分子存储器和用于加工它的处理系统与方法

专利名称：分子存储器和用于加工它的处理系统与方法
技术领域：
本申请公开的实施方案广泛涉及分子存储器，即掺入了用于电荷存储的分子的存储器。更具体而言，本申请公开的实施方案涉及分子存储单元、分子存储器阵列、包括分子存储器的电子设备和用于生产分子存储器的加工系统和方法。
背景技术：
半导体加工和装置设计的进步导致计算装置被掺入无穷类型的从常规的可编程计算机到通讯设备和娱乐装置的工具和设备中。不论其最终目的如何，计算装置一般都包括中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和使CPU与RAM之间能够进行数据交换的访问与通信机构。在计算装置中，数据以信号(例如，电压、电流和光等等)的形式进行存储、通讯和处理。CPU包含逻辑处理上述信号的线路，同时存储器包含在CPU处理那些信号之前、 期间和之后用于存储这些信号的线路。通常将CPU、储存装置和数据通信机构集成为固体电子元件装置。虽然有时称为 “半导体装置”，但是，固体电子元件装置有赖于多种固体材料(包括金属、半导体和绝缘体)的电学性能。近年来，生产固体器件的技术和设备得到了显著的改良，已经能够生产具有亚微米尺寸的构造的装置了，比如开关、电容、电阻和相互连接器。当今，存储装置在单个集成电路中实现了数百兆位的存储。这些装置包括易失性存储器(例如，动态随机存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM))和非易失性存储器(例如，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可擦EPR0M、铁电DRAM)等。存储器生产系统和工艺还持续推动了精细几何布图和制作工艺的限度。计算装置存储器部件的性能已经成为决定总体系统性能的愈加重要的因素。更大容量的存储器使得更多种类的应用和功能能够通过计算装置得到实现，并且可以降低或者消除对分离的大量存储装置的需求。更高的存储速度保证了更高的CPU处理频率，使得计算装置更适用于复杂的任务或者实时任务。密集的储存装置支撑着增多种类的电池供电电子装置，比如便携式计算机、PDA和多功能移动电话等。同时，许多上述应用都受益于降低的能量消耗。在多种情形中，半导体加工工艺的改进导致能够制造更密集、更大、更快和更高能量效率的储存装置。在多种情形中，所述装置的固态电子性能由于所述装置变得更小而得到改进。不幸地，比如硅基DRAM存储器的常规内存已经达到了临界点，常规半导体存储器单元尺寸的继续降低预计将会不利地影响一些重要参数和不合意地增加成本。在较小尺寸时速度降低和能量消耗增加的原因之一是存储单元通常要为每个存储信息单位提供电容器。电容器是由导电板形成的电荷存储装置，所述导电板通过绝缘体隔开。当电容器较小时，其能够存储的电荷数量也会降低。为了在存储单元中充当可靠的存储装置，电容器需要具有容纳一定水平的信号的充分容量，该水平的信号可以被可靠地检测为数据。此外，常规的电容器会随时间经连接到每个存储位置的开关或者晶体管而损失它们存储的电荷。晶体管是固有地具有“渗漏”作用的装置，一些存储在电容器中的电荷随时间将会被消散或者泄漏。基于较小电容器的存储单元对渗漏问题更为敏感，因为它们仅仅具有较少的在存储数据不可恢复之前可以失去的电荷。这还会导致它们的可靠性降低。为了克服电容存储的瞬时性质，存储装置可以利用通常读出存储信号、将其放大至较高水平和将其存储回电容器的更新电路。由于分配给电容器的物理面积被降低，因此在较小可用面积时愈加难以保持相同的电荷存储容量。除非与降低存储容量相联系的渗漏可以得到降低，否则必须增加电容器的更新频率。然而，较高的电容器刷新速率将会降低存储单元用于读取和写入数据的时间百分比。此外，此时存储器总能量消耗中更高的百分比部分将用于刷新存储器。即使当所述装置处于休眠状态或者待用状态时，常规的DRAM也需要持续刷新，由此将持续进行能量消耗。据此，研究人员开始积极寻求克服常规的基于电容器的存储单元中与较小的平版印刷特征和复杂的电容器几何结构相联系的问题的存储数据信号的新方法。存储单元设计者试图通过提高可以在定量基片面积中形成的容量值，在较小的存储单元中保持低刷新速率。提高电容量通常包括增加电容器的电荷容纳材料的表面积，但是当电容器的总体尺寸被缩小时这是很难实现的。虽然设计者通过将电荷容纳材料形成为三维槽和叠层电容器设计，在控制表面积上取得了某些成功，但是为了在较小的单元中形成充分的电容量，仅仅这些技术未必可靠。当各种单元零件的尺寸变小时，预期基于单元性能的固体电子元件的行为开始衰减，使得电容器不能再存储充分的电荷达充分的时间，以满足存储单元的应用需要。一种缓解该问题的可能方法是采用分子装置，该分子装置用分子级结构和组件完成了电子装置或者系统的一些或者全部组件。这些分子级结构和部件显示出了分子特性， 而不是固体特性，这在多种情形中可以提供增强的性能。此外，由于分子，下至单个分子水平都保持其主要的性能，因此当未来处理工具和工艺得到开发时，分子级部件和装置结构可以被标度(或者缩小)。分子在电子装置(比如开关、电容器和导体等等)中能否得到广泛应用取决于连接化学过程和以合理生产率和成本实现高产率的工艺的开发。然而，迄今为止，设备供应商和工具开发设计者都没有开发出用于应用连接化学的有效工具和工艺，其中所述化学过程可以用于分子电子装置的制造中。对于广泛应用，分子级部件需要能够将期望的化学物质连接到基质、其它装置结构以及彼此连接的可重复工艺。此外，为了使新型部件(例如，用于电荷存储的微米或者亚微米尺寸的电化学电池)能够与半导体部件结合起来，需要形成分子结构的稳固工艺。对于分子装置制造工艺，可以合意地使其与现有半导体工业工艺兼容，并且可以合意地应用现有半导体工业工具或者其改进。然而，分子装置工艺对于多种对半导体加工具有不同影响的变量和条件都是灵敏的。例如，在差不多整个半导体制造工艺中，水作为清洗液并且以环境湿度的形式存在。然而，由于水分子妨碍连接化学或者破坏活性分子，因此水会对一些分子工艺具有破坏性作用。类似地，在半导体加工工艺中，稀薄的自然形成的氧化层和极低的杂质含量也是可以容忍的，因为这些异常特征的总作用与总体设备功能相比是极小的。相比之下，当装置采用分子级零件进行构造时，这些分子级缺陷会变得显著。存储器设计者面临的另一难题是要设法增加信息密度(例如，可以存储到含有存储器的芯片给定区域中的信息量)。在目前的DRAM技术的实际限制下，具有常规固态电容器的每个存贮单元只能存储一位信息。据此，可以合意地使存储器(和用于此的处理系统和方法)具有改良的信息存储密度，例如通过使用可以可靠地存储多于两个离散状态的存储单元。由上述可知，需要改良的存储装置。特别是需要分子存储单元、分子存储器阵列和包括分子存储器的电子装置。此外，需要用于制造分子存储器的更为有效的工具和工艺。此外，需要可以通过使用与现有半导体制造实践相兼容的技术制造的分子存储器，从而使得半导体装置和互相连接器可以与分子存储器一起得到制造。发明概述本发明满足上述需求。本发明的一方面涉及包括微米或者亚微米尺寸的电化学电池的分子存储装置。所述电化学电池包括工作电极；反电极；辅助反电极；接触工作电极、反电极和辅助反电极的电解质；和与至少一个电极电连接的氧化还原活性分子。本发明的另一方面涉及包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置的存储元件。所述电化学电池包括工作电极；反电极；辅助反电极；接触工作电极、反电极和辅助反电极的电解质；和与至少一个电极电连接的氧化还原活性分子。本发明的另一方面涉及包括一阵列存储元件的存储器阵列。至少一些存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置。所述电化学电池包括工作电极；反电极；辅助反电极；接触工作电极、反电极和辅助反电极的电解质；和与至少一个电极电连接的氧化还原活性分子。本发明的另一方面涉及计算装置，其包括与包括一阵列存储元件的分子存储器相连接的中央处理器。至少一些存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置。所述电化学电池包括工作电极；反电极；辅助反电极；接触工作电极、反电极和辅助反电极的电解质；和与至少一个电极电连接的氧化还原活性分子。本发明的另一方面涉及包括微米或者亚微米尺寸的电化学电池的分子存储装置。 所述电化学电池包括与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极；与化学吸附的氧化还原活性分子层电相连接的反电极；和接触所述工作电极和反电极的电解质。本发明的另一方面涉及包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置的存储元件。所述电化学电池包括与化学吸附存储分子层电连接的工作电极；与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触所述工作电极和反电极的电解质。本发明的另一方面涉及包括一阵列存储元件的存储器阵列。至少一些存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置。所述电化学电池包括与化学吸附存储分子层电相连接的工作电极；与化学吸附氧化还原活性分子层电相连接的反电极； 和接触所述工作电极和反电极的电解质。本发明的另一方面涉及计算装置，其包括与包括一阵列存储元件的分子存储器相连接的中央处理器。至少一些存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的开关装置。所述电化学电池包括与化学吸附的存储分子层电相连接的工作电极；与化学吸附的氧化还原活性分子层电相连接的反电极；和接触所述工作电极和反电极的电解质。本发明的另一方面涉及通过将位线连接至电化学电池来读取分子存储器装置的方法。所述电化学电池包括与存储分子相连接的工作电极；反电极；辅助反电极；和接触所述工作电极、反电极和辅助反电极的电解质。所述位线用于监测指示存储分子的氧化态的电位的变化。本发明的另一方面涉及通过将位线连接至电化学电池来写入分子存储器装置的方法。所述电化学电池包括与存储分子相连接的工作电极；反电极；辅助反电极；和接触所述工作电极、反电极和辅助反电极的电解质。对位线施加电位差，从而设定存储分子的氧化态。本发明的另一方面涉及通过将位线连接至电化学电池来读取分子存储器装置的方法。所述电化学电池包括与化学吸附的存储分子层电相连接的工作电极；与化学吸附氧化还原活性分子层电相连接的反电极；和接触所述工作电极和反电极的电解质。所述位线用于监测指示存储分子的氧化态的电位的变化。本发明的另一方面涉及通过将位线连接至电化学电池来写入分子存储器装置的方法。所述电化学电池包括与化学吸附的存储分子层电相连接的工作电极；与化学吸附的氧化还原活性分子层电相连接的反电极；和接触所述工作电极和反电极的电解质。对位线施加电位差，从而设定存储分子的氧化态。本发明的另一方面涉及一种装置，其包括涂覆元件，它被构造成用于将氧化还原活性分子沉积在单元制造的半导体片上；包含所述涂覆元件的封闭室；一个或多个气体传感器，用于监测封闭室内的一种或多种气体；和控制系统，它管理涂覆元件的操作。本发明的另一方面涉及一种装置，其包括加热元件，它被构造成用于使部分地制造的半导体片退火至350 450°C ；包含所述加热元件的封闭室；一个或多个气体传感器， 用于监测封闭室内的一种或多种气体；和控制系统，它管理加热元件的操作。本发明的另一方面涉及一种集成装置，其包括涂覆元件，它被构造成用于将氧化还原活性分子沉积在部分地制造的半导体片上；加热元件，它被构造成用于使部分地制造的半导体片退火至350 450°C;包含所述涂覆元件和加热元件的封闭室；一个或多个气体传感器，监控一个或者多个封闭室内的一种或多种气体；和控制系统，控制涂覆元件和加热元件的操作。本发明的另一方面涉及一种装置，其包括涂布元件，它被构造成用于将电解质沉积在部分地制造的半导体片上；包含所述涂布元件的封闭室；一个或多个气体传感器，它监控封闭室内的一种或多种气体；和控制系统，它管理涂布元件的操作。本发明的另一方面涉及一种在部分地制造的半导体片上形成一阵列分子存储装置的方法，通过形成一阵列工作电极；形成一个或多个用于所述阵列分子存储装置的辅助反电极；将存储分子连接到工作电极上；形成一种或多种用于所述阵列分子存储装置的电解质；和形成一个或多个用于所述阵列分子存储装置的反电极。本发明的另一方面涉及一种方法，其包括在第一监测的气体环境下，将氧化还原活性分子沉积在部分地制造的半导体片的表面；在第二监测的气体环境下，将一些氧化还原活性分子化学连接到半导体片上的许多工作电极的表面上；将未连接的氧化还原活性分子从半导体片上除去；在半导体片上形成电解质；和将导体沉积在电解质上。附图简述为了更透彻地理解本发明上述方面及其另外的方面和实施方案，应当结合以下附图对下述实施方案说明进行参考，其中相同的附图标记引用整个附图中的对应部分。

图1是根据本发明一种实施方案的分子存储装置的示意性剖面图。图加和2b为根据本发明一种实施方案的一阵列分子存储装置中分子存储装置的示意性剖面图，所述的一阵列分子存储装置被构造为在工作电极和反电极上都具有氧化还原活性分子的电化学电池。图3a和北为根据本发明一种实施方案的一阵列分子存储装置中分子存储装置的示意性剖面图，所述的一阵列分子存储装置被构造为具有工作电极、反电极和一个或多个辅助反电极的电化学电池。图4是根据本发明另一实施方案的分子存储装置的示意性剖面图，其中所述分子存储装置被构造成具有工作电极、反电极和辅助反电极的电化学电池。图5为根据本发明一种实施方案的槽或者“暗沟孔”分子存储装置及其掺入存储元件组成中的示意性剖面图。图6是掺入了分子存储器阵列的分子存储器的示意性方框图。图7是根据本发明一种实施方案的在具有嵌入的分子存储器的芯片上的系统的示意性方框图。图8是根据本发明一种实施方案的存储单元的示意电路图。图9是根据本发明一种实施方案的表示从分子存储器读取数据的方法的流程图。图10是表示三态(两个氧化态加上基态)单体卟啉存储分子的伏安特性的例证性循环伏安图。图11是根据本发明一种实施方案的表示向分子存储器写入数据的方法的流程图。图12描绘了具有多重不同氧化态的存储分子的例证性电流-电压伏安图。图13为图5存储元件部件的例证性伏安特性曲线，该部件中应用了具有多重不同氧化态的存储分子。图1 和14b为根据本发明两种实施方案的读取分子存储单元的逻辑状态的两种布置的示意性方框图。图15是根据本发明一种实施方案的分子存储器和支撑界面和控制逻辑的示意图。图16是根据本发明一种实施方案的分子连接加工工具的示意图。图17a和17b分别为根据本发明一种实施方案的热处理单元的顶视示意图和侧视示意图。图18是与电极表面吸附差的存储分子的示意图。
图19表示与电极表面连接差的存储分子的例证性电流-电压曲线。图20是说明根据本发明一种实施方案的分子连接加工工具控制系统的方框图。图21是根据本发明一种实施方案的电解质加工工具的示意图。图22是说明根据本发明一种实施方案的电解质加工工具控制系统的方框图。图23是根据本发明一种实施方案的批处理工具的部分示意图。图2 24d图解说明了在根据本发明的一种实施方案的各种加工阶段的分子电子装置的一部分。图25是表示根据本发明一种实施方案的制造一阵列分子存储装置的方法流程图。图沈是表示根据本发明一种实施方案的制造具有辅助反电极的分子存储装置的方法流程图。图27a 27i是表示根据本发明一种实施方案的制造具有辅助反电极的分子存储装置的方法的横截面示意图。图28a至2 分别表示了氧化还原活性分子的结构式，在图28a中为茂金属，其具体实施方案为图^b ^g的二茂铁形式，和在图^h中为卟啉。图^a、29b和29c描绘了各种氧化还原活性分子。图29a表明了包括两个氧化还原活性亚基、吓啉和二茂铁的氧化还原活性分子。图29b与图29a类似，但是描绘了可能的取代基。图29c描绘了图^b结构的聚合物，其中η为至少为2的整数。图30a、30b和30c示意地描绘了多种聚合物构造。图30a描绘了在电极3015上， 独立选择的氧化还原活性分子3000与独立选择的连接物3010的Z-方向线性聚合物，η为 0或者更大的整数，优选1 8，并且连接部分未描绘出来。图30b描绘了具有交联3015的如图30a中所示的Z-方向线性聚合物。如下所述，还可以考虑枝状的具有一个或者多个分枝点的Z-方向聚合物。图30c描绘了具有多个连接部分3020的X-Y方向线性氧化还原活性分子聚合物；还考虑了包括不同氧化还原活性分子的线性聚合物的表面，同样可以使用均聚物或者杂聚物。分枝的氧化还原活性分子聚合物还可以具有任选的交联。图31描绘了大环配体(例如，前配体(proligand)(当q为0时)或者配合物(当 q为1时))。图32a、32b和32c描绘了多种氧化还原活性分子。这些结构将氮用作配位杂原子， 不过也可以使用其它杂原子(特别是氧和硫)(本领域熟练技术人员应当理解，大环的化合价可以改变)。图3 为酞菁衍生物，图32b为卟啉衍生物，和图32c为扩展的卟啉。图33a 33i描绘了基于环烯衍生物的大环前配体；其中金属离子未显示，并且由此应当理解，还可能存在其它未显示的氢原子。取决于-υ-结构中骨架原子的数目，所述衍生物可以为12、13、14、15或者16元环，并且其它骨架原子可以为碳或者杂原子。在图3 中为12元环，其中A、B、C和D可以独立地选自单键和双键。在图33c中，环烯在两个杂原子之间具有“桥”，同时各个A-B独立地选自-C&-C&-、-CR = CR-、-CR2-CR2CR2-, -CR = CR-CR2-, -CR2-CR = CR-、CR2-NR-CR2-, -CR = N-CR2-和-C&-N = CR-。图 33D 33G 描绘了具有可用的取代基位置的多种具体结构。图3 描绘了环烯衍生物的一个“支臂”的“损失”；根据在此的教导应当理解，多种另外的基于环烯的衍生物也可以改变键的化合价和除去R基团。图331为具有5个给体杂原子的大环前配体。在某些情形中，使用更大的环，并且由此导致形成了多核配合物。同样，在此所述的任何大环前配体和配合物、或者其混合物以及与其它种类ReAMs形成的混合物都可以在聚合反应中用作单体。实施方案说明在此描述了分子存储器和用于此的加工系统和方法。在此要参照本发明某些实施方案，其中一些实施例被图解说明于附图中。虽然将结合实施方案对本发明进行描述，但是应当理解，并不意图将本发明仅仅限于这些具体的实施方案。与此相反，本发明意图包括所有在如所附的权利要求所定义的本发明精神和范围内的备用方案、变型和等价物。特别针对使用分子存储装置实现电荷存储的分子存储器对本发明进行了描述。分子存储器已经得到了制造和证实。然而，可以容易地将本发明的教导应用到多种分子电子装置中，包括分子开关、分子逻辑和分子数据处理器等。据此，可以预期，人们可以轻易对在此所述具体教导和实施例进行改造，从而制造多种其中一些或者所有装置部件包括分子级结构的装置。此外，为了彻底了解本发明，在以下说明书中阐述了许多细节。然而，很显然对于本领域熟练的技术人员而言，即使没有这些细节，本发明也可以被实践。为了防止使本发明的方面含糊不清，在此未对其它本领域熟练技术人员熟知的其它情形、方法、工艺、部件和系统进行详述。定义在此所用的术语“氧化”是指从元素、化合物、分子或者化学取代基/亚基中失去一个或多个电子。在氧化反应中，电子由参与反应的原子或者分子失去。随后，这些原子或者分子上的电荷将必然变得更为阳性。电子从进行氧化反应的物质中失去，由此电子在氧化反应中表现为产物。在反应狗2+(叫)_ > Fe3+(aq)+e-中发生氧化作用，因为在氧化反应中电子从被氧化的物质(Fe2+(aq))中失去，尽管明显产生了作为“游离“实体的电子。相反地，术语“还原”是指由元素、化合物、分子或者化学取代基/亚基获得一个或多个电子。“氧化态”是指电中性状态或者通过元素、化合物、分子或者化学取代基/亚基得到或者失去电子所产生的状态。术语“多重氧化态”是指超过一个的氧化态。氧化态可以反映一个或者多个电子的获得(还原)或者一个或者多个电子的失去(氧化)。当涉及两个或者更多个氧化态时，“不同的和可区分的”是指实体(原子、分子、聚合体、亚基等等)上的净电荷可以以至少两种状态存在。当状态之间的差异大于热能时，所述状态是“可区分的”。当参考多亚基(例如聚合物的)存储分子的亚基使用时，术语“紧密连接的”是指将亚基彼此之间相对定位，使得一种亚基的氧化改变了另一亚基的氧化电势。在一些实施方案中，所述改变足以使得第二亚基的(非中性)氧化态与第一亚基的非中性氧化态不同和可区分。在一些实施方案中，所述紧密连接是通过共价健(例如，单键、双键、三键等等) 而实现的。然而，在某些实施方案中，所述紧密连接可以通过连接物、经离子相互作用、经疏水相互作用、通过金属配位(例如，夹层配位化合物)或者通过简单的机械并置而实现。应当理解，所述亚基可以被紧密连接，使得氧化还原作用在具有多重氧化态的单个超分子中进行。
在电化学上下文中，术语“电极”是指在电化学电池中，允许电子迁移入反应物 (例如，氧化还原活性分子比如存储分子)和/或从反应物迁移出的电化学电池的部分。优选电极为金属或者导电的有机分子。对于一些电极(例如，W、Ti、Ta和Si)，在电极表面上可以存在一层天然氧化物或者有目的地生长的氧化物。在电化学电池中，这种氧化物仍然允许电子迁移入反应物和/或迁移出反应物(例如，经隧道效应或者由于氧化物上的针孔)事实上，可以将所述电极制造成任何的二维或者三维形状(例如，分离的线、衬垫、平面、球、圆柱等)。在其它背景内，电极是指用于电连接电路部分的导体。术语“固定的电极”意图用来反映以下事实，相对于存储介质，电极基本上是稳定的和不可移动的。也就是说，电极和存储介质以彼此基本上固定的几何关系进行布置。应当承认，由于介质随温度变化的收缩或者由于包括电极和/或存储介质的分子构造的变化， 上述相对关系会发生某些改变。尽管如此，其总体空间布置仍然基本上是恒定的。该术语意图将其中电极为可活动的“探针”(例如，写或者记录“头”、原子力显微镜(AFM)尖、扫描隧道显微镜STM尖等)的系统排除在外。术语“工作电极”是指用于设置或者读取存储介质和/或存储分子状态的电极。术语“参比电极”用来指为使用工作电极进行的测定提供参比(例如，具体的参比电压)的电极。在优选的实施方案中，分子存储器中的参比电极处于相同的电位，不过在一些实施方案中它们的电位不必相同。术语“反电极”用来指向电化学电池的工作电极提供电流的电极，例如通过与电化学电池的电解质形成电连接从而提供电流。当描述分子存储装置中的电化学电池的一些实施方案时，术语“反电极”与“参比电极”可互换地使用，因为在这些实施方案中该电极用于向工作电极提供馈电电流和提供参比电位，基于该参比电位可以对工作电极的电位进行测量。术语“辅助反电极”用来指用于提高工作电极处的反应速度，使其超过仅仅用反电极可能达到的速度的电极。通过提供用于分子在工作电极上氧化或者还原期间的瞬时电容，辅助反电极可以降低电化学电池的电解质和/或反电极的低电流密度的电阻抗的影响，所述影响可以限制在工作电极处的总体反应速度。辅助反电极可以具有一种或多种以下性能(1)与反电极相比，它位于更接近工作电极的位置，(2)其具有与其紧固电连接的氧化还原活性分子，这些分子可以与连接于工作电极的分子相同或者不同，( 对其加偏压，以便可以将期望的电流量提供给工作电极处的反应，和(4)其自身可以具有氧化还原活性(例如，金属铜，其可以发生电化学反应)。术语“电解质”是指在电化学电池中用于传导离子的的介质。电解质可以由一种或者多种组分组成，所述组分可以为液体、凝胶、固体或者其组合。示例性的电解质包括但不限于聚合物基质和离子液体；传导离子的玻璃或者陶瓷；传导离子的过渡金属氧化物和固体电解质。当参考存储分子(或者，更一般而言，氧化还原活性分子)和/或存储介质和电极使用时，术语“电连接”是指所述存储介质或者分子与电极之间的连接，从而使得电子从存储介质/分子移动到电极或者从电极移动到存储介质/分子，并且由此改变所述存储介质 /分子的氧化态。电连接可以包括存储介质/分子和电极之间的直接共价键、间接共价连接(例如，经连接物连接)、存储介质/分子和电极之间的直接或者间接离子键或者其它键(例如，疏水键合)。此外，实际上可以不需要进行键合，和所述存储介质/分子可以简单地连接电极表面。同样，在电极和存储介质/分子之间也不必存在任何连接，电极可以充分接近于存储介质/分子，从而使得介质/分子和电极之间存在电子通道。术语“氧化还原活性单位”、“氧化还原活性分子”(ReAM)或者“氧化还原活性亚基” 是指通过施加适宜的电压，能够得到氧化或者还原的分子或者分子的组成部分。在此使用的术语“亚基”是指分子的组成部分。术语“存储分子”和“记忆分子”是指可以用于存储信息的具有一种或者多种氧化态的分子(例如，包括一个或者多个氧化还原活性亚基的分子)。优选存储分子具有两种或者更多种不同的和可区分的非中性氧化态。术语“存储介质”是指包括两种或者更多种存储分子的组合物。所述存储介质可以仅仅包含一种存储分子，或者其可以包含两种或者更多种不同的存储分子。在优选的实施方案中，术语“存储介质”是指存储分子的集合。优选存储介质包括多个(至少2个)不同的和可区分的(优选为非中性)氧化态。多重不同和可区分的氧化态可以通过组合不同类型的存储分子而形成，各种类型的分子都有助于多重不同氧化态的形成，并且每种类型都具有惟一的非中性氧化态。可替代地或者此外，所述存储介质可以包括一种或者多种具有多重非中性氧化态的存储分子。所述存储介质可以主要含有一种存储分子，或者其可以含有许多种不同的存储分子。所述存储介质还可以包括非存储分子的分子(例如，用来提供化学稳定性、适宜的机械性能，为了防止电荷泄漏等)。术语“化学吸附物质”是指化学键合(包括共价健)至基质的分子。术语“电化学电池”是指当所述装置中发生化学反应(例如，还原/氧化)时，将化学能转化为电能的装置，或者反之亦然。术语“分子存储装置”(MSD)是指包括两个或者更多个电极和电解质，同时氧化还原活性分子电连接至至少一个电极上的微米或者亚微米尺寸的电化学电池。术语“存储单元”和“存储元件”是指电荷存储装置(例如，常规存储器中的电容器或者分子存储器中的分子存储装置)及其相关的线路(例如，比如晶体管的开关装置)。 根据另一观点，此术语是指存储信息的最小独立可访问电路元件。术语“存储器阵列”是指一阵列存储单元。术语“分子存储器阵列”和“分子阵列” 是指一阵列用于分子存储装置的存储单元。术语“存储位置”是指布置存储介质的分离的域或者区域。当用一个或者多个电极编址时，所述存储位置可以形成存储单元。“访问”具体的存储元件是指为了提供通向存储元件的通路(例如用于读取和写入操作)，将此存储元件与电极联系起来(例如，电连接)。术语“读取”和“查询”是指确定一种或者多种存储元件的状态。当参考分子存储元件应用时，术语“刷新”是指将电压施加到存储分子或者存储元件的存储介质，从而在即时刷新操作之前，将存储分子或者存储介质的氧化态复位至与存储元件逻辑状态相关的预定状态。通过刷新操作，存储元件的逻辑状态可以得到保持。术语‘ 1/2 ”是指氧化还原过程中克式量电位(E° )的实际定义，被定义为Ev2 = E0 +(RT/nF)ln(D。x/Rred)，其中R为气体常数，T为温度(表示为K (开尔文))，η为参与该过程的电子数目，F为法拉第常数(96，485库仑/摩尔)，D。x为被氧化物质的扩散系数和Dred为被还原物质的扩散系数。“电压电源”是任何能够向目标(例如，电极)施加电压的电源(例如，分子、装置、 电路等)。措词“集成电路的输出”是指由一个或者多个集成电路和/或一个或者多个集成电路部件产生的电压或者信号。“伏安计装置”是指能够测量由于施加电压或者电压改变而在电化学电池中产生的电流的装置。“安培计装置”是指能够测量由于施加特定的电位(“电压”)一段时期而在电化学电池中产生的电流的装置。“电位计装置”是指能够测量由于电化学电池中氧化还原分子的平衡浓度的差异而产生的跨界面的电位的装置。“库仑计装置”是能够测量在向电化学电池施加位场(“电压”)期间产生的净电荷的装置。“阻抗频谱仪”是指能够确定电化学电池的总阻抗的装置。“正弦伏安计”是能够确定电化学电池的频域性能的伏安计装置。在分子连接的上下文中，“基质”为适于连接一种或者多种氧化还原活性分子的材料，优选为固体。基质可以由以下材料形成，包括但不限于玻璃、塑料、碳、硅、锗、矿物质 (例如，石英)、半导体材料(例如掺杂硅、氧化硅、掺杂锗等)、陶瓷、金属、金属氧化物或者金属氮化物等。在其它上下文中，基质是指(a)硅片或者(b)集成电路的主体或者基层， 其上沉积有其它层，例如硅基片或者蓝宝石基片。分子存储器图1是根据本发明一种实施方案的分子存储装置的示意性剖面图。整个结构可以建立并且电连接在下面的半导体装置的电极或者接合垫片上。例如，导电通路或者塞101可以向下延伸穿过半导体装置的钝化和平面化层，从而使得其与存取晶体管(803，如图8中所示)或者其它有源装置的源区/漏区形成电连接。导电塞101 可以连接在金属接合垫片上或者连接在半导体装置的有源区域。在一种具体的实施方案中，塞101含有钨，但是其可以使用任何可以有效地实现电连接的金属、合金、硅化物或者其它材料制造。工作电极103可以含有，例如铝、金、银、钨或者其它可利用的导体(比如铜、钼、氮化钛或者多晶体硅)。其它适宜的材料包括Ti、Ta、TaN和导电氧化物(例如，IrO、RuO, OsO, RhO)等或者其组合。在一些实施方案中，将工作电极103同时形成为其它结构，比如用于集成电路的接合衬垫和互相连接器。形成塞101和电极103的工艺和材料是半导体加工工业广泛利用的工艺和材料。在许多集成电路工艺中，都对金属衬垫涂覆绝缘层105，以用来保护和/或钝化工作电极103。绝缘层105可以被实施为沉积的氧化物或者氮化物等。 将层105图案化，从而暴露一部分工作电极103，在某些工艺中，这可以通过以与暴露一部分集成电路接合衬垫的操作相同的操作进行。工作电极103的暴露部分被确定为用于连接存储分子的“有源区域”。在一些实施方案中，所述结构通过使用工业标准工艺流程形成氧化物105并将其图案化而得到制造。存储分子的薄层107是在工作电极103的活性区域上形成的并且被附着和电连接至那里。在具体实施例中，层107的厚度可以为1 100纳米。在一些实施方案中，层107 为化学吸附的分子层。在一些实施方案中，层107为自组装的单层(SAM)。在其它实施方案中，层107还可以通过例如选择性沉积或者其它适宜的工艺(包括原位聚合)形成，如下所述和如U. S. S. N. 10/800, 147中所述，其全文在此引入作为参考。分子的连接位点可以通过在如上所述的导电材料上由图案化层105以平板印刷方式限定。仅仅作为代表性实施例， 被设计以与基质形成共价健(从而形成化学吸附的物质层)的具有特定连接子组件的广泛卟啉库( 150种化合物)可以作为用于层107中的可能存储分子。目前，这些分子包括许多不同的构造，包括但不限于多种构造的氧化还原部分(ReAMs)(包括单体和聚合ReAMs)、 其衍生物及其聚合物，如下进一步所述。一旦将分子连接在上面，薄化(例如，1 200纳米)材料层就可以用于形成电解质109 了。电解质109是用于电化学电池的电解质。金属层111可以通过蒸发、溅射、化学蒸汽淀积或者其它沉积方法被沉积到电解质层109上。金属层111形成所述电化学电池的参比电极和/或反电极，并且例如可以含有任何反电极材料，比如铜、银和钼等。电解质109应当与存储分子以及其它用于分子存储装置中的导体和绝缘体化学相容，并且适合于半导体加工工艺，其中所述电解质109可以为液体、凝胶、固体或者其组合。电解质109可以促进电化学电池中工作电极和其它电极(例如，参比电极)之间离子性的电荷迁移。示于图1中的堆栈结构的一个优点在于分子存储装置的底面形成了电极表面和存储分子能够在此表面上形成一层或者多层化学吸附物质层。并且，电解质层109还包覆了存储分子，基本上封装它们和保护它们使它们免于后续步骤。此外，图1的结构提供了一种实现三维构造的方法，其中在制造作为基础的基于半导体的微电子学装置后，随后增加金属层、绝缘体层和分子(例如，化学吸附的物质层中的分子)层等。图加和2b为根据本发明的一种实施方案的一阵列分子存储装置中分子存储装置的示意性剖面图，所述的一阵列分子存储装置被构造为在工作电极(WE)201和反电极 (CE) 203上具有氧化还原活性分子的电化学电池。同图1中的工作电极103 —样，这些电化学电池中的工作电极201都可以被建立并且电连接在下面的半导体装置的电极或者接合垫片上。例如，导电通路和/或塞211、 213、215等可以向下延伸穿过钝化层和平面化层(例如，绝缘体219)，从而与存取晶体管 (803，示于图8中)或者其它活性装置形成电连接。同图1中的工作电极103相同，这些电化学电池中的工作电极201都电连接至存储分子205的薄层。在一些实施方案中，存储分子层205为化学吸附层。在此实施方案中，微米或者亚微米尺寸的电化学电池使用常规的电解质层207与工作电极201和反电极203连接。在一些实施方案中，施加给反电极203的偏压是通过导线217(其从图2的平面伸出)提供的。此外，这些电化学电池中的反电极203与氧化还原活性分子层205电相连接。在一些实施方案中，反电极203上的氧化还原活性分子层205为化学吸附层。在一些实施方案中，反电极203与工作电极连接了相同的分子层205 (例如，为化学吸附层)。在其它实施方案中，同存在于工作电极201上的氧化还原活性分子层相比，反电极203连接了不同的紧固氧化还原活性分子层(图2中未显示)。在其它实施方案中，反电极203没有连接任何氧
16化还原活性分子(图2中未显示)，而是代之以利用反电极材料自身(例如，铜)的氧化还原化学。在图加中，工作电极201上的化学吸附的存储分子层和反电极203上的化学吸附的氧化还原活性分子层彼此共平面，分别如工作和反电极201和203 —样。如图2b所示，在一些实施方案中，反电极203和相邻工作电极201之间的距离可以通过将导电材料层221 (例如，掺杂多晶体硅、纳米晶体掺杂硅、Cu、Ti、Ta、TiN, TaN, Tiff 或者W)沉积、图案化和蚀刻在含有工作电极201和反电极203 (例如，掺杂多晶体硅，纳米晶体掺杂硅、Cu、Ti、Ta、TiN、TaN、TiW或者W)的表面上而得到降低。然后，可以将分子205 沉积、附着和电连接至材料221，这将形成工作电极201和反电极203的新表面。在此实施方案中，工作电极201上的化学吸附的存储分子层和反电极203上的化学吸附的氧化还原活性分子层仍然基本上彼此共平面，分别如工作和反电极201和203 —样。在示于图加和图2b的两个实施方案中，工作电极201和相邻的反电极203之间的间隔通过使用的光刻法进行确定，而不是通过电解质的厚度进行确定。取决于所应用的光刻法和电解质，这些实施方案可以降低电解质207的电阻抗的影响，所述电阻抗的影响会限制工作电极201处的总体反应速度。图3a和北为根据本发明一种实施方案的一阵列分子存储装置中分子存储装置的示意性剖面图，所述的一阵列分子存储装置被构造为具有工作电极(WE) 301、反电极309和一个或多个辅助反电极(ACE)303的电化学电池。这些电化学电池中的工作电极301可以被建立并且电连接在下面的半导体装置的电极或者接合垫片上。例如，导电通路和/或塞311、313、315等可以向下延伸穿过钝化和平面化层(例如，绝缘体319)，从而与存取晶体管(803，示于图8中)或者其它活性装置形成电连接。这些电化学电池中的工作电极301都电连接在存储分子薄层305上。在一些实施方案中，存储分子层305为化学吸附层。在此实施方案中，所述电化学电池使用通常的电解质层307和通常的反电极309。此外，此实施方案中的电化学电池具有一个或者多个辅助反电极303。辅助反电极303的主要目的是提高工作电极301处氧化/还原反应的速度，使其高于仅仅使用反电极309时的速度。辅助反电极303可以降低电解质307的电阻抗的影响和/或降低反电极 309的电流密度，所述电阻抗和/或电流密度会限制工作电极301处的总体反应速度。辅助反电极303 —般定位于比反电极309更接近工作电极301的位置。在一些实施方案中，辅助反电极303与工作电极301连接了相同的分子层305 (例如，为化学吸附层)。在其它实施方案中，同存在于工作电极301上的氧化还原活性分子层相比，辅助反电极303连接了不同的紧固的氧化还原活性分子层(图3中未显示)。在其它实施方案中，辅助反电极303没有连接任何氧化还原活性分子(图3中未显示)，而是代之以利用辅助反电极材料自身(例如，铜)的氧化还原化学性质。在一些实施方案中，对辅助反电极施加偏压，从而向工作电极301处的反应提供更强的电流。在一些实施方案中，施加给辅助反电极303的偏压是通过导线317(其从图3的平面伸出)提供的。如图北所示，在一些实施方案中，附着反电极303和相邻的工作电极301之间的距离可以通过将导电材料层321(例如，掺杂多晶体硅、纳米晶体掺杂硅、Cu、Ti、Ta、TiN, TaN、TiW或者W)沉积、图案化和蚀刻在含有工作电极301和辅助反电极303(例如，掺杂多晶体硅、纳米晶体掺杂硅、Cu、Ti、Ta、TiN, TaN, Tiff或者W)的表面上而得到降低。然后，可以将分子305沉积、附着和电连接至材料321，这将形成工作电极301和辅助反电极303的
新表面。图4是根据本发明另一实施方案的分子存储装置的示意性剖面图，其中所述分子存储装置被构造成具有工作电极、反电极和辅助反电极的电化学电池。在此实施方案中，工作电极403形成在另一导体401上。导体401是与存取晶体管或者其它活性装置形成电连接的阵列导体的一部分。工作电极403和导体401周围分别环绕有绝缘体(例如，SiO2) 405和402。绝缘层406(例如，SiO2)将工作电极403与辅助反电极407分离开来。导体400和404用于向辅助反电极407施加偏压。氧化还原活性分子层409(例如，化学吸附层)连接在工作电极403和辅助反电极407上。在此实施方案中， 电解质410和反电极411并非为多个电化学电池所共有。相反地，每个电化学电池都具有其固有的电解质和固有的反电极。绝缘层408(例如，SiO2)用于形成容纳电解质410的槽。 反电极411通过防水层412(例如，聚合物或者绝缘体，比如SiN和5风等)得到密封。以下根据图27对制造此实施方案的方法进行了更为详尽的描述。示于图4中的分子存储装置实施方案提供了另一种结构，其中将一个或者多个辅助反电极407紧靠工作电极403进行放置。本领域熟练的技术人员应当理解，示于图3和 4中的结构仅仅是可以将辅助反电极结合入分子存储装置电化学电池中的多种方式中的例证性结构。图5为根据本发明一种实施方案的槽或者“暗沟孔”分子存储装置及其掺入存储单元组件中的示意性剖面图。在此实施方案中，电化学电池或者在槽结构或者在“暗沟孔”结构中形成(例如， 参见提交于2001年10月沈日的美国专利中请10/046，499，其全文在此引入作为参考)。 在一些实施方案中，槽穿过覆盖介质层505(例如，氧化物)和反电极511延伸到基质501。 由此，槽壁得到暴露，从而提供了可以使存储分子507得到连接或者装配的表面接触。将存储分子507和电解质加入其中，然后，此结构可以被聚合物513(或者比如SiN和SiOx的绝缘体)覆盖，从而密封阵列。示于图5中的构造可以以防止金属可能沉积在分子层507上，从而防止该分子层 507受到损坏的方式形成。槽的内侧形成工作电极和反电极的表面，以及分子在所述槽的内表面上形成一层或者多层化学吸附物质层。由此，通过增加槽的深度，分子数目可以得到增加。应当指出，在图5中没有按比例绘出工作电极502和反电极511的相对高度。反电极511的高度典型地大于工作电极502的高度。此外，可以通过蚀刻金属-绝缘体-金属夹层中的槽或者暗沟孔而形成工作电极502，而不是在半导体基质的大量掺杂区域中形成工作电极502。这些夹层可以沉积在半导体基质上或者半导体片的后线端(BEOL)加工期间所形成的其它表面上。各个金属层的高度决定槽的高度，由此使得所述两种电极的有效面积易于调节。因为使用的是垂直尺度，因此可以使用更多的分子。这使得给定横截面积的半导体片(该片在图5中油基质501表示)的灵敏度得到大大增强。此外，图5的设计易于以各个电极的相对尺寸实现任何变化。在一些实施方案中，每个反电极511都连接到MOS晶体管的栅极515上，优选为 P-通道MOS晶体管的栅极515上，而工作电极502连接在固定电位上，在此表示为地线515。由此，栅极517上的电压将通过分子层507的氧化态得到调节，从而分子层507的状态可以通过测量在电流开始流动处的源节点519上施加的电压，或者可替代地通过测量当固定的高电位被施加在节点519处时所流动的电流值而得到确定。当安装在完全的存储单元中时，此组件将通过向节点517施加写入电压而得到写入和通过向节点519施加试探电压得到读取，从而允许一种非破坏性的读取机制。分子存储装置(比如示于图1 5中的那些分子存储装置)都非常适于应用于基于分子的电子装置的存储元件中，并且可以被用于实施具有1兆位或者更大容量的高容量、高密度分子存储器阵列和装置。在分子存储装置中，连接至工作电极(例如，比如103、301、403或者502的工作电极)的氧化还原活性分子被用于存储字节。在一些实施方案中，每个氧化还原态可以表示一个字节或者字节组合。连接至电极的氧化还原分子为可以在多种氧化态中存储一个或者多个字节的存储单元的一部分。在一些实施方案中，所述存储单元包括电连接至存储介质的固定工作电极，所述存储介质包括一种或者多种氧化还原活性分子并且具有不同的和可区分的氧化态。通过存储介质经电连接电极得到或者失去一个或者多个电子，数据被存储到氧化态(优选为非中性氧化态)中。可以利用电化学方法(例如，循环伏安法)对氧化还原活性分子的氧化态进行设置和/或读取，例如，如美国专利6，272，038、6，212，093和 6，208，553以及PCT公开文本W001/03U6所述，其全部内容在此引入作为参考。具体应用的是带有不同类型链的卟啉、二茂铁衍生的卟啉、翼形三聚卟啉、直接连接的二聚和三聚卟啉、双层结构和三层结构卟啉，如以下所详述。图6是含有分子存储器阵列601的分子存储器600的示意性方框图。在一些实施方案中，分子存储器阵列601包括2N行和2M列的陈列。2N行中的每一个都与字线607相连，同时2M列中每一个都与位线609相连。在一般应用中，字线607和位线609将彼此跨越或者交迭。字线和位线跨越的位置有时被称为“交叉”，虽然字线和位线并没有彼此连接。 分子存储单元800(图8) —般位于或者定位于各个行与列的交叉点附近。分子存储器阵列 601可以包括许多以满足具体应用需要的方式布置的分子存储单元800。存储器600通过将地址接收入地址寄存器619中而得到运行，其将N-位行地址传送到行地址解码器603中和将M-位列地址传送到列地址解码器605中。行地址解码器603 在一个字线607上形成信号。字线607可以包括将强电流信号驱动到字线607上的字线驱动电路615。因为字线607倾向于形成为铺设穿过大部分基片表面的长而薄的导体，因此需要将显著的电流和大功率的开关来驱动字线的信号。由此，除了为其它逻辑线路提供运转功率的电源电路(未显示)之外，线驱动电路615通常还装配有电源617。由此，字线驱动器615倾向于形成大的部件。强大电流的高速开关易于形成噪音、使电源和电源调节器的极限受迫以及使分离结构受迫。在常规的存储器阵列中，往往存在比行(字线)数目更多的列(位线)，因为在刷新操作期间，每个字线都得到活化，以刷新所有与该字线连接的存储元件。因此，行的数目越少，刷新所有行所需要的时间就越少。在一些实施方案中，可以对分子存储单元800进行装配，从而使其显示出比一般电容器显著更长的数据保持时间，长约数十、数百或者数千秒。由此，刷新循环进行的频率可以得到降低(例如，频率可以数量级的降低)或者完全省去。据此，实际上影响存储器阵列物理布局的刷新考虑事项可以得到放宽以及多种几何结构的阵列可以被实施。例如，分子存储器阵列601可以使用更多的字线607容易地得到制造，这会使得每个字线的长度更短。从而，由于以高速驱动每个字线需要较小的电流，因此可以将字线驱动电路615制造的较小或者将其消除。可替代地或者另外，较短的字线607 可以被更快地驱动，从而可以提高读/写存取次数。在另一替代方案中，可以给每行存储位置装配多重字线，以提供用于在每个存储位置中存储多个信息状态的装置。读出放大器611与每个位线609连接并且运行以检测位线609上的信号，其表明连接至位线上的存储单元800的状态并且将此状态放大为适当的逻辑电平信号。在一种实施方案中，读出放大器611可以用基本上常规的设计实现，所述常规设计将会运行用来检测和放大来自分子存储单元800的信号。另外，与常规电容器不同，一些分子存储装置提供了指示其状态的非常明显的信号。读/写逻辑613包括用于将存储器置于读或者写状态的电路。在读取状态中，来自分子阵列601的数据被置于位线609上(有或者没有，但是典型地有读出放大器611的操作)，并且通过读/写逻辑613中的缓冲器/锁存器进行捕获。在具体的读操作中，列地址解码器605将选择活性的位线609。在写操作中，读/写逻辑613将数据信号驱动到选定的位线609上，从而使得当字线得到激活时，这些数据可以覆盖已经存储到编址存储元件800 中的任何数据。刷新操作基本上与读操作相似，但是，字线607通过刷新电路(未显示)进行驱动，而不是通过外加地址进行驱动。在刷新操作中，读出放大器611(如果使用)将位线609 驱动至表明存储元件800当前状态的信号电平，并且该值将自动写回存储元件800。与读操作不同，在刷新期间，位线609的状态没有与读/写逻辑613联系在一起。如果所应用的分子的电荷保留时间低于所应用的装置的使用年限(闪速存储器的使用期限为10年左右)， 那么仅仅需要刷新操作。图7是根据本发明一种实施方案的在具有嵌入的分子存储器的基片(SOC)上的系统的示意性方框图。SOC 700包括中央处理器701和分子存储器703。存储总线705将CPU 701和分子存储器703相连接，从而交换地址、数据和控制信号。任选地，SOC 700还可以包含与存储总线705相连接的常规存储器707。常规存储器707可以包括随机存取存储器(例如，DRAM、 SRAM和SDRAM等)或者只读存储器(例如，ROM、EPROM和EEPROM等)。除了存储总线705 之外，SOC 700可以包括存储控制器(未显示)，用于将CPU 701连接至分子存储器703和其它任何包含在S0C700内的存储装置。SOC 700可以包括一个或多个能够使CPU 701与外部装置和系统通讯的输入/输出(I/O)界面709。I/O界面709可以通过串行端口、并行端口、射频端口、光学端口和红外端口等得到实现。此外，可以对界面709进行构造，从而使其进行传送任何可用的记录(包括基于数据包的记录)。众所周知，在本领域中，SOC可以被包含在和用于多种计算装置中，这些计算装置包括但不限于便携式计算机、个人数字助理(PDAs)、手机、数码相机和摄像机和嵌入式计算机等。分子存储器600自身或者嵌入SOC 700内的分子存储器703也可以被容易地包含在和用于上述计算装置中。图8是根据本发明一种实施方案的存储单元800的示意电路图。存储单元800类似于广泛应用的一晶体管一电容器(ITic)的存储单元设计。然而，存储单元800的不同之处在于其使用的是分子存储装置801，而不是常规的电容器。在一些实施方案中，分子存储
20装置801是以一种在其中形成具有活性装置的半导体基质之后并且在该半导体基质之上形成的结构形成被实施的。在其它实施方案中，分子存储装置801是以在其中形成具有活性装置的半导体基质中的微米至纳米尺寸的孔或者槽的形式被实施的。所述分子存储装置 801是使用与所述半导体基质和事先在半导体基质内形成的活性装置相兼容的处理技术进行制造。在一些实施方案中，所述分子存储装置801包括具有两个或者更多个通过电解质隔离的电极表面的电化学电池。存储分子(例如，可以用于存储信息的具有一个或多个氧化态的分子)与电化学电池内的电极表面相连接。存储分子的实例包括单体卟啉、二茂铁衍生的卟啉、三聚卟啉、吓啉聚合物或者三层构造夹层卟啉以及其它化合物。适宜的存储分子的实例将在以下进行更为详尽的描述。图9是根据本发明一种实施方案的表示从分子存储器读取数据的方法的流程图。当字线607被激活时，存取晶体管803就处于导电状态，从而将分子存储装置801 连接(90 至其相应的位线609。在多数情形中，由分子存储装置801产生的信号并不足以驱动常规的逻辑装置。读出放大器805检测由分子存储装置801产生的信号并且将该信号放大至适当的逻辑电平(即，与其它系统逻辑相适合的信号)。例如，使用卟啉存储分子时，可以构造具有稳定氧化态的分子存储装置，氧化态为+0. 55V、+0. 48V、+0. 39V、 +0. 17V、-0. 05V和-0. 18V(相对于Ag/Ag+)。在给定的实施方案中，可以提供更高或者更低的稳定氧化态。通过向位线609施加适当的电压，同时活化适当的字线607，可以将存储分子置于这些氧化态中的一种选定的氧化态。一旦分子存储装置处于期望的氧化态，在特定的实施方案中，就可以将此氧化态保持数十秒、数百秒、数千秒或者无穷长时间。在读取期间，字线607被活化，和分子存储装置801将位线609驱动至表明其氧化态的电压。在一些实施方案中，将位线预加压至预定的电位，然后将其连接至电化学电池， 并且对表现电化学电池中存储分子氧化态的电位变化进行监控(904)。这以与常规存储器中读操作非常类似的方式进行。当存取晶体管803得到激活(即，处于导电状态，形成闭合电路)时，分子存储装置(MSD)801将连接位线609。例如，如果位线被预加压至比分子氧化电位更负的值(相对于MSD或者反电极的顶部金属)，并且当分子处于氧化状态时，电流将从分子流动至位线(以及电子从位线流动至分子)。这将导致在位线上产生电荷积聚，其中电荷数量通过MSD中的分子数目和各个分子的氧化态进行确定⑴=nFN，法拉第定律)。 上述电荷的出现将改变位线609上的电压(V = Q/C)，以及此电压的改变可以通过电压信号读出放大器进行识别，如本领域所通用的。由于寄存效应和读取电路的负载，因此在读操作期间的位线电压可以不同于氧化态电压，然而，可以对电路进行布置，使得稳定氧化态得到清晰地读取。所述位线电压可以通过外部逻辑部分直接读取，或者可以通过读出放大器805放大至更为常规的逻辑电平。 在具体应用中，所述读出放大器805可以包括多个参照点(例如，多态读出放大器)，从而使得其在位线上产生稳定的多值信号。另外，读出放大器805可以包括响应由具体存储单元 800读出的多值电压信号而产生许多逻辑水平二进制输出的模拟-数字功能。分子存储装置801的一个优点在于，通过选择存储分子，分子存储可以适于在各个位置存储多位数据。图10是表示三态(两个氧化态加上基态)单体卟啉存储分子的伏安特性的例证性循环伏安曲线。峰值和谷值对应于可以用于存储信息的不同氧化态。在图 10的实施例中，两个峰值(加上未氧化态)对应于三个不同态，因此分子存储装置801能够存储三态信息。每个氧化态都可以得到顺序地依次设置或者写入。在OV时读取的电荷数量反映了氧化的状态的数目，其随后可以被转化为写入的位图。图11是根据本发明一种实施方案的表示向分子存储器写入的方法的流程图。为了将状态写入分子存储装置801中，将位线609连接(110 至分子存储装置 801和将电压施加(1104)给位线609，从而形成存储分子的期望氧化态。一般，施加给位线 609的电压要比用于MSD 801中的分子的E1/2正一些，以用于补偿写入电路中的阻抗和电容损失。与写入电路相关的损失是可测量的并且为常量，因此可以容易地得到补偿。在图10的具体实施例中，由水平轴表示的偏压电位表示工作电极相对于反(或者参比)电极(例如，111、309、411或者511)外加电位的电位，其使得在反电极处发生特定反应。由此，曲线沿水平轴的定位由发生在反电极处的电化学反应决定。该参比电压由化学平衡电位确定，通常如能斯特方程所表示。通常将此电位定义为0V，所有的电压都参比于该电位。应当指出，反电极和电解质的化学组成决定着该电压，并且该电压可以在宽调节范围内进行调节(例如，通过选择反电极处的反应物和反应物的浓度进行调节)。在图10的实施例中，工作电极上500mV信号(如上所定义)不足以引起第一分离的氧化态的氧化，然而 SOOmv信号足以引起第一分离氧化态的氧化。为了将第二态写入相同的存储装置801，将工作电极(例如，111、309、411或者511)上的偏压电位设置为IlOOmV或者更高。800mV信号不足以引起第二分离的氧化态的氧化，然而IlOOmV信号足以引起第二分离的氧化态的氧化。由此，第一和第二字节可以得到顺序写入。在写操作之后，所示存储分子倾向于保持它们的氧化态。实质上，通过写过程得到或者失去的电子都紧密键合在存储分子上。因此，同存储在常规电容器内的电荷相比，存储在存储分子内的电荷的渗漏速度将会降低。一旦存储分子被写入至给定氧化态，那么它们就可以通过电压式读出放大器或者电流式读出放大器进行读取。如图10所示，存储分子的一个特征在于，当将线性电压降施加给分子存储装置 801时，由于存储分子氧化态发生变化，电流值将会不同，并且电荷将由此从分子上失去或者被吸附到分子上。在示于图10中的电流-电压曲线中，每个峰值都对应于具体氧化态之间的一个具体跃迁。如果存储分子已经位于具体的氧化态，那么当将在另外情形下会导致向此具体氧化态跃迁的“读取电压”施加于该装置时，将几乎没有电流通过。例如，分子存储装置801可以通过在反电极(例如，111、309、411或者511)和工作电极(例如，103、301、 403或者502)之间施加0伏电压和测量产生的电荷量而得到读取。相对大量的电荷(即， 电流随时间的累积)表示第二逻辑状态(例如，图10中状态幻；相对少量的电荷表示第一逻辑状态(例如，图10中状态1)；和几乎没有电荷表示完全还原态(例如，图10中状态0)。 由此，通过向装置施加已知的电位并且评估信号和从分子上除去或者被分子吸收的电荷总量，分子的初始氧化态可以得到唯一地识别。类似地，在写操作之后存储分子的氧化态由与位线609相连的写入电压的大小确定。这种读取方法是部分地或者完全地破坏性的，原因在于在读取期间施加电势将改变分子存储装置801中至少一部分存储分子的氧化态。据此，在一些实施方案中，在读操作之后写回到分子存储装置801，从而恢复存储分子的氧化态。图12表明了具有多重不同氧化态的存储分子的例证性电流-电压伏安曲线。各个氧化态由曲线中的一个峰表示。因为可以将存储分子设计成具有许多不同的氧化态，因
22此分子存储提供了扩大的信息密度，由此，存储器阵列的信息密度可以得到提高。通过提供读/写逻辑、支持分子存储的读出放大装置等，这些多重氧化态可以用于现实存储装置中。图13为图5的存储元件组件的例证性的伏安特性曲线，该组件应用了具有多重不同氧化态的存储分子。在施加给通过栅极517上的电压进行门控的晶体管(优选P沟道晶体管)的源节点519处任意特定电压的电压下，电流是通过多种氧化态进行确定的。据此， 读取分子507的氧化态可以通过向结点519施加特定的电压、测量电流和将测量的电流绘制在存储于在图5中图解的存储元件组件中的字节数目的适当逻辑状态而得到实现。图1 和14b为根据本发明的两种实施方案的用于读取分子存储单元的逻辑状态的两种布置的示意性方框图。这两种布置都适用于多态分子存储器。在图1 中，电池电流(IeEj与积分器1401相连接。电池电流可以直接来自于位线609，或者可以代之以被预放大。预放大器可以包括在积分器1401中或者单独进行提供。 积分器1401发展了指示分子存储单元的氧化态的模拟信号。逻辑编码器1403接收来自积分器的模拟信号并且将其映射为逻辑信号，其可以包括平移、翻转或者用其它的组合逻辑进行处理，从而满足具体应用的需要。图14b中的布置实施了并流读数并且可以，例如与示于图5中的存储元件组件一同使用。电池电流(IceJ与电流式读出放大器1407相连接。电池电流可以直接来自于位线609，或者另外可以被预放大。预放大器可以包括在每个电流式读出放大器1407中或者单独地进行提供。每个读出放大器1407都具有指示具体逻辑状态门限电流值的单独电流参比1405。每个读出放大器1407都产生指示电池电流是否高于参比电流的二进制信号。 逻辑编码器1409接收二进制信号并且将其映射为逻辑信号，其可以包括平移、翻转或者用其它组合逻辑进行处理，从而满足具体应用的需要。图15是根据本发明一种实施方案的分子存储器和支撑界面以及控制逻辑的示意图。图15图解说明了将在此所述的多个分子存储装置零件组合成实际的大容量存储器的IM字节设备。与图15中所示类似的布局遵照工业标准引出线布线达到现实可行的程度。然而，当其中每个电池都存储有多重状态时，可以合宜地提供多重引出线，从而可以并联读出数据并且读出花费更少的时间周期。示于图15中的具体设备使用了四组分子存储单元阵列1501，其中每组提供256K存储位置，被布置为512行和512列。示于图15中的整个存储器具有512行和2048列或者1048576个存储位置(即，IM字节存储器)。其它任意尺寸的布置可以容易地替换示于图15中的具体布置。为了易于说明，略去了通用的基片输入端(比如供电电压)和接地端。在此实施方案中，九字节行地址被RA<0:8>上的外部装置提供给行预解码器 1503'。行预解码器1503'部分地解码行地址，并且将部分解码的行地址输出到各个行解码器1503。为每组提供了行解码器1503，然而行预解码器1503' —般为所有组共用。由于行预解码器1503'的存在，使得行解码器1503较小并且通常速度较快，因为它们处理的是部分得到解码的地址。在图15的具体实施方案中，行解码器包括各个字线的字线驱动电路。列地址被提供至CA<0:8>引出线，从而提供至列地址预解码器1505'。列地址预解码器1505'向列解码器1505提供预解码的地址，列解码器1505产生完全解码的列地址。在此实施方案中，每个分子存储器阵列1501都包括512个字线1507。通过位于一个示于图15上部的DBLA线上的适当信号，对用于读和/或写的具体组进行选择，所述信号激活通过列译码器1505编址的位线。将位线参比电压VBLREF提供给每个读出放大器模块 1511。位线参比电压可以用于电压式读出放大或者用于驱动串联或者并联的电流式读出放大。在此实施方案中，给每个分子存储器阵列1501提供了读出放大模块1511，所述读出放大模块1511包括与存储器阵列1501的512位线相连接的读出放大电路。读出放大模块1511还可以包括使被写入分子存储阵列1501的数据能够绕开读出放大器的写通过栅极，以及使位线与电荷信号(如果使用的话)能够绕开读出放大器的预充电信号通过栅极。 位线预充电电压决定在读周期期间，当字线得到激活时电池将被驱动到何种状态。在此实施方案中，数据缓冲器1503用于在写操作期间将数据信号驱动到位线上， 和用于在读操作期间从位线上读取数据信号。用于编码多位数据的逻辑编码器1405可以包括在数据缓冲器模块1503中。在D 输入端接收写入数据并且读出数据输出端位于 Q<0>-Q<3>输出端。虽然图15的设备是笼统性的，但是显然DRAM电路技术和功能组件可以适用于操作分子存储器。这反过来也使得现有电路技术可以被传动到高密分子存储装置。处理系统图16是根据本发明一种实施方案的分子连接处理工具的示意图。图16图解说明了具有通过机械基质传送机构连接的多功能组件的集成处理工具。集成工具方法需要对周围环境进行小心地监控和调节，从而控制杂质含量、湿度和温度等。例如，环境调节元件1605期望地包括去湿作用(从而保持恒定低湿度)、温度控制、和机械、化学和/或电滤作用(从而除去大小在约0. 1微米以上的颗粒)。任选地，环境调节元件1605可以使用干燥剂和颗粒团聚机构，从而进一步改良和控制周围的环境条件。图16中的集成工具1600处理模块的构造和布置仅仅是用于例证性地说明的目的进行提供，可以使用任何可用的工具构造。另外，工艺模块可以单独地提供于具有多个独立处理站位的非集成环境中。非集成工具会要求每个工具都处于类似控制的条件下，并且各工艺位置之间的传送需要使用密封、环境控制载体进行。图16的装置特别适用于连接活性装置分子(例如，存储分子)1604的支撑工艺。 这些工艺都特别适用于集成处理，因为与多种半导体加工工艺不同，它们可以顺序地进行， 并不需要光布图步骤。光致布图是一种更难于集成的工艺，因为该工艺涉及体积庞大的专用设备以及人们需要以一定的频率运行和保养该设备。据此，可以预期与现实中的其它半导体制造工具相比，分子制造工具可以集成更多的工艺。在图16所示的实施方案中，部分经处理的基质穿过负载室进入工具中，该基质充当气锁以保护工具内的内部周围环境。基质可以一次负载一个或者分批进行负载。传送机构1602在工艺模块之间移动基质，以及将其移入和移出工艺模块。在具体设备中涂布器1603包括旋涂模块，在具体应用中还可以使用喷雾器、蒸气涂布器和浸渍器等。在本发明的具体设备中，涂布器1603可以连接在含有活性装置分子的溶液供给源1604 上，虽然其它装置(比如汽相淀积)也可以用于分配活性分子。如先前所述，可以将涂布器 1603保持在通过环境调节单元1605和周围气体1606保持的低湿度、超纯环境中，从而防止其受到污染。其它设备同样有助于浸蚀操作和化学蒸汽淀积工艺等的环境保护。在多种应用中，可以合宜地由供给源1604向各个进行涂覆的基质提供新鲜化学品。这可以避免化学品的损耗和降低与重复利用化学品相联系的污染危险。一旦涂覆了分子，就可以通过传送机构1602将基质运送至热处理模块1607。热处理模块1607利用热板、对流加热器、红外加热器、微波加热器加热器或者其它可用的热量调节系统提供加热和/或冷却。选择性化学吸附附着工艺的附着反应动力学通常受温度的影响，由此通过使附着工艺在一定温度下存在一段时间，附着效率可以得到增强、处理时间可以得到降低和/或附着性能可以得到改良。根据满足具体应用的程序化的靠模，所述温度可以为恒定的或者随时间而变化。作为具体实施例，当将醇连接的卟啉用作活性装置分子时，可以将基质保持在400摄氏温度下至少两分钟。热处理还用于驱走溶剂，所述溶剂可以用于含有活性装置分子的溶液中。在高温处理之后，在将基质转入到随后的模块中之前， 热处理模块1607还可以冷却基质。图17a和17b分别为根据本发明一种实施方案的热处理单元的顶视示意图和侧视示意图。热处理单元1700或者可以为集成分子附着处理工具1600中的热处理模块1607， 或者其可以为分离的独立单元。热处理单元1700具有包括烘烤板1716和冷却板1714的外部容器1708。在一些实施方案中，烘烤板1716和冷却板1714都被围入内部容器1712中，从而使泄漏入加热和冷却区域的空气最少。入口门1702被密封(例如，用0形环密封)并且其类似于真空负载锁，从而防止空气进入该系统之中。在一些实施方案中，供气系统1720提供惰性气体流(例如，Ar或者N2)以清除每个板周围的气体环境。气体监控和收集系统1706 —般包括水传感器1722、氧传感器17M和真空泵1726.外置电脑(例如，2000)控制能量、温度分布、周围气体和水以及氧气的监控。所述电脑还控制该单元的机械功能(例如，用计算机控制的气动装置1718操作入口门1702、穿梭支臂1704和烘烤闸板1710)。烘烤板1716能够达到500摄氏度。并且更一般而言，取决于分子和电极材料，烘烤板1716用于将基片加热至350 450°C 2 20分钟。烘烤板1716还可以用于其它低温工艺，比如进行溶剂干燥。冷却板1714用于冷却离开烘烤区域之后的基片。冷却板区域还充当进口区域和烘烤区域之间的缓冲区域，该区域为潜在的水和氧污染源。在一些实施方案中，烘烤区域和冷却区域通过内针门/闸板1710进行分离，该内针门/闸板1710仅仅在运送基片期间开放。在一些实施方案中，将围绕烘烤板1716的室抽空至高真空度，一般低于IXlO5 乇，从而除去水和氧气。这考虑到了用于随后金属沉积的群集工具的集成。返回图16的讨论中，传送机构1602将基质从热处理模块1607运送到清洗模块 1609。清洗模块1609将自旋清洗器安装在具体设备中，当基质自旋时，该设备将清洗液从供给源1611喷雾至基质表面。所述清洗液包括，例如，比如醚(四氢呋喃)或者腈(乙腈) 等的溶剂。对清洗液进行选择，从而将未能化学连接的分子除去，由此将留下聚集了分子的活性装置区域(例如，图M中M01)，同时清除其它装置区域。在清洗之后，可以将基质返回到热处理单元1607以进行干燥。任选地可以将一个或者多个测量学模块1613加入其中，从而测定附着的活性装置分子的数量。测量模块1613可以包括对处理基质的直观观察和鉴定，和/或可以包括对处理的基质的电学表征。图18是不良吸附到电极表面的存储分子的示意图。如图18所示，不良连接的氧化还原活性分子可以显示出不良排列、分布和连接。虽然这些特征难以进行视觉观察，但是它们在电学检测中是明显的。图19表示不良连接到电极表面的存储分子的例证性电流-电压曲线。通过对比图19和图12，例如，很显然不良连接可以被容易地发现。可以将其它测量学方法(比如椭圆偏光法或者其它检测存在良好形成的化学吸附物质层的光学方法)结合到群集工具中。在多种情形中，在基质离开处理工具之前，这类测量学方法可以用于检测工艺偏差。可以合宜地包含再制模块(未显示)，该模块将剥离不良附着的分子并且再激活残缺基质活性区域(例如，2401)的表面。按照如此方式，在基质被从处理工具上除去之前，不合格的工艺变化和故障可以得到检测和自动更正或者半自动更正。经处理的基质经负载端口 1601被从处理工具上除去。一旦化学吸附化学步骤得到完成，基质对污染的敏感性将得到降低。然而，可以合宜地将基质置于环境可控的载体中，从而将其运送到随后的处理位置。图16中的附着处理工具可以包括单片处理模块(例如，涂布器1603和清洗器 1609)、分批处理模块(例如，热处理模块1607)或者其组合。(在一些实施方案中，比如单元1700中，热处理模块1607也是单片模块)可以预期，即使在集成环境中，多种工艺也可以以分批处理的方式实现。相对于工艺控制，单片处理提供了一些益处；然而，分批处理倾向于成本较低。图20是说明根据本发明一种实施方案的分子连接处理工具控制系统的方框图。 控制系统2000 —般地包括一个或多个处理单元(CPh) 2002、一个或者多个网状结构或者其它通信接口 2004、存储器2006和一条或多条用于互连这些部件的通信总线2014。控制系统2000任选地可以包括含有显示器2010和键盘2012的用户界面2008。存储器2006可以包括高速随机存取存储器，并且还可以包括非易失性存储器，比如一个或者多个磁盘存储器装置。存储器2006可以任选地包括一个或多个远离CPU 2002定位的存储装置。在一些实施方案中，所述存储器2006存储以下程序、模块和数据结构，或者其亚集或者超集操作系统2016，其包括用于处理多种基本系统服务和用于运行硬件依赖任务的程序；通信模块2018，其用于经一个或多个通信接口 2004(有线或者无线)将控制系统 2000连接至其它电脑(例如，其它用于存储器制造的控制系统)或者装置；所述通信接口可以包括网络接口(用于连接互联网或者局域网等)、RS232界面或者任何其它适宜的界传送控制模块2020，其管理负载端口 1601和传送机构1602的操作；涂布器控制模块2030，其管理涂布器1603的操作；环境控制模块2040，其监测(例如，经氧气、水和温度传感器)和控制工具1600中多种模块内和之间(例如，经环境调节单元1605)的处理环境；热处理控制模块2050，其管理热处理模块1607的操作；清洗控制模块2060，其管理清洗器1609的操作；和测量学控制模块2070，其管理一个或者多个测量学模块1613中处理基质的表征。图21是根据本发明一种实施方案的电解质处理工具的示意图。作为形成阵列电化学电池的一部分，可以将电解质施加到基质表面上，用在附着的活性装置分子之上。电解质处理工具2100可以或者与分子施加工具1600串联使用，或者作为独立的工具使用。在一些实施方案中，所述电解质为与光致抗蚀剂组分和稠度类似的凝胶。对于凝胶电解质，光致抗蚀剂施加工具可以适用于将电解质凝胶施加至200nm左右的厚度(或者显著更厚或者更薄)、烘烤它和将其传送至该工艺的下一步骤中。图21图解说明了一般用于附着工具1600之后的电解质处理工具2100。另外，所述电解质处理工具2100可以与附着工具1600结合起来或者连接至附着工具1600上，从而使得基质可以在所述工具之间得到自动传送(例如，通过机械传送机构)。在一些实施方案中，电解质的形成涉及应用电解质溶液或者凝胶共形层以覆盖活性装置分子。电解质源 2104被保持在环境控制的存储容器中，从而使得电解质可以以稳定的温度、浓度和均勻性递送穿过涂布器2103。适宜的电解质组分的实例物质包括聚环氧乙烷、碳酸亚丙基酯和碳酸亚乙基酯等。基于电解质的粘度和流动特性，对涂布器2103的自旋速度和自旋速度分布图进行调节，从而提供用于具体应用的电解质的适宜覆盖厚度和最终厚度。关于电解质材料和处理条件的额外的细节，参见以下图25和表2所述。传送结构2102将基质从涂布器2103移动到热处理模块2107，所述热处理模块 2107包括，例如加热板、对流加热、红外加热器、微波加热或者其它用于加热和/或冷却基质的适宜控制加热装置。热处理用于分离溶剂或者载液，从而增加凝胶电解质的粘度。热处理还可以聚合或者部分聚合凝胶电解质，从而改良在某些应用中的机械稳定性。热处理可以在由环境调节单元2105提供的环境气氛中进行，或者由直接提供给热处理模块2107 的环境处理气体提供的环境气氛中进行。一般的热处理循环包括在65摄氏度下将基质浸泡约一分钟。任选地可以使用测量学单元2114来以物理、视觉或者电子方式表征部分处理的基质，同时这些基质仍然保持在电解质形成工具2100的保护环境中。通过测量学单元2113 进行的测试可以以类似于根据图16所述的通过测量学单元1613进行的那些测试。可以包含有集成的再制单元(未显示)，从而再制通过测量学单元2113确定的不合格的产品。图22是说明根据本发明一种实施方案的电解质处理工具控制系统的方框图。对图22类似于图20的那些方面，在此没有进行描述。在控制系统2200中存储器2206存储以下程序、模块和数据结构，或者其亚集或者超集操作系统2216，如上所示；通信模块2218，如上所述；传送控制模块2220，其管理负载端口 2101和传送机构2102的操作；涂布器控制模块2230，其管理涂布器2103的操作；环境控制模块2240，其监测(例如，经氧气、水和温度传感器)和控制工具2100中多种模块内和之间(例如，经环境调节单元2105)的处理环境；热处理控制模块2250，其管理热处理模块2107的操作；和测量学控制模块2260，其管理一个或者多个测量学单位2113中处理基质的表征。参考图20和22，每个上述确定的模块及其应用对应于用于运行如上所述功能的一组指令。不必将这些模块(即，指令组)实现为独立的软件程序、工艺或者模块，由此，在多种实施方案中，这些模块的多种亚集可以被组合或者另外调整。在一些实施方案中，存储器2006或者2206可以存储上述确定的模块和数据结构的亚集。此外，存储器2006或者 2206可以存储并非如上所述的其它模块和数据结构。虽然图20和22将控制系统2000和2200表示为分离的项目数字，但是图20和22更意图作为可能存在于控制系统2000和2200中的多种特征的功能描述，而不是意图作为在此所述实施方案的结构示意图。在实践中，并且如本领域熟练技术人员所认可，可以对单独表示的项目进行组合和将一些项目分开。例如，在图20和22中单独表示的一些项目可以在单个电脑上得到实现并且单个项目可以由一台或者多台电脑得到实现。在一种设备与另一种设备中，用于实现控制系统2000和2200的电脑的实际数目以及这些特征在这些电脑之间如何进行分配将会不同。图23是根据本发明一种实施方案的部分批处理工具的示意图。批处理工艺同时处理多个基片并且有助于在成本上优于单片处理工艺。例如，可以对设计用于在大储槽或者喷雾清洗器中每次清洗25 100个基质(或者更多)的生产工具进行改变，从而将其用作附着分子的大反应容器。由此，可以制备充满了含有活性装置分子(例如，存储分子)的溶液的大储槽并且将其保持在适当温度，并且可以同时对大量基片进行处理。这些自动工具具有串联基片清洗和干燥站能力的优势。在图23中，包括悬轨2301的机械传送结构将基片从串联盒(未显示)负载和传送到碳氟聚合物载体2303 (或者其它惰性载体)上，所述载体2303被设计成用于与分子和溶剂溶液接触。在大生产工具中可以每次负载多达100个基片，虽然较小的载量(比如，每批25个基片)在多种应用中是合宜的。机械支臂2305传送载体2303，并且将其下放至充满了分子溶液的温度受控制的惰性储槽2307中。在一些实施方案中，随后将载体2303和基片放置在储槽中维持足以完成附着化学反应的预定时间。在一些实施方案中，如果附着反应需要高温，在浸入含有分子的溶液之后，可以将基片转入烘箱(图23中未显示)内。在化学附着完成之后，机械支臂 2305将载体2303升起并且将载体2303运送到清洗槽2309。清洗槽2309充满着溶剂或者其它适宜的试剂，从而便于将未附着在表面上的分子除去。一般可以对清洗槽2309进行搅拌或者通过鼓入惰性气体或者超声波能对其进行搅拌。在经过一段适宜的时间之后，机械支臂再次将载体升起和将其传送至最终的清洗槽2311。最终清洗槽2311含有溶剂或者其它用于清洗的适宜试剂。在清洗之后，可以在控制的环境气氛(例如，氮气)中对载体2303 和基片进行干燥，从而降低污染。批处理具有一些潜在的不利特性。首先，从污染的角度看，如果不必要的化学物质或者其它杂质被不经意地引入到任何储槽中，那么它会污染整个基片负载。另外，应该在所有的处理站和传送机构周围提供控制环境气氛的环境密封系统，同单基系统相比，其产生浩大的费用并且难以保持。对于预期表面浓度的活性电荷位点，此污染程度毫无疑问将会较大。此外，有价值和昂贵的化学品会附着在基片的后方以及载体或者盒上。这会发生，例如，在用于当前生产线工具的物质(例如，石英)的生产过程(例如，氧化物、氮化物等)中， 在基片处理工艺遗留的基片背侧表面上，特定连接是化学活性的。在完成的分子存储装置中，较小百分数的溶液分子实际上停止了对活性区域表面 (例如，工作电极表面)的附着。一般认为，即使是当前用于分子装置制造的最小活性装置分子，每平方厘米表面积的饱和覆盖度都为大约1XIO14个分子，事实上在溶液中的饱和浓度为大约50毫摩尔。对于单基片工具，假定每个基片需要5ml分子溶液，那么将有大约 250mg分子被施加到8〃基片上。然而，IX IO14个分子/平方厘米意味着实际上纳克级的物质附着在表面上。因此，在随后的清洗步骤中，大量潜在有效的活性装置分子得到了清除。
在批处理工具情形中，损耗的可能性更为严重。假定溶液具有相同的溶解性，那么一般的30升储槽将含有大约20 30克分子。这需要使无数基片经过此储槽进行处理，从而平均接近克数量的分子被损耗，更不要说千克级的情形了。在用尽这些物质之前，更有可能发生储槽被污染，从而使得溶液没有价值。由此，在单基质和批处理工具中都包含在分子附着到表面之后回收溶液和再制溶液使得它们可以用于随后基片的其它处理工艺中的方法是很有价值的。作为此循环研究的一部分，确保高质量的化学提纯方法和与附着表面进行的非竞争性化学反应已经得到了研究，并且正在按照大规模生产所需的容积进行调节。由此，可以对这些工具应用简单组合的策略，比如在旋转器单片工具上收集废液或者将已经应用的溶液槽储在大体积处理工具中。将收集的溶液返还实验室，从而将分子纯化和再溶解至恰当的溶液浓度。基于工艺控制和可重复性考虑，应用质量保证程序(纯度、离子强度等)。处理方法图2 24d图解说明了根据本发明一种实施方案的处于多种处理阶段的部分分子电子装置。在一些实施方案中，使用选择性化学吸附工艺对活性装置分子(例如，存储分子) 进行附着。此工艺泛指使装置基质表面特性或者结构与分子附着性能相匹配的工艺。这可以通过操纵基质和/或装置结构的表面性质，使得活性装置分子天然地倾向于以期望方式进行附着而得到实现。选择性的化学吸附允许分子选择性地附着在特定类型的表面(例如，金、硅、多种金属和氧化物)，这可以免除掩模和布图操作。此外，选择性的化学吸附工艺可以促使活性装置分子紧紧地叠置在表面上，和在表面上以期望的方式进行排列，从而使得分子显示出一种或者多种期望的性能。在一些情形中，选择性的化学吸附会导致分子在表面上具有一致的定位方向。在一些情形中，选择性的化学吸附可以用于生产自组装的单层。如本文中所述，可以首先进行化学吸附步骤，随后进行ReAMs的原位聚合。选择性的化学吸附工艺的一个重要优点就是，具有分子级零件和组件的装置可以使用被设计用于更大规格装置的工具和设备进行制造。可以利用分批工艺将分子施加到整个基片上(例如，通过自旋涂覆、喷雾、气相涂覆和/或浸渍)，并且仅仅附着在它们所设计应用的表面上。未附着的分子可以从其它“惰性”表面上被简单地冲走。如此，用于涂覆、 蚀刻和光学布图的半导体工具可以用于限定比分子装置更大的结构，同时选择性的化学吸附工艺被用于限定分子级零件。在图2 中，活性区域MOl已经通过应用微米或者亚微米尺寸的工艺(比如照相平版印刷术、自对准蚀刻等等)得到了限定。第一装置部件M03含有一种物质，在随后的化学吸附工艺中活性装置分子(例如，吓啉)将附着在该物质上。第二装置部件M05含有一种活性装置分子将不会附着的物质。在一些实施方案中，活性区域MOl包括许多氧化形成薄氧化物层的附着位点。所述氧化物层可以是材料表面M03暴露于氧气时自然形成的氧化物。氧原子键合在潜在的附着位点，这将会防止或者抑制活性装置分子的键合。如图24b所示，在一些实施方案中， 在钝化工艺中对活性区域MOl进行处理，从而将一些或者全部氧原子替换为氢原子。所述钝化可以通过在适当温度下将基质放入氢气或者合成气体气氛下达一段足以将氧置换为氢的时间而得到实现。在其它实施方案中，薄氧化物层得到保持并且随后将分子附着于薄
29氧化层上。重要的是注意到，同活性区域MOl内的表面处的分子总数相比，一般的表面将存在相对较少量的可能附着位点。这意味着同活性装置分子相比，活性区域将可能包括更多的非活性分子。据此，用于附着活性装置分子的工艺都可以被最优化，从而得到高附着速度和低污染。杂质含有任何干扰附着和/或在分子电子装置中具有非有益性能的物质。图24b中的钝化表面可以通过暴露于热、光、辐射和/或其它可利用的表面活化方法而得到激活。在图Mc中符号“X”表示活化的附着位点。所述活化可以包括应用用于半导体工业中的快速热处理技术。活化用于使得位点处于可以轻易键合到活性装置分子上的状态。所述活化可以在惰性环境中进行，比如在超纯氩气、氮气和真空等进行。在一些情形中，当活性装置分子具有充分的固有附着能力时，不需要进行活化。图2 的激活表面或者图24b的钝化表面都涂覆有含有活性装置分子的溶液。在一种具体的实施方案中，所述溶液包括通过旋涂、喷涂、蒸气相涂覆或者类似工艺施加的醇连接的卟啉分子。可以使活性区域暴露于热、电磁能、辐射或者其它光化辐射能量，从而促使活性装置分子的附着。为了抑制激活的表面的失活，对化学附着工艺之前、期间和之后的处理环境气氛进行小心地控制。虽然常规的光致抗蚀剂或者HMDS (六甲基二硅氮烷)旋涂工具可以用于施加活性装置分子溶液，但是可以对所述工具进行改进，从而将工件封闭在基本上不含会键合至附着位置的化学物质的低湿度环境中。所述物质包括氢气、氧气、大多数金属原子和水，不过基于所应用的具体活性装置分子和材料，在每种应用中必须被过滤的特定物质将会以可预期的方式变化。图25是表示根据本发明一种实施方案的制造阵列分子存储装置的方法流程图。 这种方法可以，例如，用于制造图2中所示的分子存储装置。将常规的BEOL半导体加工方法用于形成O502) —阵列工作电极(例如，301)和用于在一些实施方案中的在部分加工的半导体片(例如，已经具有在基质中形成的晶体管和制造了一个或者多个互连平面的基片)上形成辅助反电极(例如，303)。例证性的工作电极和/或辅助反电极材料包括但不限于，钨、钛、钽、铝、掺杂的多晶或者纳米晶体硅、铜、 上述元素的氧化物、氮化钛、氮化钽、氮化钨和钛钨。此外，绝缘体(例如，319)和与工作电极(例如，311、313和315)以及在一些实施方案中与辅助反电极(例如，317)形成电连接的导体也可以应用众所周知的BEOL半导体加工方法进行制备，对该方法不必进行详述。在一些实施方案中，将化学机械抛光(CMP)用于制备一阵列的稳定的工作电极和辅助的反电极表面(例如，图3a)。在一些实施方案中，将导电材料层(例如，321)沉积、布图和蚀刻在含有工作电极301和辅助反电极303的表面之上，从而形成使得这些电极彼此更接近的新表面(例如，图北)。在一些实施方案中，制备了 Q504)电极表面用于沉积活性装置分子(例如，存储分子)。在一些实施方案中，将具有暴露的电极表面的部分加工的基片在非常稀(0.1%) 的HF溶液中洗涤30秒钟，随后将其依次浸入丙酮、水和异丙醇清洗液中。在一些实施方案中，对所述电极进行短暂的溅射蚀刻。在一些实施方案中，对于钨电极，用氧等离子体使电极表面形成一层薄( 2nm)的氧化钨层。将活性装置分子物理沉积Q506)在基片上。存在进行这种沉积的多种方法。
在一些实施方案中，将分子包含于喷雾至基片上的液体载体溶剂中(例如，使用涂布器1603或者密闭在受控工艺环境中的独立涂布器)。然后对所述基片进行加热，从而将液体蒸发和将分子留在基片表面上。例证性的溶剂包括但不限于，二甲苯、环己酮、二甘醇二甲醚、四氢呋喃、氯苯和二氯代苯。取决于所应用的溶剂，一般加热至60 120摄氏度。 示范性的加工环境包括真空或者惰性气体(比如氩气或者氮气)。在一些实施方案中，应用传感器来监测加工环境中的水和氧气。例证性的独立涂布器是经改进的Brewer Science Cee 100 自方宠涂布器(www. brewerscience. com/cee/products/ceelOO. html))，其包含在含有水传感器和氧传感器的密封壳内。在沉积期间，环境水浓度一般低于lppm，并且环境氧浓度一般低于lppm。在一些实施方案中，所述分子被包含在用喷雾器喷雾至基片上(例如，使用涂布器1603或者密闭在受控工艺环境中的独立涂布器)的低沸点溶剂(例如，二甲苯、环己酮、二甘醇二甲醚、氯苯或者二氯代苯)。喷雾器的使用有助于沉积过程中溶剂的蒸发，从而随后几乎不需要加热除去溶剂。例证性的喷雾器为Spraying Systems Co. No. 1/8JJAU Air Atomizing Nozzle (例如，参见 http://service, spray. com/Literature_PDFs/b553_ humidification.pdf)。氩气或者氮气一般用于产生气雾剂。在气雾剂沉积期间，对工艺环境的控制与如上所述的喷雾剂沉积相同。在一些实施方案中，喷墨印刷技术可以用于将分子沉积在基片上。与喷雾器相似， 含分子溶液的高压喷墨的应用有助于沉积期间溶剂的蒸发，从而随后几乎不需要加热除去溶剂。喷墨工艺的一个优点在于，当其通过基片表面时，通过对喷墨头进行正确地程序控制，将溶液仅仅施加到基片的活性区域而非整个基片表面，分子溶液可以得到节省。在一些实施方案中，升华作用可以用于将分子沉积在基片上，不需要使用溶剂。例如，可以在惰性环境中对卟啉晶体进行加热(一般最高达450°C )，直至分子升华和沉积在附近基片的表面上为止。所述活性装置分子(例如，305)都化学附着Q508)在电极表面(例如，301和303)上。在一些实施方案中，将热处理单元1700单独或者作为集成分子附着加工工具 1600的一部分用于化学附着所述分子。所述附着工艺在受控的环境中进行，典型地采用尽可能少的氧气和水。在一些实施方案中，通过在惰性气氛(例如，Ar或者队)中进行温和加热(例如，小于150°C )来将氧气和水除去，从而在升高温度进行实际的化学附着之前除去氧化剂。在温和加热期间，环境水的浓度典型地被降低至低于3ppm，并且环境氧浓度一般被降低至低于lOppm。在高温加热期间，环境水浓度一般低于200ppm，而环境氧浓度一般低于80ppm。在高温加热后进行冷却周期期间，环境水浓度一般低于50ppm，而环境氧浓度一般低于40ppm。将分子以化学方式附着到电极表面(例如，作为化学吸附物质层)所需要的温度和时间取决于分子、附着连接剂和表面自身。表1提供了大量表面和分子的例证性化学连接加工条件。表1例证性的化学附着加工条件表面分子温度(°C )时间(分钟)硅<100> A180200
A30060A35020A37510A4006A4252A4502B30060B35020B37510B4006B4252B4502C4002纳米结晶SiA35020A37510A4006A4252B35020B37510B4006B4252钨B35020B35010B3508B3505B37510B40010B4008B4004B4002B42510B4258B4256B4254B4252TINB35020B35010B3508B3505
B37510
B40010
B4008
B4004
B4002
B42510
B4258
B4256
B4254
B4252
TIffB4004
B4002
B4252
WNB4004
B4002
B4252
TIB4004
B4002
B4252
AlB4004
B4002
B4252
SIO2二茂铁膦酸盐180200其中分子A是&ι(ΙΙ)-5，10，15-三莱基-2044-(羟甲基)苯基]卟啉；分子B是&ι(ΙΙ)-5，10，15-三-对甲苯基-2044-(羟甲基)苯基]卟啉；禾口分子C是Cu(II)-5，10，15_三-对甲苯基-2044-(羟甲基)苯基]卟啉。未反应的分子(例如，绝缘体319上的分子)可以通过清洗和干燥基片而被除去 0510)。在一些实施方案中，将清洗液喷雾至基片上(例如，利用清洗器1609或者密闭在受控工艺环境中的独立清洗器)。用于清洗的例证性溶剂包括但不限于四氢呋喃、甲苯和二甲苯。一般每次清洗进行10 60秒钟，进行5 10次清洗。优选所述清洗在惰性环境 (例如，Ar或者队)中进行。示范性的独立清洗器是包含在包括水传感器和氧传感器的气密壳内的经改动的Brewer Science Cee 100自旋涂布器。在清洗之后，可以将该晶片返回到热处理单元1700以进行干燥。所述干燥一般在60°C下进行30秒钟。在一些实施方案中，对在电极表面(例如，305)上的分子和其它暴露表面(例如， 绝缘体319的表面)进行制备051 ，以沉积电解质(例如，307)。在一些实施方案中，所述制备包括应用增粘剂(例如，来自于Silicon Resources, Inc (www. siliconresources. com)的AP200、AP225、AP221、APOOl或者AP 310)。在一些实施方案中，对基片进行清洗， 从而除去可能已经积累在表面上的挥发性有机化合物。如果在附着分子305和沉积电解质 307之间存在显著的延迟，那么就需要进行上述清洗。
33
将电解质(例如，307)沉积Q514)在基片上。有多种方法可以进行所述沉积。可以通过集成电解质加工工具2100中的涂布器2103或者通过独立涂布器在受控工艺环境(例如，水低于Ippm和氧低于Ippm)下电解质施加。可以使用多种类型的涂布器， 包括但不限于自旋涂布器、喷涂器、雾化涂布器、浸渍涂布器、喷墨涂布器、刮片涂布器、帘式涂布器、溅射涂布器、化学蒸汽淀积涂布器和物理蒸气沉积涂布器。示范性的独立清洗器是包含在包括水传感器和氧传感器的气密壳内的Brewer Science Cee 100自旋涂布器。在一些实施方案中，所述电解质包括聚合基质和离子型液体。在一些实施方案中， 所述聚合基质和离子型液体被放置在溶剂中，并且将所述组合溶液(一般含有低于5%的电解质)沉积在基片上。在沉积之后，在受控环境(例如，水小于Ippm和氧小于Ippm)中对基片进行加热 (例如，在热处理单元2107或者在独立单元1700中)，从而除去溶剂。可以使用多种加热源，包括但不限于，加热板、烘箱UR加热灯(例如，在涂布器中)和微波炉。表2提供了例证性的电解质和加工条件。表2.例证性的电解质组分和加工条件
翻
环己酮
琥珀酸二乙酯
4-甲基-2-戊酮
2-丁酮
环戊酮
经蒸馏的N，N- 二甲基-丙酰胺
N，N-二甲基乙酰胺
N，N-二甲基甲酰胺
丙二醇单甲醚乙酸酯
g_ 丁内酯
g_ 丁内酯
甲苯
1，4_ 二甲苯(二甲苯)
1-甲基-2-吡咯烷酮
甲基四氢呋喃
氯仿
碳酸亚丙基酯
磷酸三乙酯
戊二腈
双(2-氯乙基)醚
四氢呋喃
四氢糠醇
经蒸馏的琥珀酸二甲酯
4-庚酮
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聚合基质材料聚二氟乙烯(PVDF)在多种制剂中的聚二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)，比如Arkema Kynar PVDF 741Arkema Kynar Flex 2801Arkema Super FlexArkema Power Flex聚酰亚胺，比如聚酯和共聚物聚丙烯腈和共聚物聚烯烃和共聚物聚酰胺聚(酰胺-酰亚胺)聚(酰胺-酯)聚酰亚胺聚偶氮甲碱聚苯并嚷唑聚苯并咪唑聚硅氧烷聚硅氧烷共聚物聚(甲基倍半硅氧烷)离子型液体1- 丁基-1-甲基-吡咯烷银二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMPTFMSI)1-己基-3-甲基-咪唑镒三(五氟乙基)三氟磷酸酯(HMIPFETFP)1-己基-3-甲基-咪唑镐二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(HMITFMSI)三己基_(十四烷基)_膦镇三(五氟乙基)三氟磷酸酯(THTDPPFETFP)1- 丁基-1-甲基-吡咯烷锡三(五氟乙基)三氟磷酸酯(BMPPFETFP)三己基_(十四烷基)_膦镇二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(THTDPTFMSI)MM离子型液体与聚合物的比例80 2070 3060 4050 5040 6030 7020 80聚合物在溶剂中的Wt %0. 501. 00
1.50 2.00 2.50 5.00
权利要求
1.一种分子存储装置，包括电化学电池，其设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接，其中该电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质。
2.权利要求1的装置，其中工作电极与化学吸附的存储分子层电连接；参比电极与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接；所述化学吸附的存储分子层和化学吸附的氧化还原活性分子层是彼此共平面的。
3.一种存储元件，包括开关装置；与开关装置相连的位线； 与开关装置相连的字线；电化学电池，其设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接，其中，其中该电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质。
4.一种存储器阵列，包括一系列存储元件，其中至少一些存储元件包括电化学电池，其设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接，其中所述电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质。
5.一种计算装置，包括与包括一系列存储元件的分子存储器相连接的中央处理器，其中至少一些存储元件包括电化学电池，其设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接，其中所述电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质。
6.一种读取分子存储装置的方法，包括将位线通过开关装置连接至设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接的电化学电池上，其中该电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质；和驱动位线至一电压，其指示存储分子的氧化态。
7.一种写入分子存储装置的方法，包括将位线通过开关装置连接至设置在开关装置的电极的上方并与该开关装置的电极电连接的电化学电池，其中该电化学电池包括 工作电极；与该工作电极附着并电连接的许多存储分子； 参比电极；和支持工作电极和参比电极之间的离子电流的电解质；和对位线施加电压来设定存储分子的氧化态。
8.一种分子存储装置，包括微米或者亚微米尺寸的电化学电池，该电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的；和接触工作电极和反电极的电解质。
9.权利要求8的分子存储装置，其中所述化学吸附的存储分子层和化学吸附的氧化还原活性分子层是彼此共平面的。
10.一种分子存储装置，包括微米或者亚微米尺寸的电化学电池，该电化学电池包括在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极；在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触工作电极和反电极的电解质，其中所述化学吸附的存储分子层通过以下方法形成在第一处理环境下，将存储分子物理沉积在部分地制造的半导体片的表面上； 监测第一处理环境中的水分和氧气；在第二处理环境下，将一些存储分子化学附着至所述半导体片上的许多工作电极表监测第二处理环境中的水分和氧气；和从所述半导体片除去未化学附着的存储分子。
11.权利要求10的分子存储装置，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的。
12.权利要求10的分子存储装置，其中所述部分地制造的半导体片含有许多晶体管。
13.一种分子存储装置，包括微米或者亚微米尺寸的电化学电池，该电化学电池包括在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触工作电极和反电极的电解质，其中所述化学吸附的存储分子层和所述化学吸附的氧化还原活性分子层是在一种装置中沉积的，所述装置包括涂覆元件，它被构造成用于将所述化学吸附的存储分子层和所述化学吸附的氧化还原活性分子层沉积在部分地制造的半导体片上； 包含所述涂覆元件的封闭室；一个或者多个气体传感器，它监测封闭室内的一种或者多种气体；和控制系统，它管理涂覆元件的操作。
14.权利要求13的分子存储装置，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的。
15.权利要求13的分子存储装置，其中所述部分地制造的半导体片含有许多晶体管。
16.一种存储元件，包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的晶体管，其中所述电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触工作电极和反电极的电解质。
17.权利要求16的存储元件，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的。
18.权利要求16的存储元件，其中所述化学吸附的存储分子层和化学吸附的氧化还原活性分子层是彼此共平面的。
19.一种存储器阵列，包括一种存储元件的阵列，其中至少部分存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的晶体管，其中所述电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触工作电极和反电极的电解质。
20.权利要求19的存储器阵列，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的。
21.权利要求19的存储器阵列，其中所述化学吸附的存储分子层和化学吸附的氧化还原活性分子层是彼此共平面的。
22.—种计算装置，包括与包括一系列存储元件的分子存储器相连接的中央处理器，其中至少部分存储元件包括与微米或者亚微米尺寸的电化学电池相连接的晶体管，其中所述电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极；和接触工作电极和反电极的电解质。
23.权利要求22的计算装置，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的。
24.权利要求22的计算装置，其中所述化学吸附的存储分子层和化学吸附的氧化还原活性分子层是彼此共平面的。
25.读取分子存储器装置的方法，包括将位线连接到一种电化学电池，其中所述电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的；和接触工作电极和反电极的电解质，和监测位线，获取指示存储分子的氧化态的电位变化。
26.写入分子存储器装置的方法，包括将位线连接到一种电化学电池，其中所述电化学电池包括 在工作电极表面与化学吸附的存储分子层电连接的工作电极； 在反电极表面与化学吸附的氧化还原活性分子层电连接的反电极，其中所述工作电极表面和所述反电极表面是彼此共平面的；和接触工作电极和反电极的电解质，和对位线施加电压来设定存储分子的氧化态。
全文摘要
本发明公开了分子存储器，即掺入了用于电荷存储的分子的存储器。还公开了分子存储单元、分子存储阵列和包括分子存储器的电子装置，以及用于制造分子存储器的加工系统和方法。在此还公开了使得半导体装置和互连部件能够采用分子存储器集成制造的制造分子存储器的方法。
文档编号G11C13/02GK102157691SQ20111003513
公开日2011年8月17日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者A·R·加洛, K·J·莫布利, R·什里瓦斯塔瓦, T·德波尔斯克, W·库尔 申请人:泽塔科尔公司