[發明專利]形狀記憶裝置

有效

• 申請號: 200680035573.1
• 申請日: 2006-09-27
• 公開（公告）號: CN101273456A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 桑迪普·蒂瓦里;金楨雨
• 申請（專利權）人: 康奈爾研究基金公司;三星電子株式會社
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8246;H01L41/00;B81B3/00;H01L27/12;G11C13/02;H01L21/336;H01L27/06;G11C11/00;H01L29/788;H01L27/10;G11C23/00;H01L21/8247;H0
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 黃啟行;穆德駿

政府資助

本發明根據Tera級納米裝置的國家項目授予的OSP號46108/A001下的政府支持進行。美國政府具有本發明的某些權利。

相關申請

本申請要求美國臨時申請號60/721,150(2005年9月27日提交，名稱為“MEMORY?DEVICE”)的優先權，并通過參考合并于此。

背景技術

非易失性存儲器非常普及。它們用于數碼相機、蜂窩電話、音樂播放器、計算機以及其它需要快速讀取非易失性保持數據的裝置。半導體非易失性存儲器提供的速度盡管比SRAM慢，但是比通過其它方式(例如磁盤)快。

非易失性存儲器最普通的形式是各種采用浮柵區的電可擦除、可編程存儲器結構形式，電荷儲存在浮柵區中。這種結構的許多新形式使用幾個電子、單個電子、缺陷來降低功率，并允許將尺度縮放到小于那些具有連續浮柵區的結構。存儲器也采用缺陷和硅溝道背部的存儲，從而允許同時充當晶體管和存儲器的能力。

最終，由于所有這些方案都采用電子和空穴來存儲，可縮放性受到電子數目的限制，并且在注入和抽出過程中載流子的泄漏和缺陷的產生造成可靠性問題。非常希望有可靠的低功率存儲器裝置，能夠縮放到晶體管接近10nm的極限，并具有高耐久性和高速度。

為了實現存儲器功能，需要兩個準穩態。在電子硅非易失性存儲器中，通過將電荷儲存在連續的或離散的浮柵區來實現準穩態，浮柵區被二氧化硅和/或其它電介質制成的阻擋區包圍，防止儲存的電荷的泄漏。通過晶體管的操作測量該電荷的有或無，晶體管的閾值電壓受儲存的電荷影響。非易失性存儲器通常以兩個穩態實現，但是也可以更多，這取決于獲得可再現的儲存的電荷數目之間的區別的能力，以及電荷的位置，例如在晶體管的源端區域和漏端區域之間。因此，這些非易失性存儲器取決于電子輸運現象-在既是讀取和寫入介質又是浮柵區域的晶體管中。

還有附加方案。一組方案是為了獲得將晶體管連接至附加的無源元件(即極化改變的鐵磁元件)或者連接至相變元件(導電元件的電阻改變)的非易失性存儲器。這些元件通過改變單元的高、低電勢通路之間的導電性而運行。

基于存儲器的浮柵結構的許多新形式使用幾個電子、單個電子、缺陷來降低功率，并允許將尺度縮放到小于那些具有連續浮柵區的結構。對于信息處理找到有用的替代或增加電流途徑超過縮放CMOS的極限的問題的物理特性受以下限制：

●尺寸范圍：采用的任何狀態特性必須能夠忍受環境，對環境不敏感，界面在1-10nm的尺度范圍，

●能量范圍：采用的任何狀態變化必須有大的能量最小值，即具有大的阻擋能量(＞＞kT或者與處理的能量尺度相當)來抑制擾動的可能性，并且仍然需要足夠低的能量使得在集成密度大時特性有用，

●時間范圍：狀態變化必須在支持電路結構的時間尺度內實時發生，并且采用的狀態特性必須具有大于計算時間的相干時間，

●信號靈敏度和強度：狀態特性必須保持對環境相對的不敏感，并足夠強烈到容易被檢測到，在任何實現中可恢復。

所有可能的方案：采用的電荷、自旋、磁通量子、光子能量、極化、糾纏等等特性，以及它們在半導體、磁材料、鐵電材料、鐵磁材料、光學材料、有機材料-例如分子中的實現由于尺寸、能量、時間和信號強度而受限制。基于電荷的方案的范圍(以電壓和電流作為信號)，例如在晶體管和存儲器中，其基礎在于：在有用的尺度內具有期望的時間、能量尺度的長相干時間和高信號強度。這種特性保持了多種材料(半導體性的、無機的、有機的)，因為場效應的有效輸運和控制。這種方案在1-10nm尺寸范圍內的失效源于失去了輸運機制對于隧道效應的優勢，因為失去了使得裝置對環境敏感的集體效應，以及能量-時間相互作用(一種形式是功率耗散)的結果。

通過尺度縮放失去的集體效應是所有替代方案的特性的共同變化。5nm×5nm×5nm的體積內有可能容納幾萬個原子/核子和電子在金屬性系統中，以及大量的束縛電子。在半導體性的無機、有機系統內可能有用的電子數量非常小，甚至減少到單位數，出現經典的單電子效應。類似的增加也保持基于光子的方案。磁、鐵電現象以及金屬性導電是狀態特性的實例，這些狀態特性連續得益于最小尺度的大集體效應，盡管不可避免地，這些也必須克服表面和界面感應競爭(順磁性、表面散射等等)。

附圖說明

圖1A、圖1B和圖1C示出根據示例性實施例，利用機械效應提供雙穩態位置。