专利名称：：电子机械存储器件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种机械数据存储器件，更具体地说，涉及存储器移位寄存器，数据位在其中被机械地储存但却是使用电磁装置输入存储器件。
背景技术：
：硬盘驱动器普遍被用于数据存储，这是由于它们的相对低的成本/位。但是它们常经受沖击——整个盘驱动器可能被擦除。因为这个原因基于磁盘驱动器技术创建可靠的存储系统是复杂的并且是昂贵的。磁盘驱动器的其他问题包括其巨大的静止功耗和不能随机并行地存取数据。尽管许多廉价的固态存储方案已经被提出，但是几乎没有把存储的价格大大地降低到闪速存储器的价格之下的希望。任何这样的器件将可能通过标准微电子制造技术被制造，即使存储层能非常便宜地被制造，在系统成本上的可实现的削减也将是有限的，因为仅仅有限的层能被堆叠在下面的昂贵的驱动器芯片上。电子机械器件在过去已经被认为是存储器件，但是它们趋向于相当复杂，因为每一个单元必须为写入和读出两者编址。这些器件一般来讲需要一个交叉/点阵列，如果光刻技术被使用来制造它们，可能需要几个掩模步骤来限定该阵列。这就带来了大量的真空处理。因此，电子机械器件已经经受了许多相同的限制——阻止固态器件实现低成本存储。需要的是这样的存储器件它能廉价地被构建，例如，使用巻带式(roll-to-roll)处理技术；它能让自己堆叠许多存储层。
发明内容本发明的优选实施例在由双稳机械数据单元组成的可压印(imprintable)移位寄存器中存储信息并且从中检索信息。当数据正被写入或者读出的时候，数据单元(dataelement)只需要和它们邻近的数据单元互相作用。数据单元能用一个单一的压印和不精确的叠加(overlay)被制造，并且几乎不需要任何真空处理，导致便宜的存储层。为了实现低系统成本，一种集成方案被公开，其中大量的存储层仅仅在它们的边缘部分附着于基板芯片。本发明的一个实施例是存储器移位寄存器，其包括一个导电基板(base)和一个至少有8个(或者100、2500，甚至更多)数据单元的组，其中每一个数据单元具有(i)一个被固定在导电基板的部分和(ii)一个可移动的末端部分(endportion)，每一个数据单元可以在第一机械稳定结构和第二机械稳定结构之间可逆转地移动。该器件包括至少一个接近数据单元的导电元件，其中响应于被施加在导电元件和基板之间的电势，电荷在数据单元中累积，从而对于任何两个相邻的数据单元，其具有(i)不同的机械结构和(ii)各自的末端部分(其比起它们各自的基板部分更接近彼此)，所述的两个相邻的数据单元彼此互相排斥，使得所述的两个相邻的数据单元中的每一个从一个稳定结构到另一个稳定结构移动。该实施例也包括位于单元组的一端的输入单元(inputelement)，该输入单元方l更数据输入到移位寄存器中。在一个优选的实施例中，(i)第一类型的数据位由第一机械稳定结构中的一个单一的数据单元表示，而(ii)第二类型的数据位(不同于第一类型)由两个相邻的数据单元表示，其中的一个是在第二机械稳定结构(不同于第一机械稳定结构)而其中另一个是在第一机械稳定结构。同样地，对于每一个表示第一类型数据位的数据单元，它的末端部分比其固定部分更接近输入单元。基板和数据单元由单独的一块材料形成，例如它们可能由模制的聚合物(其经受了一个膨胀过程)形成。一种使用前面提到的实施例的方法，包括通过在预定的位置定位输入单元以及在导电元件和基板之间施加电势的方式，在寄存器中输入第一数据位，从而从第一稳定机械结构到第二稳定机械结构移动至少一个数据单元。这个定位可以包括将输入单元的末端部分置于数据单元的末端部分附近。附加数据位可以被输入到寄存器，这是通过(对于每一个附加的数据位)在预定的位置定位输入单元以及向导电元件引入电子脉冲，第一数据位沿着数据单元组移动并且远离输入单元。该寄存器可以包括一个终端单元(当数据从寄存器件被读出的时候它的位置保持固定)，该方法还包括通过确定邻近终端单元的数据单元的机械结构从寄存器读出数据位。作为在寄存器中输入数据的过程的一部分，可以在导电元件和基板之间施加电磁势能，以使得输入单元从一个稳定结构被移动到另一个稳定结构，而数据单元的结构保持不变。本发明的另一个实施例是一种数据器件，其包括被排列成一系列的至少4(或者100、2500，甚至更多)个数据单元，其中每一个数据单元被固定在一个基板(最好是可导电的)上并且在两或多个机械稳定位置之间可移动(例如可逆转移动)。该器件还包括至少一个把电磁场同时施加到所有的数据单元的组件，其中响应于电磁场被施加到所有数据单元，至少一个数据单元从一个机械稳定位置移动到另一个机械稳定位置。该器件可以有利地包括一个输入单元，在施加电磁场到数据单元时该输入单元把数据输入到所述的数据单元，输入单元在多个机械稳定位置之间也是可移动的。这个输入单元的位置可以被一个专用的电极控制；或者输入单元能在多个机械稳定位置之间被一个由所述的至少一个组件施加的电磁场移动，其中当输入单元的位置正在变化的时候，被施加的电磁场不能移动任何一个数据单元到一个新的机械稳定位置。机械稳定位置产生自数据单元的内在弹性(其不是由被施加的电场引发的)，或者这些机械稳定位置由被施加的电场引发。该器件还可以包括一个终端单元(当数据从数据器件被读出的时候它的位置保持固定)，输入单元和终端单元位于数据单元系列的相反端。在一个优选的实施例中，(i)第一类型的数据位由第一机械稳定位置中的一个单一的数据单元表示，而(ii)第二类型数据位(不同于第一类型)由两个相邻的数据单元表示，其中的一个是在第二机械稳定位置(不同于第一机械稳定位置)而其中另一个是在第一机械稳定位置。每一个数据单元自身可以包括一个初级和一个次级数据单元。图1阐释了一个存储器移位寄存器的某些方面，其以截面剖视的形式被表示。图2(其包括图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H和21)是第一存储器移位寄存器的截面剖视图，其阐释了数据如何能被输入到该存储器移位寄存器中。图3(其包括图3A、3B和3C)是图2的存储器移位寄存器的截面剖视图，其阐释了数据如何能从该寄存器被读出。图4阐释了一种向存储器移位寄存器中输入数据的优选方法，其以截面剖视图的形式被表示。图5包括图5A和5B，其是基于这里所公开的原理的存储器移位寄存器的微观实现的截面剖视原理图。图6和7是存储器移位寄存器的原理图，其中弹性材料的壁作为数据单元。图8、9和10阐释的是与第二存储器移位寄存器有关的物理原理。图11包括图IIA、IIB、IIC和IID，其是第二存储器移位寄存器的平面图。图12阐释了由图11的初级和次级数据单元形成的角(相对于垂直)响应于4皮施加的电场如何随时间变^(匕f图13是阐释了存储器移位寄存器的数据单元如何能以螺旋状的形状被安排的实施例的平面图。图14包括图14A和14B,其表示的是交叉点类型的器件的平面图，存储器移位寄存器在其中的每一个交叉点上。图15包括图15A和15B,其分别阐释了图14中的实施例的平面图和剖视图。具体实施方式图l阐释了本发明的优选实施例在较高水平上的各种不同的工作原理。数据被存储在一个双稳(或者更一般的多稳)数据单元系列10a、10b、10c、10d中，这些数据单元排列成系列从而形成了一个存储器移位寄存器8。尽管移位寄存器8在实践中可能包括100、1000、甚至2500或者更多的这样的数据单元，但是为清楚起见在图1中仅有4个数据单元被图示。使用一个控制器14，数据通过输入单元20(其可能与一个通过外加电场控制其位置的电极22通信)被写入该存储器移位寄存器8的一端；使用同一控制器，该数据可以从存储器移位寄存器8的另一端被读出。数据单元10a10d通过静电、静磁、机械或水动力(或者这些的组合)和它们的相邻数据单元互相作用以同步地沿着寄存器8传播数据。这个传播被一个场或者一个力(电、磁、机械或水动力)启动，这里所说的场或者力被施加于所有的单元而不只是特定寻址它们中的一个。例如，一个磁启动场能够，或者和数据单元10a10d上的一个永久性磁偶极互相作用，或者通过由可渗透材料中的磁场产生的偶极互相作用。但是，一个优选的方法是把电子脉沖施加到一个激活电极或者电组件30a，数据单元10a10d被固定或者被限制(例如整体上被形成)到一个电接地(electricalground)或者导电基板(conductingbase)30b上。为了在移位寄存器8中存储数据，输入单元20的状态适当地被设定，预期数据位然后被输入数据单元10a10d系列，例如数据位可以被传输到数据单元10a。当附加数据位被输入到移位寄存器8时，先前进入的数据位则沿着移位寄存器下移。在每一个移动步骤期间或者每一个移动步骤之后，通过感测系列中最后的数据单元10d的状态或者方向，数据从移位寄存器8中被读出。输出端单元或者终端单元34(其方向可以有利地被固定)，可以帮助读出数据。参考图2和3中所示的优选实施例，现在这些原理更详细地^皮探讨。通过聚焦响应于被施加到电組件或者激活电极130a的电子脉沖的该寄存器的内部工作的方式，图2阐释了数据是如何被输入到存储器移位寄存器108中的。(为清楚起见，被用来施加电压到电组件130a的控制器没有被图示。)图2A表示的是处于在任何数据输入之前的初始化状态的移位寄存器108，其中所有的双稳数据单元100a100d系列处于一个机械稳定"向后"的倾斜位置，其代表类型"0"的数据位。这些数据单元100a100d是导电的并且和电接地或者导电基板130b电通信。输出端单元或者终端单元134被固定在一个向后位置。在图2B，输入单元120已经或者通过启动被定位在附近的单独的电极或者通过使用广播的方式(见下面)被定位为向前(120的顶部向右)，使得它的末端部分140邻近数据单元100a的末端部分144。为了写类型"l"的数据位(相对于类型"0"的数据位，不过该命名"l"和"0"可以在这个讨论中是相反的，而不损失通用性)，两种不同的电子脉冲顺次被施加到电组件130a。这些脉沖阶梯的第一个被阐释在图2B和图2C中，其中瞬态正电势被施加到电组件130a，作为感应电荷迁移的结果是末端部分140和144变成带负电荷。(或者，可以施加瞬态负电势，末端部分变成正电荷。)结果，输入单元120和数据单元100a互相排斥对方，导致了图2C所示的布局。作为这种相互作用的结果，输入单元120和输入数据单元100a已经各自移动到了一个新的机械稳定位置。注意输入单元120现在是"向后，，倾斜，而数据单元100a现在是"向前"倾斜，而数据单元100b100d继续"向后"倾斜。被用于输入一个类型"1"的数据位的第二个脉冲阶梯被阐释在图2D和2E。如图2D中所示，电组件130a被再次充电。结果是数据单元100a和100b互相排斥对方，导致图2E中所示的结果。这个.由向后倾斜的数据单元100a和向前倾斜的数据单元100b的特定的组合构成了(通过定义)类型"l"的数据位。为了写一个另外的数据位，在类型"0"的这种情况下，使用了由图2F和2G阐释的脉冲阶梯。在这种情况下，在移动其他数据单元之前，输入单元120处于其向后位置。图2F阐释了正在被充电的电组件130a，以使得数据100b和100c互相排斥对方，导致图2G中所示的结果。在图2G中，数据单元100a代表类型"0"的数据位，而数据单元100b和100c现在代表类型"1，，的数据位。对比图2G和2E表明"l，，数据位已经被沿着寄存器下移并且远离输入单元120,这是"0"数据位已经被引进到移位寄存器108的结果。为了写类型"O"的另一个数据位，由图2H和21阐释的脉冲阶梯被使用。这个步骤类似于由图2F和2G阐释的步骤，作为附加的"0"位已经被引入移位寄存器108的结果——图2G的"1"和"0"两个数据位正被沿着寄存器下移。注意通过适当定位输入单元120和然后施加电子脉冲到电组件130a，其然后导致一个电场被施加于数据单元100a100d，数据能进入移位寄存器108。另外，施加电子脉冲到电组件130a具有沿着寄存器108移位数据位的效果。但是，更优选地，没有两个连续的数据单元100a100d在向前的位置，因为这样一个结构将不便于在脉沖之后把这些连续的向前的单元中的最左面的单元移动到向后的位置。一个相关的问题是如何使一个拥有N个数据单元(例如100a100d)的存储器移位寄存器可使用，其中，数据单元最初随机地分布在向前或者向后的位置之间并且包括两个或者更多的连续的向前倾斜的数据单元的实例。模拟显示假如终端单元134在向后的位置并且"O，，数据位被输入到移位寄存器，如果移位寄存器大于N次地(例如2030次，若N-2000)被施加脉冲波，那么移位寄存器将完全被"0"数据位填充。图3阐释的是数据如何以连续的方式从移位寄存器108被读出，例如到控制器14。图3A表明了在数据位序列"010"已经进入移位寄存器108之后，数据单元100a100d如何被配置。从移位寄存器108将被读出的第一个数据位是和数据单元100d相关联的"0"位；为这个目的，这个数据单元的方向(例如它是向前倾斜还是向后倾斜)被确定。这能够通过若干方法之一来实现，如下所述。在数据单元100d的方向已经被确定向后倾斜之后，然后电势被施加于电组件130a，就如图3B中所示。这导致了图3C中所示的结构，其中仍将要被读出的"0"和"1，，数据位已经被移向终端单元134。接下来，数据单元100d的方向被再次询问并且被发现向前倾斜，其表明"l"数据位，因为在这个特定的实施例中，向前倾斜的数据单元在定义上和"l"数据位相关联。而且，既然"l，，数据位由向前倾斜的数据位、后面跟随向后倾斜的数据位代表，那么在下一个数据位(在本例中，"0"数据位)能被从移位寄存器108检索之前，在这点上施加两个连续的脉冲到电组件130a是必要的。就像在图3中所示的一样，一旦数据已经从移位寄存器108中被读出，根据图2中所示的方法，它们可以被写回到移位寄存器中。也要注意，数据可以被输入或者写入移位寄存器108中，正如数据从移位寄存器中被读出。在图2和3的实施例中，向后倾斜的固定的终端单元134确保最后的数据单元100d正确地移动，即使数据单元100d的右边没有可移动的数据单元。也就是说，每一个激活脉沖传输数据单元100c的状态到数据单元100d。一种确定数据单元100d的方向的方法是光学。例如，来自光发射器(图中未示出的)的光可以被直接导向数据单元100d，从这个数据单元反射的光正被光电二极管或者其他检测器(图中未示出的)检测。被观测到的反射通常取决于数据单元100d的方向，即通过检测器和任何其他光学组件的正确对准，能够使得入射在检测器上的光的量能强烈地依赖于数据单元100d是向前倾斜还是向后倾斜。光学检测单元能被直接制造到控制器14的控制电路中。另外，光学采集组件能被设置在或者嵌入电组件130a或者导电基板130b，因为电组件130a和导电基板1.3必b中的每一个可以部分地或者完全地透明，因为这些.表面的导电性不必很高。另外，光学共振效果(其可能涉及输出端单元134)能被使用以加强当数据单元100d处于向前或者向后位置时被检测到的光的量的差异。如果使光发射器和检测器远离移位寄存器108是有用的，可以将波导用于传送光。确定数据单元100d的方向的其他方法也能被使用。例如，如果磁性薄膜已经被沉积在数据单元100d上，则当数据单元100d移动的时候，检测器(例如，被集成进一个附近的硅片)能被用来检测场的幅度或者方向的改变。相似地，通过测量其对于附近固定的单元(例如，单元134)的电容量，数据单元100d的方向可以被确定。另一种使数据进入存储器移位寄存器的方法被参照图4描述，其示出了一个被控制器114控制的存储器移位寄存器108'。用这种方法，输入单元20和电极22被输入单元120'(其功能是接收单元)取代。输入单元120'被设计成被相同的电极130a启动，该电极130a被用来向数据单元100a100d施加电场。例如，输入单元120'可以被制造成具有不同的特性(例如其形状可能不同于数据单元100a100d的形状)，以使得它能独立于数据单元被寻址。通过施加至少两种不同的电磁脉冲到电组件130a(例如具有在时间相关性和/或幅度上不同的波形的脉冲)，这可以被完成。对于脉冲之一，输入单元120'表现得像个接收器，该脉冲又影响这个输入单元的位置。例如，输入单元120'可能被向前推向数据单元100a，作为随后的输入单元120'和数据单元100a之间的互相作用的结果——数据然后被传输到数据单元100a100d，类比于图2所示的过程。这种广播方法排除了被连接到图1的电极22的专用线的需要。这在概念上与广播无线电信号和使用调谐到该信号的接收器相类似。使用一系列如图5A中所示的数据单元，证明该原理的实验被实施。大约5厘米长的涂有导电石墨的纸卡片160用一个重物164(例如一块0.25gm的钢塾片)被加重。每一个卡片160被固定在铝夹(aluminumholder)168中的一个支点(pivotpoint)166上，该铝夹提供了两个止点，(stoppoints)170a、170b，在所述止点之外所迷卡片不能旋转。以这种方式，一系列双稳单元172#皮形成。在这个系列中的数据单元的第一个被图5B中所示的器件所取代，其提供了一种输入数据的方法。这个器件的右手边是一个双稳单元174，其相同于双稳单元172(并且其包括一个纸卡片160'，一个重物164'，一个支点166'，一个铝夹168'和止点170a'、170b'，所有的这些都与未加撇号的组件相同)，除了两个附加重物176a和176b的加入(它们分别位于支点166'的上面和下面)。附加重物176a和176b的一个目的是增加双稳单元174的惯性矩；另一个目的是通过仔细权衡附加重物176a和176b的质量来减小这个双稳单元174所经受的净重力转矩(netgravitationaltorque)。图5B中所示的器件的左手边是一个形状相似于卡片160的固定的导电杆(conductingbeam)177;当160'响应于正在被施加的电子脉冲从"向后"向"向前"移位的时候，这个导电杆排斥纸卡片160'(见下面)。杆177、双稳单元174和双稳单元172系列都毗邻于一个导电基板178并且一起形成了一个简单的存储器移位寄存器。代替使用单元上面的平面导电电极，一个脉冲电势被施加在导电基板178和导电介质(它们已经被施加到一个围绕在移位寄存器周围的塑料盒的内部)之间。这样的电子布置在双稳单元172、174的末端部分(具体地在160、160'的末端部分)和杆177中产生电荷，以使得双稳单元172就像数据单元100a100d—样互相排斥对方，就像上面结合图2和3中所示的实施例所讨论的一样。实际上，双稳单元172响应于一个正在被施加的8.5kV、40ms的脉冲移动；双稳单元174响应于一个2.7kV、300ms的脉冲移动；注意在宏观距离上保持高电场需要高电压。系列中的最后的双稳单元172的位置被一个LED/光电二极管检测器(图中未示出的)读取。一台计算机(图中未示出的)控制该寄存器、给任意的文本消息编码、把它们沿移位寄存器发送，然后读取它们。8个双稳单元172的移位寄存器足够长以保存字母表的单个的编码字母。尽管该数据单元能被构建为机械地滑动连接或者(像上面所描述的一样)围绕固定支点旋转的宏观单元，但是一个更好的方法是依赖数据单元本身的弹性变形(例如弯曲或扭转)。这允许数据单元的机械特性通过它们的形状、粘弹性能以及它们的阻力(如果它们沉入液体之中)被改变。一种这样的弹性变形的方法现在参考图6来被描述，其表示了一个模制的弹性片180——其例如是由PDMS、聚合物(二甲基硅酮)制成——的透视图。被用来制造这个片的模具(图中未示出)可能简单地是一组紧密地间隔的像箱子一样的突出物，其被压入PDMS或者另一个弹性材料的时候产生被很薄的柔性的(flexible)壁184分离的基本上矩形的坑182。通过在不膨胀的刚性基底上模制(mold)弹性体，然后通过添加溶剂使弹性体膨胀，壁184被推入，从而使得从图6中的壁184的方向，双稳几何构型是明显的。这些壁184能被制作成用作双稳单元。时变分子(time-dependentmolecular)动态计算确认模制的弹性片180能形成功能存储器移位寄存器(functioningmemoryshiftregister)的一部分。该弹性片180被一个周期为10nm的点质量(其被阻尼弹簧连接以模拟连续动力)的立方晶格模型化(modeled)。在这些计算中，弹性片180的膨胀被直接地模型化。具体而言，该弹性材料被认为附着于一个以围绕弹性片180的外面为周长的刚性框架，并且当所述晶体逐渐地膨胀的时候，弹性片180达到一个平衡状态。另外，数据沿寄存器的移位也被模型化，在壁184的每一个表面上的静电力对于所施加的电压以每一个时间步(timest印)被计算；机械系统的产生的连续动力也被计算。下面的尺寸的组合基于弹性片180产生移位寄存器的良性运行1)被放置在双稳存储器单元或者壁184之上35nm的一个电极(图6中未示出，但是在图7A中能看到)；2)壁184的间距138nm;3)壁的长度240nm;4)壁高140nm(即，垂直于电极的尺寸)；和5)壁厚40nm。为了实现双稳态，弹性片180被膨胀以给出一个最终的容积，其比它最初的容积大26%。对于壁位置的任何组合(其不包括两个连续向前倾斜的位置)，对于9xl05Pa的弹性模量，2.7volt、30ns长的脉冲将要以50ns推进(advance)数据单元(即移动壁1S4)。各种不同的数据单元(由壁184表示)的尺寸参数和弹性参数应该理想地被控制使得每个壁184正确地移动。这些尺寸参数和弹性参数必须被控制的程度与理想地被制造的存储器将工作的电压范围有关。数据单元应该理想地正确地移动，不管它邻近的数据单元的位置如何。也就是说，它是否移动到另一个双稳位置应该优选地仅仅依赖于它和一个邻近的数据单元是否指向彼此。实际上，被场提供到数据单元的能量EF取决于其他因素，例如它和它的相邻数据单元是否平行或者指向远离彼此的方向。比较于其双稳态屏障，如果被场提供到一个数据单元(由给定的壁184表示)的能量太低，它将不翻转；而如果它太高，朝向电极的引力单独地就能克服双稳态屏障。对于一个理想地被制造的存储器，我们限定其操作裕量(operatingmargin)为M=(V叩/V，average)2，这是数据单元在其上对于一个给定的平均操作电压V。p-average能正确地被操作的范围。因为被电压脉冲传给壁184的能量取决于V。p2，M也是在制造中对于在最佳电压上的工作器件被允许的能量屏障的范围。对于图6的设计，壁184的间距和这些壁的高度被系统地优化以给出一个最大的操作裕量。这导致先前描述的几何构型，其和一个±21%的操作裕量相对应。该操作范围可以在先前的段落描述的简单的几何构型上通过使用图7中所示的几何构型被加强，在图7中，弹性壁184'的一个100nm长的中心部分(由附图标记200表示)被提高到周围材料204a、204b的高度。在这种情况下，壁184'的邻近部分208a、208b垂直地凹入60nm。图7A表示了这个布置的平面图，包括一个激活电极210;对应的截面剖视图被表示在图7B中。因此，壁184和184'能被制作成像上面所描述的数据单元100a100d—样运行。作为集中在中心部分200(在这里，和其他壁184的互相作用是最强烈的)中的感应电荷的结果，图7的优化几何构型把操作裕量提高到了±29%。现在，参考图8~11，讨论本发明的另一个实施例。这个实施例使用成对的初级数据单元和次级数据单元(其被本领域的一些人分别称为是主单元和从单元)。图8和图9阐释了在存在由两个导电元件或电极450a、450b施加的电场的情况下，这些单元享有的多稳态机械位置。图8A表示了在存在取向为"向下"的方向的电场的情况下，处在它的机械稳定性位置之一中的孤立的带正电的初级数据单元452;在存在这个电场的情况下，它的另一个机械稳定性位置被表示为虛像并且被参考数字452'标示。该初级数据单元452沿着它的末端部分之一452a被固定在导电元件450a。如图8B中所示，在存在被取向为向下的相同电场的情况下，一个孤立的带负电的次级数据单元456被定向为直立于机械稳定性位置中；数据单元456的部分456a被固定在导电元件450a。图9A和9B表示了在存在被取向为"向上"的方向上的电场的情况下，初级和次级数据单元452和456的机械稳定性方向。在这种情况下，带正电的初级数据单元452在稳定性位置是直立的，如图9A所示。如图9B所示，带负电的次级数据单元456在存在向上的电场的情况下拥有两个机械稳定性位置，其中一个被显示为虚像并且被标号为456'。因此，数据单元452和456拥有或者一个或者两个机械稳定性位置，这取决于-皮施加电场的方向。在存在一个电场且互相在一起的情况下(如图10中所示)，初级和次级数据单元452和456的机械稳定性位置可能稍微偏离它们在存在一个电场但是彼此隔离的情况下(如图8和9中所示)的机械稳定性位置。也就是说，让数据单元452和456彼此邻近可能在它们各自的机械稳定性位置上产生轻度的波动，如图IOB中的箭头所提示的。其相对应的平面图被表示在图10A中。图IIA、IIB、11C和11D以连续的方式表示了"l"数据位在被输入器件之后是如何被沿移位寄存器传输的。在图IIA、IIB、11C和11D的每一个图中，"P，，和"S，，分别代表初级和次级数据单元。数字"1"、"2"、"3，，和"4，，和各自的初级和次级单元对相关，数字指示当数据位从一个对被传输到下一个对的时候所经过的路径。"+"和"-"符号作为"初级和次级数据单元分别是带正负电荷"的提示，不过如果所有的单元的极性是相反的，该实施例也能工作。这些平面图也给观察者有关每一个数据单元从垂直状态偏离的程度的提示，因为每一个数据单元已经被投射到导电元件450a的平面上。例如，在图IIA中，可以看出数据单元Pl+偏离得相对强烈；而数据单元Sl-是直立的。被标号460表示的虚线是一个"传播轴"，其指示数据位通过该器件传播的基本方向。用在这里的约定是一个基本面向传播轴460("向前")的初级数据单元代表一个"l"数据位，而一个基本远离这个轴("向后")的初级数据单元代表一个"O，，数据位。数据单元Pl+、P2+、P3+、P4+、51-、S2-、S3-和S4-优选地被浸入一个非游离、高介电常数(K)的液体(图中未示出)，作为制造过程中的一部分中其被嵌入，使得雷诺数较低。该液体被用来减少表面压力并且可以包括DMSO、NMP或者乙腈。在图IIA中，电场方向向下，并且该器件处于静止状态，向下的电场把每一个初级数据单元拉入双稳位置之一Pl+向前("l"数据位)和P2+、P3+和P4+向后("O"数据位)。[这个数据位用一个单独的电极(图中未示出)或者用一种例如先前被描述的传播方式能被输入]。每一个次级数据单元Sl-、S2-、S3-和S4-被向上拉，几乎垂直于导电元件450a的平面。在图11B中，现在电场已经被逆转为向上的方向，其有"向上拉"初级数据单元Pl+、P2+、P3+和P4+以及向下拉次级数据单元Sl-、52-、S3-和S4-的效果。每一个次级数据单元已经向两个双稳机械位置之一移动，这个位置通过次级数据单元和它的相对应的初级数据单元之间的相互作用被确定。在图11C中，数据单元响应于方向向上的被施加的电场继续移动。具体而言，S1-已经移动到更接近于P2十[它的对应的"下一个初级单元"]，而S2-、S3-和S4-已经移动到更远离它们的对应的"下一个初级单元"。在图11D中，电场再一次被逆转以使得它方.向向上，从而把所有的初级数据单元Pl+、P2+、P3+和P4+带入双稳位置，并且垂直于(upright)次级数据单元Sl-、S2-、S3-和S4-。具体而言，P2+经受了Sl-的吸引力(在图11C中也能看到)并且被向下拉到一个向前("l"数据位)的位置。其他的初级数据单元Pl+、P3+和P4+通过提供附近的带电单元(如下面的例子中所讨论的)或者通过控制它们的形状被构建，使得在不存在一个临近的前面次级单元的情况下，它们被向下拉并且被拉进向后("o"数据位)的位置。在下面所描述的数字运算中，带负电荷的静止单元或者点电荷462实现了这个作用。当数据单元进入图11D中所示的新的平衡位置的时候，P2+现在处于向前("l"数据位)的位置，而其他初级单元处于向后("0，，数据位)的位置。通过比较图IIA和IID，我们能看出，"l"数据位已经通过移位寄存器器件前进。图11的曲折的几何构型是为了明确的目的。由于数据流由于不同的数据单元的吸引力发生，布置在更为线性的阵列上的数据单元将不会趋向于向前传播信息。通过在2维阵列(例如图ll之一所示)布置数据单元，朝向向后拉数据单元PJ可定位PJ以使信息前进到Sn-。图11的数据单元的行为现在被参考特定的模型计算而讨论，在模型计算中数据单元(其能被制造成柔性高分子杆)被模型化为刚性转动杆。在这个模型中，初级数据单元Pl+、P2+、P3+和P4+长0.52微米，而次级数据单元Sl-、S2-、S3-和S4-长0.72微米，但是初级数据单元和次级数据单元的宽度和厚度对计算的重要性仅仅在于它们决定阻尼系数(其在这里被作为一个常数)。平行于导电元件450a的平面的单元的相对位置能从图11中搜集到。初级和次级数据单元被模型化为拥有各自的支点，次级数据单元的支点位于导电元件450a的平面中，初级数据单元的支点位于这个平面之上的0.06微米的位置；以这种方式定位支点有利于优化初级和次级数据单元之间的互动。除了初级和次级数据单元，附近有静止的单元462(见图11)，其被设想有一个点电荷-1.67xlO^C并且被定位在导电元件450a之上的0.6微米的位置。初级和次级数据单元两者被认为在它们各自的中心顶部边缘有一个点电荷——值为2.35xl(T"C。在第n个数据单元，一个转矩ln从由本地场施加在该单元上的静电力产生，该本地场是被施加的内在场的总和，包括来自其他初级和次级数据单元的场，以及来自点电荷462的场。外部施加的场(其被标绘在图12中)从被施加到电极450a、450b的电势和来自表面电荷的内在场产生。第二转矩2n从弹性恢复力产生，其使角度0n(其是第n个数据单元与垂直线所形成的角)达到平衡。对于在大小上比/8更小的角，转矩斜率d2n/d^相对于初级和次级数据单元分别等于2.50xl0國"和1.25x1015N-m/radian。对于大于/8的角，转矩斜率加倍以模拟一个被固定在导电元件450a所在平面上的真实柔性悬臂的行为。带负电荷的静止单元462阻止初级数据单元从垂直方向向外倾斜多于28度。因为初级和次级数据单元的动量是可以被忽略的，因此第n个杠杆运动的方程式是den/dt=(ln+2n)"n。4吏用被标绘的外部场的周期边界条件，在图12中所示的数据单元的运动的结果通过数值上求这个方程式的解的方式产生。阻尼系数^对于初级和次级数据单元这两者是4xl(T22N-m-s/radian，这是一个对于液体粘稠度0.5cP而估计的一个合适的数字。液体介电常数被选择为20。图12表示的是被标绘在图的左边的外部场中的数据单元的运动。箭头跟随单个的"l，，位，其从P3+移动到S3-，然后再到P4+。静止的内在的场是-3.2V/m。"l，，数据位从P3+移动到S3-的传输发生在该场在方向上被逆转并且被增加到5.2V/m的时候。在这个逆转后，初级数据单元在垂直的方向上被向上拉，并且S3-被P3+吸引以向内倾斜。然后该外部场被转换成O，允许P4+被S3-吸引，以使得P4+的方向和"1"的状态相对应。该场下降到-5V/m加快了该系统向静止状态回归，其最终被内在的场稳定化以完成该循环。制备具有不同的极性和密度的电荷的柔性单元对于图11所示的实施例是重要的。尽管对不同的区域进行图案化以使得它们具有不同的电荷可以通过引入附加的光刻步骤被实现，这将需要精确对准并大大地增加制造成本。一个优选的方案是设计存储器移位寄存器以使得具有不同电荷的那些区域具有不同的高度。在微接触印刷(microcontactprinting)中，具有在其表面上形成的分子墨水图案的图案化压模(stamp)被与扁平的基片(substrate)相接触。墨水仅仅在压模突出的地方被传输到扁平的基片。如果墨水替代地被首先施加到扁平的基片，然后该压模被与该基片相接触，则墨水将要被传输到最接近该基片的压模层。用这个原理，包括各种不同的数据单元Pl+、Sl-、P2+、S2-、P3+、S3-、P4+、S4-的模制的存储器和一个扁平的油墨(inked)板接触，以优先地将一种化学物质仅仅传输到最顶层表面。在传输墨水之前，这个最顶层表面的化学性质将要被修改以固定将要被传输的物质。顶部电极也可以用特定的化学物质官能化。通过在数据单元Pl+、Sl-、P2+、S2國、P3+、S3國、P4+、S4-(其优选地被固定在底部导电元件或者电极450a)上定位顶部导电元件或者电极450b,该器件能被装配以在它的内部(即在顶部和底部导电元件450a和450b之间)包括不能电离的高介电常数溶剂(图中未示出)。从导电元件450a和450b的表面或者数据单元(Pl+、Sl-、P2+、S2-、P3+、S3-、P4+、S4-)的表面进入溶剂的离子首先将会被保持在那个表面上的任何电荷吸引以形成一个双层。但是，在被导电元件450a、450b施加的适当高的电场中，离子能被拉开以到另一个表面。如果这另一个表面被官能化以便永久地结合这些移动的离子，两个表面将有永久性的电荷。当外部电势从器件上被移除的时候，一个永久性的内在的场将会保持。在这里被公开的优选的存储器移位寄存器实施例包括被布置在一个系列中的数据单元。就如图13中所示，在该系列中的数据单元不必被安排成一行，而是该系列能形成一个螺旋状的形状。在图13中，一个输入单元504被定位在系列数据单元510(它们一起形成了存储器移位寄存器502)的一端。这个输入单元504可以有利地像在上面结合图4所描述的输入或者接收单元120'—样运行，以使得先前被描述的广播方式能被用来输入数据，例如用一个电极(在图13中未被示出)。如果许多移位寄存器502被使用，它们可以被布置以形成同心环(图中未示出)，一个移位寄存器围绕着邻近的移位寄存器。同心几何构型允许许多移位寄存器有效地以高密度被封装，而仍然保持大的转弯半径。在这样一个同心布局中的所有移位寄存器能用单个电极被并行地操作。对于图14中所示的交叉点类型存储器件530，现在讨论紧密地布置移位寄存器的另一种方法。在由底线544和顶线548(其彼此偏移)组成的群所限定的每一个交叉点540，定位了一个移位寄存器502(为清楚起见，在图14中未示出，但是可见图13)。注意一系列离散触点564、568把一个基础芯片(图中未示出)分别连接到各个线544和548。这个布局允许仅从器件530的一边访问移位寄存器502。在每一个交叉点540或者节点上的移位寄存器502通过对线544和548的独特的组合施加电势的方式被存取。一些行/列的组合和节点不对应，这个事实通过系统控制器(图中未示出)能被处理。因此，线544、548和它们的相关交叉点540形成了一个存储层，其中(如果需要的话)许多能被堆叠在彼此的顶部。通过轻微地偏置这些层，以一种搭迭的布局，每一个层能被直接附着于下面的驱动芯片。图15A表示了线544(但是，为清楚起见，没有线548)中的几条。表示在15B中的器件530的剖视图阐释了线544和548中的每一条可以有利地分别包括平行的波导574和578，其依次可以和一个芯片(未示出)、例如一个硅片光通信。使用和被用来产生线544—样的模具，移位寄存器502可以在底部波导574的表面上被形成。另外，波导574和578可以有利地导电，以使得一个电势被施加。就像上面所描述的一样，系列中的最后的数据单元的方向能被光学地检测，以使得储存在移位寄存器502中的数据能被读出。光学检测通过调整波导574和578之间的间距与移位寄存器502中的最后一个数据单元(例如，在图2和3中可见的数据单元100d)的几何构型成为可能，以使得依靠移位寄存器502中的最后一个数据单元的位置，光586被散射——从一个波导578到另一个波导574。如果数据单元510是大约.0,2平方微米，那么移位寄存器502将可能是大约10平方微米(如果该移位寄存器包括2500个这样的数据单元)。这样的尺寸使它们本身并入到一个模制波导。当这样一个结构被附着于一个控制器/驱动芯片的时候，精确的叠加就不需要了。在图14和15中所示的交叉点类型的存储器器件530可以包括图2和3中所示类型的存储器移位寄存器或者图11所示类型的存储器移位寄存器，或者它们的某种组合。通过压花、通过紫外光固化或热压印或者通过传统的光刻技术，器件530的各种不同的组件能形成。触点形成方法提供了高分辨率、低成本和形成多层图案的能力。各种不同层的精确的平面内的对准可能是不需要的，因为通过在层里压印有特定形状的基准标志，然后当层被聚集到一起形成一个集成器件的时候，这些形状帮助把不同的层带到它们的在平面中的正确位置上，充分的对准能被实现。驱动器、检测、控制、误差修正和接口优选地由微加工电子器件所构成的其他集成组件实施。大的存储器移位寄存器具有能在每个存储器层上堆叠更多信息的优势，而小的存储器移位寄存器能更快地存取信息并且更少地被缺陷或者局部移位误差阻碍。在向存储器移位寄存器写数据之前，控制器(例如图1的控制器14和图4的控制器114)能找出不良的寄存器，以使得它们不被用来储存数据。与被用在硬盘驱动器中的相类似误差纠正编码能被用来在误差产生的时候来修正它们。另外，数据能被编码以便在不同的寄存器之间"展开"，以使得如果一个寄存器坏了，数据能被恢复。控制器能被用来跟踪任何新发现的坏的寄存器。本发明可能实施在其他具体的形式之中，而不偏离它的精神和本质特征。被描述的实施例将被认为在各个方面仅仅是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围通过后附的权利要求而不是前面的描迷被指示。在这个意义之内的所有变化和权利要求书的等同的范围将包栝在该范围之内。权利要求1、一种数据器件，包括排列成系列的至少四个数据单元，其中每一个数据单元被固定到基板上并且在多个机械稳定位置之间是可移动的；和至少一个把电磁场同时施加到所有数据单元的组件，其中响应于电磁场被施加到所有数据单元，至少一个数据单元从一个机械稳定位置移动到另一个机械稳定位置。2、权利要求1的数据器件，包括输入单元，在施加电磁场到数据单元之后，该输入单元把数据输入到所述的数据单元中。3、权利要求2的数据器件，其中输入单元在多个机械稳定位置之间是可移动的。4、权利要求3的数据器件，还包括电极，其控制输入单元的位置。5、权利要求2的数据器件，包括一个终端单元，当数据从数据器件被读出的时候，该终端单元的位置保持固定，输入单元和终端单元位于数据单元系列的相反端。6、权利要求2的数据器件，其中输入单元能在多个机械稳定位置之间被所述至少一个组件施加的电磁场移动，其中被施加的电磁场不将任何数据单元移动到一个新的机械稳定位置。7、权利要求l的数据器件，其中所述基板是导电的。8、权利要求1的数据器件，所述数据单元可以在两个机械稳定位置之间可逆转地移动。9、权利要求l的数据器件，其中(i)第一类型的数据位由第一机械稳定位置中的一个单一的数据单元表示，(ii)不同于第一类型的第二类型的数据位由两个相邻的数据单元表示，其中的一个数据单元位于不同于第一机械稳定位置的第二机械稳定位置，而另一个数据单元位于第一机械稳定位置。10、权利要求l的数据器件，所述系列包括至少20个数据单元。11、权利要求l的数据器件，其中每一个数据单元包括初级和次级数据单元这两者。12、权利要求l的数据器件，其中机械稳定位置由被施加的电场引发。13、权利要求l的数据器件，其中机械稳定位置产生自数据单元的内在弹性，其不是由被施加的电场引发的。14、一种存储器移位寄存器，包括导电基板；至少具有8个数据单元的组，其中每一个数据单元具有(i)被固定在导电基板的部分，和(ii)可移动的末端部分，每一个数据单元可以在第一机械稳定结构和第二机械稳定结构之间可逆转地移动；至少一个接近数据单元的导电元件，其中响应于被施加在导电元件和基板之间的电势，电荷在数据单元中累积，使得对于具有(i)不同的机械结构和(ii)比起它们各自的基板部分更接近彼此的各自的末端部分的任何两个相邻的数据单元，所述的两个相邻的数据单元彼此互相排斥，导致所述的两个相邻的数据单元中的每一个从一个稳定结构到另一个稳定结构移动；和位于单元组的一端的输入单元，该输入单元方便数据输入到移位寄存器中。15、权利要求14的移位寄存器，其中(i)第一类型的数据位由第一机械稳定结构中的一个单一的数据单元表示，(ii)不同于第一类型的第二类型的数据位由两个相邻的数据单元表示，其中的一个数据单元处于不同于第一机械稳定结构的第二机械稳定结构中，而另一个数据单元处于第一机械稳定结构中。16、权利要求15的移位寄存器，其中对于每一个表示第一类.型的数据位的数据单元，其末端部分比其固定部分更接近输入单元。17、权利要求15的移位寄存器，其中基板和数据单元由单独的一块材料形成。18、权利要求15的移位寄存器，其中数据单元由经受了膨胀过程的模制聚合物形成。19、一种使用权利要求14的移位寄存器的方法，包括通过将输入单元定位在预定的位置以及然后在导电元件和基板之间施加电势，在寄存器中输入第一数据位，从而将至少一个数据单元从第一稳定机械结构移动到第二稳定机械结构。20、权利要求19的方法，其中所述的定位包括使输入单元的末端部分接近数据单元的末端部分。21、权利要求19的方法，还包括对于每一个附加的数据位，通过将输入单元定位在预定的位置以及然后在导电元件中引入电子脉沖，在寄存器中输入附加的数据位，第一数据位沿着数据单元组移位并且远离输入单元。22、权利要求19的方法，其中寄存器包括终端单元，当数据从寄存器被读出的时候，该终端单元保持固定，该方法还包括通过确定邻近终端单元的数据单元的机械结构而从寄存器读出数据位。23、权利要求19的方法，其中寄存器包括至少100个数据单元。24、权利要求19的方法，还包括在导电元件和基板之间施加电磁势能，以使得输入单元从一个稳定结构被移动到另一个稳定结构而数据单元的结构保持不变。25、权利要求19的方法，还包括光学地从寄存器读出数据。全文摘要一种电子机械存储器件，其包括方便数据输入的输入单元、一系列数据单元和一个方便数据读出的终端单元。每一个数据单元具有至少两个稳定的机械方向，这些方向能被用来存储数据。通过施加一个瞬变电磁脉冲到数据单元，数据可以被输入该器件。该器件被构建成，使得当一个数据位被输入数据单元系列的时候，任何先前已经被输入该系列的数据位被移向终止数据单元。文档编号G11C19/00GK101300642SQ200680041326公开日2008年11月5日申请日期2006年11月6日优先权日2005年12月14日发明者G·M·麦克雷尔兰德申请人:国际商业机器公司