[发明专利]一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储器领域，尤其涉及一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法。

背景技术

过去几十年集成电路技术得到突飞猛进的发展,以集成电路为核心的信息产业已经成为国民经济的支柱产业。存储器在信息产业的增长中起到关键作用。

现有技术中存储器的种类主要有铁电存储器(FRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)和阻变存储器(RRAM)，均为稳定地非挥发性存储器，但存储机制却各不相同：FRAM具有自极化特性，当电场去掉后极化特性仍然保持；MRAM利用磁性材料的两个磁化方向存储二进制信息，利用电流产生磁场改变材料的磁化方向写入信息，在没有外加磁场时材料的磁化方向保持不变；PRAM利用材料在晶态和非晶态之间的转化，材料处于晶态时为低电阻，处于非晶态时为高电阻，利用这两种状态的转化实现二进制信息的存储；RRAM利用材料电阻率的可逆转换实现二进制信息的存储。

但是，现有的存储器由于尺寸较大、能耗高、发热量大和存储状态不稳定的原因阻碍了集成密度的进一步提高，形成了存储器发展的瓶颈，相应地，集成电路和器件的集成度无法继续提高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种基于单壁碳管的非易失性存储器及其制备方法，以减小存储器的尺寸、降低存储器的能耗和发热量、加快存储器的速度并延长存储器的寿命。

为达此目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于单壁碳管的非易失性存储器，包括：

基底；

第一电极，形成于所述基底上，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能；

第二电极，形成于所述基底上，所述第二电极的材料为铁磁性材料，用于执行“写”功能；

第三电极，形成于所述基底上，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；

单壁碳管，所述单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述单壁碳管的开口端悬空于所述第二电极上方；

所述第二电极位于所述第一电极和第三电极之间，所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。

进一步地，所述第一电极的厚度大于所述单壁碳管距离所述基底的高度。

进一步地，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料，所述基底的表面具有绝缘层，其中，所述基底的材料为Si或SiO₂，所述绝缘层的材料包括SiO₂、Al₂O₃或HfO₂中任意一种或至少两种的组合物。

进一步地，所述第一电极的金属材料和所述第三电极的金属材料为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物，所述铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。

进一步地，所述单壁碳管为单根单壁碳管或单壁碳管膜。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于单壁碳管的非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：

在基底上旋涂第一光刻胶；

利用电子束直写技术，根据预设的第一形状和尺寸刻蚀第一光刻胶，沉积铁磁性材料，去除所述第一光刻胶后形成第二电极；

在所述第二电极和基底上旋涂第二光刻胶；

将单壁碳管置于所述第二光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察单壁碳管形貌，选择悬空于所述第二电极上的单壁碳管，并记录其位置和方向；

在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述第一电极的材料为金属材料，用于执行“读”功能，所述第三电极的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；

所述单壁碳管的长度足以使其弯曲后，所述单壁碳管的开口端与所述第二电极接触。

进一步地，所述在所述第二电极两侧的基底上分别形成第一电极和第三电极，所述第一电极将单壁碳管的固定端固定在所述第一电极中包括：

在所述单壁碳管和第二光刻胶上旋涂第三光刻胶；

利用电子束直写技术，根据预设的第二形状和尺寸以及第三形状和尺寸分别在所述第二电极两侧刻蚀第二光刻胶和第三光刻胶，在所述基底上形成台阶面结构，所述第二电极一侧的台阶面结构将所述单壁碳管的固定端裸露出来，所述第二电极另一侧的台阶面结构与所述单壁碳管的开口端距离一定距离；