DE60301582T2

DE60301582T2 - Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre und Verfahren zur Herstellung der Speicheranordnung

Info

Publication number: DE60301582T2
Application number: DE60301582T
Authority: DE
Inventors: Won-bong Kiheung-eub Choi; In-kyeong Paldal-gu Yoo; Jae-uk Gwangmyeong-City Chu
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-02-09
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2023-02-08
Also published as: US7015500B2; JP2003264249A; CN1287459C; CN1450643A; US7378328B2; US20030170930A1; JP5165828B2; US20060252276A1; EP1341184B1; DE60301582D1; EP1341184A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicheranordnung und ein Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere eine Speicheranordnung mit einer Kohlenstoffnanoröhre, die als Ladungsverschiebekanal dient und ein Verfahren zur Herstellung der Speicheranordnung.
Halbleiterspeichervorrichtungen umfassen im Grunde einen Kondensator, der gespeicherte Ladungen bewahrt und einen Transistor, der als Schalter zum Sichern eines Stromverlaufs dient, der notwendig ist, um in den Kondensator Daten einzuschreiben oder Daten daraus herauszulesen.
Damit ein starker Strom in einem Transistor fließen kann, muss der Transistor einen hohen Gegenwirkleitwert (gm) aufweisen. Daher gibt es jüngst einen Trend zur Verwendung von Metalloxidfeldeffekttransistoren (MOSFETs) mit einem hohen Gegenwirkleitwert als Schaltvorrichtungen von Halbleiterspeichervorrichtungen.
MOSFETs beinhalten zunächst Gateelektroden aus dotiertem polykristallinen Silicium und Source- und Drainelektroden aus dotiertem kristallinen Silicium.
Der Gegenwirkleitwert von MOSFETs ist umgekehrt proportional zur Länge (L) eines Kanals, der Dicke eines Gateoxidfilms oder dergleichen, und ist direkt proportional zu einer Oberflächenmobilität, der Permittivität des Gateoxidfilms und der Breite (W) des Kanals. Da die Oberflächenmobilität und die Permittivität des Gateoxidfilms durch einen gerichteten Siliciumwafer, einen Siliciumoxidfilm und dergleichen vorbestimmt sind, kann ein hoher Gegenwirkleitwert durch Erhöhen des Verhältnisses W/L des Kanals oder Verdünnen des Gateoxidfilms erhalten werden.
Da jedoch hochintegrierte Speicheranordnungen durch Reduzieren der physikalischen Größe von MOSFETs gefertigt werden, müssen die Größen der Gate-, Source- und Drainelektroden reduziert werden, was viele Probleme schafft.
Wenn die Größen der Gateelektroden reduziert werden, nimmt die Querschnittsfläche jeder der Gateelektroden ab, was einen hohen elektrischen Widerstand in einem Transistor erzeugt. Eine Reduzierung der Größen der Source- und Drainelektroden beinhaltet eine Reduzierung ihrer Dicke, das heißt der Kontakttiefen, was einen höheren elektrischen Widerstand erzeugt. Ebenso verursacht eine Reduzierung des Abstands zwischen einer Source und einem Drain manchmal einen Durchgriff, bei dem eine Source und eine Verarmungsschicht eines Drain in Kontakt miteinander kommen, was es unmöglich macht, den Strom einzustellen. Außerdem bewirkt eine solche Reduzierung der Größe einer Speicheranordnung, dass die Breite eines Kanals, der als Stromverlauf dient, auf 70 nm oder weniger reduziert wird, was einen ungehinderten Stromfluss verhindert. Folglich zeigt die Speicheranordnung Funktionsstörungen.
Mit anderen Worten, allgemeine Speicheranordnungen auf Grundlage von MOSFETs sind nicht geeignet zur Verwendung als zukünftige hochdichte Speicher, wegen Problemen wie Wärmeverlust, hoher Energieverbrauch, Schwankung der elektrischen Charakteristik, Ladungsableitung und dergleichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre zur Verfügung gestellt, die ein Substrat, eine Sourceelektrode, eine Drainelektrode, eine Kohlenstoffnanoröhre, eine Speicherzelle und eine Gateelektrode aufweist. Die Sourceelektrode und die Drainelektrode sind mit bestimmtem Intervall dazwi schen auf dem Substrat angeordnet und einer Spannung ausgesetzt. Die Kohlenstoffnanoröhre verbindet die Sourceelektrode mit der Drainelektrode und dient als Kanal für Ladungen. Die Speicherzelle ist über der Kohlenstoffnanoröhre gelegen und speichert Ladungen von der Kohlenstoffnanoröhre. Die Gateelektrode ist in Kontakt mit der Oberseite der Speicherzelle ausgebildet und steuert die Menge an Ladung, die von der Kohlenstoffnanoröhre in die Speicherzellen fließt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine schnelle, hochintegrierte Speicheranordnung zur Verfügung, die eine Zunahme des Widerstands aufgrund einer Miniaturisierung der Speicheranordnung vermeidet, und erreicht geringen Wärmeverlust, geringen Energieverbrauch, stabile elektrische Charakteristik und geringe Ladungsableitung.
Das Substrat kann aus Silicium gebildet sein und ein Siliciumoxidfilm kann auf dem Substrat abgeschieden sein.
Die Speicheranordnung kann aufweisen: einen ersten Isolierfilm ausgebildet in Kontakt mit der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre; einen Ladungsspeicherfilm, abgeschieden auf dem ersten Isolierfilm, der Ladungen speichert; und einen zweiten Isolierfilm ausgebildet auf dem Ladungsspeicherfilm und in Kontakt mit der Gateelektrode.
Bevorzugt ist die Dicke des ersten Isolierfilms ähnlich der Dicke des Ladungsspeicherfilms, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % seines Werts, und die Dicke des zweiten Isolierfilms ist ungefähr doppelt die Dicke des Ladungsspeicherfilms, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % des doppelten Werts.
Der erste und zweite Isolierfilm können aus Siliciumoxid gebildet sein und der Ladungsspeicherfilm kann aus Silicium oder Siliciumnitrid gebildet sein.
Bevorzugt weist der Ladungsspeicherfilm eine Dicke von 15 nm oder weniger auf.
Der Ladungsspeicherfilm kann ein poröser Film sein mit einer Mehrzahl von Nanodots, die mit einem Ladungsspeichermaterial gefüllt sind.
Alternativ kann die Speicherzelle aufweisen: einen dritten Isolierfilm ausgebildet in Kontakt mit der Unterseite der Gateelektrode und einen unter dem dritten Isolierfilm abgeschiedenen porösen Film, in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre, wobei der poröse Film eine Mehrzahl von Nanodots aufweist, die mit dem Ladungsspeichermaterial gefüllt sind.
Die Dicke des dritten Isolierfilms kann ungefähr das Doppelte der Dicke des porösen Films betragen oder ähnlich der Dicke des porösen Films sein, wiederum zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % seines Werts oder seines doppelten Werts.
Der dritte Isolierfilm kann aus Siliciumoxid gebildet sein und das Ladungsspeichermaterial kann Silicium oder Siliciumnitrid sein.
Der poröse Film kann aus Aluminiumoxid gebildet sein.
Bevorzugt weist ein Nanodot einen Durchmesser von 15 nm oder weniger auf.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die folgenden drei Schritte umfasst. Im ersten Schritt wächst eine Kohlenstoffnanoröhre auf einem Substrat und eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode werden in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre derart ausgebildet, dass die Kohlenstoffnanoröhre zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode als Ladungsverschiebungskanal dient. Im zweiten Schritt wird eine Speicherzelle in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre ausgebildet, indem nacheinander ein erster Isolierfilm, ein Ladungsspeicherfilm und ein zweiter Isolierfilm auf der Kohlenstoffnanoröhre, der Sourceelektrode und der Drainelektrode abgeschieden werden, und die erhaltene Struktur unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens gemustert wird. Im dritten Schritt wird eine Gateelektrode, die die Menge an Ladung steuert, die von der Kohlenstoffnanoröhre in den Ladungsspeicherfilm fließt, durch Abscheiden einer Metallschicht auf dem zweiten Isolierfilm und Mustern der erhaltenen Struktur unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens ausgebildet.
Im ersten Schritt wird zunächst eine Isolierschicht auf der Oberseite des Substrats ausgebildet und dann wird die Kohlenstoffnanoröhre auf der Oberseite der Isolierschicht gezüchtet. Hier kann das Substrat aus Silicium gebildet werden und die Isolierschicht kann aus Siliciumoxid gebildet werden. Ebenso können im ersten Schritt die Source- und Drainelektrode durch Elektronenstrahllithographie ausgebildet werden.
Bevorzugt wird im zweiten Schritt der erste Isolierfilm auf eine Dicke ähnlich der Dicke des Ladungsspeicherfilms abgeschieden, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % seines Werts, und der zweite Isolierfilm wird auf eine Dicke von ungefähr der doppelten Dicke des Ladungsspeicherfilms abgeschieden, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % des doppelten Werts.
Der erste und zweite Isolierfilm können aus Siliciumoxid gebildet werden und der Ladungsspeicherfilm kann aus Silicium oder Siliciumnitrid gebildet werden.
Bevorzugt weist der Ladungsspeicherfilm eine Dicke von 15 nm oder weniger auf.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre zur Verfügung gestellt, das die folgenden fünf Schritte umfasst. Im ersten Schritt wächst eine Kohlenstoffnanoröhre auf einem Substrat und eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode werden in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre derart ausgebildet, dass die Kohlenstoffnanoröhre zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode als Ladungsverschiebungskanal dient. Im zweiten Schritt wird ein poröser Film mit einer Mehrzahl von Nanodots durch Abscheiden eines ersten Isolierfilms auf der Oberseite der Kohlenstoffnanoröhre und der Source- und Drainelektrode und Anodenoxidierung und Ätzen des ersten Isolierfilms ausgebildet. Im dritten Schritt werden die Nanodots mit einem Ladungsspeichermaterial gefüllt, indem das Ladungsspeichermaterial auf der Oberseite des porösen Films abgeschieden und dann das Ladungsspeichermaterial geätzt wird. Im vierten Schritt wird eine Speicherzelle durch Abscheiden eines zweiten Isolierfilms auf der Oberseite des porösen Films und Mustern des ersten Isolierfilms, des porösen Films und des zweiten Isolierfilms unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens ausgebildet. Im fünften Schritt wird eine Gateelektrode, die die Menge an Ladung steuert, die von der Kohlenstoffnanoröhre in den Ladungsspeicherfilm fließt, durch Abscheiden einer Metallschicht auf dem zweiten Isolierfilm und Mustern der erhaltenen Struktur unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens ausgebildet.
Im ersten Schritt wird eine Isolierschicht auf der Oberseite des Substrats ausgebildet und die Kohlenstoffnanoröhre wird auf der Oberseite der Isolierschicht gezüchtet. Hier kann das Substrat aus Silicium gebildet sein und die Isolierschicht kann aus Siliciumoxid gebildet sein.
Im ersten Schritt können die Source- und Drainelektrode durch Elektronenstrahllithographie ausgebildet werden.
Im zweiten Schritt wird der erste Isolierfilm auf eine Dicke ähnlich der Dicke des porösen Films abgeschieden, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % seines Werts, und der zweite Isolierfilm wird auf eine Dicke von ungefähr der doppelten Dicke des porösen Films abgeschieden, zum Beispiel innerhalb von 25 % oder bevorzugt 10 % des doppelten Werts.
Der erste und zweite Isolierfilm können aus Siliciumoxid gebildet werden und der Ladungsspeicherfilm kann aus Silicium oder Siliciumnitrid gebildet werden.
Bevorzugt wird der poröse Film auf eine Dicke von 15 nm oder weniger ausgebildet.
Im ersten Schritt kann der gesamte erste Isolierfilm oxidiert werden, so dass der poröse Film mit einer Mehrzahl von Nanodots ausgebildet wird.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Dotierungsprozess für eine Halbleiterspeichervorrichtung nicht erforderlich sein, weil eine Kohlenstoffnanoröhre als Ladungsverschiebungskanal verwendet wird. Weil außerdem eine Kohlenstoffnanoröhre mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, wird eine Zunahme des Widerstands und Fehlfunktion aufgrund der hohen Integration einer Speicheranordnung vermieden. Ebenso funktioniert die Speicheranordnung als hocheffiziente, hochintegrierte Speicheranordnung, weil die Speicheranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ladungsspeicherfilm zum Speichern von Ladung oder einen porösen Film mit Nanodots aufweist.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich aus einer ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Perspektivansicht einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Querschnitt einer ersten Speicherzelle ist, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
3A ein Querschnitt einer zweiten Speicherzelle ist, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
3B ein Querschnitt einer dritten Speicherzelle ist, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
4 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM, scanning electron microscopy) der dritten Speicherzelle ist, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
5A und 5B SEM-Aufnahmen einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
6A bis 6I Perspektivansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der ersten Speicherzelle sind;
7A bis 7E Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer dritten Speicherzelle sind, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist;
8A eine Draufsicht einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8B einen Kohlenstoffnanoröhrenkanal zwischen Source- und Drainelektroden der Speicheranordnung von 8A zeigt;
9 ein Schaubild eines Source-Drain-Stroms Isd gegen eine Source-Drain-Spannung Vsd in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 ein Schaubild eines Source-Drain-Stroms Isd gegen eine Gatespannung Vg in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
11A ein Schaubild eines Source-Drain-Stroms Isd gegen eine Gatespannung Vg in einer Speicheranordnung vom P-Typ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
11B ein Schaubild eines Source-Drain-Stroms Isd gegen eine Gatespannung Vg in einer Speicheranordnung vom N-Typ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
12 ein Schaubild eines Drain-Stroms Id gegen eine Gatespannung Vg für eine bestimmte Source-Drain-Spannung in einer Speicheranordnung vom N-Typ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13 ein Schaubild einer Schwellenspannung Vth gegen eine Gatespannung Vg ist, wenn ein Drainstrom Id 50 nA beträgt, in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ein schematisches Diagramm eines elektrischen Feldes zwischen einer Kohlenstoffnanoröhre und einer Gateelektrode in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ein Schaubild der oberflächeninduzierten Ladungsdichte (σ) an der Gateelektrode gegen einen Abstand zwischen der CNT und der Gateelektrode in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
15 ein Schaubild eines Drainstroms Id gegen die Zeit in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Mit Bezug zu 1 weist eine Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat 11, eine auf dem Substrat 11 abgeschiedene Isolierschicht 13, eine Sourceelektrode 15 und eine Drainelektrode 17 auf, die aus Metall gebildet sind und in einem bestimmten Abstand voneinander auf der Isolierschicht 13 isoliert sind, eine Kohlenstoffnanoröhre 21, die die Sourceelektrode 15 mit der Drainelektrode 17 verbindet und als Elektronenverschiebungskanal dient, eine Speicherzelle 23, die die Kohlenstoffnanoröhre 21 verbindet und Ladungen von Elektronen (oder Lücken) speichert, und eine Gateelektrode 19, die mit der Speicherzelle 23 in Kontakt steht und die Bewegung der Elektronen steuert.
In 1 sind die Source- und Drainelektroden 15 und 17 auf dem Substrat 11 installiert. Die Source- und Drainelektroden 15 und 17 können jedoch im Substrat 11 installiert sein. In diesem Fall ist die Kohlenstoffnanoröhre 21 auch im Substrat 11 gelegen oder in Kontakt mit der Innenfläche des Substrats 11 installiert.
Das Substrat 11 ist allgemein aus Silicium gebildet und die im Substrat 11 ausgebildete Isolierschicht 13 ist aus Siliciumoxid gebildet.
Die Source- und Drainelektroden 15 und 17 können aus einem Metall wie Titan (Ti) oder Gold (Au) gebildet sein. Die Gateelektrode 19 kann aus einem Metall wie Polysilicium gebildet sein. Die Transistorstruktur ist durch bekannte Halbleiterprozesse ausgebildet, wie Photolithographie, Elektronenstrahllithographie, Ätzen, Oxidation und Dünnfilmabscheidung.
Die Kohlenstoffnanoröhre 21 ist ein Kohlenstoffallotrop mit einer Wabenform, die durch Kombinieren von Kohlenstoffatomen miteinander ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die Kohlenstoffnanoröhre 21 weist eine Form auf, in der eine Graphitschicht ausgebildet durch eine Kombi nation einer Mehrzahl von Kohlenstoffatomen in einem Kreis mit Nanodurchmesser gerollt ist. Die Kohlenstoffnanoröhre 21 weist entweder Metalleigenschaften auf oder Halbleitereigenschaften, was vom Rollwinkel und der Struktur der Graphitschicht abhängig ist. Diese Merkmale einer Kohlenstoffnanoröhre werden derzeit in aktuellen Industriebereichen untersucht, insbesondere im Bereich der Nanotechnologie.
Kohlenstoffnanoröhren werden gemäß ihrer elektrischen Eigenschaften in zwei verschiedene Arten klassifiziert. Eine Art sind metallische Kohlenstoffnanoröhren, deren elektronisches Verhalten ohmisch ist und von einer Gatespannung nicht beeinflusst wird. Die andere Art sind Halbleiterkohlenstoffnanoröhren, deren elektronisches Verhalten nicht-ohmisch ist und von einer Gatespannung beeinflusst wird.
Die in der Speicheranordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Kohlenstoffnanoröhre 21 ist eine Halbleiterkohlenstoffnanoröhre. Ein Elektronenfluss bewegt sich durch die Kohlenstoffnanoröhre 21, das heißt, Strom wird durch Verändern einer auf die Gateelektrode 19 aufgebrachten Spannung gesteuert.
Die Kohlenstoffnanoröhre 21 kann durch Bogenentladung, Laserverdampfung, plasmaverstärktes chemisches Aufdampfen (PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), thermisches chemisches Aufdampfen, Dampfphasenwachstum oder dergleichen hergestellt werden.
Erste, zweite und dritte Speicherzellen 23, 25 und 35, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet sind, sind in den 2, 3A bzw. 3B gezeigt.
Mit Bezug zu 2 weist die erste Speicherzelle 23, die in der Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist, erste und zweite Isolierfilme 20 und 24 und einen Ladungsspeicherfilm 22 auf. Der Ladungsspeicherfilm 22 speichert Ladungen, das heißt, Elektronen oder Lücken, und ist zwischen den ersten und zweiten Isolierfilm 20 und 24 eingesetzt. Der erste und zweite Isolierfilm 20 und 24 sind aus Siliciumoxid SiO₂ ausgebildet und der Ladungsspeicherfilm 22 ist aus Silicium (Si) oder Siliciumnitrid (Si₃N₄) gebildet. Insbesondere ist ein Si₃N₄-Dünnfilm als Niederpotential-Fangstelle vorgesehen, die eine Mehrzahl von Ladungen speichern kann.
Bevorzugt beträgt die Dicke der gesamten ersten Speicherzelle 23 ungefähr 60 nm und die Dicke des Ladungsspeicherfilms 22 beträgt ungefähr 15 nm oder weniger. Es wurde festgestellt, dass ein Siliciumfilm oder ein Siliciumnitridfilm als Ladungsspeicherfilm 22 verwendet in der Lage ist, Elektronen zu speichern, wenn er eine Dicke von 100 nm oder weniger aufweist. Bevorzugt ist der erste Isolierfilm 20 dünn genug, dass von der Kohlenstoffnanoröhre 21 von 1 erfasste Ladungen leicht tunneln können, und der zweite Isolierfilm 24 ist dick genug, um zu verhindern, dass Ladungen von der Gateelektrode 19 darin eingebracht werden und im Ladungsspeicherfilm 22 gespeicherte Ladungen über eine lange Zeit erhalten bleiben. Zum Beispiel ist der erste Isolierfilm 20 ein 7 nm dicker Oxiddünnfilm, der Ladungsspeicherfilm 22 ist ein 7 nm dicker Si₃N₄-Dünnfilm und der zweite Isolierfilm 24 ist ein 14 nm dicker Oxiddünnfilm. Hier sind der erste Isolierfilm 20, der Ladungsspeicherfilm 22 und der zweite Isolierfilm 24 so ausgebildet, dass sie ein Dickenverhältnis von 1:1:2 aufweisen, so dass Ladungen von der Kohlenstoffnanoröhre 21 im Ladungsspeicherfilm 22 über eine lange Zeit stabil gespeichert werden können.
3A ist ein Querschnitt der zweiten Speicherzelle 25, die in einer Speichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist. Wie in 3A gezeigt ist, weist die zweite Speicherzelle 25 einen dritten Isolierfilm 29 auf, der in Kontakt mit der Gateelektrode 19 ausgebildet ist, und einen porösen Film 26, der unter dem dritten Isolierfilm 29 ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Nanodots 27 gefüllt mit einem Ladungsspeichermaterial 28 aufweist.
Der dritte Isolierfilm 29 kann aus Siliciumoxid gebildet sein und das Ladungsspeichermaterial 28 kann Silicium oder Siliciumnitrid sein. Bevorzugt ist der dritte Isolierfilm 29 dicker als der poröse Film 26, so dass das Ladungsspeichermaterial 28 in den Nanodots 28 stabil gespeichert wird.
3B ist ein Querschnitt der dritten Speicherzelle 35, die in einer Speichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist. Die dritte Speicherzelle 35 weist eine Struktur auf, in der ein Isolierfilm ferner unter dem porösen Film 26 der zweiten Speicherzelle 25 ausgebildet ist. Dementsprechend weist die dritte Speicherzelle 35 einen vierten Isolierfilm 34 auf, einen porösen Film 36 mit einer Mehrzahl von Nanodots 37 gefüllt mit einem Ladungsspeichermaterial 38 und einen fünften Isolierfilm 34': Bevorzugt ist der vierte Isolierfilm 34 dick genug, um zu verhindern, dass Ladungen von der Gateelektrode 19 von 1 darin eingebracht werden und im Ladungsspeicherfilm 38 gespeicherte Ladungen über eine lange Zeit erhalten bleiben. Es ist auch bevorzugt, dass der fünfte Isolierfilm 34 dünn genug ist, dass Elektronen oder Lücken von der Kohlenstoffnanoröhre 21 leicht hindurch tunneln und in den porösen Film 36 wandern können.
4 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme (SEM) der dritten Speicherzelle 35, die in einer Speichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist. In der SEM-Aufnahme ist der vierte Isolierfilm 34 aus SiO₂ gebildet, der poröse Film 36 und der dritte Isolierfilm 34' sind aus Al₂O₃ gebildet und das Ladungsspeichermaterial 38 ist aus Si (oder Si₃N₄) gebildet.
Die 5A und 5B sind SEM-Aufnahmen, die die Kohlenstoffnanoröhre 21 zeigen, die die Sourceelektrode 15 mit der Drainelektrode 17 in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet. Unter Verwendung einer Atomenergiemikroskopie wurde bei der Kohlenstoffnanoröhre 21 ein Durchmesser von ungefähr 3 nm gemessen.
Die 6A bis 6I sind Perspektivansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der ersten Speicherzelle 23. Zunächst mit Bezug zu 6A wird die Isolierschicht 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 abgeschieden, und die Kohlenstoffnanoröhre 21 wächst dann auf der Isolierschicht 13. Durch CVD gebildetes Kohlenstoffnanoröhrenpulver (CNT) wird in einer Chloroformlösung verteilt und dann an verschiedenen Stellen über die Isolierschicht 13 aufgeschichtet und getrocknet. 6A zeigt eine einzelne Kohlenstoffnanoröhre 21, die an einer Stelle auf dem Substrat 11 ausgebildet ist.
Danach wird, wie in 6B gezeigt, eine Schicht von leitfähigem Material 14 zum Ausbilden der Source- und Drainelektroden 15 und 17 auf der Isolierschicht 13 abgeschieden und eine Maske 12a wird dann verwendet, um die leitfähige Materialschicht 14 durch Elektronenstrahllithographie zu mustern. Zum Beispiel kann die Schicht von leitfähigem Material 14 aus einem Metall wie Au oder Ti gebildet sein. Bevorzugt werden die nach dem Maskenmustern ausgebildeten Source- und Drainelektroden 15 und 17 thermisch behandelt, um den Kontaktwiderstand zu reduzieren. Zum Beispiel können die Source- und Drainelektroden 15 und 17 schnell bei 600 °C über 30 Sekunden wärmebehandelt werden. Die auf diese Weise ausgebildeten Source- und Drainelektroden 15 und 17 sind in 6C gezeigt.
Die 6D bis 6F erläutern einen Prozess zum Abscheiden der ersten Speicherzelle 23. Mit Bezug zu 6D werden ein erster Isolierfilm 20a, ein Ladungsspeicherfilm 22a und ein zweiter Isolierfilm 24a nacheinander auf den Source- und Drainelektroden 15 und 17 abgeschieden, auf der Kohlenstoffnanoröhre 21, die die Sourceelektrode 15 mit der Drainelektrode 17 verbindet, und auf der Isolierschicht 13, wodurch eine Speicherzelle 23a ausgebildet wird. Wie in 6E gezeigt ist, wird eine Maske 12b über der erhaltenen Struktur von 6D positioniert und mit Licht bestrahlt, und dann wird die erhaltene Struktur entwickelt. Wie in 6F gezeigt ist, wird die erste Speicherzelle 23 in Kontakt mit der Oberfläche der Source- und Drainelektroden 15 und 17 und der Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre 21 ausgebildet. Die erste Speicherzelle 23 weist einen ersten Isolierfilm 20 aus Oxid auf, einen Ladungsspeicherfilm 22 aus Si oder Si₃N₄ und einen zweiten Isolierfilm 24 aus Oxid. Ein Oxidfilm wird durch CVD ausgebildet, wobei eine Mischung aus SiH₄-Gas und O₂-Gas verwendet wird, und ein Si₃N₄-Film wird durch CVD ausgebildet, wobei SiH₂Cl₂-Gas und NH₃-Gas verwendet werden.
Die 6G bis 6I erläutern einen Prozess zur Ausbildung der Gateelektrode 19. Mit Bezug zu 6G wird eine Metallschicht 18 zum Ausbilden der Gateelektrode 19 auf der Isolierschicht 13 abgeschieden, um die Kohlenstoffnanoröhre 21 und die erste Speicherzelle 23 abzudecken. Wie in 6H gezeigt ist, wird eine Maske 12c über der Metallschicht 18 positioniert und dann mit Ultraviolett bestrahlt, und dann wird die erhaltene Struktur entwickelt. Nach dem Schritt von 6I ist die Gateelektrode 19 ausgebildet wie es in 6I gezeigt ist.
Die 7A bis 7E erläutern ein Verfahren zur Herstellung der dritten Speicherzelle 35, die in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Zunächst wird wie in 7A gezeigt der fünfte Isolierfilm 34' oxidiert, so dass ein Oxidfilm 36' darauf erhalten wird. Durch Oxidieren der erhaltenen Struktur mit Elektrizität und Ätzen wird ein poröser Film 36 mit einer Mehrzahl von Nanodots 37 gebildet, wie in 7B gezeigt. Wenn der fünfte Isolierfilm 34' aus Aluminium gebildet ist, wird das Aluminium in eine Schwefelsäurelösung oder eine Phosphorsäurelösung getaucht und unter Verwendung von Elektrizität oxidiert, so dass sich eine Mehrzahl von Nanodots 37 ausbilden. Diese Oxidation wird als Anodisierung bezeichnet. Das Aluminium wird oxidiert, so dass es in Aluminiumoxid umgewandelt wird, das ein größeres Volumen aufweist als das ursprüngliche Aluminium.
Wie in 7C gezeigt ist, werden die Nanodots 37 unter Verwendung von CVD oder einer Sputtertechnik mit Silicium oder Siliciumnitrid gefüllt, das Material das Ladungsspeicherfilms 22. Danach werden wie in 7D gezeigt, die erhaltenen Nanodots 37 trockengeätzt, so dass der poröse Film 36 ausgebildet wird, der Ladungen aufnehmen kann. Dann wird wie in 7E gezeigt, der vierte Isolierfilm 34 auf dem porösen Film 36 abgeschieden, wodurch die Fertigung der dritten Speicherzelle 35 abgeschlossen wird. Zur Herstellung einer Speicheranordnung mit der dritten Speicherzelle 35 werden zunächst die Kohlenstoffnanoröhre 21 und die Source- und Drainelektroden 15 und 17 wie in den 6A bis 6C gezeigt ausgebildet. Danach kann die dritte Speicherzelle 35 auf der Kohlenstoffnanoröhre 21 ausgebildet werden, wie es in den 7A bis 7E gezeigt ist. Danach kann die Gateelektrode 19 ausgebildet werden, wie es in den 6G bis 6I gezeigt ist.
Die zweite Speicherzelle 25 kann auf ähnliche Weise wie beim Herstellungsverfahren der dritten Speicherzelle 35 ausgebildet werden. Wie beim Prozess zur Ausbildung der dritten Speicherzelle 35 wird der poröse Film 26 mit der Mehrzahl von Nanodots 27 durch vollständiges Oxidieren des fünften Isolierfilms 34' ausgebildet. Danach werden die Nanodots 27 mit dem Ladungsspeichermaterial 28 gefüllt und der dritte Isolierfilm 29 wird dann auf dem erhaltenen porösen Film 26 abgeschieden, um dadurch die zweite Speicherzelle 25 von 3A auszubilden.
Wenn in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Sourceelektrode 15 geerdet ist und eine positive Drainspannung auf die Drainelektrode 17 aufgebracht wird, wandern Elektronen zur Kohlenstoffnanoröhre 21, so dass Strom fließt. Wenn hierbei eine bestimmte Gatespannung höher als die auf die Drainelektrode 17 aufgebrachte Drainspannung auf die Gateelektrode 19 aufgebracht wird, wandern Elektronen von der Kohlenstoffnanoröhre 21 zur Speicherzelle (23, 25 oder 35), tunneln durch den ersten Isolierfilm 20 oder den fünften Isolierfilm 34' und wandern zum Ladungsspeicherfilm 22 oder den Nanodots 27 und 37. Durch entsprechende Steuerung der Gate- und Drainspannungen werden Elektronen im Ladungsspeicherfilm 22 und den Nanodots 27 und 37 gespeichert, daraus gelöscht oder fließen daraus ab, wodurch Datenaufzeichnung, -entfernung und Wiedergabe erreicht werden.
8A ist eine Draufsicht einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer einzelnen Gateelektrode und einer Mehrzahl von Source- und Drainelektroden und einer Kohlenstoffnanoröhre, die unter der Gateelektrode angeordnet sind. 8B ist ein Bild, das einen Kohlenstoffnanoröhrenkanal zeigt, der eine Sourceelektrode (S) und eine Drainelektrode (D) von 8A verbindet.
Eine Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch geeignete Wahl von Material und Dicke des Speicherfilms für die Speicherzelle, Durchmesser und Länge jeder der Mehrzahl von Nanodots, die im porösen Film enthalten sind, und Material, das den Nanoröhrenkanal füllt, Gatespannung und Source-Drain-Spannung als flüchtiger oder nicht flüchtiger Speicher funktionieren.
9 ist ein Schaubild eines Stroms Isd zwischen einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode gegen eine Vsd zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode, wenn eine Gatespannung von 0 V bis 10 V variiert, in einer Speicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Schaubild f₁ zeigt, dass wenn die Gatespannung 0 V beträgt, der Source-Drain-Strom Isd 0 ist, ungeachtet einer Veränderung der Source-Drain-Spannung V_sd.
Schaubild f₂ zeigt, dass wenn die Gatespannung 10 V beträgt, der Source-Drain-Strom Isd von 0 auf ungefähr 1000 nA ansteigt, wenn die Source-Drain-Spannung V_sd von 0 zu einem negativen Wert sinkt.
Wenn bei einer bestimmten Source-Drain-Spannung die Gatespannung 0 V ist, wandern keine Elektronen zwischen einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode, so dass kein Einschreiben von Daten erfolgen kann. Wenn die Gatespannung höher ist als 0 V, beginnt der Source-Drain-Strom zu fließen. Mit einer Zunahme der Gatespannung kann Datenspeicherung durch Einfangen einer bestimmten Anzahl von Elektronen erreicht werden.
10 ist ein Schaubild eines Stroms Isd zwischen einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode gegen eine Gatespannung Vg in einem CNT-Feldeffekttransistor (FET) vom p-Typ mit einem Ladungsspeicherfilm, der ein 28 nm ONO-Dünnfilm ist.
Wie in 10 gezeigt ist nimmt im CNT-FET vom p-Typ der Source-Drain-Strom Isd mit einer Zunahme der negativen Spannung der Gateelektrode zu, und nimmt auf einige Femtoampere (fA) ab, wenn die Spannung der Gateelektrode positiv ist. Ein Verhältnis des Anschalt stroms Ion zum Ausschaltstrom Ioff, ion/Ioff, übersteigt 105 bei Vsd = 1 V, wenn die Spannung der Gateelektrode von –4 V bis 4 V schwankt. Der Ausschaltstrom wurde gemessen, so dass er bei einigen pA oder weniger gehalten bleibt. Es wird angenommen, dass das Halten des Ausschaltstroms auf einem niedrigen Wert durch die Position der Gateelektrode in der Speichervorrichtung und eine hohe Begrenzerspannung des ONO-Dünnfilms bedingt ist. Im Falle von Flashspeichervorrichtungen nimmt die Schwellenspannung mit einer Zunahme des Verhältnisses Ion/Ioff zu, was auf diese Weise die Leistung verbessert.
11A zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik (I-V) einer CNT-Speichervorrichtung vom P-Typ mit einer 7 nm dicken Speicherzelle (SiO₂/Si₃N₄/SiO₂). 11B zeigt die I-V-Charakteristik einer CNT-Speichervorrichtung vom N-Typ mit einer 30 nm dicken Speicherzelle (SiO₂/Si₃N₄/SiO₂).
Mit Bezug zu 11A schwankt der Drainstrom Id der CNT-Speichervorrichtung vom P-Typ leicht in Bezug auf die Source-Drain-Spannung Vsd. Wenn jedoch die Gatespannung Vg etwa 2,5 V beträgt, nimmt der Drainstrom Id scharf ab.
Mit Bezug zu 11B zeigt der Drainstrom Id der CNT-Speichervorrichtung vom N-Typ eine präzise Hysterese bei Vsd = 3 V, wenn die Gatespannung Vg gleich oder größer ist als 4 V.
12 ist ein Schaubild eines Drainstroms Id gegen eine Gatespannung Vg von 0 V bis 1 V, wenn verschiedene Source-Drain-Spannungen Vsd bei einer CNT-Speichervorrichtung vom N-Typ aufgebracht werden. Mit Bezug zu 12 bezeichnet n1 den Fall, wenn Vsd 0 V beträgt, n2 bezeichnet den Fall, wenn Vsd –5 V beträgt, n3 bezeichnet den Fall, wenn Vsd –5,5 V beträgt, n4 bezeichnet den Fall, wenn Vsd –6 V beträgt und n5 bezeichnet den Fall, wenn Vsd –6,5 V beträgt. Wie aus n1 bis n5 zu sehen ist, nimmt der Drainstrom Id zu, wenn die Gatespannung Vg zunimmt und wird bei ungefähr 0,6 V gesättigt.
Unter der Annahme, dass h die Dicke einer Speicherzelle bezeichnet, das heißt einen ONO-Film, und L und r jeweils die Länge und den Radius eines Kohlenstoffnanoröhrchens bezeichnen, wird die elektrostatische Kapazität des Kohlenstoffnanoröhrchens pro Längeneinheit in Gleichung 1 ausgedrückt: C/L·2π ε ε0/1n(2h/r) (1)
Wenn eine effektive Dielektrizitätskonstante des ONO-Films –3 beträgt, ist h 30 nm, r ist 1,5 nm, L ist 1 μm und eine Schadensgatespannung Vgd beträgt 2 V, eine Lückendichte (P) von 580 μ m^–1 wird aus Gleichung 1 erhalten. Eine Lückenmobilität (μ_h) der CNT kann mit Gleichung 2 berechnet werden: μh = 29 cm2/(V·S) (2)
Die obige Lückenmobilität (μ_h) ist höher als die Lückenmobilität eines einwandigen Nanoröhrchens oder die Lückenmobilität eines mehrwandigen Nanoröhrchens (MWNT).
13 ist eine Schaubild einer Schwellenspannung Vth gegen eine Gatespannung Vg, wenn ein Drainstrom Id konstant 50 nA beträgt, in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn die positive Gatespannung zunimmt, nimmt die Schwellenspannung Vth zu, was bedeutet, dass Lücken von den Kohlenstoffnanoröhren in einen ONO-Dünnfilm eingeführt werden und eine Fangstelle füllen. Wie aus 13 zu sehen ist, nimmt die Schwellenspannung um ungefähr 60 mV zu, wenn die Gatespannung Vg von 0V auf 7 V steigt, und dementsprechend werden Lücken als quasi-quantisiert gefunden.
14 zeigt ein schematisches Diagramm eines elektrischen Feldes zwischen einer Kohlenstoffnanoröhre und einer Gateelektrode und ein Schaubild der oberflächeninduzierten Ladungsdichte (σ) bei der Gateelektrode gegen einen Abstand zwischen der CNT und der Gateelektrode in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug zu 14 bildet eine Gatespannung ein starkes elektrisches Feld um die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre (CNT). Wenn die Gateelektrode als vollständiger Leiter betrachtet wird und der Durchmesser der CNT 3 nm beträgt, kann ein ONO-Dünnfilm zwischen der CNT und der Gateelektrode als Einzelschicht mit einer effektiven Dielektrizitätskonstante von 3 betrachtet werden. Daher kann das elektrische Feld um die CNT berechnet werden. Wenn die Gatespannung 5 V beträgt, ist das berechnete elektrische Feld 970 V/μm, ein Feld, das stark genug ist, um einen Fowller-Nodheim-Tunneleffekt zu induzieren. Wenn ferner Tunnelladungen entlang der elektrischen Feldlinien fließen, werden sie proportional zur Intensität des elektrischen Feldes in einem Nitriddünnfilm gefangen, das ausgehend von einer induzierten Ladungsverteilung berechnet wurde. Bei der Berechnung des elektrischen Feldes entsprechen 70 % der gesamten Tunnelladungen der Gesamtbreite beim halben Maximum (FWHW, full width at half maximum) des Spitzenwertes einer Ladungsdichte und kann in den Nitridfilm von 14 nm Dicke fließen, der im ONO-Dünnfilm enthalten ist. Es ist bekannt, dass Ladungen bei Raumtemperatur quantisiert werden, wenn die Größe eines Quantendots gleich oder kleiner als 10 nm ist. Mit Bezug zum Schaubild von 14 nimmt eine induzierte Ladungsdichte (σ) mit der Nähe zur CNT zu.
15 ist ein Schaubild eines Drainstroms Id gegen die Zeit, über 100 Sekunden, in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine lokalisierte Ladungsverteilung ermöglicht, dass Ladungen im Nitridfilm des ONO-Dünnfilms induziert werden, aufgrund einer hohen elektrischen Feldverteilung einer lokalisierten Kohlenstoffnanoröhre und in lokalisierten Bereichen des ONO-Dünnfilms gefangene Ladungen können in Bereiche verteilt werden, wo keine Ladungen gespeichert sind. Wie in 15 gezeigt ist, bleibt jedoch die Gesamtmenge an Strom über die Zeit konstant. Dementsprechend kann angenommen werden, dass eine geladene Fangstelle des ONO-Dünnfilms der CNT-Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Quantendot einer Flashspeichervorrichtung dient.
Die vorliegende Erfindung stellt eine nicht flüchtige Speichervorrichtung zur Verfügung unter Verwendung des CNT-FET und des ONO-Dünnfilms, in denen Ladungen in einer Fangstelle des ONO-Dünnfilms gespeichert werden. Die gespeicherten Ladungen weisen ein quantifiziertes Spannungsinkrement von ungefähr 60 mV auf, was bedeutet, dass der ONO-Dünnfilm einen quasi-quantifizierten Energiezustand besitzt. Der quantifizierte Energiezustand steht in Zusammenhang mit einem lokalisierten elektrischen Feld, das einem CNT-Kanal im Nanomaßstab zugeordnet ist und darstellt, dass eine CNT-Speichervorrichtung als ultrahochdichter Flashspeicher von hoher Kapazität funktioniert.
Eine Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Kohlenstoffnanoröhre anstelle eines Implantationskanals, um Ladungen zwischen einer Source und einem Drain zu verschieben, und weist einen Ladungsspeicherfilm oder einen porösen Film mit Nanodots auf, ohne dass extra ein Kondensator notwendig ist.
Ebenso kann ein kleiner Transistor hergestellt werden, weil die Kohlenstoffnanoröhre mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und hohen Wärmeleitfähigkeit als Elektronenwanderkanal verwendet ist, was auf diese Weise die Herstellung einer hochintegrierten, hocheffizienten Speichervorrichtung ermöglicht.
Während die vorliegende Erfindung speziell mit Bezug zu beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben ist, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
Zusammengefasst weist eine Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen kleinen Transistor auf, der ein hochleitfähige CNT verwendet und eine Speicherzelle, die Elektronen speichert, wodurch hohe Effizienz und hohe Integration erreicht werden.

Claims

Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre umfassend: ein Substrat (11); eine Sourceelektrode (15) und eine Drainelektrode (17), die mit einem bestimmten Intervall dazwischen auf dem Substrat (11) angeordnet sind; eine Kohlenstoffnanoröhre (21), die die Sourceelektrode (15) mit der Drainelektrode (17) verbindet und als Kanal für Ladungen dient; eine Speicherzelle (23), die über der Kohlenstoffnanoröhre (21) gelegen ist, die Ladungen von der Kohlenstoffnanoröhre (21) speichert; und eine Gateelektrode (19), die in Kontakt mit der Oberseite der Speicherzelle (23) ausgebildet ist, um die Menge an Ladung zu steuern, die von der Kohlenstoffnanoröhre (21) in die Speicherzelle (23) fließt.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 1, worin die Source- und Drainelektrode (15), (17) einer Spannung ausgesetzt sind.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 1 oder 2, worin das Substrat (11) aus Silicium gebildet ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 1–3, worin ein Siliciumoxidfilm auf dem Substrat (11) abgeschieden ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Speicherzelle (23) umfasst: einen ersten Isolierfilm (20) ausgebildet in Kontakt mit der Oberseite der Kohlenstoffnanoröhre; einen Ladungsspeicherfilm (22) abgeschieden auf dem ersten Isolierfilm (20), der Ladung speichert; und einen zweiten Isolierfilm (24) ausgebildet auf dem Ladungsspeicherfilm (22) und in Kontakt mit der Gateelektrode (19).
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 5, worin die Dicke des ersten Isolierfilms (20) ähnlich der Dicke des Ladungsspeicherfilms (22) ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 5 oder 6, worin die Dicke des zweiten Isolierfilms (24) ungefähr das Dop– pelte der Dicke des Ladungsspeicherfilms (22) ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 5–7, worin der erste und zweite Isolierfilm (20), (24) aufs Siliciumoxid gebildet sind.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 5–8, worin der Ladungsspeicherfilm (22) aus Silicium oder Siliciumnitrid gebildet ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 5–9, worin der Ladungsspeicherfilm (22) eine Dicke von 15 nm oder weniger aufweist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 5–10, worin der Ladungsspeicherfilm (22) ein poröser Film ist mit einer Mehrzahl von Nanodots (27) gefüllt mit einem Ladungsspeichermaterial (28).
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der An sprüche 1–4, worin die Speicherzelle (23) umfasst: einen dritten Isolierfilm (29) ausgebildet in Kontakt mit der Unterseite der Gateelektrode (19); und einen unter dem dritten Isolierfilm (29) abgeschiedenen porösen Film (36), in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre (21), wobei der poröse Film (36) eine Mehrzahl von Nanodots (27) aufweist, die mit dem Ladungsspeichermaterial (28) gefüllt sind.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 12, worin die Dicke des dritten Isolierfilms (29) ungefähr das Doppelte der Dicke des porösen Films (26) ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 12, worin die Dicke des dritten Isolierfilms (29) ähnlich der Dicke des porösen Films (26) ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 12–14, worin der dritte Isolierfilm (29) aus Siliciumoxid gebildet ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 11–15, worin das Ladungsspeichermaterial (28) Silicium oder Siliciumnitrid ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 11–16, worin der poröse Film (26) aus Aluminiumoxid gebildet ist.
Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 11–17, worin ein Nanodot einen Durchmesser von 15 nm oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Speicheranordnung mit Kohlenstoffnanoröhre, wobei das Verfahren umfasst: (a) Züchten einer Kohlenstoffnanoröhre (21) auf einem Substrat (11) und Ausbilden einer Sourceelektrode (15) und einer Drainelektrode (17) in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre (21) derart, dass die Kohlenstoffnanoröhre (21) zwischen der Sourceelektrode (15) und der Drainelektrode (17) als Ladungsverschiebungskanal dient; (b) Ausbilden einer Speicherzelle (23) in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhre (21), indem nacheinander abgeschieden werden: ein erster Isolierfilm (20), ein Ladungsspeicherfilm und ein zweiter Isolierfilm (24) auf der Kohlenstoffnanoröhre (21), der Sourceelektrode (15) und der Drainelektrode (17), und Mustern der erhaltenen Struktur unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens; und (c) Ausbilden einer Gateelektrode (19), die die Menge an Ladung steuert, die von der Kohlenstoffnanoröhre (21) in den Ladungsspeicherfilm (22) fließt, durch Abscheiden einer Metallschicht auf dem zweiten Isolierfilm (24) und Mustern der erhaltenen Struktur unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 19, worin der Ladungsspeicherfilm (22) eine Dicke von 15 nm oder weniger aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, worin Ausbilden des Ladungsspeicherfilms (22) umfasst: (b1) Ausbilden eines porösen Films (26) mit einer Mehrzahl von Nanodots (27) durch Anodenoxidieren und Ätzen des ersten Isolierfilms (20); und (b2) Füllen der Nanodots (27) mit einem Ladungsspeichermaterial (28), indem das Ladungsspeichermaterial (28) auf der Oberseite des porösen Films (26) abgeschieden und dann das Ladungsspeichermaterial (28) geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, worin der poröse Film (26) auf eine Dicke von 100 nm oder weniger ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, worin in Schritt (b1) der gesamte erste Isolierfilm (20) oxidiert wird, so dass der poröse Film (26) mit einer Mehrzahl von Nanodots (27) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–23, worin in Schritt (a) eine Isolierschicht (13) auf der Oberseite des Substrats (11) ausgebildet wird und die Kohlenstoffnanoröhre (21) auf der Oberseite der Isolierschicht (13) gezüchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–24, worin das Substrat (11) aus Silicium gebildet wird, und die Isolierschicht (13) aus Siliciumoxid gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–25, worin in Schritt (a) die Source- und Drainelektrode (15), (17) durch Elektronenstrahllithographie ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–26, worin in Schritt (b) der erste Isolierfilm (20) auf eine Dicke ähnlich der Dicke des Ladungsspeicherfilms (22) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–26, worin in Schritt (b) der zweite Isolierfilm (24) auf eine Dicke ähnlich dem Doppelten der Dicke des Ladungsspeicherfilms (22) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–28, worin der erste und zweite Isolierfilm (20), (24) aus Siliciumoxid gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–29, worin der Ladungsspeicherfilm (22) aus Silicium oder Siliciumnitrid gebildet wird.