專利名稱：信息存儲(chǔ)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息存儲(chǔ)元件及其制造方法。
技術(shù)背景在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，普通的易失性存儲(chǔ)器件(諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件(DRAM))和非易失性存儲(chǔ)器件(諸如快速存儲(chǔ)器 件，例如浮置柵極存儲(chǔ)器件或電荷俘獲型存儲(chǔ)器件的)被用來儲(chǔ)存 信息。由于諸如多々某體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)男聭?yīng)用，例如視頻數(shù)據(jù)或音 頻數(shù)據(jù)在移動(dòng)器件上的存儲(chǔ)，因而出現(xiàn)了對(duì)不斷增加的存儲(chǔ)容量的 需求。但是，普通的存儲(chǔ)技術(shù)相對(duì)于其規(guī)模和制造成本而言將達(dá)到某 一極限。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息存儲(chǔ) 元件包括碳存儲(chǔ)材料，該碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面體鍵 合碳，信息通過六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變比例而形成。
頁本發(fā)明的實(shí)施例清楚地實(shí)現(xiàn)了具有改進(jìn)的可擴(kuò)展性的信息存 儲(chǔ)元件。當(dāng)結(jié)合考慮下面的附圖和詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特 征將得以更好地理解。


為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，參照以下結(jié)合附圖的描述對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信息存儲(chǔ)器件；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中信息存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)矩陣；圖3示出了才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的l-二極管-l-電阻式(resistive ) 存儲(chǔ)(記憶)元件的電路圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面；圖7A至圖7F示出了在制造信息存儲(chǔ)元件底部接觸的不同時(shí)刻 期間信息存儲(chǔ)元件的橫截面視圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面；圖9A和圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的類金剛石碳材料(圖 9A)和非石墨質(zhì)無序石友材料的示意性阻抗-溫度特性； 明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面； 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面；以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件的橫截面。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明的實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)元件包含碳，該碳包括sp2雜 4b碳(hybridized carbon )和sp3雜4b碳，信息通過sp2雜4匕碳和sp3 雜4b^友的可變比例而形成。該比例可以可逆i也改變。該石友存儲(chǔ)材料可以基本上不包含氮和氫。而且，該碳存儲(chǔ)材料可以包括碳層或至少一個(gè)碳納米管。在碳包括碳納米管的情況下，碳納米管可以具有大約1 nm至 幾百納米的長度以及大約1 nm至幾十nm的直4圣，例如，大約1 nm 至20 nm，例如，大約1 nm至5 nm。石友納米管可以是單壁》灰納米 管或多壁碳納米管。而且，碳納米管可以摻雜有或不摻雜有摻雜原 子。應(yīng)該注意到，在石友存儲(chǔ)材料中還可以設(shè)置多個(gè)碳納米管。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)元件包括碳層結(jié)構(gòu)，該石灰 層結(jié)構(gòu)處于第一信息存儲(chǔ)時(shí)狀態(tài)具有富sp2 (sp、rich) -友鍵合結(jié)構(gòu), 并且處于第二信息存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)具有增強(qiáng)的sp3碳鍵合結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息 存儲(chǔ)元件包含具有可變的短程序(short-range order )的碳存儲(chǔ)材料，
信息以第 一短程序或第二短程序而形成，所述第二短禾呈序具有不同 于所述第 一短程序的電特性。所述短禾呈序可以可逆;也改變。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，第一短程序和第二短程序可以具 有基本相同的化學(xué)成分。 一般而言，六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳， 換句話說，spZ雜化碳和spS雜化碳，可以具有基本相同的化學(xué)成分。電特性可以是碳存儲(chǔ)材料的電阻。換句話說，碳存儲(chǔ)材料的電 阻可以是用于以非易失性方式存儲(chǔ)信息的特征。在第一狀態(tài)中，信 息存儲(chǔ)元件以下也#1稱為存^f渚元件。在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息 存儲(chǔ)元件包含碳層結(jié)構(gòu)，該碳層結(jié)構(gòu)包括具有類金剛石短程序的至 少 一個(gè)第 一碳層以及具有類石墨短程序的至少 一個(gè)第二層。在該實(shí)施例中，至少一個(gè)附加第一碳層可以具有類金剛石短考呈 序。而且，至少一個(gè)附加第二石灰層可以具有類石墨短程序。而且，可以i殳置多個(gè)交替的第一石友層和第二石友層。換句話il, 可以設(shè)置第一碳層和第二碳層的疊層，其中，第一碳層設(shè)置在第二 碳層上，另一第二碳層設(shè)置在所述第一碳層上，另一第一碳層設(shè)置 在所述另一第二碳層上，等等。石灰層結(jié)構(gòu)可以具有20 nm至120 nm范圍內(nèi)的總厚度，例如， 30 nm至80 nm范圍內(nèi)的總厚度。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，石友層結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括位于該 石灰層結(jié)構(gòu)的一個(gè)端部上的第一類石墨層。而且，該-友層結(jié)構(gòu)可以包 括位于該碳層結(jié)構(gòu)的與所述一個(gè)端部相對(duì)的另一端部上的第二類
石墨層。很顯然，該碳層結(jié)構(gòu)，例如第一碳層和第二碳層的疊層，可以在疊層的兩個(gè)端部之一上或在疊層的兩個(gè)端部上具有由類石墨材料制成的保護(hù)層。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息存儲(chǔ)元件包含碳，該碳包括sp2雜化碳簇(cluster )和sp3雜化碳簇， 信息通過sp2雜化-灰簇和sp3雜化^灰簇的可變比例而形成。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，提供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息 存儲(chǔ)元件包含碳，該碳包括spM建合碳簇和sp2/sp3鍵合碳混合簇， 信息通過spM建合碳簇和spVspS鍵合碳混合簇的可變比例而形成。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，^是供了一種信息存儲(chǔ)元件，該信息 存儲(chǔ)元件包含碳存儲(chǔ)材料，該碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面 體鍵合碳，該碳處于第一存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)具有第一量的六邊形鍵合碳 和第一量的四面體鍵合碳，并且具有第一電特性；并且處于第二存 儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)具有第二量的六邊形鍵合碳簇和第二量的四面體鍵合碳， 并且具有第二電特性，該第二電特性不同于第一電特性。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，提供了一種信息存儲(chǔ)陣列，該信息 存儲(chǔ)陣列包括多個(gè)信息存儲(chǔ)單元，每個(gè)信息存儲(chǔ)單元包括包含碳 存儲(chǔ)材料的信息存儲(chǔ)元件，該碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面 體鍵合碳，信息通過六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變比例而形 成，并且該信息存儲(chǔ)陣列還包括在信息存儲(chǔ)陣列內(nèi)單獨(dú)地選擇信息 存儲(chǔ)元件的選擇單元。一4殳而言，信息存儲(chǔ)元件可以以上述和下面的任一種方式來構(gòu)造。
信息存儲(chǔ)陣列可以進(jìn)一步包括至少一條第一控制線(通常是任 意條第一控制線)、至少一條第二控制線(通常是任意條第二控制 線)，其中，第一控制線的數(shù)量可以等于或不同于第二控制線的數(shù) 量。第一控制線還可以稱為位線(或字線)，而第二控制線還可以 稱為字線(或位線)。每個(gè)信息存儲(chǔ)單元可以設(shè)置在相應(yīng)的第一控 制線與相應(yīng)的第二控制線之間。因此，顯然地，設(shè)置有交叉點(diǎn)信息 存儲(chǔ)陣列，其中相應(yīng)的信息存儲(chǔ)單元(下面也稱為存儲(chǔ)單元)位于 相應(yīng)的第 一控制線和相應(yīng)的第二控制線的交叉點(diǎn)處。選才奪單元可以包4舌或者可以是至少一個(gè)選4奪二纟及管或至少一 個(gè)選擇晶體管。在該實(shí)施例中，選4奪單元包括或者為至少一個(gè)選沖奪二4及管，該 選擇二極管可以設(shè)置在相應(yīng)的第 一控制線與相應(yīng)的第二控制線之 間，換句話i兌，該選擇二4及管可以集成到設(shè)置在相應(yīng)的第一控制線與相應(yīng)的第二控制線之間的層疊層(layer stack)中。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了 一種制造信息存儲(chǔ)元件的方 法。提供了第一和第二電極。碳存儲(chǔ)材料包括位于第一電極與第二 電極之間的六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳，其中六邊形鍵合碳和四 面體鍵合碳的比例可變，從而改變存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)元件中的信息。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了 一種制造信息存儲(chǔ)元件的方 法。提供了包括六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的碳存儲(chǔ)材料。信息 通過六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變比例而形成。碳存儲(chǔ)材料的提供步驟可以包括沉積碳存儲(chǔ)材料。而且，碳存儲(chǔ)材料的沉積步驟可以包括利用化學(xué)氣相沉積工藝 來沉積所述^友存儲(chǔ)材料。
此外，碳存儲(chǔ)材料的沉積步驟可以包括利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣 相沉積工藝來沉積所述碳存儲(chǔ)材料。磁^f"^"矛丌外千的》積工藝來沉積所述石灰存4諸材沖牛。石友存〗諸材料的沉積步艱《可以進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明的又一 實(shí)施例，提供了 一種操作信息存儲(chǔ)元件的方 法。該信息存儲(chǔ)元件包含碳存儲(chǔ)材料，該碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵 合碳和四面體鍵合碳。信息通過六邊形鍵合碳和四面體4定合碳的可 變比例而形成。該方法包括改變六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的比 例，vMv而改變信息存^f渚元件的信息存^f諸狀態(tài)。才艮據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供了 一種具有良好可擴(kuò)展性 (以納米級(jí)大小)、低開關(guān)電壓和短開關(guān)時(shí)間的非易失性存儲(chǔ)元件。根據(jù)本發(fā)明 一個(gè)示例性實(shí)施例的電阻式非易失性存儲(chǔ)元件是 基于其電阻的變化的。這與過渡金屬氧化層中出現(xiàn)的電阻變化具有 可比性，但根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電阻的變化出現(xiàn)在非石墨質(zhì)無序 (準(zhǔn)無定形)的碳系中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)碳存儲(chǔ)材料的溫度，可以形成高度導(dǎo)電的細(xì)絲(filament)區(qū)域。換句話說，高度 導(dǎo)電的細(xì)絲區(qū)i戈是基于熱翁j丈應(yīng)(thermistor effect)而形成的，由 于不均勻的溫度分布(焦耳(Joule)加熱)，所以當(dāng)施加電壓時(shí)， 該熱銅:效應(yīng)引起長程無序碳層中的雙穩(wěn)態(tài)阻抗開關(guān)(resistance switching )。非石墨質(zhì)無序石友(NGDC)層具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在4匕學(xué)物質(zhì)處 于準(zhǔn)無定形狀態(tài)中時(shí)，4又通過改變自動(dòng)成比例的區(qū)域中spZ一建(類 石墨導(dǎo)體)的量與spM定(類金剛石絕緣體)的量的比例，而無需
改變晶體結(jié)構(gòu)(例如，從無定形狀態(tài)變?yōu)榫w，或者相反)，非石 墨質(zhì)無序石灰層的導(dǎo)電性就可以改變幾個(gè)量級(jí)。由于熱壽文歲丈應(yīng)(o"oce^)并且由于電阻-溫度特性的陵度，所 以當(dāng)足夠且適當(dāng)?shù)碾妷菏┘佑贜GDC時(shí)，NGDC可以產(chǎn)生在I-U特 性中具有負(fù)孩i分電阻和雙穩(wěn)開關(guān)的區(qū)域。當(dāng)處于"On"狀態(tài)時(shí)，富 spS鍵合結(jié)構(gòu)在短程序中為主要的。當(dāng)處于"Off，狀態(tài)時(shí)，sp^建的 量與spM建或sp2/sp3混合-美4建相比減少。例如，利用單才及開關(guān)，在一些實(shí)施例中，NGDC可以通過應(yīng)用 短且高的電流脈沖切換至"Off，狀態(tài)。在每nm厚度的NGDC的 電壓為1 V或更低的情況下，具有大約109 A/cm2電流強(qiáng)度的脈沖 作用大約5-50 ns的時(shí)間，就可足以破壞高度導(dǎo)電的細(xì)絲，從而將 NGDC有效地切換至"Off，狀態(tài)。長且低的脈沖可以用來將NGDC 切換至"On"狀態(tài)。例如，在一些實(shí)施例中，在每nm厚度的NGDC 的電壓為1 V或更低的情況下，具有大約106 A/cm2電流強(qiáng)度的脈 沖作用大約200-300 ns的時(shí)間，就可4是供用于在NGDC中形成高度 導(dǎo)電的細(xì)絲區(qū)i或的適當(dāng)熱量，乂人而將NGDC切4灸至"On"狀態(tài)。 可替換地，在一些實(shí)施例中，利用具有相反電壓^L性的脈沖的雙^L 開關(guān)可以用來在"On"狀態(tài)與"Off，狀態(tài)之間切換。至今，僅與狹窄細(xì)絲中的化學(xué)變換一起提供了過渡金屬氧化物 中的雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)開關(guān)，其中發(fā)生變換的相應(yīng)層在有限次的變換循環(huán) 之后祐 破壞。借助于實(shí)例，當(dāng)4吏用NiOk層作為存儲(chǔ)材沖牛時(shí)，實(shí)現(xiàn) 了 106次寫循環(huán)和1012次讀循環(huán)，^f旦是在層內(nèi)難以調(diào)整成最佳的缺: 氧狀態(tài)，并且與氧化和還原效果相比難以保持缺氧恒定。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是基于NGDC中的存儲(chǔ)器概念，且進(jìn)一步 基于無定形碳(類金剛石碳，DLC)與石墨的結(jié)合，其中無定形碳
和石墨主要相對(duì)于鍵合比例而彼此不同，換句話"i兌是相對(duì)于spS雜 化簇和/或spVspS雜化混合簇與純spS雜化簇相比的量而彼此不同， 而不是相對(duì)于化學(xué)成分而彼此不同，從而能夠進(jìn)行基本上更多次數(shù) 的開關(guān)循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的非石墨質(zhì)無序碳層/石墨層交替層布 置具有的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)在可以在寬范圍內(nèi)改變包含NGDC層的才才泮牛 系統(tǒng)的電阻，并進(jìn)而改變該材料系統(tǒng)的導(dǎo)電性和溫度依存性。本文 中，應(yīng)該注意到，僅通過在原子級(jí)別(原子標(biāo)度)上設(shè)定spM建和 sp^建的比例，而無需改變化學(xué)成分，就可以調(diào)節(jié)電阻，并進(jìn)而調(diào)節(jié) 導(dǎo)電性和溫度依存性。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的信息存儲(chǔ)器件100。信 息存儲(chǔ)器件100尤其包括讀/寫電路101和存儲(chǔ)矩陣102，該存儲(chǔ)矩 陣也稱為存儲(chǔ)陣列，包括多個(gè)存儲(chǔ)單元201 (見圖2),這些存儲(chǔ)單 元布置在存儲(chǔ)矩陣102的多個(gè)行與列中。讀/寫電路101被構(gòu)造成用 于控制存儲(chǔ)單元201中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的讀取，并用于控制將數(shù)據(jù)寫 入到存儲(chǔ)單元201中。該信息存儲(chǔ)器件IOO進(jìn)一步包括用于有用數(shù) 據(jù)傳輸和用于控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐獠拷涌?(未示出)。讀/寫電路101 與存儲(chǔ)矩陣102連接，并隨后借助于連接線103 (例如，借助于位 線202和字線203)與多個(gè)存儲(chǔ)單元201連接。應(yīng)該4是及的是，在 可替換的實(shí)施例中，提供了存儲(chǔ)單元201在存儲(chǔ)矩陣102內(nèi)的其它 布置方式，例如，存^f諸單元201可以以三角形形式或4壬4可其它適當(dāng) 的布置方式來布置。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，存儲(chǔ)單元201布置在相應(yīng)的位線 202與相應(yīng)的字線203之間。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施 例，存儲(chǔ)單元201布置或集成在存儲(chǔ)矩陣102內(nèi)的交叉點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu) 中，但是也可以根據(jù)需要提供其它的結(jié)構(gòu)。
在交叉點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中，可以設(shè)置 一個(gè)晶體管 一個(gè)電阻器結(jié)構(gòu)(1T1R)，其中對(duì)于存儲(chǔ)陣列102內(nèi)的每個(gè)電阻式存儲(chǔ)單元201均提供一個(gè)選擇晶體管。在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，可以在交叉點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)中設(shè)置一 個(gè)二才及管一個(gè)電阻器結(jié)構(gòu)(1D1R)，如圖3所示。1D1R結(jié)構(gòu)具有 的優(yōu)點(diǎn)在于，在存儲(chǔ)陣列102內(nèi)能夠提供更高的存儲(chǔ)單元密度，這 將在下面更詳細(xì)地描述。如圖3所示，相應(yīng)的存^f諸單元201與至少 一個(gè)二極管301 —起布置在一條位線202與一條字線203之間。而且，每條位線202中均設(shè)置有一個(gè)第一選擇晶體管302，以 z使單獨(dú)地選擇所需的位線202，并且每條字線203中均i殳置有一個(gè) 第二選擇晶體管303，以便單獨(dú)地選擇所需的字線203。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的作為存儲(chǔ)單元201的信息存儲(chǔ) 元件400的4黃截面。信息存儲(chǔ)元件400形成在例如由硅制成的基板401上。如將在 下面更詳細(xì)描述的，底部接觸402 (例如由鎢(W )或硅化鎢(WSi) 制成，通常由諸如氮化鈦(TiN)或鈦化鎢(WTi)的任何適當(dāng)?shù)慕?屬制成)沉積在石圭基纟反401上。而且，在底部4妄觸402的上表面上， 設(shè)置有由非石墨質(zhì)無序碳制成的混合碳層403，該混合碳層的制造 將在下面更詳細(xì)地描迷。接著，頂部接觸404 (例如由鴒(W)或 硅化鴒(WSi)制成，通常由諸如氮化鈦(TiN)或鈦化鎢(WTi) 的任何適當(dāng)?shù)慕饘僦瞥?沉積在混合碳層403上。底部接觸402可 以連接于相應(yīng)的字線203,而頂部接觸404可以連接于相應(yīng)的位線 202。在所描述的所有示例性實(shí)施例中，位線202以及字線203都 可以由銅(Cu)或鋁(Al)制成。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的作為存儲(chǔ)單元201的信息 存儲(chǔ)元件500的^黃截面。信息存儲(chǔ)元件500形成在例如由硅制成的基板501上。如將在 下面更詳細(xì)描述的，字線203i殳置在基才反501上。而且，例如由二 氧化硅或氮化硅或任何其它適當(dāng)?shù)慕殡姴牧?例如低k介電材料) 制成的金屬間介電層502應(yīng)用在所構(gòu)造的字線203和基板501的上 表面上。過孔(孔)被蝕刻穿過金屬間介電層502,使得相應(yīng)字線 203的至少一部分通過該過孔而露出。接著， 一個(gè)或多個(gè)石灰納米管 503 (單壁或多壁)在露出的字線203的上表面上于這些過孔中生 長，可選地，在種子層(例如由鎳鐵(NiFe)制成)上生長，所述 種子層在碳納米管503生長之前就已沉積于露出的字線203的上表 面上。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，碳納米管503具有大約20 nm 至大約120 nm的長度，例如大約30 nm至大約80 nm的長度，例 如大約40 nm的長度。在石友納米管503的生長已完成之后，位線202沉積在過孔中并 連接于碳納米管503。在位線202的頂部上，沉積有由二氧化娃制 成的4屯化層504。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的作為存儲(chǔ)單元201的信息 存4諸元件600的4黃截面。信息存儲(chǔ)元件600具有由鎢或任何上述可替換材料制成的底部 接觸601、以及包括多個(gè)交替布置的第一 NGDC層602和第二 NGDC層603的非石墨質(zhì)無序^友(NGDC)層結(jié)構(gòu)604。所述多個(gè) 第一 NGDC層602的每個(gè)第一 NGDC層602均以第 一短禾呈序形成， 該第 一短程序具有sp2雜化碳與sp3雜化碳的第 一比例并且具有大約 104 Qcm的導(dǎo)電率p。所述多個(gè)第二 NGDC層603的每個(gè)第二 NGDC層603均以第二短程序形成，該第二短程序具有spZ雜化石灰
與spS雜化碳的第二比例，其中spS雜化碳的份額提高。換句話說， 第二 NGDC層603具有富sp3碳，并且顯然包括類金剛石碳(DLC )。 NGDC層結(jié)構(gòu)604可以分別具有任意數(shù)量的第一 NGDC層602和 介于第一 NGDC層602之間的第二 NGDC層603。在本發(fā)明的示 例性實(shí)施例中，NGDC層結(jié)構(gòu)604具有大約20 nm至大約120 nm 的總厚度，例如大約30 nm至大約80 nm的總厚度，例如大約40 nm 的總厚度。此外，由鎢或任何上述可替換材料制成的頂部接觸605 設(shè)置在NGDC層結(jié)構(gòu)604的上表面上，在圖6中，該頂部接觸設(shè)置 在最上部的第二NGDC層603的上表面上。圖7A至圖7F示出了在制造信息存儲(chǔ)元件的所構(gòu)造的底部接觸 (也稱為底部電極)的不同時(shí)刻期間信息存儲(chǔ)元件的橫截面視圖。如圖7A所示，該工藝始于已預(yù)清潔的硅晶片701。根據(jù)本發(fā) 明的這些示例性實(shí)施例，制造硅電極結(jié)構(gòu)的工藝基于互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)來執(zhí)行，該技術(shù)提供了在一些應(yīng)用場合中 需要的足夠的接觸線。將硅晶片701的上表面氧化(未示出)，并 將氮化硅層702沉積在娃晶片701的已氧化表面上。接著，將附力口 的二氧化硅層703沉積在氮化石圭層702的上表面上。4妻著，如圖7B所示，利用金屬化平面O光刻工藝來蝕刻孔704, 該蝕刻終止于氮化石圭層702的上表面上，在這種情況下該氮化石圭層 用作蝕刻終止層。在接下來的步驟中，將鎢沉積在露出區(qū)域上，即沉積在附加的 二氧化石圭層703的上表面上以及在前述步驟中所形成的孔的側(cè)壁和 底部上。然后借助于化學(xué)沖幾械拋光(CMP )方法去除過量i真充的鴒， 從而形成待形成的底部電極的第一部分705 (見圖7C)。
如圖7D所示，將由二氧化硅或氮化硅制成的金屬間介電層706 例如沉積在附加的二氧化石圭層703的上表面上以及4寺形成的底部電 才及的第一部分705的露出的上表面上。*接著，如圖7E所示，借助于所謂的4妄觸孔1 (Cl)光刻和蝕 刻工藝來蝕刻4妄觸孔707。 4艮據(jù)本發(fā)明的這些示例性實(shí)施例，所形 成的4妄觸孔707作為副(次)光刻4妄觸孔而形成。為了完成用于形成信息存儲(chǔ)元件的底部電極的部分工藝，例如 利用LPCVD H氐壓化學(xué)氣相沉積)工藝對(duì)4妾觸孔707填充或過量 填充鴒，并借助于化學(xué)積4成拋光(CMP)方法去除過量填充的部分 (見圖7F )。應(yīng)該提及的是，在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)，可以使用任何其它 適當(dāng)?shù)钠胀üに噥硇纬尚畔⒋鎯?chǔ)元件的底部電極。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件800的橫截 面，其中為了清楚起見，未示出基板材料以及周圍材料(例如，所 提供的介電材料)。在使用參照圖7A至圖7F所述的工藝形成包括字線的底部電極 之后，將填充接觸孔的鎢708硅化，從而在字線上形成硅化鎢底部 接觸801,該字線例如通過上述待形成的電極的第一部分705而形 成。石圭化鴒底部4妄觸801具有大約10 nm至大約50 nm的層厚度， 例如大約20 nm至大約30 nm的層厚度。在本發(fā)明的可替換實(shí)施例 中，可以使用純鴒(W)、氮化鈦(TiN)、或鈦化鵠(WTi)來取代 硅化鵠(WSi)。通常，可以使用可與CMOS匹配(兼容，compatible) 的任何適當(dāng)材料來取代石圭化鴒(WSi )。
接著，在娃化鎢底部接觸801上形成CMOS 二極管802，其中 CMOS 二極管802具有第一二極管層803和第二二極管層804。CMOS 二極管802的第一二極管層803通過借助于LPCVD將 多晶石圭沉積在石圭化鵠底部4妄觸801的上表面上而形成。在多晶,圭的 沉積期間，使用磷摻雜原子以將摻雜梯度設(shè)定為從大于大約102G cm-3 (n+摻雜)的濃度開始的方式來提供原位摻雜(in-situ doping), 以便向硅化鵠底部接觸801的硅化鴒提供低歐姆電阻。對(duì)于向待形 成的第二二極管層804提供肖特基二極管(Schottky diode )而言， 濃度改變成大約1017 cm-3 (n-摻雜)的濃度。第一二極管層803以 大約30 nm至大約70 nm的厚度沉積，舉例來說大約50 nm的厚度。接著，形成第二二極管層804,如下面將更詳細(xì)描述的。才艮據(jù) 本發(fā)明的示例性實(shí)施例，形成由石圭化鉑(PtSi)制成的層作為第二 二極管層804。硅化鉑層在多個(gè)工序步驟中制造。首先，借助于 LPCVD將多晶硅沉積在第一二極管層803的上表面上，即沉積在 摻雜的多晶硅層803的n-側(cè)上。接著，借助于直流(dc)濺射法將 柏沉積在多晶硅層上。然后，在大約600。C的溫度下借助于快速熱 退火(RTA)對(duì)已形成的兩個(gè)層一起處理。也可以4吏用任何其它適 當(dāng)?shù)墓に噥沓练e石圭化柏或者可以用于第二二才及管層804的其它材泮牛 或材料化合物。第二二極管層804以大約20 nm至大約50 nm的厚 度沉積，舉例來"i兌大約30 nm的厚度。在相應(yīng)的存儲(chǔ)單元疊層內(nèi)完成CMOS 二極管802之后，形成混 合碳層結(jié)構(gòu)805,根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，該混合碳層結(jié)構(gòu)具 有大約20 nm至大約120 nm的厚度，例如大約30 nm至大約80 nm 的厚度，舉例來說大約40 nm的厚度。混合碳層結(jié)構(gòu)805具有以類 石墨底部接觸層開始的NGDC層和類石墨層的交替疊層。換句話 說，在CMOS 二極管802的第二二極管層804的上表面上所形成的 混合石友層結(jié)構(gòu)805的第一層為類石墨層。
制造混合碳層結(jié)構(gòu)805，即NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)，如下面將 更詳細(xì)描述的。借助于PECVD/ALD沉積(等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積/原子層沉積)工藝來制造NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)，所述工藝在 具有大約20 MHz至大約40 MHz激勵(lì)頻率的感耦高密度等離子中 進(jìn)行，例如具有大約25 MHz至大約30 MHz的激勵(lì)頻率，例如具 有大約27，26MHz的激勵(lì)頻率。在這種情況下，包括已制造的層疊 層的基板被設(shè)置在特定的基板保持件上，從而可以施加RF偏壓。 可以加熱基板。如果需要，可以借助于RF偏壓將具有適當(dāng)能量的 附加離子吸引(pull)到基板上。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，可 以使用例如C2H2或CH4的CxHy ( x和y是任意的自然數(shù))作為反 應(yīng)氣體?？蛇x地，可以使用氖(Ne)、氬(H2)或氬(Ar)來稀釋 反應(yīng)氣體。一方面，通過反應(yīng)堆幾4可條件(即，反應(yīng)堆中質(zhì)量載流(mass carrying)電才及和rf載流電才及的尺寸比)，而另一方面，通過經(jīng)由夕卜 部施加的電容性耦合rf (射頻)場所施加或調(diào)節(jié)的自給偏壓，來確 定基板偏壓的水平(level )。具體地說，外部施加的電容性耦合rf 場確定了層特性以及例如如同sp3 一建或sp2 4建的存在4定(occuring bonding )、其相對(duì)凄t或量及其混合物。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中， 在大約100V至大約350V范圍內(nèi)的負(fù)電壓與在大約10mTorr至大 約500 mTorr范圍內(nèi)的氣壓一起施加。較高的自給偏壓和較高的基板溫度(高于大約250°C )導(dǎo)致優(yōu) 先形成優(yōu)選石墨元件，因而這是應(yīng)該避免的。在本發(fā)明的示例性實(shí) 施例中，純類金剛石碳的電特性或純石墨的電特性都不是要獲得(strive )的，而是要獲得p ≈ 106 Ωcm至103 Ωcm范圍內(nèi)的導(dǎo)電率(或片目應(yīng)電阻率)。
為了獲得NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)805中的〗氐電阻值石墨，減小 自給偏壓，增大氣壓，并將溫度設(shè)定為大約250°C，其中在本發(fā)明 的可替換實(shí)施例中可以-使用其它工藝參凄t。在已經(jīng)完成NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)805之后，即，在已經(jīng)完成 上述的PECVD/ALD工藝之后，將主要具有spS雜化(即主要為sp2 (石墨)短程序)的層，換句話i兌，類石墨層806置于已完成的 NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)805的上表面上，從而形成存儲(chǔ)單元的頂部 接觸806。作為存儲(chǔ)單元的頂部接觸806的替換材料，可以使用鉑 (Pt)或鈀(Pd)或者可用于底部接觸801的材料，例如，硅化鴒 (WSi)、純鴒(W)、氮化鈦(TiN)、或鈦化鎢(WTi)。通常，可 與CMOS匹配的任何適當(dāng)材料都可以用作存儲(chǔ)單元的頂部接觸 806。存儲(chǔ)單元的頂部接觸806具有大約30 nm至大約100 nm的厚 度，例如大約30 nm的厚度。在下一步驟中，借助于反應(yīng)直流濺射法將例如由氮化鉭(TaN) 制成的硬質(zhì)掩模(未示出)沉積在頂部接觸806的上表面上，從而 完成層疊層，該層疊層形成包括CMOS二極管的存儲(chǔ)單元。應(yīng)該注意到，CMOS 二極管802是存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)內(nèi)的光學(xué)元件。 在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，可以提供一個(gè)或多個(gè)選擇晶體管，以 ^使單獨(dú)選擇所需的存儲(chǔ)單元。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，利用(無定形)短程序中的4建合 比例將所需的信息存儲(chǔ)在相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，該鍵合比例可以通過 加熱(例如，通過焦耳加熱)來改變。短程序中4建合比例的變化， 例如sp2雜化簇與sp3雜化簇的比例變化或sp2雜化簇與sp2/sp3雜化 混合簇的比例變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電率發(fā)生非易失但可逆的變化。
例如，由于熱敏效應(yīng)((joce百)并且由于電阻-溫度特性的陵度， 所以當(dāng)對(duì)NGDC施加足夠且適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，NGDC可以產(chǎn)生在I-U 特性中具有負(fù)微分電阻和雙穩(wěn)開關(guān)的區(qū)域。當(dāng)處于"On"狀態(tài)時(shí)， 富sp2鍵合結(jié)構(gòu)在短程序中為主要的。當(dāng)處于"Off，狀態(tài)時(shí)，sp2 鍵的量與spM建或sp"sp"昆合簇鍵相比減少。如上所述，可以使用 單才及開關(guān)，其中通過4吏用短且高的電流脈沖切換至"Off，狀態(tài)，并 通過使用長且低的電流脈沖切換至"On"狀態(tài)?？商鎿Q地，可以使 用雙纟及開關(guān)。非石墨質(zhì)無序碳層(NGDC)/石墨交替層結(jié)構(gòu)，通常而言的在 所使用的碳存儲(chǔ)材料中提供spZ雜化簇與spS雜化簇的比例的可逆非 易失性變化或spZ雜化簇與spVspS雜化混合簇的比例變化的結(jié)構(gòu)， 其具有的優(yōu)點(diǎn)在于可以例如借助于才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的材 料系統(tǒng)中的NGDC層而在較寬的范圍內(nèi)改變電阻(或?qū)щ娐?及其 溫度依存性。在本文中，應(yīng)該注意到，《又通過i殳定原子量級(jí)的spS^建與sp3 4建的比例，而無需更改或改變化學(xué)成分，就可以在無序非石墨網(wǎng)絡(luò) 中實(shí)現(xiàn)電阻(或?qū)щ娐?的變化。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，短程序的變化發(fā)生在盡可能小的 體積中，例如，發(fā)生在NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便保持對(duì)存儲(chǔ) 單元編程所需的能量盡可能小，換句話說，以侵_保持對(duì)存儲(chǔ)單元編 程所需的接通電流和切斷電流盡可能小。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)通過石墨 或富勒烯(球殼狀碳分子，fullerene)層電極而封入(enclose)到 夾層幾何結(jié)構(gòu)中。這形成了不會(huì)與鄰近材料(例如金屬或電介質(zhì)) 相互作用(諸如氧或^5危族材料的吸收)的穩(wěn)定的信息存儲(chǔ)層系統(tǒng)。
本發(fā)明示例性實(shí)施例的另 一 優(yōu)點(diǎn)可以從不出現(xiàn)細(xì)絲點(diǎn)的事實(shí) 中看到，當(dāng)處于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，這樣的細(xì)絲點(diǎn)中會(huì)發(fā)生或多或少的石皮 壞性化學(xué)轉(zhuǎn)換，這限制了存儲(chǔ)元件中可能的編程循環(huán)的次數(shù)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，提供了 NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu) (或碳納米管結(jié)構(gòu))(例如，取代金屬硫族化物存儲(chǔ)層)，其中僅通 過NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)中(或例如碳納米管結(jié)構(gòu)中)的小細(xì)絲中 的無定形原子短程序的改變，而基本上無需改變其化學(xué)成分或晶體 結(jié)構(gòu)，就可導(dǎo)致導(dǎo)電率(或電阻)的轉(zhuǎn)變(或改變)?？梢栽谳^寬 的范圍內(nèi)優(yōu)化無定形或無序,友層中的導(dǎo)電率進(jìn)而獲得最佳的切斷電阻Roff以及活化能(C7 0C^！)，而這在大多數(shù)其它材料系統(tǒng)中，在kT不需改變其化學(xué)成分的前提下是不能實(shí)現(xiàn)的。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)減小了實(shí) 際的細(xì)絲體積，這^f吏得接通和切斷能量較低，并且使得出現(xiàn)這樣的 事實(shí)，即在設(shè)置于NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)層中存在有大體 上相同的4匕學(xué)成分。因此，在低歐姆接觸材料(類石墨)應(yīng)該在NGDC材料中于細(xì) 絲位置處以有限的量擴(kuò)散的情況下，具體地說在較高的擦除電流脈 沖期間，NGDC層中的溝道(channel)中(即細(xì)絲中)的4匕學(xué)成分 大體上不變。圖9A表示第一示圖900，其在第一特性曲線901中示出了類 金剛石碳的電阻率p (以Qcm表示)的溫度依存性。此外，圖9B表示第二示圖910，其在第一特性曲線901中示 出了類金剛石碳的電阻率P (以Dcm表示)的溫度依存性并在第 二特性曲線911中示出了 NGDC材泮牛的電阻率p (以Qcm表示)
的溫度依存性。乂人圖9B可以看出，與類金剛石石友的電阻率相比， NGDC才才并+的電阻率可以以不同的方式改變。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件1000的橫 截面。信息存儲(chǔ)元件1000具有石圭基板1001 (在本發(fā)明的可替換實(shí)施 例中，為二氧化硅基板)和相應(yīng)的第一電極1002 (例如，連接于位 線或由位線形成)。第一電極1002形成在金屬間電介質(zhì)1003中， it金屬間電介質(zhì)利用《裏嵌4支術(shù)(damascence technique );冗積、在基4反 1001上。附加的金屬間電介質(zhì)1003 (例如，由二氧化石圭或氮4匕石圭 制成)i殳置在第一電4及1002上及上方。在附加的金屬間電介質(zhì)1003 中，相應(yīng)的第二電極1004 (其例如連接于字線或由字線形成)鄰近 第一電極1002并在該第一電極上方橫向地形成。接著，在附加的 金屬間電介質(zhì)1003中蝕刻(例如各向同性地) 一個(gè)孑L， 乂人而露出 第一電極1002的至少一部分上表面以及第二電極1004的至少一部 分下表面。最后，生長一個(gè)或多個(gè)碳納米管(單壁碳納米管或多壁 〃碳納米管)，^使得所述一個(gè)或多個(gè)石友納米管連"t妄第一電才及1002的上 表面和第二電極1004的下表面。通過經(jīng)由相應(yīng)的加熱或冷卻以非 易失性方式改變短程序，碳納米管1005可以在兩種導(dǎo)電狀態(tài)之間 切換。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件1100的橫 截面。信息存儲(chǔ)元件1100具有硅基板1101 (在本發(fā)明的可替換實(shí)施 例中，為二氧化石圭基^反)和絕》彖層1102 (例如由氮化石圭或二氧化石圭 制成)。為了形成信息存儲(chǔ)元件1100,在絕緣層1102內(nèi)蝕刻相應(yīng)的 孔，該孔終止于基板1101的上表面上。在下一步驟中，在絕緣層 1102的上表面上以及孔的"灸句i舌i兌，溝槽(trench)的)側(cè)壁和底部上保形地(conformally)沉積金屬層。在接下來的步驟中，進(jìn) 4亍各向異'l"生間隙壁々蟲刻(anisotropic spacer etching )(例i口 ， 4昔貝力于 反應(yīng)離子蝕刻(RIE))，從而露出溝道底部的一部分，并/人而形成 第一電極1103(例如，位線)和第二電極1104 (例如，字線)。接 著，例如利用上述的PECVD/ALD方法，在溝道的底部上;冗積 NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)1105 (或包括一個(gè)或多個(gè)碳納米管(單壁碳 納米管或多壁^f友納米管)的納米管結(jié)構(gòu))。通過經(jīng)由相應(yīng)的加熱或 冷卻以非易失性方式改變短程序，NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)1105(或碳納米管結(jié)構(gòu))可以在兩種導(dǎo)電狀態(tài)之間切換。4艮顯然，該結(jié)構(gòu)是 水平結(jié)構(gòu)。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的信息存儲(chǔ)元件1200的橫 截面。信息存儲(chǔ)元件1200類似于圖11中所示的信息存儲(chǔ)元件1100, 不同之處在于用NGDC/石墨交替層結(jié)構(gòu)1201填充整個(gè)溝道。應(yīng)該注意到，上述結(jié)構(gòu)也可以S走轉(zhuǎn)90°, 乂人而在本發(fā)明的相應(yīng) 示例性實(shí)施例中^是供垂直結(jié)構(gòu)以及平面結(jié)構(gòu)。上述的描述^f又為了示例和描述的目的而提供。該描述并不旨在 窮舉或旨在將本發(fā)明限制于公開的具體形式，很顯然，根據(jù)本公開 的啟示可以進(jìn)行多種4多改和改變。選才奪所描述的實(shí)施例是為了最佳 地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，乂人而4吏本領(lǐng)域:技術(shù)人員能夠以 各種實(shí)施例最佳地利用本發(fā)明，并且各種修改也適用于具體的預(yù)期 應(yīng)用。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種信息存儲(chǔ)元件，包含碳存儲(chǔ)材料，所述碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳，信息通過六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變比例而存儲(chǔ)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述比例可以可 逆地改變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料 基本上不包含氮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料 包括碳層或至少一個(gè)碳納米管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料包括碳納米管，并且 所述-灰納米管具有大約1 nm至幾百納米的長度。
6. —種信息存儲(chǔ)元件，包含碳，所述碳包括spZ雜化碳和spS雜化碳，其中信息通過 sp2雜化碳和sp3雜化碳的可變比例而存儲(chǔ)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述比例可以可 逆地改變。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料 基本上不包含氮。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料 包括碳層或至少一個(gè)碳納米管。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳存儲(chǔ)材料包括碳納米管，并且 所述碳納米管具有大約1 nm至幾百納米的長度。
11. 一種信息存^f諸元件，包含具有可變短程序的碳存儲(chǔ)材料，其中信息以第一短程序 或第二短程序而形成，所述第二短程序具有不同于所述第 一短 程序的電特性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述短程序可 以可逆;也 文變。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述第一短程 序和所述第二短程序具有基本相同的化學(xué)成分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述電特性包 括所述碳存儲(chǔ)材料的電阻。
15. —種信息存儲(chǔ)元件，包含碳層結(jié)構(gòu)，所述碳層結(jié)構(gòu)處于第一信息存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)具有 富spZ碳鍵合結(jié)構(gòu)，并且處于第二信息存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)具有增強(qiáng)的 spS碳鍵合結(jié)構(gòu)。
16. —種信息存々者元件，包含碳層結(jié)構(gòu)，所述碳層結(jié)構(gòu)包括具有類金剛石短程序的至 少 一個(gè)第 一碳層以及具有類石墨短程序的至少 一個(gè)第二層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，進(jìn)一步包括具有類金 剛石短程序的至少 一個(gè)附加第 一石友層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，進(jìn)一步包括具有類石 墨短程序的至少 一 個(gè)附加第二碳層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，進(jìn)一步包括多個(gè)交替 的第 一碳層和第二碳層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳層結(jié)構(gòu) 具有在大約20 nm至大約120 nm范圍內(nèi)的總厚度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳層結(jié)構(gòu) 具有在大約30nm至大約80 nm范圍內(nèi)的總厚度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳層結(jié)構(gòu) 進(jìn)一步包括位于所述碳層結(jié)構(gòu)的一個(gè)端部上的第一類石墨層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的信息存儲(chǔ)元件，其中，所述碳層結(jié)構(gòu) 進(jìn)一步包括位于所述碳層結(jié)構(gòu)的第二端部上的第二類石墨層， 所述第二端部與所述一個(gè)端部相7于。
24. —種信息存儲(chǔ)元件，包含碳，所述碳包括spZ雜化碳簇和spS雜化碳蔟，其中信息 通過sp2雜化石灰簇和sp3雜化石灰簇的可變比例而存儲(chǔ)。
25. —種信息存儲(chǔ)元件，包含碳，所述碳包括spS鍵合碳簇和sp"spS鍵合碳混合簇，其 中信息通過sp2鍵合碳簇和sp2/sp3鍵合碳混合簇的可變比例而 存儲(chǔ)。
26. —種信息存儲(chǔ)元件，包含碳存儲(chǔ)材料，所述石友存儲(chǔ)材并+包括六邊形4定合石灰和四面 體鍵合碳，所述碳處于第 一存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)，具有第 一量的六邊形4定合碳和 第一量的四面體鍵合碳，并且具有第一電特性；以及處于第二存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)，具有第二量的六邊形鍵合碳簇 和第二量的四面體4建合>^友，并且具有第二電特性，其中，所述第二電特性不同于所述第一電特性。
27. —種信息存儲(chǔ)陣列，所述信息存儲(chǔ)陣列包括多個(gè)信息存儲(chǔ)單 元，每個(gè)信息存儲(chǔ)單元均包括包含碳存儲(chǔ)材料的信息存儲(chǔ)元件，所述碳存儲(chǔ)材料包括 六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳，其中信息通過六邊形鍵合碳和 四面體鍵合碳的可變比例而存儲(chǔ)；以及選擇單元，所述選擇單元在信息存儲(chǔ)陣列內(nèi)單獨(dú)地選擇 所述信息存儲(chǔ)元件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的信息存儲(chǔ)陣列，進(jìn)一步包括至少一條第一控制線；以及 至少一條第二控制線，其中，每個(gè)信息存儲(chǔ)單元設(shè)置在相應(yīng)的第一控制線與相 應(yīng)的第二控制線之間。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的信息存儲(chǔ)陣列，其中，所述選擇單元 包括至少 一個(gè)選擇二才及管，所述選擇二4及管i殳置在相應(yīng)的第一 控制線與相應(yīng)的第二控制線之間。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的信息存儲(chǔ)陣列，其中，所述選擇單元 包括至少 一個(gè)選擇二極管或至少 一個(gè)選擇晶體管。
31. —種制造信息存儲(chǔ)元件的方法，所述方法包括以下步驟提供第一電極； 提供第二電極；提供碳存儲(chǔ)材料，所述碳存儲(chǔ)材料包括位于所述第一電 極與所述第二電極之間的六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳，六邊 形鍵合碳和四面體鍵合碳的比例可變。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，提供碳存儲(chǔ)材料的步驟 包括沉積所述碳存儲(chǔ)材料。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括利用化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述-友存儲(chǔ)材泮牛。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述碳存 儲(chǔ)材料。
35. 4艮據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，沉積所述石友存儲(chǔ)材泮+的 步驟包括利用原子層沉積化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述石灰存 儲(chǔ)材料。
36. 才艮據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，沉積所述碳存Y渚材料的 步驟包括使用CxHy反應(yīng)氣體利用化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所 述碳存儲(chǔ)材料。
37. —種制造信息存儲(chǔ)元件的方法，所述方法包括以下步驟 提供碳存儲(chǔ)材料，所述碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和 四面體鍵合碳，信息通過六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變 比例而存寸諸。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，提供碳存儲(chǔ)材料的步驟 包括沉積所述碳存儲(chǔ)材料。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括利用化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述-灰存儲(chǔ)材料。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述石友存 儲(chǔ)材料。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括利用原子層沉積化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所述石灰存 儲(chǔ)材料。
42. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，沉積所述碳存儲(chǔ)材料的 步驟包括使用CxHy反應(yīng)氣體利用化學(xué)氣相沉積工藝來沉積所 述碳存儲(chǔ)材料。
43. —種操作信息存儲(chǔ)元件的方法，所述信息存儲(chǔ)元件包含碳存儲(chǔ) 材料，所述碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳，所 述方法包括改變六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的比例，從而改變所 述信息存儲(chǔ)元件的信息存儲(chǔ)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有碳存儲(chǔ)材料的信息存儲(chǔ)元件，該碳存儲(chǔ)材料包括六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳。信息通過六邊形鍵合碳與四面體鍵合碳的可變比例而形成。
文檔編號(hào)H01L27/24GK101132052SQ20071014552
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者克勞斯-迪特爾·烏費(fèi)爾特 申請人:奇夢達(dá)股份公司