TWI512901B - 相變存儲單元的製備方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種相變存儲單元的製備方法，尤其涉及一種具有彎折的奈米碳管線的相變存儲單元的製備方法。
存儲器係資訊產業中重要的組成部件之一，如何發展新型的低成本、高密度、速度快、長壽命的非易失存儲器一直係資訊產業研究的重要方向。
作為非易失性存儲器的下一代產品，相變存儲器係一種利用特殊相變材料的晶相與非晶相導電性的差異來存儲資訊的存儲器。相變存儲器基於其獨特的特點如較快的響應速度、較優的耐用性及較長的資料保存時間等，已備受關注，其不僅能夠在移動電話、數碼相機、MP3播放器、移動存儲卡等民用微電子領域得到廣泛應用，而且在航空航天及導彈系統等軍用領域有著重要的應用前景。
然，相變存儲器在真正實用化之前還有很多問題需要解決，如先前技術的相變存儲器的製備方法中，一般利用金屬或半導體材料作為加熱元件，加熱所述相變材料使之產生相變，但由於加熱元件在複數次的循環加熱過程中易受熱變形或氧化，從而影響相變存儲器的使用壽命，並且響應速度較慢，難以滿足資料高速讀寫的需要。
有鑒於此，提供一種具有較長使用壽命且具有較快的響應速度的相變存儲單元的製備方法實為必要。
一種相變存儲單元的製備方法，包括：在一基底一表面設置一奈米碳管線，所述奈米碳管線的軸向平行於所述基底的表面；將所述奈米碳管線彎折形成一彎折部；設置一第一電極、第二電極及一第三電極，所述第一電極、第二電極分別與所述奈米碳管線的兩端電連接，所述第三電極與所述奈米碳管線的彎折部間隔設置；及沈積一相變層至少部份覆蓋所述彎折部，並且與所述第三電極電連接。
一種相變存儲單元的製備方法，包括：步驟S21，提供一基底；步驟S22，在基底一表面間隔設置複數犧牲柱；步驟S23，提供一奈米碳管線材，將所述奈米碳管線材的一端固定於所述基底表面；步驟S24，圍繞一犧牲柱彎折所述奈米碳管線材，形成一彎折部後切斷所述奈米碳管線材，形成一奈米碳管線；步驟S25，重複步驟S23及步驟S24，形成複數奈米碳管線後去除所述犧牲柱；步驟S26，設置複數第一電極、第二電極及第三電極，所述第一電極、第二電極分別與奈米碳管線的兩端電連接，所述第三電極與所述複數奈米碳管線的複數彎折部間隔設置；及步驟S27，在複數奈米碳管線的彎折部份別沈積一相變層，並且與所述第三電極電連接。
相較於先前技術，本發明提供的相變存儲單元的製備方法，通過將奈米碳管線彎折，然後將奈米碳管線的彎折部作為加熱器件加熱所述相變層，可以充分利用奈米碳管線在彎折部的熱量積累，能夠提高所述相變層的熱響應效率，進而提高所述相變存儲單元及相變存儲器的讀寫速率。
10,20‧‧‧相變存儲單元
100‧‧‧相變存儲器
102‧‧‧網格
104‧‧‧相變存儲結構
110‧‧‧基底
120‧‧‧奈米碳管線
130‧‧‧相變層
121‧‧‧彎折部
122‧‧‧第一電極
124‧‧‧第二電極
126‧‧‧第三電極
123‧‧‧第一分支
125‧‧‧第二分支
142‧‧‧第一列電極引線
144‧‧‧第一行電極引線
146‧‧‧第二行電極引線
147‧‧‧絕緣層
1201‧‧‧奈米碳管線材
1202‧‧‧奈米碳管線材供給裝置
1204‧‧‧針管
1206‧‧‧針頭
圖1為本發明第一實施例提供的相變存儲單元的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的奈米碳管線彎折部的局部放大圖。
圖3為本發明第一實施例提供的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖4為本發明第一實施例提供的扭轉的奈米碳管線的掃描照片。
圖5為本發明第二實施例提供的相變存儲單元的結構示意圖。
圖6為本發明第二實施例提供的相變存儲單元中彎折部的結構示意圖。
圖7為本發明第三實施例提供的相變存儲單元的製備方法的工藝流程圖。
圖8為圖7所示的相變存儲單元的製備方法中製備相變層的的工藝流程圖。
圖9為本發明第四實施例提供的相變存儲單元的製備方法的工藝流程圖。
圖10為圖9所示的相變存儲單元的製備方法中彎折奈米碳管線的工藝流程圖。
圖11為本發明第五實施例提供的相變存儲器的結構示意圖。
以下將對本發明的相變存儲單元、相變存儲單元的製備方法及相變存儲器作說明。
請參閱圖1，本發明提供一種相變存儲單元，包括一基底、一奈米碳管層、至少一相變層、一第一電極、一第二電極及一第三電極。所述奈米碳管層至少包括一奈米碳管線，所述奈米碳管線為一彎折的奈米碳管線，具有一彎折部，所述第三電極與所述彎折部間隔設置，所述相變層設置於所述第三電極與彎折部之間，且與所述第三電極及彎折部接觸設置。所述奈米碳管線具有相對的兩端，分別與所述第一電極及第二電極電連接。
所述相變存儲單元包括一資料寫入電路，所述資料寫入電路依次串聯的所述第一電極、至少一奈米碳管線及第二電極，所述資料寫入電路用於相變存儲單元的資料寫入；一資料讀取電路，所述資料讀取電路包括依次串聯的第三電極、一相變層及第一電極或第二電極，所述資料讀取電路用於相變存儲單元工作過程中的資料讀取。
所述基底用於支撐所述奈米碳管線、相變層、第一電極、第二電極及第三電極。所述基底為一絕緣基板，如陶瓷基板、玻璃基板、樹脂基板、石英基板、藍寶石等，優選的，所述基底具有耐高溫的特性，以適應相變存儲單元工作過程中所需的溫度而保持其幾何形狀基本不變。所述基底的大小與厚度不限，本領域技術人員可以根據所述相變存儲單元需要的工作溫度進行選擇。優選的，所述基底為一柔性基板，其材料可為聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂等。
請一併參閱圖2，所述奈米碳管線為一連續的奈米碳管線，所述奈米碳管線包括至少一奈米碳管。所述彎折的奈米碳管線具有一第一分支、第二分支及一彎折部。所述第一分支、彎折部及所述第二分支依次連接構成所述奈米碳管線。所述第一分支及第二分支之間間隔設置，並通過所述彎折部電連接。所述彎折部的彎折可為一弧形彎折或直接形成一折角，所述彎折部彎折的角度θ可大於零度小於等於180度。進一步，所述彎折的角度可大於30度小於120度，進一步，所述彎折角度可大於60度小於90度。進一步，所述彎折部為一對折的結構，即將所述奈米碳管線在彎折部進行對折。所述奈米碳管線可為單根奈米碳管。
通過彎折所述奈米碳管線，所述奈米碳管線的彎折部中的奈米碳管的結構在張力的作用下產生變化，從而使得部份奈米碳管中產生缺陷，進而使得該位置處的奈米碳管線的電阻增大。所述彎折的角度越小，則所述奈米碳管線彎折部的電阻相對越大，單位時間內能夠累計的熱量也就越大。
相應的，所述彎折部中不同位置處的奈米碳管線的曲率可不相同，彎折越大的位置處的曲率也越大，優選的，所述位於所述彎折部中一點的曲率k>1/R，其中，R為該點的曲率半徑，從而使得該點位置處的奈米碳管線具有較大的電阻，從而能夠產生更多的熱量。
進一步，所述彎折部還可為所述奈米碳管線繞制而成的半封閉結構，即在所述彎折部，所述奈米碳管線螺旋回轉形成回型環狀結構，所述環狀結構可為矩形、圓形或三角形等等幾何形狀，以進一步增加所述彎折部的發熱效率。所述回型環狀結構的彎折部的內徑可為100奈米至10微米，可以根據需要進行選擇。
進一步，所述彎折部也可包括複數彎折結構，即位於彎折部的所述奈米碳管線可來回彎折形成複數重彎折，進而可進一步提高所述彎折部的電阻，進而提高所述奈米碳管線的彎折部的發熱效果。
所述第一分支及第二分支之間間隔設置，所述間隔的距離並不限定，可為1微米至10微米，可以根據基底的大小及製備條件進行選擇。所述第一分支及第二分支除通過所述彎折部相連外，其他部份均相互絕緣設置，以避免線路短路。所述第一分支及第二分支相互平行沿相同的方向延伸，也可沿不同的方向延伸，只要保證所述第一分支及第二分支之間間隔設置即可。
進一步，所述第一分支及第二分支的奈米碳管線的表面可進一步塗覆一金屬層（圖未示），以進一步提高該奈米碳管線的導電性能，減少第一分支及第二分支處整體的電阻，從而降低損耗。
所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線與扭轉的奈米碳管線均為自支撐結構。具體地，請參閱圖3，該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的奈米碳管。所述非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管在延伸方向上通過凡得瓦力首尾相連。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將所述奈米碳管膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將一奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖4，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線及其製備方法請參見申請人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，及於2005年12月16日申請的，於2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。
所述第一電極及第二電極分別設置於所述彎折部的兩側，分別與第一分支及第二分支電連接，用於向所述奈米碳管線施加電壓，以向所述相變存儲單元寫入資料。所述第一電極、第二電極的材料可分別為導電材料製成的導電體，如導電漿料、金屬、ITO、奈米碳管等，所述第一電極、第二電極的厚度可為10奈米～100微米，優選的為20奈米～50奈米。所述導電漿料的成分可包括金屬粉、低熔點玻璃粉和黏結劑；其中，該金屬粉優選為銀粉，該黏結劑優選為松油醇或乙基纖維素。該導電漿料中，金屬粉的重量比可為50~90%，低熔點玻璃粉的重量比為2~10%，黏結劑的重量比為8~40%。所述第一電極與第二電極分別可通過絲網印刷法印製於所述基底的表面，並與所述奈米碳管線電連接。所述第一電極與第二電極的形狀、大小及設置位置不限，只要保證所述第一電極及第二電極之間施加電壓時，能夠使所述奈米碳管線加熱到所述相變層的相變溫度即可。
所述第三電極與所述第一電極及第二電極的材料相同或不同，且與所述奈米碳管層間隔設置。所述第三電極通過所述相變層、第一分支及第二分支與所述第一電極或第二電極形成串聯。進一步，所述第三電極與所述奈米碳管線的彎折部間隔設置，所述間隔距離可為100奈米至10微米，進一步，所述間隔的距離也可為100奈米至500奈米，1微米至5微米。所述第三電極與所述彎折部之間的距離可根據相變層的材料、及所需的電壓進行選擇，以保證通過所述第三電極及第一電極或第二電極能夠讀取到所述相變層是否發生相變。可以理解，所述第三電極也可通過所述相變層與所述第三電極間隔設置，即所述第三電極與所述相變層、彎折部依次層疊設置，所述相變層設置於所述第三電極與奈米碳管線的彎折部之間，從而使得第三電極與奈米碳管線的彎折部間隔。
進一步，當所述奈米碳管線為複數時，所述複數奈米碳管線可共用同一第三電極，即所述複數奈米碳管線的彎折部均沿所述第三電極的延伸方向並排且間隔設置，且與第三電極間隔。所述複數奈米碳管線的彎折部可分佈於所述第三電極的同一側，也可分佈於所述第三電極的兩側，以利於工業化製備。
所述相變層設置於所述奈米碳管線的彎折部及所述第三電極之間，並與所述彎折部及第三電極電連接。具體的，所述相變層至少部份覆蓋所述奈米碳管線的彎折部，並與所述第三電極電連接。進一步，所述相變層覆蓋所述整個奈米碳管線的彎折部，以利於充分利用所述彎折部發出的熱量而發生相變，以降低驅動電壓。
所述相變層的厚度可為10奈米～200奈米，其形狀可為三角形、方形、矩形、圓形、橢圓形或其他幾何形狀。優選地，相變層設置在奈米碳管線彎折部的覆蓋範圍內，即所述相變層的面積等於或小於所述奈米碳管線彎折部所涵蓋的面積。所述相變層的材料可為鍺銻碲、鍺碲、矽銻碲、矽碲或硫系化合物等相變材料，所述相變材料在奈米碳管線加熱過程中，相變材料的溫度發生改變時可在晶相和非晶相之間進行可逆轉換。
進一步的，在所述相變層與所述奈米碳管線之間可進一步包括一導熱層（圖未示），所述導熱層用於將奈米碳管層產生的熱量傳導給所述相變層；所述導熱層的材料可為金、銀、銅等，也可為其他導熱材料，可根據實際需要進行選擇。
所述相變存儲單元的工作過程分為三個：資料寫入、資料讀取、資料重定。初始狀態下相變層為非晶相，電阻率較高，代表資料“0”；而晶相的相變層電阻率較低代表資料“1”。所述相變存儲單元寫入資料時，在所述第一電極與第二電極之間輸入一電訊號，使所述奈米碳管線的彎折部產生熱量，進而加熱與所述奈米碳管線彎折部接觸的所述相變層並使之達到相變溫度，使所述相變層中的相變材料由高阻態的非晶相轉變為低阻態的晶相，並且使所述相變層由高阻態變為低阻並維持，完成資料的寫入；在讀取資料時，在所述第三電極與第一電極之間、或第三電極與第二電極之間施加一電壓從而輸入一電訊號，所述電訊號的電流較弱，不會引起所述相變層的相變，但通過測量電路中的電流大小，即可得出相變層的電阻，並與初始狀態時相變層的電阻相比較，當得到的相變層電阻小於初始狀態的電阻時，讀取資料“1”；當得到的電阻與初始狀態的電阻相等時，讀取資料“0”；在重定相變存儲單元時，在奈米碳管線中通入一窄而強的脈衝電流，使之迅速產生較多的熱量，所述熱量使所述相變層由晶相轉變為非晶相，完成相變存儲單元的資料重定過程。
以下將結合具體實施例對本發明的相變存儲單元作進一步的詳細說明。
請參閱圖1至圖2，本發明第一實施例提供一種相變存儲單元10，其包括一基底110、複數奈米碳管線120相互間隔設置、一相變層130、一第一電極122、一第二電極124及一第三電極126。
本實施例中，所述基底110的材料為聚醯亞胺，其厚度為20微米，在500攝氏度時仍可保持其幾何形狀不變。所述奈米碳管線120為非扭轉的奈米碳管線，所述奈米碳管線120的直徑為0.5微米。每一奈米碳管線120包括一彎折部121及相互平行且間隔的第一分支123及第二分支125，所述第一分支123及第二分支125之間的距離為5微米。所述第一電極122與所述奈米碳管線120的第一分支123電連接，所述第二電極124與第二分支125電連接構成所述資料寫入電路以寫入資料。所述彎折部121沿一弧形彎折，所述彎折的弧度θ為180度，形成一半圓形結構。
所述第三電極126為一具有自支撐性的奈米碳管長線，所述奈米碳管長線的直徑為10微米，且與所述複數奈米碳管線120的彎折部121之間的最小距離均為5微米，所述相變層130覆蓋所述彎折部121，且與所述第三電極126電連接。
所述相變層130中所述相變材料為鍺銻碲，其初始狀態為高阻態的非晶相，其由高阻態的非晶相轉變為低阻態的晶相的相變溫度為200～300攝氏度；由晶相轉變為非晶相的重定溫度為400～500攝氏度。
通過所述第一電極122及所述第二電極124向所述相變層130輸入一電流，以控制加熱所述相變層130使之發生相變；然後通過所述第三電極126及所述第一電極122或第二電極124輸入一電流，並檢測所述相變層130的電阻是否發生變化，從而判斷所述相變層130是否發生相變。
請一併參閱圖5及圖6，本發明第二實施例提供一種相變存儲單元20，所述相變存儲單元20包括一基底110、複數奈米碳管線120相互間隔設置、一相變層130、一第一電極122、一第二電極124及一第三電極126。本發明第二實施例提供的相變存儲單元20與第一實施例中的相變存儲單元10結構基本相同，其不同在於，所述奈米碳管線120的彎折部121為一回型環狀結構。
具體的，在所述彎折部121，所述奈米碳管線120部份重疊環繞設置，形成一回型的圓環狀結構，所述相變層130覆蓋所述圓環狀結構，並與所述第三電極126電連接。所述圓環狀結構的彎折部121可進一步提高所述彎折部121位置處的發熱量，並且可以進一步累加所述奈米碳管線120在該位置處產生的熱量，從而提高所述相變層130的響應速度，進而提高所述相變存儲單元20的寫入速率。本實施例中，所述彎折部121為內徑為5微米的圓環狀結構。
請一併參閱圖7，本發明第三實施例進一步提供一種相變存儲單元10的製備方法，包括如下步驟：
步驟S11，提供一基底110；
步驟S12，在所述基底110一表面設置至少一奈米碳管線120，所述奈米碳管線的軸向平行於所述基底110的表面；
步驟S13，彎折所述至少一奈米碳管線120，形成一彎折部121；
步驟S14，設置一第一電極122、第二電極124及一第三電極126，所述第一電極122、第二電極124與所述奈米碳管線120電連接，所述第三電極126與所述奈米碳管線120的彎折部121間隔設置；及
步驟S15，沈積一相變層130至少部份覆蓋所述彎折部121，並且與所述第三電極126電連接。
在步驟S12中，所述奈米碳管線120包括相對的第一端及第二端，可將所述奈米碳管線120的第一端先固定於所述基底110的表面。具體的，將所述奈米碳管線120設置在所述基底110表面之後，可在所述奈米碳管線的第一端的表面覆蓋一可固化的有機物，如（polymethylmethacrylate）PMMA、Polydimethyl siloxane（PDMS）等。將所述有機物覆蓋在所述奈米碳管線120第一端的表面並固化，使得該部份奈米碳管線120牢固的固定於所述基底110的表面。本實施例中，將所述奈米碳管線120長度的二分之一固定於所述基底110的表面，該二分之一長度的奈米碳管線120形成一第一分支123。
在步驟S13中，可利用一固定工具如夾取工具、黏接工具等，如鑷子，固定住所述奈米碳管線120的第二端，並將所述奈米碳管線120彎折。由於所述奈米碳管線120的二分之一已經固定於所述基底110的表面，因此可直接將所述奈米碳管線120的第二端進行180度的彎折，形成所述彎折部121。該彎折的二分之一奈米碳管線120構成所述第二分支125，且所述第二分支125與所述第一分支123平行且間隔設置，形成一對折的髮卡型結構。可以理解，在彎折過程中，由於所述奈米碳管線120具有一定的韌性，因此所述第一分支123及所述第二分支125並沒有完全重合，而是形成一間隔。這主要係由於彎折過程中，受所述奈米碳管線120韌性及強度的影響，實際上所述彎折部121位置處的奈米碳管線120在微觀上發生了複數次彎折，從而使得所述第一分支123與所述第二分支125平行且間隔設置。
可以理解，在彎折過程中，也可使所述彎折後的第二分支125與第一分支123在垂直於基底110表面的方向上重疊，且通過所述有機物與所述第一分支123絕緣。並且在彎折後，所述奈米碳管線120除了彎折部121之外的其他部份均相互絕緣，以防止形成短路。
在步驟S14中，所述第一電極122、第二電極124及第三電極126可通過絲網印刷、離子束沈積、電子束沈積、鍍膜等方法中的任意一種或複數種製備。本實施例中，所述第一電極122、第二電極124、所述第三電極分別通過絲網印刷法設置。具體的，所述第一電極122與第二電極124設置於所述奈米碳管線120的兩端，並且彼此間隔設置。當所述第三電極126為奈米碳管長線時，可將該奈米碳管長線直接貼附於所述基底110的表面，也可通過黏結劑的方式貼附於所述基底110的表面。
請一併參閱圖8，在步驟S15中，所述相變層130可通過蒸鍍或濺射等方法形成在所述基底110的表面，並覆蓋所述奈米碳管線120的彎折部121，並與所述第三電極126電連接。具體的，所述相變層130可通過以下方式覆蓋所述彎折部121並與所述第三電極126電連接：
步驟S161，提供一掩模1110，所述掩模1110具有複數通孔1112；
步驟S162，將所述掩模1110設置在所述基底110的表面，所述彎折部121及所述第三電極126通過所述通孔1112暴露出來；
步驟S163，在所述基底110的表面沈積相變層130，覆蓋所述通孔1112位置處的彎折部121及所述第三電極126；及
步驟S164，去除所述掩模1110。
可以理解，所述奈米碳管線120也可以在另一基底（圖未示）表面彎折後，再轉移於所述基底110的表面的方式形成。
本實施例提供的相變存儲單元的製備方法，通過彎折所述奈米碳管線，使得奈米碳管線在彎折處產生很大的電阻。並且由於奈米碳管的力學強度，在經歷顯著的力學折疊後奈米碳管仍然不會發生結構斷裂。通過將奈米碳管線對折，並將彎折處作為電阻型加熱器加熱所述相變層，實現資料的存儲及讀取，製備工藝簡單，且有利於集成化生產。
請一併參閱圖9，本發明第四實施例提供一種相變存儲單元10的製備方法，包括如下步驟：
步驟S21，提供一基底110；
步驟S22，在所述基底110的表面間隔設置複數犧牲柱112；
步驟S23，提供一奈米碳管線材1201，將所述奈米碳管線材1201的一端固定於所述基底110表面；
步驟S24，圍繞一犧牲柱112彎折所述奈米碳管線材1201，形成一彎折部121後切斷所述奈米碳管線材1201，形成一奈米碳管線120；
步驟S25，重複步驟S23及步驟S24，形成複數奈米碳管線120後去除所述犧牲柱112；
步驟S26，分別設置一第一電極122、第二電極124及第三電極126，所述第一電極122、第二電極124與每一奈米碳管線120電連接，所述第三電極126與所述奈米碳管線120的複數彎折部121間隔設置；及
步驟S27，在複數彎折部121分別沈積一相變層130，並且與所述第三電極126電連接。
本發明第四實施例提供的相變存儲單元10的製備方法與第三實施例基本相同，其不同在於，先通過設置複數犧牲柱112，通過將一奈米碳管線材1201依次繞所述犧牲柱112彎折並剪斷，再去除所述犧牲柱112。
在步驟S22中，所述犧牲柱112的材料可根據所述基底110的材料等實際需要進行選擇，如SiO2
、Al2
O3
等，只要在後續去除的過程中，不破壞基底110及所述奈米碳管線120的結構即可。本實施例中，所述犧牲柱112的材料為SiO2
所述犧牲柱112的形狀為直徑為3微米的圓柱。所述犧牲柱112可通過HF去除。可以理解，所述犧牲柱112的材料並不限於以上所舉。
所述複數犧牲柱112的排列方式可以根據實際中對相變存儲單元10的具體結構的要求進行選擇，如所述複數犧牲柱112可沿一直線排列，所述複數犧牲柱112也可沿複數行複數列排列形成一陣列。本實施例中，所述複數犧牲柱112沿一直線排列。
請一併參閱圖10，在步驟S23中，可通過一奈米碳管線材供給裝置1202，用以連續不斷的提供奈米碳管線材1201，並帶動所述奈米碳管線材1201彎折。
所述奈米碳管線材供給裝置1202包括一針管1204，且該針管1204具有一針頭1206，將一奈米碳管線材1201穿設於該針管1204內，並使該奈米碳管線材1201的一端從針管1204的針頭1206露出。
所述針管1204的內徑大小可以根據所述奈米碳管線材1201的直徑大小選擇，外徑大小可以根據所述相變存儲單元10的集成度進行選擇。所述奈米碳管線材1201可以連續不斷地從針頭1206伸出。可以理解，所述奈米碳管線材供給裝置還可以包括機械手臂（圖未示），控制電腦（圖未示）等輔助設備以實現自動化連續生產。本實施例中，所述奈米碳管線材1201的供給裝置為具有一針管1204的注射器，其針頭1206被磨成平面。所述奈米碳管線材1201為具有柔韌性和自支撐性的，宏觀可操作。
在步驟S24中，圍繞每一犧牲柱112彎折所述奈米碳管線材1201，切斷後形成所述奈米碳管線120。
將所述奈米碳管線材1201從針頭1206露出的一端通過焊接、黏結等方式固定於基底110表面後，拉動所述針頭1206並連續的拉出所述奈米碳管線材1201，圍繞所述犧牲柱112彎折所述奈米碳管線材1201。並將彎折後的奈米碳管線材1201的另一端拉離所述犧牲柱112預定距離後，固定於所述基底110的表面，然後再切斷，形成一彎折部121。所述將奈米碳管線材1201切斷的方法可為機械切割、鐳射掃描、電子束掃描、通電流後鐳射輔助定點熔斷。
步驟S25，重複上述步驟，以使所述奈米碳管線材1201對應每個犧牲柱112進行彎折，形成複數奈米碳管線120。所述複數犧牲柱112可利用一酸性或鹼性溶液溶解的方式去除，去除過程中，所述基底110及所述奈米碳管線120基本不發生變化。
可以理解，也可以同時利用複數奈米碳管線材供給裝置1202同時圍繞所述複數犧牲柱112彎折奈米碳管線材1201，然後再切斷的方式一次性形成複數奈米碳管線120，進而提高所述相變存儲單元10的製備效率，有利於工業化製備。
進一步，可將所述奈米碳管線材1201圍繞所述犧牲柱112轉動複數圈，從而使得奈米碳管線材1201在所述犧牲柱112表面形成複數圈的結構，然後再拉離所述犧牲柱112，切斷後得到所述相變存儲單元20，並且使得所述彎折部121的奈米碳管線形成回型環狀結構。
可以理解，當所述犧牲柱112按複數行複數列間隔排列時，也可將所述奈米碳管線材1201在間隔設置的兩行或兩列犧牲柱112之間來回彎折，從而使得每一犧牲柱112上均形成一彎折部121，然後再切斷所述奈米碳管線材1201，從而能夠一次性得到複數相變存儲單元。
請參閱圖11，本發明第五實施例提供一種相變存儲器100，所述相變存儲器100包括一基底110及設置於基底110表面的複數相變存儲結構104。
具體的，所述相變存儲器100包括複數第一行電極引線144、複數第二行電極引線146、複數第一列電極引線142及複數相變存儲結構104。所述複數第一行電極引線144相互平行且間隔設置於基底110上；所述複數第二行電極引線146相互平行且間隔設置於所述基底110上，所述複數第一行電極引線144與所述第二行電極引線146平行且間隔設置。進一步的，所述複數第一行電極引線144與所述複數第二行電極引線146在垂直於所述任意一行電極引線的延伸方向上交替設置，即所述相鄰兩個第一行電極引線144之間設置有一第二行電極引線146，所述相鄰的兩個第二行電極引線146之間設置有一第一行電極引線144。同樣，所述複數第一列電極引線142相互平行且間隔設置於所述基底110上。所述第一列電極引線142分別與第一行電極引線144、第二行電極引線146相互交叉且絕緣設置。
所述第一行電極引線144與第二行電極引線146的間距可為50奈米~2厘米，該第一行電極引線144與第二行電極引線146的寬度分別可為30奈米~100微米，厚度可分別為10奈米~100奈米。所述第一行電極引線144、第二行電極引線146為導電材料製成的導電體，如金屬層、ITO層等，優選的，本實施例中所述第一行電極引線144、第二行電極引線146的材料為導電漿料。所述第一行電極引線144、第二行電極引線146可通過絲網印刷法印製於所述基底110上。可以理解，所述第一行電極引線144與第二行電極引線146的材料不限，只要是導電的材料均可。
所述複數第一列電極引線142彼此平行且間隔設置於基底110上。所述第一列電極引線142分別與第一行電極引線144、第二行電極引線146交叉設置，並在交叉處通過一絕緣層147絕緣設置。所述絕緣層147的材料不限，如SiO2
、Si3
N4
、Ta2
O5,
SiC等，所述絕緣層147的厚度可為50奈米～200奈米，可根據實際需要進行選擇。該第一列電極引線142與第一行電極引線144、第二行電極引線146的交叉角度分別為10度到90度，優選為90度，即該第一列電極引線142與第一行電極引線144、第二行電極引線146相互垂直。
所述相鄰的第一行電極引線144、第二行電極引線146與相鄰的第一列電極引線142形成一網格102。每個網格102對應設置有一相變存儲結構104。
每個相變存儲結構104包括至少一奈米碳管線120、一相變層130及一第三電極126。所述奈米碳管線120為一彎折的奈米碳管線，包括一彎折部121及與所述彎折部121相連的第一分支123、第二分支125。所述第三電極126與所述彎折部121間隔設置，所述相變層130設置於所述彎折部121並與所述第三電極126電連接。所述奈米碳管線120分別與所述第一行電極引線144及第一列電極引線142電連接，構成一第一電路，所述第一電路構成一加熱回路用於加熱所述相變層120從而寫入資料。具體的，所述奈米碳管線120的第一分支123可通過一第一電極122與所述第一列電極引線142電連接，所述第二分支125可通過一第二電極124與所述第一行電極引線144電連接。所述第三電極126分別與所述相變層130及所述第二行電極引線146電連接，所述第二行電極引線146、第三電極126、相變層130、奈米碳管線120及第一行電極引線144或第一列電極引線142構成一第二電路，所述第二電路構成資料讀取回路用於測量相變層120的電阻，從而讀取資料。
所述第一電路用於相變存儲結構104工作過程中的資料寫入，所述第二電路用於相變存儲結構104工作過程中的資料讀取。所述第一電路及第二電路均可用於相變存儲結構104工作過程中的資料重定。當在所述第一行電極引線144與所述第一列電極引線142之間載入一電壓時，電流從所述第一行電極引線144經由所述奈米碳管層120流入所述第一列電極引線142；所述第二行電極引線146與所述第一列電極引線142或第一行電極引線144之間載入一電壓時，電流從所述第二行電極引線146經由所述奈米碳管層120和所述相變層130流入所述第一列電極引線142或所述第一行電極引線144。
每一相變存儲結構104對應一網格102設置，所述每個相變存儲結構104與第一實施例中所述相變存儲單元10的結構或第二實施例中所述相變存儲結構104的結構基本相同。具體的，每一奈米碳管線120均包括一彎折部121，且所述彎折部121與所述第三電極126間隔設置，所述相變層130覆蓋所述彎折部121，並與所述第三電極126電連接。本實施例中，所述複數相變存儲單元形成一宏觀的陣列結構，同一行的複數相變存儲單元與同一第一行電極引線144、第二行電極引線146電連接及第一列電極引線142電連接。所述複數相變存儲單元的排列方式及密度不限，可根據實際資料存儲容量等需要進行選擇。所述每一相變存儲結構104可通過所述各行電極引線及列電極引線分別進行控制以實現資料的存儲及讀取，並且所述相變存儲單元能以較高的密度排列，因此可用於大容量資料的存儲及讀取。
本發明提供的相變存儲器及其相變存儲單元，具有以下有益效果：首先，所述奈米碳管線具有良好的導熱能力及穩定的化學性質，因此可以提高所述相變存儲器的使用壽命；其次，本發明採用奈米碳管線作為加熱器件，由於奈米碳管線具有良好的柔韌性，可用於製備柔性相變存儲器；再次，由於將奈米碳管線的彎折部作為加熱器件加熱所述相變層，可以充分利用奈米碳管線在彎折部的熱量積累，能夠提高所述相變層的熱響應效率，進而提高所述相變存儲單元及相變存儲器的讀寫速率。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
無
110‧‧‧基底
120‧‧‧奈米碳管線
130‧‧‧相變層
121‧‧‧彎折部
122‧‧‧第一電極
124‧‧‧第二電極
126‧‧‧第三電極
123‧‧‧第一分支
125‧‧‧第二分支
Claims (12)
- 一種相變存儲單元的製備方法，包括：
在一基底一表面設置一奈米碳管線，所述奈米碳管線的軸向平行於所述基底的表面；
將所述奈米碳管線彎折形成一彎折部；
設置一第一電極、第二電極及一第三電極，所述第一電極、第二電極分別與所述奈米碳管線的兩端電連接，所述第三電極與所述奈米碳管線的彎折部間隔設置；及
沈積一相變層至少部份覆蓋所述彎折部，並且與所述第三電極電連接。 - 如請求項第1項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，通過從超順排奈米碳管陣列中直接拉伸出來獲得所述奈米碳管線。
- 如請求項第3項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，所述奈米碳管線包括相對的第一端及第二端，將所述奈米碳管線彎折包括將所述奈米碳管線的第一端和第二端逐漸靠近，從而使奈米碳管線位於第一端和第二端之間的部份彎折形成一彎折部。
- 如請求項第1項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，進一步包括將所述奈米碳管線彎折形成至少一弧形，該弧形至少一點的曲率k>1/R，其中R為該點的曲率半徑。
- 如請求項第1項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，進一步包括將所述奈米碳管線彎折形成至少一折角，該折角的角度θ大於30度小於120度。
- 如請求項第1項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，進一步包括將所述奈米碳管線螺旋回轉形成一回型環狀結構的彎折部。
- 如請求項第1項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，所述相變層通過以下步驟沈積在所述基底的表面：
提供一掩模，所述掩模具有複數通孔；
將所述掩模設置在所述基底的表面，對應通孔位置處的所述彎折部及所述第三電極通過所述通孔暴露出來；
在所述基底的表面沈積相變層，覆蓋所述通孔位置處的彎折部及所述第三電極；及
去除所述掩模。 - 一種相變存儲單元的製備方法，包括：
步驟S21，提供一基底；
步驟S22，在基底一表面間隔設置複數犧牲柱；
步驟S23，提供一奈米碳管線材，將所述奈米碳管線材的一端固定於所述基底表面；
步驟S24，圍繞一犧牲柱彎折所述奈米碳管線材，形成一彎折部後切斷所述奈米碳管線材，形成一奈米碳管線；
步驟S25，重複步驟S23及步驟S24，形成複數奈米碳管線後去除所述犧牲柱；
步驟S26，設置複數第一電極、第二電極及第三電極，所述第一電極、第二電極分別與奈米碳管線的兩端電連接，所述第三電極與所述複數奈米碳管線的複數彎折部間隔設置；及
步驟S27，在複數奈米碳管線的彎折部份別沈積一相變層，並且與所述第三電極電連接。 - 如請求項第8項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，進一步包括一奈米碳管線材供給裝置，所述奈米碳管線材供給裝置連續不斷的供應奈米碳管線材，並帶動所述奈米碳管線材彎折。
- 如請求項第9項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，所述奈米碳管線材供給裝置包括一針管及針頭，所述奈米碳管線材位於針管內，且通過所述針頭露出。
- 如請求項第10項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，將從所述針頭露出的奈米碳管線材的一端固定於所述基底表面，並拉動所述奈米碳管線材，圍繞所述犧牲柱彎折，並將彎折後的奈米碳管線材的另一端拉離所述犧牲柱預定距離後，固定於所述基底表面。
- 如請求項第8項所述的相變存儲單元的製備方法，其中，所述奈米碳管線材圍繞所述犧牲柱轉動複數圈，使奈米碳管線材在所述犧牲柱的表面形成複數圈結構，得到一回型環狀結構的彎折部。
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