CN105514110B - 一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器及其制备方法。所述存储器元器件包括基底以及形成于基底上的第一电极、第二电极、第三电极和处于悬空状态的多壁碳管，其中，第一电极用于执行“读”功能；第二电极用于执行“写”功能；第三电极用于执行“擦”功能；多壁碳管的一端固定在第一电极中，另一端开口、悬空。多壁碳管中开口端内层碳管拉出后的长度能够接触到所述第二电极。第三电极加电压能将内层碳管拉回使其与第二电极断开接触。本发明的非易失性存储器具有密度高、速度快、功耗低和可靠性高的特点，从而展现了更为优越的性能和发展潜力。
Description
技术领域
本发明属于存储器领域，尤其涉及一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器及其制备方法。
背景技术
存储器是计算机硬件中必不可少的一项设备，它的职责是对数字信息的保存，随着计算机硬件技术的发展，先后出现了各式各样的存储器。而其中新的一类，非易失性存储器(Non-volatile Memory)，其特点是既能像ROM那样，在断电后依然保持数据不丢失，又能像RAM那样及时进行数据的擦写。
非易失性存储器的发展经历了从ROM、PROM、EEPROM到FLASH存储器的各个阶段。目前，非易失性存储器已经占据存储器市场大部分份额，大有取代其他存储器之势。非易失性存储器在信息技术中扮演着重要的角色，而且追求更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时问、更低成本和更高可靠性是存储器设计和制造者的永恒目标。
碳纳米管作为一维纳米材料，同时具备量子尺寸效应和一维电子输运的特性，使得其不但可以作为构筑纳米器件的基本单元，也可能作为存储器器件之间的连接导线。1991年，日本NEC的Iijima教授对石墨棒放电产生的阴极沉积物进行了透射电镜研究，从中发现了直径约为4-30nm的圆柱状产物，通过高分辨透射电镜观察，这些产物由多个碳原子六方点阵的圆柱同轴嵌套而成，即为多壁碳纳米管。其外径一般为几个至几十个纳米，内径0.5至几个纳米，长度为几个至几十个微米，甚至几个毫米。多壁碳纳米管的层数可以从两层到几十层不等其层间距一般认为是0.34nm，略大于石墨的层间距(0.335nm)，而且层数越少其层间距越大，层与层之间的相互作用也比较弱。已有研究发现层与层之间为超润滑作用，可以很容易的将内层碳管抽出和拉回。
在过去的研究工作当中，学者们普遍认为：包括碳纳米管、石墨、富勒烯等在内的碳基材料，由于其中碳原子本身只有sp电子，所以它们都是典型的抗磁性材料，这与含有的3d或4f电子铁磁性金属原子形成鲜明对比。然而，随着研究的不断深入人们已经在理论上论证出碳基材料具有铁磁性。理论学家根据理论计算结果，分析出碳材料存在铁磁性很可能是因为石墨存在点缺陷或线缺陷、sp2和sp3杂化、锯齿形石墨边缘的存在等等。
早现，人们发现碳纳米管与金属基底的接触可以使碳管磁化。在之后的研究中，人们进一步发现经酸溶液钝化的双壁碳纳米管本身就具有铁磁性。目前研究纳米材料磁性的实验手段包括磁力显微镜、超导量子干涉磁强计和X射线磁性圆二色吸收谱。但微弱的磁信号以及磁性催化剂颗粒的影响一直阻碍了碳管磁性实验的深入研究。而本发明人设计了一个巧妙的实验，先截去碳管束顶端，排除了磁性催化剂颗粒对碳管磁性的而干扰，通过碳管束悬臂梁在不均匀磁场中的偏移，进一步分析出碳管具有的磁矩在开口端，从而利用碳管开口端的本征磁矩可以实现信息的存储。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于单根多壁碳纳米管的非易失性存储器，以实现更高密度，更快速度以及更低功耗的特点。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器，包括：
基底；
第一电极，形成于所述基底上，用于执行“读”功能；
第二电极，形成于所述基底上，用于执行“写”功能；
第三电极，形成于所述基底上，用于执行“擦”功能；
多壁碳管，所述多壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述多壁碳管的开口端悬空，开口端的内层碳管能被抽出并与第二电极接触；
所述第三电极位于所述第一电极和第二电极的中间靠外侧，将第三电极加电压后，能将所述多壁碳管的内层碳管拉回。
对于本发明的非易失性存储器，所述第一电极的材料为金属或铁磁性材料。
对于本发明的非易失性存储器，所述第二电极的材料为铁磁性材料。
对于本发明的非易失性存储器，所述第三电极的材料为金属材料。
对于本发明的非易失性存储器，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料。
优选地，所述基底的表面具有绝缘层。
优选地，所述基底的材料为Si或SiO2。
优选地，所述绝缘层的材料为SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物。
对于本发明的非易失性存储器，所述第一电极的厚度大于所述多壁碳管距离所述基底的高度。
对于本发明的非易失性存储器，所述金属材料为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物。
对于本发明的非易失性存储器，所述铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。
对于本发明的非易失性存储器，所述多壁碳管为两壁或两壁以上的单根多壁碳管。
本发明的目的之一还在于提供一种本发明所述的基于多壁碳管的非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在基底上旋涂第一光刻胶；
(2)将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察多壁碳管形貌，选择单根形貌良好，长度为3-6μm的多壁碳管，记录其位置；记录位置的作用是涂完光刻胶后，需要在碳管的位置设计电极位置和方向，而电子束直写技术在相应电极位置曝光的时候看不到碳管本身，因此需要预先记录位置，在记录位置处进行曝光；
(3)在第一光刻胶和多壁碳管上旋涂第二光刻胶；
(4)利用电子束直写技术，根据预设的第一电极和第二电极的形状和尺寸，将基底表面第一光刻胶和第二光刻胶刻蚀掉，形成凹槽，得到第一电极和第二电极的形状和尺寸；
(5)沉积第一电极和第二电极的铁磁性材料，形成第一电极和第二电极，去除残余的光刻胶；
(6)在基底和第一电极和第二电极上旋涂第三光刻胶；
(7)利用电子束直写技术，根据预设的第三电极的形状和尺寸，刻蚀第三光刻胶，形成凹槽，得到第三电极的形状和尺寸；
(8)沉积第三电极金属材料，形成第三电极，去除残余的光刻胶；
(9)在基底、第一电极和第二电极上旋涂第四光刻胶；
(10)利用电子束直写技术，根据预设的多壁碳管需要开口的端部的形状和尺寸刻蚀第四光刻胶，形成凹槽；
(11)利用氧离子刻蚀将上一步中暴露的碳管端部刻蚀开口，去除残余的光刻胶；
其中，所述多壁碳管开口端靠近第二电极，所述多壁碳管的内层碳管沿开口端方向抽出后能接触到所述第二电极。
对于本发明的制备方法，步骤(2)中所述将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上的方法为：将分散在溶液中的多壁碳管滴在第一光刻胶上面并将溶液吹干。
对于本发明的制备方法，所述两端封闭的多壁碳管采用石墨电弧法、化学气相沉积法或激光蒸发法制备。
对于本发明的制备方法，所述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶可以相同，也可以不相同。
对于本发明的制备方法，所述记录的位置包括多壁碳管的固定端和开口端相对于对准标记的位置和夹角。
对于本发明的制备方法，所述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶的厚度为30nm-200nm。第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶的厚度可以相同，也可以不相同。
本发明提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，通过在基底上设置第一电极、第二电极和第三电极，并在第一电极中包覆固定有一根多壁碳管，所述多壁碳管的开口端悬空，所述多壁碳管中的内层碳管抽出后能够接触到第二电极，使得多壁碳管和第二电极具有断开和接触两种稳定的状态，从而实现信息的存储，通过第一电极、第二电极和第三电极实现信息的“读”、“写”和“擦”，信息的“写”和“擦”主要利用多壁碳管层壁之间为超润滑状态从而很容易的将内层碳管抽出和拉回，可循环利用，由此使得基于多壁碳管的非易失性存储器具有高密度、高速度、低功耗的特点，从而提高集成电路和器件的集成度和寿命。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于多单根壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的正视图；
图2是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的俯视图；
图3是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时A部分的局部图；
图4是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的立体图；
图5是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时的正视图；
图6是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时B部分的局部图；
图7是本发明实施例二提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器的制备方法的流程图；
图8是本发明实施例二提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器的制备方法的各个步骤对应的剖面图和俯视图；
图中：1-基底，2-绝缘层，3-第一电极，4-第三电极，5-第二电极，6-多壁碳管，7-多壁碳管中的内层碳管。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器，包括：
基底1；
形成于基底1上的第一电极3，第一电极3的材料为金属材料或铁磁性材料，用于执行“读”功能；
形成于基底1上的第二电极5，第二电极5的材料为铁磁性材料，用于执行“写”功能；
形成于基底1上的第三电极4，第三电极4的材料为金属材料，用于执行“擦”功能；
多壁碳管6，多壁碳管6的固定端固定在第一电极3中，多壁碳管6的开口端悬空并靠近第二电极5和第三电极4；多壁碳管内层碳管7抽出后的长度足以接触第二电极5。
优选的，基底1的材料为非金属材料或非金属氧化物材料，基底1的表面具有绝缘层2，更为优选的，所述基底的材料为Si或SiO2，所述绝缘层的材料包括SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物。
优选的，所述第一电极3的厚度大于多壁碳管6距离基底1的高度，将多壁碳管6包覆在第一电极3内，除了导电作用外，还可以更好地固定多壁碳管6。
所述第二电极5的铁磁性材料可以为Fe、Co、Ni或铁磁合金。
所述第三电极4的金属材料可以为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物。
所述多壁碳管为两壁或两壁以上的单根多壁碳管。
在本实施例中，所述第一电极3、第二电极5和第三电极4三者相互之间不接触。
图1是实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的正视图；图2是实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的俯视图；图3是实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时A部分的局部图；图4是实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“0”状态时的立体图。
下面结合图1-图6对本发明实施例一提供的基于多壁碳管的非易失性存储器的工作过程及工作原理进行具体描述。
基于合适的第一电极3的厚度、第二电极5的厚度、第三电极4的厚度、多壁碳管6伸出的长度以及内层碳管7超润滑的抽拉特性，多壁碳管6的开口端与第二电极5之间存在间隙，相互不接触，如图3所示，图3是本发明实施例一提供的非易失性存储器处于“0”状态时A部分的局部图。此时，由于多壁碳管6与第二电极5并不接触，第一电极3、第二电极5之间形成的电路呈高电阻状态，因此存储器呈现高电阻状态，此状态可以记作“0”状态，因此图1-图4中的状态为“0”状态，施加给第一电极3一个较小的电压，例如：5μV，即可读出存储器信息。
图5是本发明实施例一提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时的正视图。
与图1-图4中相同的部分在此不再赘述。在第二电极5上施加一个外加电压，例如：20μV，多壁碳管6的开口端和第二电极5分别带有不同极性的电荷，因为多壁碳管6的外层管壁不能自由移动，而多壁碳管6的内层碳管7处于超润滑的自由状态，所以在电场力的作用下内层碳管7被抽出而与第二电极5接触，如图6所示，图6是本发明实施例一提供的基于多壁碳管的非易失性存储器处于“1”状态时B部分的局部图。由于多壁碳管6的开口端(包括内层碳管7的开口端)具有本征磁矩，当外加电压去除后，多壁碳管6的内层碳管7开口端受到磁吸引力，基于合适的内层碳管7的抽出长度，多壁碳管6的内层碳管7与第二电极5保持接触状态，进入稳定状态。此时第一电极3和第二电极5之间形成的电路呈低电阻状态，因此存储器呈现低电阻状态，此状态可以记作“1”状态，因此，图5、图6中的状态为“1”状态。此时可以将数据写入所述基于多壁碳管的非易失性存储器中。
所述基于单根多壁碳管的非易失性存储器读取或写入状态的确定可以通过在第一电极3和第二电极5之间施加一个外电压，通过电流的大小判断第一电极3和第二电极5之间的电路是处于高电阻状态还是低电阻状态，以判断存储器处于“0”状态还是“1”状态。当写入信息时，若在第一电极3和第二电极5之间施加一个较大的外电压，则第一电极3和第二电极5之间形成电路的处于低电阻状态，所述基于多壁碳管的非易失性存储器写入“1”状态。若在第一电极3和第二电极5之间不加施加外电压，则第一电极3和第二电极5之间形成的电路处于高电阻状态，所述基于多壁碳管的非易失性存储器写入“0”状态；当读取信息时，在第一电极3和第二电极5之间施加一个较小的外电压，若第一电极3和第二电极5之间形成电路的电流较小，第一电极3和第二电极5之间形成电路的处于高电阻状态，所述基于多壁碳管的非易失性存储器读取“0”状态。若第一电极3和第二电极5之间形成电路的电流较大，第一电极3和第二电极5之间形成电路的处于低电阻状态，所述基于单壁碳管的非易失性存储器读取“1”状态。
当在第三电极4上施加一个合适的外电压，例如：50μV，处于“1”状态的基于多壁碳管的非易失性存储器的多壁碳管6的内层碳管7的开口端会受到第三电极4的电荷吸引力，当吸引力足以克服第二电极5对内层碳管7的磁性引力时，内层碳管7的开口端将离开第二电极5，从而被拉回，使得多壁碳管6的开口端与第二电极5之间存在缝隙，互相不接触，如图4所示，从而存储器的状态从“1”状态回到“0”状态，实现信息的擦除功能。
实施例二：
图7是本发明实施例二提供的非易失性存储器的制备方法的流程图，图8是本发明实施例二提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器的制备方法的各个步骤结束时的产物对应的剖面图。下面我们将结合图7和图8对实施例二进行详细描述。
一种本发明所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：在基底上旋涂第一光刻胶。
如图8-a和8-b所示，在基底上旋涂第一光刻胶，优选的，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料，所述基底的表面具有绝缘层，更为优选的，所述基底的材料为Si或SiO2，所述绝缘层为SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物，所述第一光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第一光刻胶厚度为30nm-200nm。
步骤S2：将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察多壁碳管形貌，选择单根形貌良好的多壁碳管，记录其位置。
如图8-c和8-d所示，将多壁碳管6置于第一光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察多壁碳管6的形貌，选择比较直且缺陷少的多壁碳管6，记录其位置。所述多壁碳管6的内层碳管7抽出后的长度足以接触到所述第二电极5；优选的，所述将多壁碳管置于第一光刻胶上的方法为将分散在溶液中的多壁碳管滴在第一光刻胶上面并将溶液吹干；所述多壁碳管6优选为两壁或两壁以上的单根多壁碳管；所述多壁碳管6的制备方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法或激光蒸发法。所述记录的位置包括多壁碳管6的固定端和开口端相对于对准标记的位置和夹角；所述单壁碳管6的悬空高度可以通过旋涂的第一光刻胶的厚度来调节。
步骤S3：在第一光刻胶和多壁碳管上旋涂第二光刻胶。
如图8-e所示，在第一光刻胶和多壁碳管上旋涂第二光刻胶，所述第二光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第二光刻胶厚度为30nm-200nm，更优选的，所述第二光刻胶的厚度为200nm。
步骤S4-S5：利用电子束直写技术，根据预设的第一电极和第二电极的形状和尺寸，将基底表面第一光刻胶和第二光刻胶刻蚀掉，形成凹槽，得到第一电极和第二电极的形状和尺寸。沉积第一电极和第二电极的铁磁性材料，形成第一电极和第二电极，去除残余的光刻胶。
如图8-f和8-g所示，利用电子束直写技术，根据预设的第一形状和尺寸将基底表面第一光刻胶和第二光刻胶刻蚀掉，形成凹槽，沉积第一电极和第二电极的铁磁性材料，形成第一电极和第二电极，去除残余的光刻胶。所述的第一电极和第二电极铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。
步骤S6-S7：在基底和第一电极和第二电极上旋涂第三光刻胶。用电子束直写技术，根据预设第三电极的形状和尺寸，刻蚀第三光刻胶，形成凹槽，得到第三电极的形状和尺寸。
如图8-h，在基底和第一电极和第二电极上旋涂第三光刻胶。所述第三光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第三光刻胶厚度为30nm-200nm，更优选的，所述第三光刻胶的厚度为200nm。用电子束直写技术，根据预设第三电极的形状和尺寸，刻蚀第三光刻胶，形成凹槽，得到第三电极的形状和尺寸。
步骤S8：沉积第三电极金属材料，形成第三电极，去除残余的光刻胶。
如图8-i所示，沉积第三电极金属材料，形成第三电极，所述第三电极的金属材料可以为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物。去除残余的光刻胶。
步骤S9-S10：在基底、第一电极和第二电极上旋涂第四光刻胶，利用电子束直写技术，根据预设多壁碳管所要开口的位置和长度，刻蚀第四光刻胶，形成凹槽。
如图8-j所示，在基底、第一电极和第二电极上旋涂第四光刻胶，所述第四光刻胶的材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷，所述第四光刻胶厚度为30nm-200nm。利用电子束直写技术，根据预设多壁碳管所要开口的位置和长度，刻蚀第四光刻胶，形成凹槽。
步骤S11：利用氧离子刻蚀将上一步中暴露的碳管端部刻蚀开口，去除残余的光刻胶。
如图8-K所示，利用氧离子刻蚀将上一步中暴露的碳管端部刻蚀开口，去除残余的光刻胶。得到本发明实施例一所述的基于多壁碳管的非易失性存储器。
本发明提供的基于单根多壁碳管的非易失性存储器与现有的存储器相比具有下述优点：
密度高：多壁碳管的直径很小(约为10-30纳米)，相应的基于单根多壁碳管的非易失性存储器单元尺寸由第一电极、第二电极和第三电极的尺寸决定。
能耗低：由于多壁碳管的内外层壁的超润滑状态，基于单根多壁碳管非易失性存储器信息的“写”、“擦”耗能很少，可循环利用，“读”电压小，发热少。
速度快、寿命长：基于单根多壁碳管具有良好的电学和力学特性，使得基于多壁碳管的非易失性存储器的存储状态稳定、存储速度快，且使用寿命长。
本发明通过在基底上设置第一电极、第二电极和第三电极，并在第一电极中包覆固定有一个多壁碳管，所述多壁碳管的开口端悬空，所述开口端方向内层碳管被抽出后能够接触到第二电极，通过利用多壁碳管开口端的巨磁矩，使得多壁碳管和第二电极具有断开和接触者两种稳定的状态，从而实现信息的存储，通过第一电极、第二电极和第三电极实现信息的“读”、“写”和“擦”，信息的“写”与“擦”的能量主要存储为机械能，可循环利用，由此使得基于单根多壁碳管的非易失性存储器具有密度高、速度快和能耗低的特点，从而提高集成电路和器件的集成度和寿命。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (18)
1.一种基于单根多壁碳管的非易失性存储器，包括：
基底；
第一电极，形成于所述基底上，用于执行“读”功能；
第二电极，形成于所述基底上，用于执行“写”功能；
第三电极，形成于所述基底上，用于执行“擦”功能；
多壁碳管，所述多壁碳管的固定端固定在所述第一电极中，所述多壁碳管的开口端悬空，开口端的内层碳管能被抽出并与第二电极接触；
所述第三电极位于所述第一电极和第二电极的中间靠外侧，将第三电极加电压后，能将所述多壁碳管的内层碳管拉回；
所述非易失性存储器的主要采用以下步骤制备得到：
(1)在基底上旋涂第一光刻胶；
(2)将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察多壁碳管形貌，选择单根形貌良好，长度为3-6μm的多壁碳管，记录其位置；
(3)在第一光刻胶和多壁碳管上旋涂第二光刻胶；
(4)利用电子束直写技术，根据预设的第一电极和第二电极的形状和尺寸，将基底表面第一光刻胶和第二光刻胶刻蚀掉，形成凹槽，得到第一电极和第二电极的形状和尺寸；
(5)沉积第一电极和第二电极的铁磁性材料，形成第一电极和第二电极，去除残余的光刻胶；
(6)在基底和第一电极和第二电极上旋涂第三光刻胶；
(7)利用电子束直写技术，根据预设的第三电极的形状和尺寸，刻蚀第三光刻胶，形成凹槽，得到第三电极的形状和尺寸；
(8)沉积第三电极金属材料，形成第三电极，去除残余的光刻胶；
(9)在基底、第一电极和第二电极上旋涂第四光刻胶；
(10)利用电子束直写技术，根据预设的多壁碳管需要开口的端部的形状和尺寸刻蚀第四光刻胶，形成凹槽；
(11)利用氧离子刻蚀将上一步中暴露的碳管端部刻蚀开口，去除残余的光刻胶；
其中，所述多壁碳管开口端靠近第二电极，所述多壁碳管的内层碳管沿开口端方向抽出后能接触到所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第一电极的材料为金属材料或铁磁性材料。
3.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第二电极的材料为铁磁性材料。
4.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第三电极的材料为金属材料。
5.根据权利要求2或4所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述金属材料为Au、Ag、Cu、W、Ti、Pt、Fe、Co或Ni中任意一种或至少两种的组合物。
6.根据权利要求2或3所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述铁磁性材料为Fe、Co、Ni或铁磁合金。
7.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述基底的材料为非金属材料或非金属氧化物材料。
8.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述基底的表面具有绝缘层。
9.根据权利要求7所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述基底的材料为Si或SiO2。
10.根据权利要求8所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述绝缘层的材料为SiO2、Al2O3或HfO2中任意一种或至少两种的组合物。
11.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述第一电极的厚度大于所述多壁碳管距离所述基底的高度。
12.根据权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器，其特征在于，所述多壁碳管为两壁或两壁以上的单根多壁碳管。
13.一种权利要求1所述的基于单根多壁碳管的非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在基底上旋涂第一光刻胶；
(2)将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上，使用扫描电子显微镜观察多壁碳管形貌，选择单根形貌良好，长度为3-6μm的多壁碳管，记录其位置；
(3)在第一光刻胶和多壁碳管上旋涂第二光刻胶；
(4)利用电子束直写技术，根据预设的第一电极和第二电极的形状和尺寸，将基底表面第一光刻胶和第二光刻胶刻蚀掉，形成凹槽，得到第一电极和第二电极的形状和尺寸；
(5)沉积第一电极和第二电极的铁磁性材料，形成第一电极和第二电极，去除残余的光刻胶；
(6)在基底和第一电极和第二电极上旋涂第三光刻胶；
(7)利用电子束直写技术，根据预设的第三电极的形状和尺寸，刻蚀第三光刻胶，形成凹槽，得到第三电极的形状和尺寸；
(8)沉积第三电极金属材料，形成第三电极，去除残余的光刻胶；
(9)在基底、第一电极和第二电极上旋涂第四光刻胶；
(10)利用电子束直写技术，根据预设的多壁碳管需要开口的端部的形状和尺寸刻蚀第四光刻胶，形成凹槽；
(11)利用氧离子刻蚀将上一步中暴露的碳管端部刻蚀开口，去除残余的光刻胶；
其中，所述多壁碳管开口端靠近第二电极，所述多壁碳管的内层碳管沿开口端方向抽出后能接触到所述第二电极。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述将两端封闭的多壁碳管分散置于第一光刻胶上的方法为：将分散在溶液中的多壁碳管滴在第一光刻胶上面并将溶液吹干。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述两端封闭的多壁碳管采用石墨电弧法、化学气相沉积法或激光蒸发法制备。
16.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述记录的位置包括多壁碳管的固定端和开口端相对于对准标记的位置和夹角。
17.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶或第四光刻胶的厚度为30nm-200nm。
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