相变存储单元的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种相变存储单元，尤其涉及一种具有碳纳米管线的相变存储单元。
【背景技术】
[0002] 存储器是信息产业中重要的组成部件之一，如何发展新型的低成本、高密度、速度 快、长寿命的非易失存储器一直是信息产业研究的重要方向。
[0003] 作为非易失性存储器的下一代产品，相变存储器是一种利用特殊相变材料的晶相 与非晶相导电性的差异来存储信息的存储器。相变存储器基于其独特的特点如较快的响应 速度、较优的耐用性以及较长的数据保存时间等，已备受关注，其不仅能够在移动电话、数 码相机、MP3播放器、移动存储卡等民用微电子领域得到广泛应用，而且在航空航天及导弹 系统等军用领域有着重要的应用前景。
[0004] 然而，相变存储器在真正实用化之前还有很多问题需要解决，如现有技术的相变 存储器用于动态存储时，一般利用金属或半导体材料作为加热元件，加热所述相变材料使 之产生相变，但由于加热元件在多次的循环加热过程中易受热变形或氧化，从而影响相变 存储器的使用寿命，并且响应速度较慢，难以满足数据高速读写的需要。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种具有较长使用寿命且具有较快的响应速度的相变存 储单元。
[0006] -种相变存储单元，所述相变存储单元包括：一数据写入电路，该数据写入电路包 括依次串联的一第一电极、一碳纳米管线以及一第二电极，用于相变存储单元工作过程中 的数据写入；一数据读取电路，该数据读取电路包括依次串联的一第三电极、一相变层、所 述碳纳米管线及所述第一电极或第二电极，用于相变存储单元工作过程中的数据读取；其 中，所述碳纳米管线具有一弯折部，所述第三电极与所述弯折部间隔设置，所述相变层与所 述碳纳米管线的弯折部电接触。
[0007] -种相变存储单元，其包括：一碳纳米管线，所述碳纳米管线具有相对的两端，且 所述碳纳米管线至少部分弯折形成一弯折部；一第一电极及一第二电极，所述第一电极及 第二电极分别与所述碳纳米管线相对的两端电连接；一第三电极，所述第三电极与所述碳 纳米管线绝缘间隔设置；以及一相变层，所述相变层串联在所述第三电极和所述碳纳米管 线的弯折部之间，其中，通过在所述第一电极与第二电极之间通入电流使碳纳米管线加热 相变层以写入数据，并通过在所述第三电极与第一电极或第三电极与第二电极之间通入电 流检测相变层的电阻变化以读取数据。
[0008] -种相变存储单元，其包括：一碳纳米管结构，该碳纳米管结构具有相对的两端， 该碳纳米管结构至少在一位置处存在一缺陷，使得该碳纳米管结构在缺陷位置处的电阻大 于原碳纳米管结构的电阻；一第一电极及一第二电极，所述第一电极及第二电极分别与所 述碳纳米管结构相对的两端电连接；一第三电极，所述第三电极与所述碳纳米管结构绝缘 间隔设置；以及一相变层，所述相变层与所述碳纳米管结构的缺陷位置接触，且所述相变层 与所述第三电极电连接，其中，通过在所述第一电极与第二电极之间通入电流加热相变层 以写入数据，并通过在所述第三电极与第一电极或第三电极与第二电极之间通入电流检测 相变层的电阻变化以读取数据。
[0009] -种相变存储单兀，其包括：一第一电极和一第二电极，该第一电极和第二电极间 隔设置；多个碳纳米管线，每个碳纳米管线的两端分别与所述第一电极和第二电极电连接； 一第三电极，该第三电极与所述多个碳纳米管线、第一电极和第二电极均电绝缘间隔设置， 其中，每个所述碳纳米管线具有一弯折部，所述相变存储单元进一步包括多个相变材料单 元，每个相变材料单元对应地与一个碳纳米管线的弯折部接触，且串联在碳纳米管线与第 三电极之间。
[0010] 相较于现有技术，本发明提供的相变存储单元，由于碳纳米管线中的碳纳米管具 有良好的导热能力以及稳定的化学性质，因此可以提高所述相变存储器的使用寿命。另外， 由于将碳纳米管线的弯折部作为加热器件加热所述相变层，可以充分利用碳纳米管线在弯 折部的热量积累，能够提高所述相变层的热响应效率，进而提高所述相变存储单元及相变 存储器的读写速率。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明第一实施例提供的相变存储单元的结构示意图。
[0012] 图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管线弯折部的局部放大图。
[0013] 图3为本发明第一实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
[0014] 图4为本发明第一实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描照片。
[0015] 图5为本发明第二实施例提供的相变存储单元的结构示意图。
[0016]图6为本发明第二实施例提供的相变存储单元中弯折部的结构示意图。
[0017] 图7为本发明第三实施例提供的相变存储单元的制备方法的工艺流程图。
[0018] 图8为图7所示的相变存储单元的制备方法中制备相变层的的工艺流程图。
[0019] 图9为本发明第四实施例提供的相变存储单元的制备方法的工艺流程图。
[0020] 图10为图9所示的相变存储单元的制备方法中弯折碳纳米管线的工艺流程图。
[0021] 图11为本发明第五实施例提供的相变存储器的结构示意图。
[0022] 主要元件符号说明
【主权项】
1. 一种相变存储单元，所述相变存储单元包括： 一数据写入电路，该数据写入电路包括依次串联的一第一电极、一碳纳米管线以及一 第二电极，用于相变存储单元工作过程中的数据写入； 一数据读取电路，该数据读取电路包括依次串联的一第三电极、一相变层、所述碳纳米 管线及所述第一电极或第二电极，用于相变存储单元工作过程中的数据读取； 其特征在于，所述碳纳米管线具有一弯折部，所述第三电极与所述弯折部间隔设置，所 述相变层与所述碳纳米管线的弯折部电接触。
2. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线包括通过范德华 力相连的多个碳纳米管，所述多个碳纳米管基本平行于所述碳纳米管线的轴向或所述多个 碳纳米管呈螺旋式环绕所述碳纳米管线的轴向排列。
3. 如权利要求2所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线包括依次连续的 一第一分支、所述弯折部及第二分支，所述第一分支及第二分支仅通过所述弯折部连接。
4. 如权利要求3所述的相变存储单元，其特征在于，所述第一电极与所述第一分支电 连接，所述第二电极与所述第二分支电连接，构成所述数据写入电路。
5. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线的弯折部弯折成 至少一弧形，该弧形至少一点的曲率k>l/R，其中R为该点的曲率半径。
6. 如权利要求5所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线在所述弯折部螺 旋回转形成回型环状结构。
7. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线的弯折部弯折成 至少一折角，该折角的角度9大于30度小于等于120度。
8. 如权利要求8所述的相变存储单元，其特征在于，所述回型环状结构的内径为2微米 至10微米。
9. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述第三电极与所述碳纳米管线 的弯折部之间的最小距离为100纳米至10微米。
10. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线的弯折部存在缺 陷，使碳纳米管线弯折部的电阻大于原碳纳米管线的电阻。
11. 如权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述碳纳米管线为一单根碳纳米 管。
12. -种相变存储单元，其包括： 一碳纳米管线，所述碳纳米管线具有相对的两端，且所述碳纳米管线至少部分弯折形 成一弯折部； 一第一电极及一第二电极，所述第一电极及第二电极分别与所述碳纳米管线相对的两 端电连接； 一第三电极，所述第三电极与所述碳纳米管线绝缘间隔设置；以及 一相变层，所述相变层串联在所述第三电极和所述碳纳米管线的弯折部之间，其中，通 过在所述第一电极与第二电极之间通入电流使碳纳米管线加热相变层以写入数据，并通过 在所述第三电极与第一电极或第三电极与第二电极之间通入电流检测相变层的电阻变化 以读取数据。
13. -种相变存储单元，其包括： 一碳纳米管结构，该碳纳米管结构具有相对的两端，该碳纳米管结构至少在一位置处 存在一缺陷，使得该碳纳米管结构在缺陷位置处的电阻大于原碳纳米管结构的电阻； 一第一电极及一第二电极，所述第一电极及第二电极分别与所述碳纳米管结构相对的 两端电连接； 一第三电极，所述第三电极与所述碳纳米管结构绝缘间隔设置；以及 一相变层，所述相变层与所述碳纳米管结构的缺陷位置接触，且所述相变层与所述第 三电极电连接，其中，通过在所述第一电极与第二电极之间通入电流加热相变层以写入数 据，并通过在所述第三电极与第一电极或第三电极与第二电极之间通入电流检测相变层的 电阻变化以读取数据。
14. 一种相变存储单元，其包括： 一第一电极和一第二电极，该第一电极和第二电极间隔设置； 多个碳纳米管线，每个碳纳米管线的两端分别与所述第一电极和第二电极电连接； 一第三电极，该第三电极与所述多个碳纳米管线、第一电极和第二电极均电绝缘间隔 设置， 其特征在于，每个所述碳纳米管线具有一弯折部，所述相变存储单元进一步包括多个 相变材料单元，每个相变材料单元对应地与一个碳纳米管线的弯折部接触，且串联在碳纳 米管线与第三电极之间。
【专利摘要】本发明提供一种相变存储单元，所述相变存储单元包括：一数据写入电路，该数据写入电路包括依次串联的一第一电极、一碳纳米管线以及一第二电极，用于相变存储单元工作过程中的数据写入；一数据读取电路，该数据读取电路包括依次串联的一第三电极、一相变层、所述碳纳米管线及所述第一电极或第二电极，用于相变存储单元工作过程中的数据读取；其中，所述碳纳米管线具有一弯折部，所述第三电极与所述弯折部间隔设置，所述相变层至少覆盖所述碳纳米管线的弯折部并与所述第三电极电连接。
【IPC分类】H01L27-24, H01L45-00
【公开号】CN104779344
【申请号】CN201410016719
【发明人】柳鹏, 吴扬, 李群庆, 姜开利, 王佳平, 范守善
【申请人】清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年1月15日
【公告号】US20150200365