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      信息存儲(chǔ)元件及其制造方法

      文檔序號(hào):7234604閱讀:150來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):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(lái)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(guò)六邊形鍵合碳和四面體鍵合碳的可變比例而形成。
      頁(yè)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(shuō)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(lèi)金剛石碳材料(圖 9A)和非石墨質(zhì)無(wú)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(guò)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(zhǎng)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(shuō),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(shuō),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(chēng)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(lèi)金剛石短程序的至 少 一個(gè)第 一碳層以及具有類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)
      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(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(chēng)為位線(或字線),而第二控制線還可以 稱(chēng)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(chēng)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(guò)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(lái)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(lái)沉積所述碳存儲(chǔ)材料。磁^f"^"矛丌外千的》積工藝來(lái)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(guò)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(kāi)關(guān)電壓和短開(kāi)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(guò)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(wú)序 (準(zhǔn)無(wú)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(shuō),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(zhǎng)程無(wú)序碳層中的雙穩(wěn)態(tài)阻抗開(kāi)關(guān)(resistance switching )。非石墨質(zhì)無(wú)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(wú)定形狀態(tài)中時(shí),4又通過(guò)改變自動(dòng)成比例的區(qū)域中spZ一建(類(lèi) 石墨導(dǎo)體)的量與spM定(類(lèi)金剛石絕緣體)的量的比例,而無(wú)需
      改變晶體結(jié)構(gòu)(例如,從無(wú)定形狀態(tài)變?yōu)榫w,或者相反),非石 墨質(zhì)無(wú)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(kāi)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(kāi)關(guān),在一些實(shí)施例中,NGDC可以通過(guò)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(zhǎng)且低的脈沖可以用來(lái)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(kāi)關(guān)可以用來(lái)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(guò)渡金屬氧化物 中的雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)開(kāi)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(xiě)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(wú)定形碳(類(lèi)金剛石碳,DLC)與石墨的結(jié)合,其中無(wú)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(kāi)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(wú)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?cè)摬牧舷到y(tǒng)的導(dǎo)電性和溫度依存性。本文 中,應(yīng)該注意到,僅通過(guò)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(wú)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(xiě)電路101和存儲(chǔ)矩陣102,該存儲(chǔ)矩 陣也稱(chēng)為存儲(chǔ)陣列,包括多個(gè)存儲(chǔ)單元201 (見(jiàn)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(xiě)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(xiě) 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(xiě)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(lái)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(shuō),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(wú)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(guò)孔(孔)被蝕刻穿過(guò)金屬間介電層502,使得相應(yīng)字線 203的至少一部分通過(guò)該過(guò)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(guò)孔中生 長(zhǎng),可選地,在種子層(例如由鎳鐵(NiFe)制成)上生長(zhǎng),所述 種子層在碳納米管503生長(zhǎng)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(zhǎng)度,例如大約30 nm至大約80 nm的長(zhǎng)度,例 如大約40 nm的長(zhǎng)度。在石友納米管503的生長(zhǎng)已完成之后,位線202沉積在過(guò)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(wú)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(shuō), 第二 NGDC層603具有富sp3碳,并且顯然包括類(lèi)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(chēng)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(lái)執(zhí)行,該技術(shù)提供了在一些應(yīng)用場(chǎng)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(lái)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(lái)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(guò)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(jiàn)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(lái)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(guò)量 填充鴒,并借助于化學(xué)積4成拋光(CMP)方法去除過(guò)量填充的部分 (見(jiàn)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?lái)形成信息存儲(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(jiàn),未示出基板材料以及周?chē)牧?例如,所 提供的介電材料)。在使用參照?qǐng)D7A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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(kāi)始的方式來(lái)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(lái)說(shuō)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?lái)沉積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(lái)"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(lái)說(shuō)大約40 nm的厚度?;旌咸紝咏Y(jié)構(gòu)805具有以類(lèi) 石墨底部接觸層開(kāi)始的NGDC層和類(lèi)石墨層的交替疊層。換句話 說(shuō),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(lèi)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(lái)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。可選地,可以使用氖(Ne)、氬(H2)或氬(Ar)來(lái)稀釋 反應(yīng)氣體。一方面,通過(guò)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(guò)經(jīng)由夕卜 部施加的電容性耦合rf (射頻)場(chǎng)所施加或調(diào)節(jié)的自給偏壓,來(lái)確 定基板偏壓的水平(level )。具體地說(shuō),外部施加的電容性耦合rf 場(chǎng)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(lèi)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(lèi)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(wú)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(guò) 加熱(例如,通過(guò)焦耳加熱)來(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān),其中通過(guò)4吏用短且高的電流脈沖切換至"Off,狀態(tài),并 通過(guò)使用長(zhǎng)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(kāi)關(guān)。非石墨質(zhì)無(wú)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(guò)i殳定原子量級(jí)的spS^建與sp3 4建的比例,而無(wú)需更改或改變化學(xué)成分,就可以在無(wú)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(shuō),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(guò)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(guò)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(wú)定形原子短程序的改變,而基本上無(wú)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(wú)定形或無(wú)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(lèi)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(shuō)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(lèi) 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(lèi)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(lèi)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(zhǎng)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(guò)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(lái)的步驟中,進(jìn) 4亍各向異'l"生間隙壁々蟲(chóng)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(guò)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(lèi)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(kāi)的具體形式,很顯然,根據(jù)本公開(kāi) 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(lái)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(guò)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(zhǎng)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(guò) 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(zhǎng)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(lèi)金剛石短程序的至 少 一個(gè)第 一碳層以及具有類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)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(qǐng)人:奇夢(mèng)達(dá)股份公司
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