一种基于碳纳米管的存储器器件包括直径不同的成组三个同心碳纳米管。选择三个同心碳纳米管的直径使得内部碳纳米管是半导的并且在相邻碳纳米管之间出现壳间电子传送。实现与内部碳纳米管的源极和漏极接触，并且实现与外部碳纳米管的栅极接触。通过壳间电子传送在中间碳纳米管中存储电子或者空穴来对基于碳纳米管的存储器器件进行编程。对由于中间壳中的电荷造成的内部碳纳米管的传导改变进行检测以确定中间碳纳米管的电荷状态。因此，基于碳纳米管的存储器器件以电荷的形式在中间碳纳米管中存储信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管结构并且特别地涉及多壁碳纳米管存储器 器件及其制造方法。
技术介绍
随着常规CMOS集成电路的缩微接近量子机械限制，在半导体 行业中已经研究替代纳米结构和材料。在这样的纳米结构和材料之 中，碳纳米管(CNT)提供了适合于高性能纳米级器件的优良固有性质。CNT较常规CMOS器件而言的关键优点在于在如下CNT中自 然地解决了由于电子从缺陷界面的边界扩散所造成的MOSFET缩微 限制，这些CNT具有与外界无键合的良好配 位的光滑石墨烯结构。 这使得CNT能够保持横向尺度比硅小得多的优良传送特性。CNT 的小半径以及栅极有可能完全地围绕CNT提供了沟道电子的优良 静电约束从而使沟道长度能够缩小到很小尺度，而它们的小尺寸将 实现高的封装密度。根据P. Avouris和J. Chen在Materials Today第 9巻第46-54页(2006年)的"Nanotube electronics and optoelectronics" 的CNT带结构计算说明了导带和价带是彼此的镜像，即电子和空穴 应当共享同样好的传送特性。这表明CNT适合于通用高性能互补电 路技术。如现在众所周知的，CNT视它们的空间旋转性而定可以是金属 或者半金属并且具有与它们用于半导管的直径成反比的带隙。根据紧密键合计算导出的在CNT的直径与带隙^之间的有用关系如下￡g = H2々(/Vi<W, 方程(i)其中y是跳跃矩阵元，是C-C键合距离，而dcNT是碳纳米管的直径。电子-电子相互作用的纳入明显地增加带隙五g的大小。对于lnm的纳米管，带隙约为leV。已经基于直径范围为1.7nm-3nm的 相当大直径的纳米管获得最佳传送度量和器件特性。理想化的电子/ 空穴分散关系是双曲线形状，其中准抛物线"有效质量"模式处于较 低能量而线性"恒定速率"模式处于较高能量，其中限制速率v^根据 G. Pennington和N. Goldsman在Phys. Rev. B 68， 045426 ( 2003 )的 "Semiclassical transport and phonon scattering of electrons in semiconducting carbon nanotubes"是 5-10xl()7厘米/秒。P. Avouris等人在Proceedings of the IEEE第91巻第11期第 1772-1984页(2003年9月)的"Carbon Nanotube Electronics"公开了 碳纳米管场效应晶体管并且将碳纳米管场效应晶体管的性能特性与 基于硅的场效应晶体管的性能特性进行比较。另外也公开了形成基 于碳纳米管的集成电路的方法。碳纳米管的 一 种应用是在场效应晶体管结构中利用碳纳米管形 成开关器件。图1示出了根据P. Avouris等人的示例性碳纳米管场 效应晶体管沿着碳纳米管130的纵向的竖直截面图。示例性碳纳米 管场效应晶体管包括包括氧化硅的背栅极电介质层120;形成于 半导体衬底110中的背栅极电极112;以及源极和漏极金属接触140。 可选地，可以附加地形成顶部栅极电介质层(未示出)和顶部栅极 电极(未示出)以控制电流沿着碳纳米管的传导。示例性半导体器 件以与基于半导体的场效应晶体管相同的方式作为电子开关来工 作。在本领域中也已知包含直径不同的多个同心碳纳米管的多壁碳 纳米管。图2示出了包括内部碳纳米管和外部碳纳米管的双壁碳纳 米管结构的模型。当内部纳米管与外部纳米管之间的距离是原子级 尺度时，出现壳间电子传送。另外，在壁到壁距离约为0.3nm的多 壁碳纳米管中的壳间电子传送已经表现出量子传导行为。B. Bourlon 等人在Phys. Rev. Letters第93巻第17期第176806-l 176806-4页 (2004年10月)的"Determination of the Intershell Conductance inMultiwalled Carbon Nanotubes"公开了壳间传送是隧道类型并且测量 的壳间传输与以在兀轨道与相邻壳之间的重叠为基础的估计 一 致。碳纳米管的另 一应用是将它用作扫描电子显微镜的末端。P. Liu 等人在Proc. of the 2nd IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems第286-289页(2007年1月)的 "Peeling and Cutting a Multi-Walled Carbon Nanotube inside a Scanning Electron Microscope"公开了 一种利用电子束来切割单独壳 或者单独碳纳米管以由包括多个同心碳纳米管的多壁碳纳米管结构 制作所需结构的方法。图3示出了可以通过P. Liu等人公开的方法 来制造的扫描电子显微镜的末端。尽管如上文所述已经提出利用碳纳米管的一些原型半导体器 件，但是限制了基于碳纳米管的可用半导体器件的多样性。特别地， 功能半导体电路需要包括可以存储信息的存储器器件在内的其它功 能性部件。鉴于上述，需要一种基于碳纳米管的存储器器件用以在基于碳 纳米管的半导体电路中实现信息存储，以及需要其制作方法。
技术实现思路
本专利技术通过提供 一 种利用在中间碳纳米管中存储电子电荷的三 个同心碳纳米管的碳纳米管器件及其制造方法来解决上述需要。在本专利技术中， 一种基于碳纳米管的存储器器件包括直径不同的 成组三个同心碳纳米管。选择三个同心碳纳米管的直径使得内部碳 纳米管是半导的，并且在内部碳纳米管与外部碳纳米管之间的适当 电压偏置情况下在中间碳纳米管与内部碳纳米管和外部碳纳米管中的各碳纳米管之间出现壳间电子传送。实现与内部碳纳米管的源极 和漏极接触，并且实现与外部碳纳米管的栅极接触。通过壳间电子 传送在中间碳纳米管中存储电子或者空穴对基于碳纳米管的存储器 器件进行编程。对由于中间壳中的电荷造成的内部碳纳米管的传导 改变进行才企测以确定中间碳纳米管的电荷状态。因此，基于碳纳米7管的存储器器件以电荷的形式在中间碳纳米管中存储信息。根据本专利技术的一个方面，提供一种碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括位于衬底上的成组三个同心碳纳米管，该组包括 具有第 一直径的内部碳纳米管；具有第二直径的中间碳纳米管，其中第二直径大于第一直 径；以及具有第三直径的外部碳纳米管，其中第三直径大于第二直径；与外部碳纳米管邻接的传导栅极接触结构；与内部碳纳米管的一侧邻接的传导源极侧接触结构；以及与内部碳纳米管的另 一 侧邻接的传导漏极侧接触结构。在一个实施例中，内部碳纳米管具有第一长度而外部碳纳米管具有第二长度，以及其中第一长度大于第二长度。在另 一 实施例中，中间碳纳米管和外部碳纳米管具有相同长度 和两对竖直重合的边。在又一实施例中，在内部碳纳米管与中间碳纳米管之间的第一距离和在中间碳纳米管与外部碳纳米管之间的第二距离各自从约0.2讓到约0.5腿。在又 一 实施例中，在内部碳纳米管与中间碳纳米管之间的第一电荷隧穿速率和在中间碳纳米管与外部碳纳米管之间的第二电荷隧穿速率不相等。在又一实施例中，第一直径本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管结构，包括： 位于衬底上的成组三个同心碳纳米管，所述组包括： 具有第一直径的内部碳纳米管； 具有第二直径的中间碳纳米管，其中所述第二直径大于所述第一直径；以及 具有第三直径的外部碳纳米管，其中所述第三直径 大于所述第二直径； 与所述外部碳纳米管邻接的传导栅极接触结构； 与所述内部碳纳米管的一侧邻接的传导源极侧接触结构；以及 与所述内部碳纳米管的另一侧邻接的传导漏极侧接触结构。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海宁，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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