米尺度 線，而在某些情況下，各納米XJL線可以獨(dú)立iM目同或不同。在圖8A中， 各納米尺度線101， 102, 103,...接觸(或至少最接近) 一系列電極lll， 112, 113，....通過控制施加于各納米尺度線和各電極的電壓，可以在陣 列內(nèi)任意所需位置處產(chǎn)生電場。因此，例如，為了在納米尺度線101和電 極lll的結(jié)處產(chǎn)生電場，可以對(duì)納米尺度線lOl施加電壓的同時(shí)對(duì)電極lll 施加不同的電壓(或者沒有電壓)、可以對(duì)電極lll施加電壓的同時(shí)不對(duì) 納米XJL線101施加電壓、使用陣列外部探針來拖加電壓等等。在該實(shí)施例中，向交叉點(diǎn)寫入數(shù)據(jù)的方式可以是，使限定電極的納米 尺度線和電極具有電勢(shì)，使它們的電勢(shì)差至少處于足以編碼期望的擬 化狀 態(tài)，同時(shí)"浮動(dòng)"其它納米XJL線和電極(即，處于中間電壓或者施加于納 米; JL線的電壓)，以使其它地方出現(xiàn)的電壓不能改變這些各自位置處的 極化?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8B的示意圖，在存儲(chǔ)器陣列100中，對(duì)納米凡變線101 施加讀取電壓，同時(shí)使電極lll接地(或者產(chǎn)生另一相對(duì)低的電壓)。其 余的納米尺度線102, 103，...和電極112, 113，...可以電隔離，保持寫 入電壓和/或保持在寫入電壓和地線之間的中間電壓。由納米X^變線101和電極111的交叉點(diǎn)限定的交叉點(diǎn)121處的電壓差足以^^納米尺度線101 的部分電可^^化殼的招/化(或去極化)，由此編碼所需的極化狀態(tài)(例如， 代表"1，，或"0")，而在陣列100內(nèi)的其它交叉點(diǎn)處產(chǎn)生的電壓差(如果有 的話)(例如，在寫入電壓和浮動(dòng)電壓之間，或者在浮動(dòng)電壓和地線之間) 基本不足以改變這些交叉點(diǎn)處的極化狀態(tài)。通過對(duì)其它納米尺度線和/或電 極施加合適的電壓，在務(wù)賭器陣列100內(nèi)的每一交叉點(diǎn)可如所期望地被單 獨(dú)編址和祐^L化或去極化。在本實(shí)施例中，可以通過以下過程實(shí)施從存儲(chǔ)器陣列讀取數(shù)據(jù)產(chǎn)生 跨越納米AJL線之一的電勢(shì)，同時(shí)"浮動(dòng)"其它納米XJL線(即，使得跨越 這些納米尺度線的電勢(shì)差可以忽略，例如，處于讀取電壓下)，并且依次 對(duì)每一電極施加電壓并測量具有所述電勢(shì)的納米尺度線的所產(chǎn)生的電導(dǎo) 率?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8C，確定交叉點(diǎn)121， 122, 123，…的極化狀態(tài)(例如， 其可以編碼存儲(chǔ)器陣列中一系列數(shù)據(jù)位、字節(jié)、位元(nybble)、字等)。 將電壓施加于納米尺度線101的第一端，同時(shí)使納米凡變線101的第二端 接地。同時(shí)，納米XJL線102, 103，...是"浮動(dòng)的"，即，將相同(或幾乎 相同的)電勢(shì)施加于這些線中的每一個(gè)的所有端，并且在某些情況下，該 電勢(shì)等于或基本等于讀取電壓。對(duì)電極lll施加讀取電壓，同時(shí)不對(duì)電極 112， 113,...施加電壓，并且確定線的電導(dǎo)率并與沒有對(duì)任意電g加電 壓的線的電導(dǎo)率比較。如前面所討論的，交叉點(diǎn)121的極化狀態(tài)的差別可 能導(dǎo)致不同的電導(dǎo)率，由此指示交叉點(diǎn)121的極化狀態(tài)。接下來，為了確 定交叉點(diǎn)122的極化狀態(tài)，對(duì)電極112施加讀取電壓，同時(shí)不對(duì)電極lll， 113，...等施加電壓，利用類似技術(shù)再次確定納米XJL線101的電導(dǎo)率。 根據(jù)本實(shí)例，通過報(bào)告該步驟，可以確定每一交叉點(diǎn)121， 122， 123，... 的極化狀態(tài)。M域普通技術(shù)人員將知曉從由行和列限定的交叉點(diǎn)陣列中 讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)位的其它方法，其中每一交叉點(diǎn)可以用來編碼數(shù)據(jù)位。在某些情況下，由于本發(fā)明器件的納米凡變的尺寸，因而可以實(shí)現(xiàn)相 對(duì)高的讀^/寫入操作。例如，可以以至少約5Mb/s、至少約10Mb/s、至 少約15Mb/s、至少約20Mb/s、至少約25Mb/s、至少約30Mb/s、至少 約35Mb/s、至少約40Mb/s、至少約50Mb/s、至少約55Mb/s、至少約 60Mb/s、至少約65Mb/s、至少約70Mb/s、至少約75Mb/s、至少約80 Mb/s、至少約85 Mb/s、至少約85 Mb/s、至少約卯Mb/s、至少約95 Mb/s 或至少約100 Mb/s或更高的速度向器件讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)。 在又一組實(shí)施方案中，本發(fā)明的納米;c變線可以用作鐵電隨MM儲(chǔ)器(FeRAM)組件的部件，例如用作"智能"卡、射頻識(shí)別(RFID)標(biāo) 簽等的部件。例如， 一個(gè)或多個(gè)納米尺度線可以用于某些存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) (memory architecture)中。例如，納米凡變線可以用于1T1C結(jié)構(gòu)(一 個(gè)晶體管"T"/一個(gè)電容器"C，，)(例如，如圖7A所示)、2T2C結(jié)構(gòu)(例 如，圖7B所示)、8T4C結(jié)構(gòu)(例如，如圖7C所示)、鏈結(jié)構(gòu)(例如， 如圖7D所示)、6T4C結(jié)構(gòu)等中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知曉用于存儲(chǔ)器 結(jié)構(gòu)中的那些技術(shù)，例如如圖7A所示的1T1C結(jié)構(gòu)，以編碼扭 化狀態(tài)， 可以對(duì)位線80施加電壓，同時(shí)使板線(plate line) 85接地；可以通it^t 板線85施加電壓的同時(shí)使位線80接地來編碼去極化狀態(tài)；通過對(duì)板線 85施加電壓的同時(shí)使位線80浮動(dòng)并測量字線88來確定極化狀態(tài)。在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明包括器件，例如，場效應(yīng)晶體管(FET)、 雙極結(jié)晶體管(BJT)、隨道二極管、調(diào)制摻雜超晶格(modulation doped superlattice)、互^h^I相器、發(fā)光器件、光敏器件、生物系統(tǒng)成像器、生 物和化學(xué)探測器或傳感器、熱或溫度探測器、Josephine結(jié)、納米; JL光 源、光探測器諸如極化敏感光探測器，柵極，倒相器，AND, NAND， NOT， OR， TOR和NOR柵極、鎖存器(latch)、觸發(fā)器、寄存器、開關(guān)、時(shí) 鐘電路、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和陣列、狀態(tài)機(jī)(state machine)、柵極陣 列、以及任意其它動(dòng)態(tài)或時(shí)序邏輯或其它包括使用本文所述的任意納米尺 度線實(shí)施方案的可編程電路的數(shù)字器件。還包括模擬器件和電路，包括但 不限于放大器、開關(guān)和使用有源晶體管器件或開關(guān)器件的其它模擬電路以 及混合信號(hào)器件和信號(hào)處理電路。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的納米XJL 線可以在器件制造過程中被制造。在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明的納米尺度 線可以首先被合成，然后組裝在器件中。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供本文所述的任意實(shí)施方案的制造。例如，一 組實(shí)施方案提供將材料沉積到納米XJL線(或其它納米結(jié)構(gòu))上以形成電 可極化區(qū)域的方法。另 一組實(shí)施方案提供將鐵電氧化物材料沉積到納米尺 度線上以形成包括該鐵電氧化物材料的區(qū)域的方法。又一組實(shí)施方案提供 將功能氧化物材料沉積到納米凡變線上以形成包括該功能氧化物材料的 區(qū)域的方法。又一組實(shí)施方案拔^供將包括鉀鈥礦晶體結(jié)構(gòu)和/或鈥鐵礦晶體 結(jié)構(gòu)的材料沉積到納米尺度線上的方法。又一組實(shí)施方案提供將介電常數(shù) 為至少約15的材料沉積到納米尺度線上的方法。另一組實(shí)施方案^C供將 金屬沉積到納米XJL線上的方法。在某些情況下，這些也可以組合這些實(shí) 施方案。例如，在某些實(shí)施方案中，可以將一種或多種材料沉積在納米尺 度線上以形成一個(gè)或多個(gè)殼，每一個(gè)殼至少部分包圍納米尺度線。在某些情況下，納米尺度線可相對(duì)于襯底不被固定，例如，納米XJL線不是永久 附著于襯底。在某些情況下，可以使用合適的前體材料使用原子層沉積來沉積材 料。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)待合成的特定納米XJL線將能夠確定合適 的前體材料。例如，可以使用水作為氧源，可以使用氯化鋯作為鋯源，可 以使用雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鋇作為鋇源，可以使用四異丙A^鈦?zhàn)鳛?鈦源等，以使用原子層沉積將材料沉積到納米AJL線上。在某些情況下， 可以同時(shí)或順序4吏用多于一個(gè)源。例如，為了將BaTi03沉積在納米XJL 線上，可在原子層沉積過程中，交替提供雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鋇和四 異丙ll^鈥。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過提供襯底(例如，納米XJL線)、 施加反應(yīng)物脈沖、接著清洗來實(shí)施原子層沉積反應(yīng)，以將材料沉積到襯底(在某些情況下，其可以至多達(dá)到l個(gè)原子的厚度)上。任選地，可以使 用額外的反應(yīng)物和/或清洗。沉積層的厚度可以通過反應(yīng)物和/或清洗周期(purgecyde)的數(shù)量和/或持續(xù)時(shí)間來控制。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例， 參照?qǐng)Dll，例如，使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)可以生"]^納米;C變線131 (例 如，如圖11所示，利用化學(xué)氣相沉積由催化劑顆粒130生長珪納米; JL 線131)。為了使Zr02沉積在硅納米尺度線上(例如，如圖ll所示的頂 視圖和側(cè)視圖，作為殼133，至少部分包圍納米凡變線131，形成核/殼排 列)，可以使用ZrCU作為Zr前體，可以使用1120作為O前體。應(yīng)該理 解，在本實(shí)施例中，Zr02的沉積并不限于使用ZrCl4和H20，并且可以使 用其它前體代替和/或與ZrCl4和H20結(jié)合。在該實(shí)施例中，Zr02可以以 任意期望的厚度，例如小于5nm、或2nm至3nm厚度沉積在硅納米尺 度線上。為了沉積BaTi03 (例如，在Zr02上和/硅納米XjL線上，例如， 如圖11所示，其中BaTiC)3可以沉積為包圍Zr02殼133和珪核131的殼 132 )，可以使用雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鋇(Ba(C5Mes)2)作為Ba前體， 可以使用四異丙ft^鈥(Ti(0-iPr)4)作為Ti前體，以及可以使用H20作 為O前體。如前所述，應(yīng)該理解，BaTK)3的沉積并不限于使用這些化合 物，并且可以使用其它前體代替和/或與這些化合物結(jié)合。在該實(shí)施例中， 可以以任意期望的厚度，例如，以10-30 nm的厚度將BaTi03沉積在硅納 米尺度線上。
用于制造納米尺度線的其它技術(shù)包括但不限于，氣相反應(yīng)(例如，化學(xué)氣相沉積("CVD")技術(shù)，如金屬催化CVD技術(shù)、催化化學(xué)氣相沉積 ("C-CVD，，)技術(shù)、有機(jī)金屬氣相沉積-MOCVD技術(shù)、原子層沉積、化 學(xué)束外延等)，溶液相反應(yīng)(例如，熱液反應(yīng)，溶劑熱>11應(yīng))，物理沉積 方法(例如，熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、激光燒蝕、分子束外延)，氣-固-液 ("VLS")生長技術(shù)，激光催化生長("LCG")技術(shù)，表面控制化學(xué)反應(yīng) 等，例如，如在2002年7月16日提交、2003年5月15日以z〉開號(hào) 2003/0089899所公開、序列號(hào)10/196,337的題為"Nanoscale Wires and Related Devices"中所公開的，其通過引用并入本文。作為非P艮制性實(shí)施例， 如果制造具有核/殼排列的納米尺度線，則可以使用這些技術(shù)之一來制造 核，而一個(gè)或多個(gè)殼可以例如使用CVD技術(shù)、LCG技術(shù)、原子層沉積等 至少部分地涂覆在至少一部分核上。定義以下定義將有助于理解本發(fā)明。本發(fā)明的某些器件可以包括具有與納 米凡變線尺寸相當(dāng)?shù)木€或其它部件，其包括納米管和納米線。然而，在某 些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括可大于納米尺寸(例如，微米尺寸)的制品。 如本文所使用的，"納米范圍尺度(nanoscopic-scale)"，"納米范圍 (nanoscopic )""納米AJL( nanometer-scale )，，，"納米尺度(nanoscale )，，， "nano-"前綴(例如，如在"納米結(jié)構(gòu)化，，中)等通常是指寬度或直徑小于 約1微米，以及在某些情況下小于約100nm的元件或制品。在所有實(shí)施 方案中，給出的寬度可以是最小寬度(即，在該位置處，制品可以在不同 方向上具有比所給出寬度更大的寬度)，或最大寬度(即，在該位置處， 制品具有不寬于所給出的寬度，但可以具有更大長度)。如本文所使用的術(shù)語"多個(gè)"指的是兩個(gè)以上。 一"組"物品可以包括一 個(gè)或多個(gè)此種物品。術(shù)語"流體"一般指趨于流動(dòng)并且其形狀符合其容器輪廓的物質(zhì)。典型 地，流體是不能承受靜態(tài)剪切應(yīng)力的材料。當(dāng)剪切應(yīng)力作用于流體時(shí)，所 述流體經(jīng)歷連續(xù)和永久變形。典型的流體包括液體和氣體，但是也可以包 括自由流動(dòng)的固體顆粒，粘彈性流體等。如本文所使用的，"線"一M指具有任意半導(dǎo)體或任意金屬的電導(dǎo)率 或與其類似大小的電導(dǎo)率的任意材料，并且在某些實(shí)施方案中，其可以用 來連接兩個(gè)電子組件，使得它們彼此電子連通。例如，當(dāng)相對(duì)于"導(dǎo)"線或 納米尺度線使用時(shí)，術(shù)語"導(dǎo)電"或"導(dǎo)體"或"電導(dǎo)體"是指線通過電荷的能 力。典型地，導(dǎo)電納米尺度線將具有與金屬或半導(dǎo)體材料相當(dāng)?shù)碾娮杪剩⑶以谀承┣闆r下，導(dǎo)電納米XJL線可以具有更低的電阻率，例如，低于 約l(T311 m、低于約104 ft m、或低于約106 Q m或107 Q m的電阻率。"納米線"(本文也稱為"納米范圍尺度線"或"納米XJL線")一fcl在 沿其長度的任意點(diǎn)處具有至少一個(gè)橫截面尺寸的線，并且在某些實(shí)施方案 中，兩個(gè)正交的橫截面尺寸小于l微米，小于約500nm，小于約200nm， 小于約150nm，小于約100nm，小于約70nm,小于約50nm，小于約 20nm，小于約10nm或小于約5nm。在其它實(shí)施方案中，該橫截面尺寸 可以小于2nm或lnm。在一組實(shí)施方案中，納米尺度線具有0.5 nm至 100nm或200nm范圍的至少一個(gè)橫截面尺寸。在某些情況下，納米尺度 線是導(dǎo)電的。在某些實(shí)施方案中，納米凡變線是圓柱形的。然而，在其它 實(shí)施方案中，納米尺度線可以是多個(gè)面的，即，納米凡變線可以具有多邊 形截面。當(dāng)納米凡變線^L描述為具有例如核和殼時(shí)，上述尺寸一fcl指核 的尺寸。納米尺度線的橫截面可以具有任意形狀，包括但不限于圃形、方 形、矩形、環(huán)形、多邊形或橢圓形，并且可以為規(guī)則或不規(guī)則形狀。納米 尺度線可以是實(shí)心的或空心的。除非另有指明，在本文描述的任意實(shí)施方 案中可以使用任意的納米凡變線，包括碳納米管、分子線(即，由單分子 形成的線)、納米棒、納米線、納米晶須、有機(jī)或無機(jī)導(dǎo)電或半導(dǎo)電聚合物等。在某些情況下，也可以使用不是分子線而是具有各種小的納米;^JL范圍尺寸的其它導(dǎo)電或半導(dǎo)電元件，例如，無機(jī)結(jié)構(gòu)如基于主族和金屬原 子的線狀硅，含過渡金屬的線，砷化鎵，氮化鎵，磷化銦，鍺，硒化鎘等。 各種這些和其它納米凡變線可以以類似于涉及用作實(shí)施例的特定納米尺 度線的本文所述技術(shù)的方式在表面上生長和/或涂覆成對(duì)電子器件有用的 圖案，而不需過度的實(shí)驗(yàn)。在某些情況下，納米XJL線可以形成為具有以 下尺寸至少約l微米，至少約3微米，至少約5微米、或至少約10微 米或約20微米的長度，以及小于約100 nm，小于約80 nm，小于約60 nm， 小于約40nm，小于約20nm，小于約10 nm或小于約5 nm的厚度(高 度和寬度)。在某些情況下，納米XJL線可以具有大于約2:1，大于約3:1， 大于約4:1，大約約5:1，大于約10:1，大于約25:1，大于約50:1，大于 約75:1，大約約100:1，大于約150:1，大于約250:1，大于約500:1,大于 約750:1，或大于約1000:1或更高的縱橫比(長^L/厚度)。 "納米線"(例如，包括硅和/或其它半導(dǎo)體材料)是一種為典型固體線 的納米U線，并且在某些情況下可以是細(xì)長的。優(yōu)選地，納米線(此處縮寫為"NW")是一種細(xì)長的半導(dǎo)體，即，納米尺度半導(dǎo)體。"非納米管納 米線，，是不為納米管的任意納米線。在本發(fā)明的一組實(shí)施方案中，具有未 改性表面的非納米管納米線可以用于本文所述的其中可以4吏用納米線或 納米管的本發(fā)明任意方案中。如本文所使用的，"納米管"(例如，碳納米管)是一種空心或具有挖 空的核的納米XJL線，包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的那些納米管。"納 米管，，本文縮寫為"NT"。納米管被用作用于本發(fā)明的小線的一個(gè)實(shí)施例， 并且在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明的器件包括與納米管尺寸相當(dāng)?shù)木€。如本文所使用的，"細(xì)長的"制品(例如，半導(dǎo)體或其部分)是一種在 沿該制品縱軸的任意點(diǎn)處該制品的長度與該點(diǎn)處的最大寬度的比大于2:1 的制品。如本文所使用的，制品的"寬度"是從該制品的周邊的一點(diǎn)經(jīng)過該制品 的中心到該制品周邊的另一點(diǎn)的直線距離。如本文所使用的，沿制品縱軸 的一點(diǎn)處的"寬度"或"橫截面尺寸"是沿通過該制品在該點(diǎn)處的橫截面中 心并連接橫截面周邊上的兩點(diǎn)的直線距離。沿制品縱軸的一點(diǎn)處的"橫截 面"是在該點(diǎn)處橫截制品并且與該制品的縱軸正交的平面。制品的"縱軸" 是沿該制品的最;UC寸的軸。類似地，制品的"縱向部分"是沿該制品縱軸 可以具有大于0且小于或等于該制品長度的任意長度的制品部分。此外， 細(xì)長制品的"長度"是制品沿縱軸的端到端距離。如本文所使用的，"圓柱形"制品是一種外部形狀類似圓柱體的制品， 但并不限定或反映關(guān)于該制品內(nèi)部的任何特征。換句話說，圓柱形制品可 以具有實(shí)心內(nèi)部、可以具有挖空的內(nèi)部等。通常，圓柱形制品的橫截面呈 現(xiàn)為圓形或近似圓形，但也可以是其它橫截面形狀，例如六邊形。該橫截 面可以具有任意形狀，包括但不限于方形、矩形或橢圓形。也包括規(guī)則和 不規(guī)則形狀。如本文所使用的，制品(例如，納米XJL線)"陣列"包括多個(gè)制品， 例如可以或不能彼此接觸的一系列對(duì)齊的納米尺度線。如本文所使用的， "交叉陣列"或"十字交叉陣列"是至少 一個(gè)制品接觸另 一個(gè)制品或信號(hào)節(jié) 點(diǎn)(例如，電極)的陣列。
如根據(jù)本發(fā)明所使用的許多納米尺度線是單個(gè)納米尺度線。如本文所使用的，"單個(gè)納米尺度線"是指納米尺度線不與其它納米XJL線接觸 (但是不排除在單個(gè)納米尺度線之間可以期望的接觸類型，例如，如在十 字交叉陣列中)。例如，"單個(gè)，，或"獨(dú)立式，，制品可以在其壽命的某些點(diǎn)處 不附著于另一制品，例如，利用其它納米尺度線或者獨(dú)立式制品可以處于 不斷變化中。這不同于主要由激光氣化技術(shù)產(chǎn)生的納米管，激光氣化技術(shù) 產(chǎn)生形成為繩狀的材料，其具有約2 nm至約50 nm或更大的直徑并且含 有多個(gè)單獨(dú)的納米管(參見，例如，Thessetal.， "Crystalline Ropes of Metallic Carbon Nanotubes， "Science, 273:483-486(1996))。這也不同于 僅通過原位化學(xué)或物理改變使得的制品導(dǎo)電部分與周圍材料不同，即通過 選擇性摻雜、蝕刻等使均勻制品的一部分不同于其圍繞物。"單個(gè)"或"獨(dú) 立式"制品可以(但不必須)從其所制成的位置處作為單個(gè)制品移除并轉(zhuǎn) 移至不同位置并與不同組件結(jié)合，以制成諸如本文所描述的那些功能器件，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀;^>開內(nèi)容將能預(yù)料到。在某些實(shí)施方案中，至少一部分納米XJL線可以是本體摻雜 (bulk-doped)半導(dǎo)體。如本文所4吏用的，"本體摻雜"制品(例如，制品 或者制品的部分或區(qū)域)是一種基本在制品的整個(gè)晶格中引入摻雜劑的制 品，與僅在原子AJL在晶格特定區(qū)域例如僅在表面或外部引入摻雜劑相 反。例如，某些制品諸如碳納米管通常在生長^fill材料后被摻雜，因此摻 雜劑>^^面或外部向晶格內(nèi)部延伸^^^有卩|^巨離。應(yīng)該理解，"本體摻 雜，，并不限定或反映半導(dǎo)體中摻雜的濃度或量，也不必表示摻雜是均勻的。 具體而言，在某些實(shí)施方案中，本體摻雜半導(dǎo)體可以包括兩個(gè)或更多的本 體摻雜區(qū)域。因此，如在本文用以描述納米尺度線所用的，"摻雜的"是指 本體摻雜的納米尺度線，因此，"摻雜的納米范圍(或納米凡變)線"是本 體摻雜的納米尺度線。"重?fù)诫s，，和"輕摻雜"是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明確理 解其含義的術(shù)語。在某些情況下， 一個(gè)或多個(gè)區(qū)域可以包括單個(gè)單原子層 ("3摻雜")。在某些情況下，該區(qū)域可以小于單個(gè)單層的厚度(例如， 如果在單層內(nèi)不存在某些原子)。作為一個(gè)具體實(shí)施例，所述區(qū)域可以在 納米尺度線內(nèi)排列成層狀結(jié)構(gòu)，并且該區(qū)域中的 一個(gè)或多個(gè)可以是8摻雜 的或部分S摻雜的。如本文所使用的，關(guān)于周期表，術(shù)語"族"具有如本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所理解的其通常定義。例如，第II族元素包括Mg和Ca以及第II族過 渡元素如Zn、 Cd和Hg。類似地，第III族元素包括B、 Al、 Ga、 In和Tl;第IV族元素包括C、 Si、 Ge、 Sn和Pb;第V族元素包括N、 P、 As、 Sb和Bi;以及第VI族元素包括O、 S、 Se、 Te和Po。包括來自各族的 多于一個(gè)元素的組合也是可以的。例如，第II-VI族材料可以包括來自第 II族的至少一個(gè)元素和來自第VI族的至少一個(gè)元素，例如，ZnS、 ZnSe、 ZnSSe、 ZnCdS、 CdS或者CdSe。類似地，第III-V族材料可以包括來自 第III族的至少一個(gè)元素和來自第V族的至少一個(gè)元素，例如GaAs、GaP、 GaAsP、 InAs、 InP、 AlGaAs或InAsP。這些材料及其組合也可以包括其 它摻雜劑，例如，過渡金屬如Fe、 Co、 Te、 Au等。如本文所使用的，"半導(dǎo)體"具有其在本領(lǐng)域的普通含義，即，具有 半導(dǎo)電或半金屬性能(即，在金屬和非金屬特性之間)的元素。半導(dǎo)體的 一個(gè)實(shí)例是硅。其它非限制性實(shí)例包括元素半導(dǎo)體，例如鎵、鍺、金剛石 (碳)、錫、硒、碲、硼或磷。半導(dǎo)體可以是未摻雜或摻雜的(例如，p 型或n型)。如本文所使用的，"單晶"物體(例如，半導(dǎo)體)是在整個(gè)物體中具 有共價(jià)鍵，離子鍵或其組合的物體。這種單晶物體可以包括晶體中的缺陷， 但其區(qū)別于包括一個(gè)或多個(gè)非離子鍵連或共價(jià)鍵連而僅是彼此接近的晶 體的物體。以下美國臨時(shí)和實(shí)用專利申請(qǐng)文件的全部內(nèi)M過引用并入本文， 用于所有目的2004年12月6曰提交的題為"Nanoscale Wire Based Data Storage",序列號(hào)60/633,733; 1999年7月2日提交的題為"Molecular Wire-Based Devices and Methods of Their Manufacture",序歹寸號(hào) 60/142,216; 2000年8月22日提交的題為"SemiconductorNanowires"， 序列號(hào)60/226,835; 2001年10月24日提交的題為"Nanoscopic Wire-Based Devices and Arrays",序列號(hào)10/033,369，于2002年9月19日以公開號(hào) 2002/0130353公開；2000年12月11日提交的題為"Nanowire and NanotubeNanosensors"，序列號(hào)60/254,745; 2001年5月18日提交的題 為"NanowireandNanotubeNanosensors"，序列號(hào)60/292,035; 2001年5 月18日提交的題為"Semiconductor Nanowires"，序列號(hào)60/292,121; 2001 年5月18日提交的題為"Nanowire Electronic Devices Including Memory and Switching Devices",序列號(hào)60/292,045; 2001年5月18日提交的題 為"Nanowire Devices Including Emissive Elements and Sensors，，，序歹'J號(hào) 60/291,896; 2001年8月22日提交的題為"D叩edElongatedSemiconductors, Growing Such Semiconductors, Devices Including Such Semiconductors, and Fabricating Such Devices"，序歹'J號(hào)09/935,776， 于 2002年9月19日以公開號(hào)2002/0130311 7>開；2001年12月11日提交的 題為"Nanosensors"，序列號(hào)10/020,004，于2002年8月29日以公開號(hào) 2002/0117659公開；2001年11月9日提交的題為"Transistors, Diodes, Logic Gates and Other Devices Assembled from Nanowire Building Blocks，，，序列號(hào)60/348，313;2002年2月6日提交的題為"NanowireDevices Including Emissive Elements and Sensors",序列號(hào)60/354,642; 2002年5 月20日提交的題為"Nanoscale Wires and Related Devices",序列號(hào) 10/152，4卯；2002年7月16日提交的題為"Nanoscale Wires and Related Devices",序列號(hào)10/196,337，于2003年5月15日以公開號(hào)2003/0089899 公開；2002年7月19日提交的題為"Nanowire Coherent Optical Components",序列號(hào)60/397，121;2003年7月21日提交的題為"Nanowire Coherent Optical Components",序列號(hào)10/624,135; 2003年11月20日 提交的題為"Nanoscale Arrays and Related Devices"，序列號(hào)60/524,301; 2003年12月11日提交的題為"Nanowire Coherent Optical Components", 序列號(hào)60/397,121; 2004年2月13日提交的題為"Nanostructures Containing Metal-Semiconductor Compounds"，序列號(hào)60/544,800; 2003 年l月17日提交的題為"Array-Based Architecture for Molecular Electronics",序列號(hào)10/347,121; 2003年7月24日提交的題為"Stochastic Assembly of Sublithographic Nanoscale Interfaces",序歹'J號(hào)10/627,405; 2003年7月24日提交的題為"Sublithographic Nanoscale Memory Architecture",序列號(hào)10/627,406; 2003 4 11月20日提交的題為 "Nanoscale Arrays and Related Devices",序列號(hào)60/524,301; 2004年3 月8日提交的題為"RobustNanostructures",序列號(hào)60/551,634;以及2004 年11月22日提交的題為"Nanoscale Arrays, Robust Nanostructures， and Related Devices"的專利申請(qǐng)。以下國際專利公開其4^P內(nèi)容通過引用并入 本文用于所有目的2000年6月30日提交的題為"Nanoscopic Wire-Based Devices, Arrays, and Methods of Their Manufacture"， 申請(qǐng)序歹寸號(hào) PCT/US00/18138,于2001年1月11日以公開號(hào)WO 01/03208公開；2001 年8月22日提交的題為"Doped Elongated Semiconductors, Growing SuchSemiconductors, Devices Including Such Semiconductors, and Fabricating Such Devices",申請(qǐng)序列號(hào)PCT/US01/26298，于2002年2月28日以公開號(hào)WO 02/17362公開；2001年12月11日提交的題為"Nanosensors"， 申請(qǐng)序列號(hào)PCT/US01/48230,于2002年6月20日以公開號(hào)WO 02/48701 公開；2002年5月20日提交的題為"Nanoscale Wires and Related Devices",申請(qǐng)序列號(hào)PCT/US02/16133，于2003年1月16日以公開號(hào) WO 03/005450公開。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明的某些實(shí)施方案，但并不例舉說明本發(fā) 明的全部范圍。實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，該實(shí)施例說明半導(dǎo)體/介電氧化物/鐵電 氧化物核/殼/殼納米XJL線結(jié)構(gòu)，尤其是p-Si/Zr02/BaTi03核/殼/殼納米尺 度線的合成(圖1A)。在本實(shí)施例中，使用ALD技術(shù)(原子層沉積)來 制造殼，但是也可以使用其它技術(shù)，例如，基于溶液的方法。從在眾所周知的VLS生長過程中，使用金膠體作為催化劑，^作 為反應(yīng)物和乙硼烷作為摻雜劑，化學(xué)氣相沉積生長p型硅納米凡變線開始 所述合成。生長之后，生長晶片直接被轉(zhuǎn)移到原子層沉積反應(yīng)器中。利用 ZrCU作為Zr源和水蒸氣作為氧源，將Zr02高K介電氧化物沉積到Si 納米XJL線上，以制造p-Si/Zr02核/殼納米XJL線。Zr02可以用作高K 電介質(zhì)，其可以通iti晶體管的Si溝道和金屬柵極之間提供較強(qiáng)的電場耦 合來提高Si納米尺度線場效應(yīng)晶體管的性能。ZK)2也可以有效用作阻止 從BaTi03向Si的組分?jǐn)U散的擴(kuò)散勢(shì)壘。通過減小存儲(chǔ)于BaTi03殼中的 數(shù)據(jù)的退化/丟失的itJL， ZK)2也可以有助于實(shí)現(xiàn)較長的保持時(shí)間(也稱 作去極化時(shí)間)。在某些情況下，可以化學(xué)蝕刻掉Zr02，這可以允許產(chǎn) 生與Si納米;^JL線核的歐姆接觸。然而，在其它實(shí)施方案中，也可以使用 其它介電氧化物，例如，入1203和/或附02，并且在某些情況下，可以使用 多于一種介電氧化物，例如，Zr02和Al203、 Zr02和Hf02等。在Si納米凡復(fù)線核上沉積約2 nm至約3 nm的Zr02后，改變前體 以允許在Si/Zr02核/殼納米XJL線上沉積BaTi03,從而制成最終的 Si/Zr02/BaTi03核/殼/殼納米尺度線。在本實(shí)施例中所用的前體是作為鋇 源的雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鋇，作為鈥源的四異丙IL^鈥，以及作為氧 源的水蒸汽。使用這些技術(shù)生產(chǎn)的納米尺度線的實(shí)施例示于圖9中。圖9A是幾 個(gè)Si/Zr02/BaTi03納米尺度線的低分辨率透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
在該圖像中，發(fā)現(xiàn)Si核厚度為約20 nm， Zr02殼厚度為約2.5 nm， BaTi03 厚度為約15nm。更高分辨率的TEM圖像示于圖9B中。在該圖像中，白 色虛線表示BaTiCVZr02界面(左邊)和Zr(VSi界面(右邊)。由示于 圖9B中的二維傅立葉變換晶格解析圖像發(fā)現(xiàn)，沿(010)方向生長的四方 相BaTiO3具有[010晶帶軸(圖9C )。另外，沿(112)方向生長的四方 相ZrO2具有[110晶帶軸(圖9D),沿(110 )方向生長的立方相Si具有 [llll晶帶軸(圖9E)。在合成之后，核/殼/殼納米尺度線通過元素分布圖il^征。圖1C示 出了核/殼/殼線的掃描透射電子顯微鏡圖像，圖1B示出了沿線(橫向)的 Ba/Ti， Zr和Si的元素組成的線分布。額外的證據(jù)從圖1D-1F所示的元素 分布圖測量獲得。Si存在于核中(圖1D) ， ZrC)2存在于內(nèi)殼中(圖1E)， 而BaTK)3存在于外殼中(圖1F)。靜電力顯微鏡用來^iE核/殼/殼線的鐵電行為。在這些實(shí)施方案中， 導(dǎo)電原子力顯^t鏡尖端用來在Si/Zr(VBaTi03納米凡變線的BaTi03殼上 施加局部電場，并且同時(shí)使Si納米尺度線從源極和漏極接地。在圖2中， 順序測量Si納米XJL線的電導(dǎo)在極化線(使用正電壓)之前(A)，在 極化線(使用正電壓)之后(B),去極化線(C),在極化線(使用負(fù) 電壓)之后(D)，以及去極化(E)。這些研究表明，在使用正電壓極 化線之后，電導(dǎo)從約10_7S降低至約10—12S。這種極化作用可以通過線自然 去核/化和/或施加負(fù)電壓以翻轉(zhuǎn)^L化方向來去除。因此，電導(dǎo)可以回復(fù)到原 值或達(dá)到更高的值。為了說明基于這些Si/Zr02/BaTi03核/殼/殼納米XjL線的存儲(chǔ)器件， 利用類似于MFIS (金屬柵^l/鐵電氧化物/絕緣體/半導(dǎo)體)平面器件技術(shù)， 通過化學(xué)蝕去BaTi03和Zr02殼，在BaTi03殼上加入頂部金屬柵極，制 造在Si核上具有源極-漏極金屬接觸的FET型器件。傳輸數(shù)據(jù)(圖3A) 表明，源極-漏極接觸是歐姆接觸，并且源極-漏極電流在施加的頂柵極電 壓超過一定閾值后被斷開。電導(dǎo)-頂柵極電壓(圖3B)的額外測量顯示大滯后，其中利用比關(guān)狀態(tài)下(即，低電導(dǎo)下)去極化納米;UL線所需要的十5V更大的頂柵極電壓，可以將極化寫入到BaTi03殼內(nèi)。在讀取期間， 如果發(fā)現(xiàn)晶體管的電導(dǎo)高，則這意味著沒有向納米尺度線寫入極化(例如, 其可以定義為"O”)。然而，如果晶體管的電導(dǎo)低，但是其可以通過施加
小的負(fù)頂柵極電壓的脈沖而增大(其不大到足以消除或改變極化)，那么 這意味著已經(jīng)向納米尺度線寫入極化(例如，其可以定義為"l，，)。在某些情況下，這些納米凡變線可以用iM^儲(chǔ)每個(gè)晶體管的多個(gè)數(shù)據(jù)位。為了說明這個(gè)特征，在一個(gè)Si/Zr02/BaTi03納米尺度線上制作三個(gè) 金屬頂柵極(A、 B和C)(圖3C)。最初，納米XJL線僅有C被極化， 因此存儲(chǔ)于納米XJL線內(nèi)的數(shù)據(jù)為"001"。為了讀取該數(shù)據(jù)，依次向這三 個(gè)頂柵M加負(fù)電壓脈沖。圖3D示出僅當(dāng)對(duì)柵極C施加電壓時(shí)，產(chǎn)生電 導(dǎo)增大的響應(yīng)，因此在柵極C中指示"1，，而不是"0"。類似地，也可以向柵 極A和B寫入數(shù)據(jù)；為了讀取該數(shù)據(jù)，可以依次向這三個(gè)頂^fr施加負(fù)電 壓脈沖。應(yīng)該注意，在柵極A、 B和C之間沒有觀察到串?dāng)_(crossjtalk)。 在圖3E中，僅當(dāng)同時(shí)對(duì)多個(gè)柵M加電壓脈沖時(shí)才觀察到電導(dǎo)增大。然 而，直到同時(shí)在梱〖極A和B處施加負(fù)電壓脈沖，才可以看到電導(dǎo)增大的 響應(yīng)(圖3e)，因此，在柵極A、 B和C之間沒有觀察到串?dāng)_。這些結(jié)果 總結(jié)在圖3F中。此外，觀察到在納米尺度線內(nèi)該數(shù)據(jù)的較大的保持時(shí)間。 在圖3G中，在納米XJL線已被極化和利用低電導(dǎo)"斷開"該線之后，沒有 檢測到明顯的電導(dǎo)下降 一增加。在圖10中可以看到額外的數(shù)據(jù)。圖10A圖解說明了在-6 V、 -4 V、 -2V、 0V、 2V、 4V和6V頂柵極電壓下測量的Si/Zr02/BaTi03納米尺 度線的傳輸結(jié)果。插圖是該器件的AFM圖像。圖10B是示出電導(dǎo)_頂柵 極電壓的滯后回線的圖。該圖示出頂柵極電壓為0V時(shí)的兩種狀態(tài)。圖10C 圖解說明使用另一個(gè)Si/Zr02/BaTi03納米凡變線的用于存儲(chǔ)器測試的寫 >^/擦除脈沖周期的結(jié)果。利用5 V的100 ns脈沖實(shí)施對(duì)線的寫入。實(shí)施 監(jiān)控(讀取)電導(dǎo)變化150微西門子(jiS)，并以-5V的100ns脈沖實(shí) 施擦除，之后再監(jiān)控(讀取)電導(dǎo)變化150微西門子(jiS)。插圖示出該 100ns脈沖的形狀。圖10D圖解說明作為寫入/擦除脈沖結(jié)果的電導(dǎo)變化， 表明由Si/Zr02/BaTi03納米線制成的存儲(chǔ)器可以以至少100 ns的速度操 作，其對(duì)應(yīng)于10Mb/s，快于商業(yè)USB2快閃存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)iUL。更快的 速度，例如50 ns (20 Mb/s)也可以在其它實(shí)驗(yàn)(數(shù)據(jù)未示出)中觀察到。 圖10E中的圖是存儲(chǔ)器件經(jīng)1周時(shí)間的保持試驗(yàn)。沒有觀察到電導(dǎo)的明顯 變化。圖10F是使用80 nm的Si/Zr02/BaTi03納米凡變線(30 nm核+25nm 殼)的器件的靜電力顯微鏡(EFM)圖像，該器件使用與以上描i^目類似 的技術(shù)制造，圖10F示出極化和電導(dǎo)之間的相關(guān)性。左圖示出在BaTi03 殼中沒有任何極化的器件，表示電導(dǎo)正常的"開，，狀態(tài)。中間的圖像示出器 件，其在原子力顯微鏡(AFM)尖端使用正電壓將極化寫入到殼內(nèi)從而"斷 開，，器件。右圖示出器件，其在AFM尖端使用負(fù)電壓將極化寫入到殼內(nèi)， 從而再次"接通"器件。因?yàn)殍F電狀態(tài)可以保持直至小到1.2nm的疇厚度，因此納米A^線 的密集陣列也是可以的。在某些情況下，其它納米線，例如，如在由Lieber 等人于2004年2月13日提交的題為"Nanostructures Containing Metal Semiconductor Compound，，的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列第60/544,800或由 Lieber等人于2005年2月14日提交的題為"Nanostructures Containing Metal Semiconductor Compound"的國際專利申^fr序列號(hào) PCT/US2005/004459中所討論的NiSi納米線，均通過引用并入本文，可 以與Si/Zr02/BaTi03納米尺度線交叉，以獲得高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。實(shí)施例2該實(shí)施例說明通過原子層沉積(ALD )制造硅功能氧化物核-殼納米 線異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中利用改變不同反應(yīng)物的脈沖和清洗周期通過循環(huán)自限制 表面反應(yīng)而在硅納米線上獲得包括氧化物的不同材料的保形涂層。通過沉 積周期數(shù)控制涂層的厚度直至下降到原子凡變，因此，該技術(shù)適合于制造 具有清潔界面的多組分異質(zhì)結(jié)構(gòu)。合成的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之一是珪(Si)-氧化鋯(Zr02)-鈦酸鋇(BaTi03) 半導(dǎo)體-介電氧化物-鐵電氧化物核-殼-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖12 )。圖12A 示出在p型珪納米線上的功能氧化物殼的沉積。合成M過化學(xué)氣相沉積 生長p型Si納米線開始，接著以對(duì)于ZrOz為0.03 nm/周期(圖12A,下面 的線)和對(duì)BaTK)3為0.05nm/周期(圖12A,上面的線)的良好控制的 沉積速率來氣相原子層沉積Zr02和BaTi03。利用單^t金納米蔟(TedPella, Inc.， Redding， CA)作為催化劑， 硅烷(SiH4)作為氣相反應(yīng)物以及乙硼烷(B2H6)作為摻雜劑前體，通過 化學(xué)氣相沉積來合成p型Si納米線。在合成之后，將具有均一直徑，獨(dú) 立的Si納米線的生長襯底加載到ASM Microchemistry F120原子層沉積 系統(tǒng)中，接著沉積ZrO"然后沉積BaTiOs。使用氯化鋯(ZrCl4)作為 Zr02的前體。使用雙(五甲基環(huán)戊二烯基)鋇(Ba(C5Me5)2)和四異丙氧 基鈥(Ti(0-i-Pr)4)作為BaTi03的前體。在兩種情況下，使用水(1120) 蒸汽作為氧源。^沉積之后，將襯底在管爐中于800'C下退火30分鐘。退 火在流量為200 sccm (每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的氧氣中于450 Toit壓力 下實(shí)施。以這種方式制備的樣品的透射電子顯微鏡(TEM)研究(圖12B) 示出具有通常均勻的直徑和高達(dá)幾十微米的長度的納米線。例如,在圖12B 中，核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有約60nm (25nmSi核，2.5nmZr02殼和 15 nm BaTi03殼)的平均直徑。定標(biāo)條為200 nm。
在TEM圖像(圖12B、 12C和12D )以及掃描透射電子顯微鏡 (STEM)圖像(圖12F)中觀察到的直徑對(duì)比可以表示核-殼結(jié)構(gòu)。圖12C 是典型的核-殼納米線的低放大率TEM投影圖。虛線框表示圖12D所示的 TEM圖4象的示意圖。圖12C中的定標(biāo)條為10nm。圖12D示出納米線異 質(zhì)結(jié)構(gòu)的多晶殼的HRTEM (高分辨透射電子顯微鏡)投影圖，用白色虛 線粗略錄示晶體疇邊界，其通過殼的選擇性區(qū)域2DFT和反2DFT確定。 定標(biāo)條為10nm。納米線邊緣的高分辨投影圖(圖12D)示出具有多個(gè)疇 的多晶BaTi03殼。疇邊界(圖12D,白色虛線)可以粗略地通過TEM圖 像的選擇性區(qū)域二維傅立葉變換(2DFT)和^J陣立葉變換來確定(圖 12J-12M)。圖12J是圖12D中的疇l的2DFT,顯示其與晶帶軸(010)對(duì)齊；圖12C是圖12D中的疇2的2DFT，顯示其與晶帶軸(oTo)對(duì)齊； 圖12D是疇3的2DFT,顯示其與晶帶軸(243 )對(duì)齊；以及圖12E是疇4 的2DFT，顯示其與晶帶軸(001)對(duì)齊。另外，圖13A示出具有晶帶軸(0T0)的BaTi03區(qū)域的2DFT，圖13B示出具有晶帶軸(110)的Zr02 區(qū)域的2DFT,而圖13D示出具有晶帶軸(111)的Si區(qū)域的2DFT。
通過高分辨TEM (圖12E)的核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的切片 (microtomed )橫截面的進(jìn)一步詳細(xì)檢查顯示所述制造過程在BaTi03(左 面)和Zr02 (中間)殼和具有BaTK>3、 Zr02晶帶軸的Si (右面)核區(qū)域 之間產(chǎn)生陡峭界面(abruptinterface)(圖12H,白色虛線)。例如，圖 12E是來自TEM圖像的2DFT的切片核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫截面的HRTEM圖像，用白色虛線表示BaTi03、Zr02和Si的晶帶軸分別為(0T0 )、 (110 )和(111)的結(jié)晶BaTi03 (左面)，Zr02 (中間)和Si (右面) 區(qū)域之間的界面。插圖表示沿晶帶軸的BaTi03 (左面)，Zr02 (中間) 和Si (右面)區(qū)域的晶體結(jié)構(gòu)模擬與晶格解析圖像相一致。圖12E的定標(biāo) 條為2 nm。晶帶軸進(jìn)一步由晶體結(jié)構(gòu)模擬(圖12E中的插圖)和晶格解析圖像 之間的一致性所證實(shí)。在相對(duì)較低的溫度下結(jié)晶的Zr02在退火后的過程 中起擴(kuò)散勢(shì)壘作用，以使鐵電氧化物和半導(dǎo)體之間的界面最優(yōu)化。此外， 在樣品上實(shí)施的能量色散X射線光鐠(EDX)確認(rèn)元素空間分布，表明 Si局PMt核(圖12G) ， Zr局P艮在內(nèi)殼(圖12H)，而Ba和Ti局PM^ 外殼(圖121)。圖12F-12I是通過STEM (掃描透射電子顯賴t鏡)獲得 的核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的EDX元素分布圖。圖12F是約122 nm的核-殼 納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的STEM圖像，該核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)使用約37 nra的 Si納米線作為核，約2.5 nm的Zr02殼和約40 nm的BaTi03殼制備。為 了EDX表征目的，此處使用較大的核直徑和較厚的殼。在這些附圖中， Si局P艮在核(圖12D) ， Zr局限在內(nèi)殼(圖12E)，而Ba和Ti局限在 外殼(圖12F)處。圖12F-12I中的定標(biāo)條均為50 nm。實(shí)施例3該實(shí)施例說明具有清潔界面的清晰規(guī)整(well-defined)的半導(dǎo)體誦 功能氧化物核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成。在該實(shí)施例中，基于 Si/Zr02/BaTi03核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)制備了場效應(yīng)晶體管(FET )器件(圖 14)。為了形成該器件，利用氬氟酸(HF)蝕去源極-漏極區(qū)域處的氧化 物，接著在p型Si核上沉積金屬接觸。在BaTi03殼頂部上的源極-漏極接 觸之間制造鎳頂柵極(top gate)(圖14A中的插圖，其是示出該器件幾 何結(jié)構(gòu)的SEM圖像，源極-漏極接觸在p型Si納米線核上具有3微米間隔 并且在溝道中間的BaTi03殼的頂部上具有800 nm寬的頂柵極)。插圖中 的定標(biāo)條為2微米。在不同柵極電壓(Kgs)下，由總直徑為約60 nm (25 nm Si核，2.5 nm Zr02殼和15 nm BaTi03殼)的核-殼納米線獲得的電流 (Isd)對(duì)源極-漏極電壓(Fsd)數(shù)據(jù)的輸運(yùn)結(jié)果(圖14A)顯示^^模式 p-FET期望的行為。圖14A圖解說明60 nm核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管 在不同的頂^fr極電壓(從底部到頂部-4V至+6V， 2V間隔)下的示例 性特征。源極-柵極電導(dǎo)率對(duì)柵極電壓-1.5 V偏壓的進(jìn)一步測量表明在柵極掃 掠中的滯后回線(圖14B)。在滯后回線中，在OV柵極電壓附近)見察到 兩個(gè)雙穩(wěn)態(tài) 一個(gè)在較高電導(dǎo)率的"開"狀態(tài)， 一個(gè)在較低電導(dǎo)率的"關(guān)"狀 態(tài)。從"開"到"關(guān)"的轉(zhuǎn)叛&生在+5V,而相反過程發(fā)生在-3V。
為了顯示滯后回線的源自鐵電BaTi03中極化轉(zhuǎn)換，在沒有頂柵極 的FET器件上進(jìn)行靜電力顯微鏡(EFM)測量(圖14C )。在圖14C中， 在沒有頂柵極的FET器件上進(jìn)行的EFM測量表明通過對(duì)導(dǎo)電AFM尖端 施加?xùn)艠O電壓而在BaTi03殼上產(chǎn)生鐵電極化，其存在直到施加足以"翻 轉(zhuǎn)，，極化方向的足夠大的相反柵極電壓為止。定標(biāo)條為2微米。在EFM測量中，使用導(dǎo)電AFM尖端(涂覆Pt/Ir的Si)作為局部 柵極，來代妙屬頂柵極。將器件接地，并在尖端電壓(tip voltage)下 掃描，以5V間隔從-25V至+25V然后回到-25V寫入極化。在寫入過程 中，尖端保持在拓樸特征(topological feature)上方6 nm的恒定高度。對(duì)于極化狀態(tài)的EFM成像，也將器件接地，并將尖端保持在+2 v以;Mt拓樸特征上方30 nm的恒定高度。BaTi03殼和尖端之間的靜電相互作用 通過尖端懸臂的共振頻率的變化來感知。在每一數(shù)據(jù)點(diǎn)處寫入之后，對(duì)該 器件施加-lV的偏壓，以監(jiān)控電導(dǎo)變化。這些結(jié)果通常表明，通過對(duì)導(dǎo)電原子力顯微鏡(AFM)尖端施加?xùn)?極電壓，在BaTi03殼內(nèi)局部產(chǎn)生鐵電極化，其保持直到施加使極化方向 翻轉(zhuǎn)的足夠大的相反柵極電壓。在這些實(shí)驗(yàn)中，由于正柵極電壓用來斷開 在大電導(dǎo)下為"開"狀態(tài)的p型FET器件，對(duì)應(yīng)于以0 V柵極電壓下^T極 掃描的雙穩(wěn)態(tài)的兩種扭/化狀態(tài)對(duì)于具有高電導(dǎo)的"開，，狀態(tài)(圖14C中的上 部插圖)任意地指定為"0"，而對(duì)于低電導(dǎo)的"關(guān)"狀態(tài)(圖14C下部插圖) 指定為"1"。 一旦通過由正柵極電壓產(chǎn)生的鐵電極化而"斷開"時(shí)，.核-殼納 米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET能夠保持"關(guān)"狀態(tài)幾周且不明顯退化(下部點(diǎn))，甚 至在移除外部正柵極電壓之后也是如此(圖14D)，由此說明器件具有非 易失性。類似地，在幾周內(nèi)對(duì)FET器件的電導(dǎo)變化的監(jiān)控表明"開"狀態(tài) 的電導(dǎo)沒有明顯下降(上部點(diǎn))。了核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET器件的開關(guān)iUL和耐久性(圖 14E)。這些特征可能對(duì)于確定在集成非易失性存儲(chǔ)陣列中這種納米線結(jié) 構(gòu)的可行性有用。為了測量FET器件的開關(guān)iUL和耐久性，將Agilent 33220A函數(shù)和任意波形發(fā)生器連接至頂柵極，其給出100 ns的操作脈沖 寬度和+7 V和-7 V的振幅(單獨(dú)測量時(shí)在高頻處實(shí)際輸出+5V和-5V)， 作為具有150微秒間隔的交替方式的寫入和擦除脈沖。同時(shí)通過電流放大 器監(jiān)控FET器件的電導(dǎo)，電5lUt大器給出15微秒的固有儀器響應(yīng)，甚至 當(dāng)所有濾波器被斷開時(shí)也是如此。對(duì)于耐久性測量，以-lV固定偏壓，使
用脈沖對(duì)FET器件連續(xù)轉(zhuǎn)換"開"和"關(guān)"l小時(shí)，這給出至少107周期的耐 久性?；谏厦嬗懻摰漠愘|(zhì)結(jié)構(gòu)的FET器件表明，使用由波形函數(shù)發(fā)生器 產(chǎn)生的脈沖(圖14E中的插圖)，鐵電極化的寫X/擦除iUL為至少100 ns， 其能夠使FET進(jìn)行"開"或"關(guān)，，轉(zhuǎn)換。也觀察到50 ns的更快的開關(guān)速度。甚至在107周期的寫入和擦除之后，也能夠保持開關(guān)行為而沒有明 顯的疲勞退化(圖14E)。在器件中觀察到的快速開關(guān)速度以及長的耐久 性與平面鐵電隨MM儲(chǔ)器件相當(dāng)，并且優(yōu)于許多市售的快閃存儲(chǔ)器， 所述市售快閃存儲(chǔ)器通常表現(xiàn)出微秒時(shí)間量級(jí)的開關(guān)速度和105周期的耐 久性。據(jù)認(rèn)為，電導(dǎo)開關(guān)數(shù)據(jù)的噪聲水平(圖14E)主要由以下事實(shí)引起 在電流放大器中斷開所有噪聲濾波器以實(shí)現(xiàn)最快的儀器響應(yīng)，這樣讀m 度的儀器極限設(shè)定為15微秒。事實(shí)上，甚至更高的讀m^也是可能的。 鐵電氧化物的固有開關(guān)il^被認(rèn)為是在皮秒時(shí)間凡變，并且此處觀察到的 寫"擦除/讀^JL僅受測量電路的RC延遲限制，而與器件本身無關(guān)。這更詳細(xì)地示于圖15中。在該圖中，發(fā)現(xiàn)測量電路的電流放大器設(shè) 定讀^JL的響應(yīng)極限為15微秒。圖15A是由函IOC生器產(chǎn)生的方波(上 部的線)和在測量電路中通過電流放大器(下面的線)讀取的信號(hào)之間的 比較，顯示15微秒的延遲。圖15B表明，核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的FET 存儲(chǔ)器件的開關(guān)i^測量表現(xiàn)為在施加寫入/擦除脈沖后在讀取響應(yīng)上具 有相同的15微秒延遲；因此，讀^Ul度受儀器響應(yīng)P艮制，而不是受核-殼 納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET存儲(chǔ)器件的響應(yīng)限制。圖14F和圖14G示出100 ns的操作脈沖寬度和+7 V和-7 V (單獨(dú) 測量時(shí)在高頻下實(shí)際輸出+5V和-5V)的振幅，該脈沖施加至頂^fr極并用 作具有150微秒間隔的交替方式的寫入和擦除脈沖，以對(duì)FET存儲(chǔ)器件 進(jìn)行"關(guān)"和"開"轉(zhuǎn)換。該器件可利用-1 V的固定源極-漏極偏壓連續(xù)進(jìn)行 "開，，和"關(guān)"轉(zhuǎn)換l小時(shí)而沒有明顯疲勞，顯示至少107周期的耐久性(圖 14E)。實(shí)施例4在該實(shí)施例中，對(duì)于基于鐵電氧化物的FET型存儲(chǔ)器件，分析鐵電 氧化物的臨界厚度和最小柵極寬JL/節(jié)距。為了解決第一個(gè)問題，制造具有 較薄BaTi03殼的核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)。輸運(yùn)測量(數(shù)據(jù)未示出)表明， 當(dāng)將BaTi03殼的厚度減少至10 nm時(shí)，在鐵電氧化物-金屬柵極界面處由偶極子導(dǎo)致的預(yù)期的去極化靜電場顯著降低氧化物的鐵電性能。然而，這 可以利用應(yīng)變的鉀鈥礦氧化物超晶格結(jié)構(gòu)來克服，其可以將臨界厚度減小 至單個(gè)單元晶胞水平。制造一系列具有從500 nm至20 nm的不同柵極寬度的器件(圖16)。 制造具有以下不同柵極寬度的器件圖16A, 500nm;圖16B, 200nm; 圖16C， 50 nm;以及圖16D, 20nm。圖16A和圖16B的定標(biāo)條為500 nm， 而圖16C和圖16D的定標(biāo)條為250nm。來自這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)a明，甚至 20 nm寬的金屬柵極也保持開關(guān)行為(圖16D)。隨著柵極寬度減小，開 關(guān)比增加最高達(dá)8個(gè)數(shù)量級(jí)(圖16E中的左面箭頭)，il^現(xiàn)為從柵極到 溝道的更小漏電流的結(jié)果(圖16E中右面箭頭)。發(fā)現(xiàn)寫A/擦除電壓范 圍(-3V ~ +5V)與這些器件相似，暗示所有這些開關(guān)行為都是由于BaTi03 殼的鐵電極化所致。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)^￡4明，在柵極A上利用+8V正柵極 電壓(中間的線)的寫入;feL化斷開FET器件(下部的線)，其不通it^fe 加于柵極B的-9V擦除電壓(上部的線)回到"開"，暗示在兩個(gè)相鄰柵極 之間基本上沒有串?dāng)_。由于在具有100 nm節(jié)距的兩個(gè)相鄰50 nm寬的金 屬柵極下方的兩個(gè)疇之間沒有串?dāng)_(圖16F),由此證明可以獲得至少15G 字節(jié)/cm2的集成密度。圖16F中的插圖是具有100 nm節(jié)距的兩個(gè)相鄰50 nm寬的金屬柵極(A和B)的FET器件的SEM圖像。實(shí)施例5上面的實(shí)施例指出在納米線的小區(qū)域中的不同疇上可以存在不同的 鐵電極化而沒有串?dāng)_，并且它們的極化狀態(tài)仍然可以單獨(dú)區(qū)分。在該實(shí)施 例中制造具有這些特征的器件(圖17)。具體地，制M越一個(gè)FET器件的多個(gè)柵極(圖17A)以使每個(gè)晶 體管存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)位，其在每個(gè)晶體管僅可以存儲(chǔ)一位的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上擴(kuò) 展。圖17A中的插圖示出具有多個(gè)柵極的FET存儲(chǔ)器件的SEM。插圖中 的定標(biāo)條為2微米。總之，這些結(jié)M明，可以利用施加在金屬柵極上的 正柵極電壓隨機(jī)寫入不同的極化組合；例如，在FET的所有三個(gè)柵極上 施加+8V (圖17A)將在柵極下方的單獨(dú)BaTi03疇中寫入極化，這將斷開 器件并允許存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)位("111")(圖17B，線ABC)。為了讀取數(shù) 據(jù)，對(duì)所有三個(gè)柵級(jí)施加小的負(fù)柵極電壓(通常為-lV)，該電壓對(duì)于屏 蔽由鐵電極化所引起的部分電場和電導(dǎo)增大而言足夠大，但是對(duì)于反轉(zhuǎn)鐵 電極化方向而言足夠小。這樣，可以觀察從"關(guān)，，狀態(tài)的最大電導(dǎo)增加(圖17B，線ABC)，但是沒有具有失配的其它組合(圖17B，線A、 B、 C、 AB、 BC和AC)。在讀取之后，器件的電導(dǎo)減回至原始"關(guān)"狀態(tài)，表明 讀取過程幾乎不干擾鐵電氧化物的極化。使用類似的方法，也可以將其它組合，例如OOl、 110等存儲(chǔ)至存儲(chǔ) 陣列，并且正確地將它們讀出。進(jìn)一步計(jì)算(未示出)表明，每個(gè)晶體管 的可識(shí)別數(shù)據(jù)位的數(shù)目可以通it完全正確讀出和一個(gè)失配之間的讀出 電導(dǎo)的量級(jí)差來確定，這可以通過進(jìn)一步使FET性能最優(yōu)化來延伸。而 且，這種具有多個(gè)柵極的FET器件可以被認(rèn)為是具有多個(gè)輸入的非易失 性NOR邏輯電路，其中任何輸入(由正柵極電壓產(chǎn)生的極化，認(rèn)為是"l") 將斷開導(dǎo)電溝道，并導(dǎo)致輸出(源極電壓)降低("0")。另外，通過制造與多個(gè)良好對(duì)齊的納米線交叉的多個(gè)柵極，制備幾 個(gè)器件，以將這些核-殼納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)集成在大量存儲(chǔ)陣列和NOR邏 輯器件陣列中。然而，在寫入程序過程中，施加在一個(gè)^fr極上的正電場可 以將極化寫入到與柵極交叉的所有納米線內(nèi)。為了確保這些交叉點(diǎn)可單獨(dú) 編址，在寫入過程中施加補(bǔ)償電壓。施加在納米線和柵極上的##電壓的 功能是為了產(chǎn)生相對(duì)小的跨越鐵電氧化物的電壓降，以避免對(duì)其它交叉點(diǎn) 處可能存在的極化的任何額外的寫入或干擾。例如，由與六個(gè)柵極(A、 B、 C、 D、 E、 F)交叉的4根納米線(Wp W2、 W3、 W4)(圖17C左面的插圖)構(gòu)成的存儲(chǔ)器陣列(圖17C的右側(cè) 插圖)中，向柵極B施加+8V柵極電壓并且使納米線Wi接地，這可以在 納米線和柵極B之間的交叉點(diǎn)處寫入極化，這將斷開器件中的納米線 W"如圖17C所示，其是由四根垂直對(duì)齊的納米線與六個(gè)交叉金屬^ilf極 構(gòu)成的具有NOR邏輯的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列原型的SEM圖像。定標(biāo)條為 200 nm。對(duì)于NOR邏輯測量，使用施加在金屬柵極上的電壓作為輸入。 Vw是IV的恒定偏壓。將1兆歐姆(Mft)電阻器串聯(lián)連接在FET源極和 地線之間?？缭诫娮杵鞯碾妷航禐槭禽敵?。圖17C中的左側(cè)插圖是示出所述陣列的設(shè)計(jì)顯示納米線和金屬電極 上的寫入和補(bǔ)償電壓的策略可以用于對(duì)在納米線Wi和柵極B之間交叉點(diǎn) 進(jìn)行編址而不在柵極B和納米線W2、 W3、 W4之間的交叉點(diǎn)處寫入額外 極化。在寫入之后，器件中的納米線Wi被斷開(即，電導(dǎo)減小)。然而， 應(yīng)該在納米線W2、 W3、 W4上施加+6V電壓而在柵極A、 C、 D、 E、 F 上施加+3V電壓，以避免在柵極B和納米線W2、 W3、 W4之間的交叉點(diǎn)
處寫入額外極化。柵極A、 C、 D、 E和F (+3V)和納米線\￥2、 W3、 W4 (+6V)之間的-3V電勢(shì)差沒有顯示擦去在它們交叉點(diǎn)處可能存在的極化。在納米線W3和柵極E之間的交叉點(diǎn)的隨后寫入(圖17D插圖中的 紅點(diǎn))而不在柵極E和納米線Wp W2、 W4之間的交叉點(diǎn)處寫入額外極 化以及避免干擾納米線和柵極B之間的交叉點(diǎn)處存在的極化的過程中 也采用類似的策略。在寫入之后，器件中的納米線W3被斷開(圖17D上 面的線，示出電導(dǎo)減小)，同時(shí)在器件中的納米線Wi上沒有觀察到干擾 (圖17D下面的線)。這些結(jié)M明，應(yīng)用寫入和補(bǔ)償電壓的這種策略是有效的，并且允 許對(duì)陣列中的交叉點(diǎn)單獨(dú)編址。另外的統(tǒng)計(jì)分析(圖17E)表明，在某些 情況下，用于寫入和擦除的閾值電壓可以具有窄分布，對(duì)于寫入為 4.62±0.08 V (圖17E中右面的條)，而對(duì)于擦除為-3.19士0.06 V (圖17E 中左面的條)，由此說明器件陣列的均勻性和可靠性。雖然本文已經(jīng)描述并示出了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將容易地預(yù)想到用于實(shí)現(xiàn)這些功能和/或獲得這些結(jié)果和/或本 文所描述的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)的各種類型的其它裝置和/或結(jié)構(gòu)，而每一個(gè)這 種變化和/或更改被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更一般而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員 將容易理解，本文所描述的所有M、尺寸、材料以及構(gòu)造均是指示例性 的，而實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取決于具體應(yīng)用或使用本發(fā)明教 導(dǎo)的那些應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員僅使用常規(guī)試驗(yàn)將能夠認(rèn)知或能夠識(shí)別本 文所描述的本發(fā)明的特定實(shí)施方案的多種等同方案。因此，應(yīng)該理解前述 實(shí)施方案僅以實(shí)施例方式提出，除非明確描述和要求外，可以在所附權(quán)利 要求書和其等價(jià)物的范圍內(nèi)實(shí)踐本發(fā)明。本發(fā)明涉及本文所描述的各單獨(dú) 的特征、系統(tǒng)、制品、材料、套件(kit)和/或方法。此外，如果該特征、 系統(tǒng)、制品、材料、套件、和/或方法是相互一致的話，則兩個(gè)或多個(gè)這樣 的特征、系統(tǒng)、制品、材料、套件、和/或方法的任意組合被包括在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。如本文所定義和所用的所有定義應(yīng)該被理解為優(yōu)先于字典定義、以 引用方式并入文獻(xiàn)中的定義、和/或已定義術(shù)語的普通含義。如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的不定冠詞"a"和"an",除非 有明確相反的指示以外，應(yīng)該理解為指"至少一個(gè)"。
如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的短語"和/或"應(yīng)該理解為 指如下結(jié)合的"兩者之一或兩者"的要素，即在某些情況下這些要素結(jié)合性 地存在，而在其它情況下分離性地存在。用"和/或，，列出的多個(gè)要素應(yīng)該以 相同方式解釋，即如此結(jié)合的"一個(gè)或多個(gè)"要素。除了通過"和/或，，從句明 確確定的要素外，其它元件可以任選地存在，不論是否與這些明確確定的 要素相關(guān)或不相關(guān)。因此，作為非限制性實(shí)例，當(dāng)與開放式表述例如"包括，，一起使用時(shí)，"A和/或B，，的含義在一個(gè)實(shí)施方案中可以指僅A (任選 包括除了 B之外的要素)；在另一實(shí)施方案中，指僅B (任選包括除了 A 之外的要素)；在又一實(shí)施方案中，既指A又指B (任選包括其它要素) 等。如在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，"或"應(yīng)該理解為與如上所述 的"和/或"具有相同的含義。例如，當(dāng)在列舉中分開條款時(shí)，"或"或"和/ 或"應(yīng)被解釋為是包括在內(nèi)的，即包括至少一個(gè)，而且包括多于一個(gè)的多 個(gè)要素，并且任選包括額外未列出的條款。與此相反只有清楚指明的術(shù)語， 例如"僅一個(gè)"或"正好一個(gè)"，或當(dāng)在權(quán)利要求書中使用"由...組成"時(shí)，指包括多個(gè)要素中的正好一個(gè)要素。通常，當(dāng)如本文所使用的術(shù)語"或"前有 排他性的先^I例如"兩者之一，，、"一個(gè)"、"僅一個(gè)"、或"正好一個(gè)"時(shí)， 術(shù)語"或，，應(yīng)僅僅解釋為是指排他性的選擇(即"一個(gè)或另一個(gè)而非二者)。 當(dāng)在權(quán)利要求書中使用時(shí)"基本由...組成"應(yīng)具有如在專利法領(lǐng)域所使用 的糾含義。如本文在說明書和權(quán)利要求書中所使用的，關(guān)于一個(gè)或多個(gè)要素列 舉的短語"至少一個(gè)"應(yīng)該理解為指選自列舉要素中的任意一個(gè)或多個(gè)要 素中的至少一個(gè)要素，但不必包括列M素中具體列出的每一和全部要素 中的至少一個(gè)，并且不排除列舉要素中的任意要素組合。該定義也允許除 了在短語"至少一個(gè)"所指的列#素中具體列出的那些要素外的要素可 以任選存在，不論是否與明確列出的那些要素相關(guān)還是不相關(guān)。因此，作 為非限制性的實(shí)例，在一個(gè)實(shí)施方案中，"A和B中的至少一個(gè)"(或，等 價(jià)的"A或B中的至少一個(gè)，，，或等價(jià)的"A和/或B中的至少一個(gè)")可以 指至少一個(gè)A，任選包括多于一個(gè)A，不存在B (以及任選包括除了 B之 外的要素)；在另一實(shí)施方案中，指至少一個(gè)B，任選包括多于一個(gè)B, 不存在A(以及任選包括除了 A之外的要素)；在又一實(shí)施方案，指至少 一個(gè)A，任選包括多于一個(gè)A，以及至少一個(gè)B，任選包括多于一個(gè)B(以 及任選包括其它要素)等。
還應(yīng)該理解，除非清楚指出與此相反，在本文要求的包括多于一個(gè) 的步驟或過程的任意方法中，該方法的步驟或過程的順序不必限于所列舉 的方法的步驟或過程的順序。在權(quán)利要求書中，以及在上述說明書中，所有連接詞例如"包含"、 "包括"、"帶有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"容納"、"組 合有"等理解為是開放式的，即指包括但不限于。僅連接詞"由…組成" 和"基本由…組成"分別是封閉式或半封閉式的連接詞，如在美國專利局專利審查程序手冊(cè)2111. 03節(jié)中所提出的。
權(quán)利要求
1. 一種電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，包括 第一電極；第二電極；限定所述第一電極和所述第二電極之間的電通路的半導(dǎo)體材料； 最接近所述半導(dǎo)體材料、可在至少第 一極化狀態(tài)和第二極化狀態(tài)之間轉(zhuǎn) 換的材料，其中，所述半導(dǎo)體材料可在分別響應(yīng)鐵電氧化物材料的所述笫 一或第二 極化狀態(tài)的第一導(dǎo)電態(tài)和第二導(dǎo)電態(tài)之間轉(zhuǎn)換，在所述第一和第二電扭《之 間分別換:供選自第一電導(dǎo)率和為所述第一電導(dǎo)率至少1000倍的第二電導(dǎo) 率中的電導(dǎo)率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述最接近所述半導(dǎo)體材料 的材料包括鐵電氧化物材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括第IV 族半導(dǎo)體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l 半導(dǎo)體。
5. #^權(quán)利要求1
6. 根據(jù)權(quán)利要求l 族-第V族半導(dǎo)體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l 摻雜劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l 摻雜劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l Ba'
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 鈦酸鋇。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 Zr。的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括元素的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括Si。 的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括第III的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括p型的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括n型的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 鈥鋯酸鉛。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 Sr。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 鉭酸鍶鉍。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約1微米的至少一個(gè)部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約500納米的至少一個(gè)部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約200納米的至少一個(gè)部分。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約100納米的至少一個(gè)部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約50納米的至少一個(gè)部分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約30納米的至少一個(gè)部分。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料包括最小 寬度小于約10納米的至少一個(gè)部分。
22. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約1微米的至少一個(gè)部分。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約500納米的至少一個(gè)部分。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約200納米的至少一個(gè)部分。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件,其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約100納米的至少一個(gè)部分.
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約50納米的至少一個(gè)部分。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約30納米的至少一個(gè)部分。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料包括 最小寬度小于約10納米的至少一個(gè)部分。
29. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電氧化物材料至少 包圍所述半導(dǎo)體材料的至少 一部分。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體材料限定核， 并且所述鐵電氧化物材料限定至少部分包圍所述核的第 一 殼。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第一殼共心地包圍所 述核。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述納米尺度線部分包括 所述核，并且所述第一殼是圓柱形的。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述部分納米尺度線包括 所述核，并且所述第一殼是有多個(gè)面的。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述納米尺度線還包括包 圍所述核的至少一部分的第二殼。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件,其中所述第二殼位于所述第一 殼和所述核之間。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括金屬氧化 物。
37. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼具有至少約 15的介電常數(shù)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼具有至少約 20的介電常數(shù)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼具有至少約 25的介電常數(shù)。
40. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括Zr。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括Zr02。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括ZrSi04。
43. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括Hf。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括Hf02。
45. 根據(jù)權(quán)利要求43的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括HfSi04。
46. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二殼包括人1203。
47. 根據(jù)權(quán)利要求34的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，還包括包圍所述核的至少一部 分的第三殼。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第三殼位于所述第一 殼和所述第二殼之間。
49. 根據(jù)權(quán)利要求47的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第三殼包括金屬。
50. 根據(jù)權(quán)利要求47的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第三殼包括貴金屬。
51. 根據(jù)權(quán)利要求47的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第三殼包括Pt。
52. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二電導(dǎo)率是所述第 一電導(dǎo)率的至少10000倍。
53. 根據(jù)權(quán)利要求l的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件，其中所述第二電導(dǎo)率是所述第 一電導(dǎo)率的至少100000倍。
54. —種制品，包括納米尺度線，其包括核和至少部分包圍所述核的殼，其中所述核是半 導(dǎo)電或?qū)щ姷?，并且所述殼包M電氧化物材料。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述核是半導(dǎo)電的。
56. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述核包括Si。
57. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述鐵電氧化物材料包括Ba。
58. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述鐵電氧化物材料包括鈥酸鋇。
59. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述納米凡變線包括最小寬度為小于約 l微米的至少一個(gè)部分。
60. 根據(jù)權(quán)利要求54的制品，其中所述納米尺度線還包括包圍所述核的至 少一部分的第二殼。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60的制品，其中所述第二殼位于所述殼和所述核之間。
62. 根據(jù)權(quán)利要求60的制品，其中所述第二殼包括金屬氧化物。
63. 根據(jù)權(quán)利要求60的制品，其中所述第二殼具有至少約15的介電常數(shù)。
64. 根據(jù)權(quán)利要求60的制品，其中所述第二殼包括Zr。
65. 根據(jù)權(quán)利要求64的制品，其中所述第二殼包括Zr02。
66. 根據(jù)權(quán)利要求60的制品，還包括包圍所述核的至少一部分的第三殼。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66的制品，其中所述第三殼位于所述殼和所述第二殼之 間。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66的制品，其中所述第三殼包括金屬。
69. 根據(jù)權(quán)利要求66的制品，其中所述第三殼包括貴金屬。
70. 根據(jù)權(quán)利要求66的制品，其中所述第三殼包括Pt。
全文摘要
本發(fā)明一般性涉及納米技術(shù)和可以用于電路的亞微米電子器件，并且在某些情況下，涉及能夠編碼數(shù)據(jù)的納米尺度線和其它納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種具有電可極化的區(qū)域的納米尺度線或其它納米結(jié)構(gòu)，例如，納米尺度線可以包括核和電可極化殼。在某些情況下，電可極化區(qū)域在沒有外電場情況下能夠保持其極化狀態(tài)。電可極化區(qū)域的全部或僅一部分可以被極化，以例如編碼一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)位。在一組實(shí)施方案中，電可極化區(qū)域包括功能氧化物或鐵電氧化物材料，例如，BaTiO₃、鈦鋯酸鉛等。在某些實(shí)施方案中，納米尺度線(或其它納米結(jié)構(gòu))還可以包括其它材料，例如，使納米尺度線的電可極化區(qū)域與其它區(qū)域隔離的隔離區(qū)域。例如，在納米尺度線內(nèi)，一個(gè)或多個(gè)中間殼可以使所述核與電可極化殼隔離。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101124638SQ200580046292
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者越 吳, 查爾斯·M·利伯, 昊 閆 申請(qǐng)人:哈佛大學(xué)