CN1901092A - 包含多位数据的器件 - Google Patents
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Abstract
提供了包括电场可编程薄膜的交叉点存储阵列器件，在所述电场可编程薄膜中具有以多位形式存储的数据。还提供了包括交叉点存储阵列器件的数据处理装置，所述器件中具有以多位形式存储的数据。还提供了在交叉点存储阵列器件中存储多位数据的方法，以及所述器件的使用方法。
Description
本发明要求2006年3月17日提交的美国专利申请系列号第11/384,059号，以及2005年7月8日提交的美国临时专利申请第60/697,604号的优先权。
技术领域
本发明涉及在包括交叉点存储阵列(cross-point memory array)的存储器件中存储多位数据(multi-bit data)的方法，所述交叉点存储阵列包括电场可编程薄膜(electric field programmable film)。本发明还涉及包括交叉点存储阵列的器件，所述阵列具有包含多位数据的电场可编程薄膜，本发明还涉及所述器件的使用方法。
例如Hurst等在美国专利第6,646,912号中揭示了双稳态交叉点存储阵列。Hurst等揭示了一种数据存储器件，该器件包括形成于介电基片材料上的交叉点存储阵列，所述交叉点存储阵列包括被存储层分隔的第一组和第二组横向电极，所述存储层包括至少一个半导体层，所述存储层在所述第一组和第二组电极的每个交叉点形成一个非易失性存储元件，通过施加通过存储元件的预定电流密度形式的写入信号，每个存储元件均可在低阻抗态和高阻抗态之间切换，低阻抗态和高阻抗态各自代表了二进制数据状态，每个存储元件包括形成于所述存储层中的二极管结和熔丝或反熔丝。
尽管如此，提供能够促进和应用多位数据存储和检索的交叉点存储阵列器件及其使用方法是有益的。
发明内容
在本发明一个方面，提供了一种在包括交叉点存储阵列的存储器件中存储多位数据的方法，该方法包括：(a)提供位线阵列；(b)提供字线阵列；(c)提供至少一个包括电场可编程薄膜的存储单元，所述电场可编程薄膜(i)位于位线阵列内的至少一条位线和字线阵列内的至少一条字线之间的空间交点(spatial intersection)内，并且(ii)与所述至少一个位线和至少一个字线电耦合；(d)通过在所述至少一个存储单元中的至少一个内跨电场可编程薄膜施加程序电压，将所述至少一个存储单元中的至少一个编程为至少三个不同数据状态中的一个，从而向交叉点存储阵列写入数据。
在本发明的另一方面，提供了一种用于在包括交叉点存储阵列的存储器件中存储多位数据的方法，该方法包括：(a)提供位线阵列；(b)提供字线阵列；(c)从制剂A和制剂B中选择一电场可编程薄膜组合物；(d)用该电场可编程薄膜组合物制得电场可编程薄膜；(e)提供包括该电场可编程薄膜的至少一个存储单元，该电场可编程薄膜(i)设置在位线阵列中的至少一条位线和字线阵列中的至少一条字线之间的空间交点内，以及(ii)与该至少一条位线和至少一条字线电耦合；以及(f)通过在至少一个存储单元中的至少一个中跨电场可编程薄膜施加程序电压，将该至少一个存储单元中的至少一个编程为至少三个不同数据状态中的一个，从而将数据写入交叉点存储阵列中；其中，制剂A包含粘合剂、至少一种电子给体以及至少一种电子受体；其中，(i)至少一种电子给体和(ii)至少一种电子受体中的至少一种与粘合剂化学结合；其中，或者(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体；并且其中，制剂B包含粘合剂、至少一种电子给体和至少一种电子受体；其中，制剂B或者(i)含有少于0.05重量％的一种或多种电子给体，或者(ii)含有少于0.05重量％的一种或多种电子受体；并且其中，或者(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体。
在本发明的另一方面，提供了一种交叉点存储阵列器件，该器件包括：位线阵列；字线阵列；以及包括电场可编程薄膜的多个存储单元，该电场可编程薄膜(i)设置在该位线阵列中的至少一条位线和该字线阵列中的至少一条字线之间的空间交点中，并且(ii)与该至少一条位线和至少一条字线电耦合；其中，该交叉点存储阵列器件包含以多位格式存储的数据。
在本发明的另一方面，提供了一种包括本发明的交叉点存储阵列器件的数据处理装置，其中，该交叉点存储阵列器件包含以多位格式存储的数据。
在本发明的另一方面，提供了一种与本发明的交叉点存储阵列器件接口的数据处理装置，其中，该交叉点存储阵列器件包含以多位格式存储的数据。
附图说明
图1显示了本发明电场可编程薄膜的示意图；
图2显示了本发明另一交叉点阵列数据存储器件的示意图；
图3显示了具有连续电场可编程薄膜的本发明交叉点阵列数据存储器件的剖面示意图；
图4显示具有象素化电场可编程薄膜的本发明交叉点阵列数据存储器件的剖面示意图；
图5显示本发明的交叉点阵列器件的示意图；
图6显示本发明另一交叉点阵列器件的示意图；
图7显示基片上的本发明的层叠双层交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图；
图8显示基片上的本发明另一层叠的交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图；
图9(a)显示基片上的具有三个器件层的本发明另一层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图；
图9(b)显示基片上的具有两个器件层的本发明另一层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图；
图10显示本发明交叉点阵列存储器件的剖视图，该器件具有被结型二极管隔离的邻接电场可编程薄膜和存储单元；
图11显示图10所示存储器件的分解剖视图；
图12显示本发明一存储单元的实施方式的电流-电压曲线。
具体实施方式
交叉点阵列是一种器件，该器件包括沿第一方向基本平行的第一组电极(在本文中也称为″线″)，沿第二方向基本平行的第二组电极，其中电场可编程薄膜设置在第一组电极的电极和第二组电极的电极之间的部分或全部的空间交点中，另外，所述第一方向与第二方向的夹角为1-179度。
在本发明一些实施方式中，所提供的电场可编程薄膜为连续的层或象素化的层。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面是基本平行的。在这些实施方式的一些方面中，所述位线阵列与第一表面电接触，所述字线与第二表面电接触。在这些实施方式的一些方面中，位线阵列设置在所述第一表面上，并与第一表面电接触。在这些实施方式的一些方面中，字线阵列设置在第二表面上，并与第二表面电接触。
在本文和所附的权利要求书中，术语″电耦合″包括欧姆接触，电容耦合和/或电感耦合。
在本文和所附的权利要求书中，术语″化学结合″包括共价结合，离子结合和氢键结合。
在本文和所附的权利要求书中，术语″衍生物″表示一种电子给体或电子受体，其包括所述电子给体或电子受体的化学改性物和类似物，例如异构体、化学取代物、以及电子给体或电子受体与粘合剂化学结合或者作为单体单元结合入粘合剂中的情况。
在本发明一些实施方式中，粘合剂的介电常数为2-1000。在这些实施方式的一些方面中，本发明的方法还包括选择介电常数为2-1,000的基本非导电性粘合剂。
在本发明一些实施方式中，粘合剂具有足够的耐化学腐蚀性和耐热性，足以耐受包括沉积金属、蚀刻阻挡层、籽晶层、金属前体、光刻胶和抗反射涂层的加工。
在本发明一些实施方式中，粘合剂使电场可编程薄膜具有低的电导率，使得能够加载足够高的电子给体和电子受体浓度，以确保通过电场可编程薄膜能有足够高的电导率，从而能够很容易地分辨出所述至少三种数据状态各自的不同。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂的电导率约小于或等于10-10欧姆-1厘米-1。在这些实施方式的一些方面中，通过选择粘合剂、一种或多种电子给体、一种或多种电子受体及其相对加载量，使得相邻数据状态之间的电导率之比≥5，或者≥100，或者≥500。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂选自例如低聚物；聚合物；离子交联聚合物；枝状聚合物(dendrimer)；共聚物(例如嵌段共聚物，无规共聚物，接枝共聚物，星形共聚物)；无机化合物及其组合。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂选自有机聚合物，无机聚合物及其组合。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂是有机聚合物。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂是无机聚合物。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂与一种或多种电子给体中的至少一种和/或一种或多种电子受体中的至少一种化学结合或共价结合。在这些实施方式的一些方面中，所述一种或多种电子给体中的至少一种和/或所述一种或多种电子受体中的至少一种与所述粘合剂的至少一部分化学结合。在这些实施方式的一些方面中，所述一种或多种电子给体中的至少一种和/或所述一种或多种电子受体中的至少一种与所述粘合剂的至少一部分共价结合。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂选自以下聚合物，例如聚缩醛，聚丙烯酸，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚酯，聚酰胺，聚酰胺酰亚胺，聚丙烯酸酯，聚芳砜，聚醚砜，聚苯硫醚，聚砜，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚四氟乙烯，聚醚酮，聚醚醚酮，聚醚酮酮，聚苯并噁唑，聚噁二唑，聚苯并噻嗪吩噻嗪，聚苯并噻唑，聚吡嗪并喹喔啉，聚-1，2，4，5-苯四酰亚胺，聚喹喔啉，聚苯并咪唑，聚羟吲哚，聚氧代异二氢吲哚，聚二氧代异二氢吲哚，聚三嗪，聚哒嗪，聚哌嗪，聚吡啶，聚哌啶，聚三唑，聚吡唑，聚碳硼烷，聚氧杂二环壬烷，聚氧芴，聚-2-苯并[c]呋喃酮，聚缩醛，聚酐，聚乙烯醚，聚乙烯硫醚，聚乙烯醇，聚乙烯酮，聚卤乙烯，聚乙烯腈，聚乙烯酯，多磺酸盐，多硫化物，聚硫酯，聚砜，聚磺酰胺，聚脲，聚膦腈，聚硅氮烷，聚硅氧烷，及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂选自以下共聚物：例如共聚酯碳酸酯，丙烯腈丁二烯苯乙烯，苯乙烯丙烯腈，聚酰亚胺-聚硅氧烷，聚酯-聚醚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯-聚硅氧烷，聚氨酯-聚硅氧烷及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂选自聚合物的混合物。在这些实施方式的一些方面中，所述聚合物是可交联的。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂包含至少两种聚合物，所述至少两种聚合物中的一种与电子给体和/或电子受体化学结合，或共价结合，所述至少两种聚合物中的一种既未与电子给体化学或共价结合，也未与电子受体化学或共价结合。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂包含至少两种聚合物，所述至少两种聚合物中的一种与电子给体化学结合或共价结合，所述至少两种聚合物中的另一种与电子受体化学结合或共价结合。在这些实施方式的一些方面中，使用聚合物混合物有助于对电场可编程薄膜的性质进行微调。例如，在这些实施方式的一些方面中，选择所述聚合物混合物以平衡特定电场可编程薄膜组合物中的载荷子密度。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂是聚合物的混合物。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂选自以下聚合物的混合物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙，聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，丙烯腈丁二烯苯乙烯/聚氯乙烯，聚苯醚/聚苯乙烯，聚苯醚/尼龙，聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚碳酸酯/热塑性聚氨酯，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二酯，聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二酯，热塑性弹性体合金，尼龙/高弹体，聚酯/高弹体，聚对苯二甲酸乙二酯/聚对苯二甲酸丁二酯，缩醛/高弹体，苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，聚醚醚酮/聚醚砜，聚乙烯/尼龙，聚乙烯/聚缩醛，及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂是无机或部分无机的材料。在这些实施方式的一些方面中，所述粘合剂包含硅氧烷和硅倍半氧烷中的至少一种。
在本发明一些实施方式中，对粘合剂进行官能化，以促进其以下性质中的至少一种性质：交联，与电子给体的化学结合，与电子受体的化学结合，与电子给体的共价结合，以及与电子受体的共价结合。在本发明一些实施方式中，所述粘合剂是数均分子量为500-1,000,000克/摩尔；或者3,000-500,000克/摩尔；或者5,000-100,000克/摩尔；或者10,000-30,000克/摩尔的聚合物或聚合物的组合。
在本发明一些实施方式中，所述粘合剂是交联的。在这些实施方式的一些方面中，通过在与粘合剂主链化学结合或共价结合的官能团处的反应发生交联。在这些实施方式的一些方面中，通过非共价结合发生交联。在这些实施方式的一些方面中，使用选自硅烷，烯键式不饱和树脂，氨基塑料树脂，酚醛，酚醛树脂，环氧树脂及其组合的交联剂使粘合剂交联。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物包含交联剂。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物包含0.01-20重量％，或者0.1-15重量％，或者0.5-10重量％，或者1-7重量％的交联剂(以固体总量为基准计)。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物包含任选的酸和/或生酸剂(acid generator)。在这些实施方式的一些方面中，在电场可编程薄膜的固化过程中，加入酸和/或生酸剂可以催化或促进粘合剂的交联。在这些实施方式的一些方面中，酸选自芳族磺酸(例如甲苯磺酸，苯磺酸，对十二烷基苯磺酸)；氟化烷基或芳族磺酸(例如，邻三氟甲基苯磺酸，三氟甲磺酸(triflic acid)，全氟丁磺酸，全氟辛磺酸)；及其组合。在这些实施方式的一些方面中，所述生酸剂是选自2，4，4，6-四溴环己二烯酮；苯偶姻甲苯磺酸酯；甲苯磺酸-2-硝基苄酯；甲苯磺酸-4-硝基苄酯；及其组合的热致生酸剂。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物包含0.01-10重量％，或者0.1-8重量％，或者0.5-5重量％，或者1-3重量％的酸和/或生酸剂(以固体总量为基准计)。
在本发明一些实施方式中，所述一种或多种电子给体选自蒽；四硫富瓦烯；4，4′，5-三甲基四硫富瓦烯；双(亚乙连硫基)四硫富瓦烯；对苯二胺；咔唑；取代咔唑(例如，N-乙烯基咔唑)；四硫代并四苯；六甲基苯；四甲基四硒基富瓦烯；1，6-亚己基四硒基富瓦烯；8-羟基喹啉；苯基偶氮间苯二酚(phenyl azorecorcinol)和类似的偶氮染料；N，N′-双(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺；吩噻嗪；取代的吩噻嗪(例如N-乙烯基吩噻嗪)；芘；苊；吖啶；苯并菲；酞菁；2-氨基-1H-咪唑-4，5-二腈(AIDCN)；取代的AIDCN(例如N-乙烯基AIDCN)；其衍生物；及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述一种或多种电子给体是与粘合剂化学结合的电子给体衍生物(在下文和权利要求书中表示为″电子给体衍生物-粘合剂″)。在这些实施方式的一些方面中，所述电子给体衍生物-粘合剂选自甲基丙烯酸-9-蒽甲酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯/甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯三元共聚物；甲基丙烯酸喹啉-8-酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯共聚物；甲基丙烯酸-9-蒽甲酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯共聚物；甲基丙烯酸喹啉-8-酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯/甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯三元共聚物；甲基丙烯酸-9-蒽甲酯；甲基丙烯酸喹啉-8-酯；及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述一种或多种电子受体选自五氟苯胺；酞菁；全氟酞菁；四苯基卟吩；2-(9-二氰基亚甲基-螺[5.5]十一碳-3-亚基)-丙二腈；4-苯偶氮基-苯-1，3-二醇；4-(吡啶-2-基偶氮)-苯-1，3-二醇；苯并[1，2，5]噻二唑-4，7-二腈；四氰基喹啉并二甲烷；喹啉；氯丙嗪；富勒烯C60(例如，BuckminsterfullereneC60)；富勒烯C70(例如BuckminsterfullereneC70)；苝-3，4：9，10-四羧酸二酰亚胺；三硝基苯；2-(3-硝基-亚苄基)-丙二腈；六氰基丁二烯；酸酐；其衍生物和组合。在这些实施方式的一些方面中，所述一种或多种电子受体选自富勒烯C60；富勒烯C70；其衍生物；及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述一种或多种电子受体选自例如酸酐，二酸酐，酰亚胺和二酰亚胺(例如，邻苯二甲酸的这些化合物，特别是在环上具有4个卤原子的；均苯四酸二酐；萘四羧酸二酐(NTCDA)；苝四羧酸二酐(PTCDA))；苯醌(例如四卤代和四氰基衍生物)；萘醌；蒽醌；氰基化合物(例如，四氰基乙烯(TCNE)，TCNQ，AIDCN)；包含至少三个硝基的硝基化合物(例如，苯，萘，三硝基芴酮，硝化二氧化硫芴，硝化苯基砜)；聚砜(例如1，4-双(苯基磺酰基)苯)；紫精(viologen)；紫精盐；1，3，5-三嗪(例如其卤素和氰基衍生物)；α-二酮(例如二氢茚三酮)；硫；其衍生物；及其组合。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物包含＜1重量％；或者＜0.5重量％；或者≤0.4重量％；或者≤0.3重量％；或者≤0.25重量％；或者≤0.2重量％；或者≤0.1重量％；或者≤0.09重量％；或者≤0.075重量％；或者≤0.05重量％的一种或多种电子给体(以固体总量为基准计)。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物包含＜1重量％；或者＜0.5重量％；或者≤0.4重量％；或者≤0.3重量％；或者≤0.25重量％；或者≤0.2重量％；或者≤0.1重量％；或者≤0.09重量％；或者≤0.075重量％；或者≤0.05重量％的一种或多种电子受体(以固体总量为基准计)。
在本发明一些实施方式中，所提供的一种或多种电子给体或者一种或多种电子受体是相对过量的。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子给体的浓度高于一种或多种电子受体的浓度。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子受体的浓度高于一种或多种电子给体的浓度。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子给体的浓度为0.002-0.1微摩尔/百克；或者0.005-0.1微摩尔/百克；或者0.005-0.05微摩尔/百克；或者0.01-0.05微摩尔/百克；所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子受体的浓度为10-300微摩尔/百克；或者10-200微摩尔/百克；或者10-150微摩尔/百克；或者25-125微摩尔/百克；或者25-100微摩尔/百克；或者50-100微摩尔/百克。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子受体的浓度为0.002-0.1微摩尔/百克；或者0.005-0.1微摩尔/百克；或者0.005-0.05微摩尔/百克；或者0.01-0.05微摩尔/百克；所述电场可编程薄膜组合物中一种或多种电子给体的浓度为10-300微摩尔/百克；或者10-200微摩尔/百克；或者10-150微摩尔/百克；或者25-125微摩尔/百克；或者25-100微摩尔/百克；或者50-100微摩尔/百克。选择过量的一种或多种电子给体或过量的一种或多种电子受体，取决于具体使用的一种或多种电子受体和一种或多种电子给体，还取决于所需的载荷子重量(电子或空穴)。不希望被理论所束缚，人们认为，例如如果蒽是电子给体，富勒烯是电子受体，而且蒽相对于富勒烯是过量的，则主要的载荷子将是空穴，这些空穴单独地由带正电荷的蒽基团向中性的蒽基移动。相反的，人们认为，如果电子受体是四氰基喹啉并二甲烷(tetracyanoquinodimethane)(TCNQ)，电子给体是吩噻嗪，而且TCNQ过量，则主要的载荷子将是电子，电子从吩噻嗪向少量的TCNQ基团迁移，单独地从带负电荷的TCNQ基团向中性TCNQ基团移动。
在本发明一些实施方式中，所述一种或多种电子受体选自电子亲合势大于0.8eV，或者大于1.2eV的分子或衍生物。在这些实施方式的一些方面中，电子受体的选择受到其电离电势的影响。在这些实施方式的一些方面中，使用至少两种电子受体。
在本发明一些实施方式中，一种或多种电子给体选自电离电势小于8.5eV；或者小于8.0eV的分子或衍生物。在这些实施方式的一些方面中，一种或多种电子给体的选择受到其电离电势的影响。在这些实施方式的一些方面中，使用至少两种电子给体。
应当注意一些分子或衍生物的电子亲合势和电离电势使得根据电场可编程薄膜组合物的其它组分的选择，它们既可用作电子给体，也可用作电子受体(例如酞菁)。不希望被理论所束缚，在比较分子或衍生物时，通常认为具有最低电离电势的分子或衍生物是电子给体，认为具有最高电离电势的分子或衍生物是电子受体。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物还包含任选的给体-受体配合物，以此来调节膜的性质，例如，将膜编程为特定数据状态所需的电压和/或与特定数据状态相关的电导率。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物包含0.05-5重量％，或者0.5-4重量％，或者1-3.5重量％，或者1.5-3重量％的任选给体-受体配合物。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜组合物包含选自以下的任选给体-受体配合物：例如四硫富瓦烯--四氰基喹啉并二甲烷；1，6-亚己基四硫富瓦烯--四氰基喹啉并二甲烷；四硒基富瓦烯--四氰基喹啉并二甲烷；1，6-亚己基四硒基富瓦烯--四氰基喹啉并二甲烷；甲基咔唑-四氰基喹啉并二甲烷；四甲基四硒基富瓦烯--四氰基喹啉并二甲烷；二茂铁--四氰基喹啉并二甲烷；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺，或六甲基苯)--四氰基喹啉并二甲烷；(四硫富瓦烯，1，6-亚己基四硫富瓦烯，四硒基富瓦烯，1，6-亚己基四硒基富瓦烯，或四甲基四硒基富瓦烯)--N-烷基咔唑(C1-C10，线性的或支链的)；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺，或六甲基苯)--BuckminsterfullereneC60；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺，or六甲基苯)--BuckminsterfullereneC70；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺，or六甲基苯)--四氰基苯；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺或六甲基苯)--四氰基乙烯；(四硫代并四苯，四甲基-对苯二胺，或六甲基苯)--对氯醌；及其组合。
在本发明一些实施方式中，选择一种或多种电子给体和一种或多种电子受体的组合来提供多阈值开关。例如，可将两种具有不同电离电势的电子给体(例如酞菁和9-甲基蒽)与一种电子受体(例如BuckminsterfullereneC60)组合起来。根据PM3半经验分子轨道理论估计，酞菁的电离电势为6.54eV。根据PM3半经验分子轨道理论估计，9-甲基蒽的电离电势为7.56eV。根据实验(Palpant等，Phys.Rev.B-Condens Matter，1999，60，4509-4512)测得，Buckminster富勒烯C60的电子亲合势为2.47eV。不希望被理论所束缚，当具有不同电离电势的电子给体与一种电子受体组合时，电子给体将会以不同的电场强度向电子受体传递电子，从而提供多阈值开关。在这些实施方式的一些方面中，粘合剂与一种或多种电子给体和一种或多种电子受体之间的相互作用，能够影响特定电场可编程薄膜中，电子在各种的一种或多种电子给体和一种或多种电子受体之间给予/接收的场强。
表1列出了一些化合物及其电离电势和电子亲合势的列表，除非另外说明，这些电离电势和电子亲合势均是用半经验PM3模型在Gaussian 98分子轨道程序(Frisch等)中估算出来的。表1内的符号MPW1PW91/LANL2DZ表示这些参数是使用LANL2DZ基集，用Moller-Plesset微扰理论计算的。表1内的符号B3LYP/LANL2DZ表示参数是使用密度函数B3LYP模型在LANL2DZ基集内估算的参数。
表1
| 化合物 | 电子亲合势(eV) | 电离电势(eV) |
| 四硫富瓦烯MPW1PW91/LANL2DZ | -1.292 | 6.529 |
| 酞菁 | 3.354 | 6.538 |
| N，N′-双(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺 | 0.657 | 6.668 |
| 吩噻嗪MPW1PW91/LANL2DZ | -0.964 | 6.697 |
| 9，10-二甲基蒽MPW1PW91/LANL2DZ | 0.182 | 6.848 |
| 9-甲基蒽MPW1PW91/LANL2DZ | 0.187 | 7.017 |
| 吩噻嗪 | 1.090 | 7.134 |
| 2-(4-二苯基氨基-亚苄基)-丙二腈 | 2.432 | 7.173 |
| N-甲基咔唑MPW1PW91/LANL2DZ | -0.721 | 7.232 |
| 二茂铁MPW1PW91/LANL2DZ | -1.152 | 7.345 |
| N-甲基咔唑 | 0.970 | 7.372 |
| 苯基偶氮间苯二酚MPW1PW91/LANL2DZ | 0.430 | 7.411 |
| 二甲基蒽 | 1.533 | 7.421 |
| 四硫富瓦烯 | 1.623 | 7.521 |
| 甲基蒽 | 1.530 | 7.555 |
| 苯基偶氮间苯二酚 | 1.656 | 7.610 |
| 芘 | 1.617 | 7.656 |
| 8-羟基喹啉B3LYP/LAN2DZ | 0.144 | 7.818 |
| 苝双(N-二羧酰亚胺)MPW1PW91/LANL2DZ | 2.673 | 7.966 |
| 苊MPW1PW91/LANL2DZ | 0.387 | 7.968 |
| 吖啶 | 1.796 | 8.041 |
| 苊 | 1.691 | 8.096 |
| 苯并菲 | 1.217 | 8.114 |
| 芴 | 2.441 | 8.124 |
| 8-羟基喹啉 | 1.246 | 8.132 |
| 吩嗪MPW1PW91/LANL2DZ | 1.075 | 8.143 |
| 8-羟基喹啉异戊酯 | 1.362 | 8.179 |
| 苝双(2，6-二甲基苯基-N-二羧酰亚胺) | 3.267 | 8.269 |
| 芴MPW1PW91/LANL2DZ | 0.846 | 8.303 |
| 吩嗪 | 2.072 | 8.370 |
| 6-羟基-4-甲基-色烯-2-酮 | 1.754 | 8.417 |
| 2-氨基-4，5-咪唑二腈 | 1.882 | 8.496 |
| 五氟苯胺 | 1.686 | 8.497 |
| 重氮基苯 | 1.781 | 8.508 |
| 2-氨基-4，5-咪唑二腈-B3LYP/LAN2DZ | 0.448 | 8.574 |
| 三蝶烯 | 0.435 | 8.670 |
| 萘-2，6-二羧酸二甲酯 | 1.893 | 8.691 |
| 四氰基喹啉并二甲烷 | 3.868 | 8.752 |
| 苝双(N二羧酰亚胺) | 3.244 | 8.824 |
表1，续
| 化合物 | 电子亲合势 (eV) | 电离电势(eV) |
| 四氰基喹啉并二甲烷MPW1PW91/LANL2DZ | 3.407 | 9.251 |
| 2-氨基-4，5-咪唑二腈MPW1PW91/LANL2DZ | 0.394 | 9.352 |
| 蒽醌 | 1.907 | 9.500 |
| 2-(3-硝基-亚苄基)-丙二腈 | 2.758 | 9.616 |
| 三甲基氰尿酸酯 | 1.242 | 10.501 |
| 四氟苯醌 | 3.195 | 10.822 |
| 四氟苯醌MPW1PW91/LANL2DZ | 2.964 | 11.151 |
| 三硝基苯 | 3.373 | 11.441 |
在本发明一些实施方式中，以给体-受体配合物的形式提供电子给体和电子受体，或者所提供的电子给体和电子受体在加入粘合剂时会在原位形成给体-受体配合物。在这些实施方式的一些方面中，给体-受体配合物在加入粘合剂时发生原位歧化。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜组合物任选包含加工助剂。在这些实施方式的一些方面中，所述加工助剂选自表面活性剂，脱模剂，促进剂，抗氧化剂，热稳定剂，抗臭氧剂，填料和纤维，及其组合。
可通过许多种常规方法制造电场可编程薄膜。在本发明一些实施方式中，通过在基片上沉积电场可编程薄膜组合物来制备电场可编程薄膜。然后可对沉积的膜组合物进行干燥和/或固化以形成电场可编程薄膜。或者可以在存在任选的溶剂的条件下浇注电场可编程薄膜组合物。然后可由溶液浇注电场可编程薄膜并蒸发溶剂。一些浇注膜的方法包括旋涂、喷涂、静电喷涂、浸涂、刮涂和狭缝涂敷。或者可通过包括注塑法、真空成形、吹塑和压塑的方法制造电场可编程薄膜。
适用于本发明的基片包括例如半导体基片(例如掺杂的硅晶片)和导电基片(例如铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锡、锗、铅及其合金)。在本发明一些实施方式中，可在基片上形成图案。
在本发明一些实施方式中，根据将要结合所述电场可编程薄膜的器件的要求，所述电场可编程薄膜的厚度为5-5000纳米。通常在膜厚度中编程电压(programming voltage)是线性的。在这些实施方式的一些方面中，当把所述电场可编程薄膜结合入需要编程电压大小约低于10伏的器件中时，所述电场可编程薄膜的膜厚度(任选地固化之后)约为10-100纳米。在这些实施方式的一些方面中，当把所述电场可编程薄膜结合入需要编程电压大小约低于5伏的器件中时，所述电场可编程薄膜的膜厚度(任选地固化之后)约为5-50纳米。
在本发明一些实施方式中，电极与电场可编程薄膜电耦合。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜与至少一个电极欧姆接触。在这些实施方式的一些方面中，所述电场可编程薄膜与至少一个电极电容接触。在这些实施方式的一些方面中，所述交叉点阵列宜包括电耦合元件。在这些实施方式的一些方面中，所述电耦合元件提供欧姆接触，通过导电插头的接触，电容接触，通过介入隧道结的接触，或通过介入二极管或晶体管之类的绝缘器件的接触，或通过其他电器件的接触。在这些实施方式的一些方面中，所述电耦合元件包括位线和字线。
字线是在交叉点阵列存储器件中选择所需存储单元的导体或半导体。有时也将其称为选择线。当字线被断言时，所述存储单元可被读、写或擦除。当器件是对称的，″字线″或″位线″的指定可以是任意的。字线阵列是以不相交方式、或者基本平行的方式排列的多条字线。
位线是读、写或擦除存储器件中的所需存储单元的导体或半导体。当位线被断言时，所述存储单元可被读、写或擦除。当器件是对称的，″字线″或″位线″的指定可以是任意的。位线阵列是以不相交方式、或者基本平行的方式排列的多条位线。
在本发明一些实施方式中，由电场可编程薄膜组合物制得的电场可编程薄膜被用于电子存储器件和开关器件或数据存储器件。在这些实施方式的一些方面中，所述器件包括单层薄膜或多层薄膜。包括基本平行而不相交的多层薄膜的器件通常称为层叠器件。
在本发明一些实施方式中，提供了包括本发明的交叉点存储阵列器件，或者与本发明的交叉点存储阵列器件接口的数据处理装置。在这些实施方式的一些方面中，本发明的数据处理装置选自能够用本发明的交叉点存储阵列代替常规存储器件的任意常规的数据处理装置。在这些实施方式的一些方面中，所述数据处理装置选自例如个人计算机、移动电话、个人数字助理、机顶盒、照相机、摄像机、音频播放器、视频播放器、USB“拇指”驱动器、记忆卡、″智能″卡及其组合。
图1显示包含电子给体(D1)和电子受体(A1和A2)的本发明连续电场可编程薄膜1。
图2显示了具有单个连续电场可编程薄膜，2的交叉点阵列的例子，所述电场可编程薄膜2与第一电极3，第二电极4，与第一电极相连的可变编程/读取电压源5，以及与第二电极相连的基准或接地6电耦合。
图3显示本发明交叉点阵列数据存储器件的剖面示意图，该器件具有连续电场可编程薄膜7；字线阵列，其例子是字线8；位线阵列，其例子是位线9；以及多个存储单元，其例子是通过在字线8和位线9的交点插入的电场可编程薄膜7的一部分形成的存储单元10。
图4显示包括象素化电场可编程薄膜的本发明交叉点阵列数据存储器件的剖面示意图，电场可编程薄膜的象素化件的例子包括11和14。这些器件包括多个存储单元，其例子是存储单元15。每个所述存储单元包括与字线，例如字线12和位线，例如位线13电耦合的电场可编程薄膜的象素化件。
图5显示包括存储单元的本发明交叉点阵列器件的示意图，所述存储单元的例子是存储单元16，其通过连接19和20分别与位线17和字线18电耦合。图5中还以方框图形式显示了感测电子元件21和轮询电子元件22。
在本发明一些实施方式中，还提供了一种交叉点阵列器件，在此器件中单独的存储单元互相被电隔离。在例如图2-5所示的交叉点阵列器件中，当单独的存储单元未被互相电隔离时，有可能出现不希望有的寄生电流。例如，在图4中，如果对字线12施加读取电压，由于存储单元15处于传导态，位线13将被充电。如果例如存储单元78和79也位于导电态，电流将能够由位线15向下潜行通过存储单元78进入字线80，向上潜行通过存储单元79，由此进入位线81。这使得当存储单元82实际上并非处于导电态的时候，表现出导电态的表象。在这些实施方式的一些方面中，通过在器件中引入不对称性来进行存储单元隔离。
在本发明一些实施方式中，通过迫使非选择的位线和/或非选择的字线达到预定的电压来降低寄生电流造成误读取的可能性。在这些实施方式的一些方面中，迫使非选择的位线达到预定电压。在这些实施方式的一些方面中，迫使非选择的字线达到预定电压。在这些实施方式的一些方面中，同时迫使非选择的字线和非选择的位线达到预定电压。
在本发明一些实施方式中，通过在沉积电场可编程薄膜之前在一种电极上形成无机氧化物来提供不对称性。在这些实施方式的一些方面中，通过使电极的金属在空气中形成天然氧化物，或者通过在臭氧中更活泼地氧化金属电极来形成无机氧化物层。通过这种方法，两种电极表面以不同的方式与电场可编程薄膜电耦合；一种通过电容耦合来电耦合，另一种为直接接触。在一些实施方式中，电极上的氧化物涂层足够薄，使得电荷可以通过隧道效应、热载流子注入或电子跃迁而注入电场可编程薄膜。在这些实施方式的一些方面中，所述氧化物涂层是厚度为0.5-30纳米的氧化铝涂层。
在本发明一些实施方式中，通过为电极选择具有不同功函数的金属来提供不对称性。功函数定义为从金属表面提取一个电子到无穷远处所需的能量。金属和其他元素不同的晶面具有不同的功函数。在这些实施方式的一些方面中，所用的电极是多晶。因此，功函数包括与电场可编程薄膜接触的晶格形式的平均值。例如，对于一个面与铝电极接触(Φ～4.2电子伏(eV))、另一个面与镍电极接触(Φ～5.2eV)的电场可编程薄膜。如果正偏压定义为从铝电极向镍电极，而且铝电极为阳极，则正偏压将大于反偏压。在过渡元素中，Al，Cr，Fe，Re，Ru，Ta，Ti，V，W和Zr的功函数均小于5eV，Rh的功函数约为5eV，Au，Cu，Ir，Ni，Pd和Pt的功函数大于5eV。
在本发明一些实施方式中，使用接触二极管引入不对称性。在L.S.Roman和O.Inganas，Synthetic Metals，125，(2002)，419中描述了这种二极管的例子。在这些实施方式的一些方面中，二极管包含聚(3-(2′-甲氧基-5′-辛基苯基)噻吩)(POMeOPT)(Φ～3eV)之类的低功函数导电聚合物，该聚合物一个面与Al电极(Φ～4.2eV)接触，另一个面与聚(4-苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)(Φ～5.2eV)掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧代噻吩)接触，所述聚(4-苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)(Φ～5.2eV)掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧代噻吩)又与铝电极接触。在此器件中，POMeOPT位于电场可编程薄膜和金属电极之间。在电场可编程薄膜的相对面施加铝电极或一些具有类似功函数的其他金属，例如铜(Φ～4.5eV)的电极。适用于本发明有机器件的其他有机导体和半导体包括掺杂的聚苯胺、掺杂的聚吡咯、聚噻吩、聚亚苯基亚乙烯基和氧化铟锡(ITO)。
在本发明一些实施方式中，使用半导体二极管在器件中引入不对称性。
在本发明一些实施方式中，使用整流装置在器件中引入不对称性。
在本发明一些实施方式中，使用场效应隔离晶体管在器件中引入不对称性。在这些实施方式的一些方面中，电场可编程薄膜通过金属“插头”电极或直接与晶体管的源极或漏极电耦合，使得只有当栅极处于“开启”条件时，该器件才可被探测或编程。
图6显示了包括多个存储单元的另一种本发明交叉点阵列器件的示意图，存储单元一个例子是与位线24和字线25电耦合的23。存储单元通过隔离二极管，例如27，在例如26与各自的位线电耦合，而且例如在28与各自的字线电耦合。图中还以方框图的形式显示了用来为单位寻址以及放大由此得到的信号的轮询电子元件29和感测电子元件30。
图7显示了基片31上的双层层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图，该器件包括以下组成：第一器件层，其中具有多个第一电极(例如32)的线阵列，各电极通过绝缘材料(例如33)与最近的相邻电极隔离，第一连续电场可编程薄膜34与多个第一电极和多个第二电极(例如35)电耦合，所述第二电极在一个线阵列中，通过绝缘材料(例如36)与最近的相邻电极隔离，第二器件层，该器件层用绝缘层37与第一器件层相隔离，所述第二器件层具有多个第三电极(例如38)的线阵列，每个第三电极通过绝缘材料(例如39)与最近的相邻电极隔离，第二连续电场可编程薄膜40，该电场可编程薄膜40与多个第三电极和多个第四电极(例如41)电耦合，所述第四电极在一个线阵列中，各个电极通过绝缘材料(例如42)与最近的相邻电极隔离。
在本发明一些实施方式中，使用接触二极管结构沿例如字线隔离单独的存储单元，以减少寄生电流的出现。例如在图8中，显示了包括接触二极管结构的本发明双层层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图。图8还显示了一种层叠数据存储器件，该器件包括：基片43，被绝缘层50分隔的第一器件层和第二器件层。所述第一器件层包括具有多个接触二极管的第一线阵列，其中相邻的接触二极管绝缘材料线(例如47)相互分离。第一线阵列中的各接触二极管包含第一材料(例如44)，该第一材料与第二材料(例如45)电接触，所述第一材料和第二材料具有不同的功函数，从而形成接触二极管。第二器件层包括第二接触二极管线阵列，其中相邻的接触二极管被绝缘材料线(例如54)互相隔离。在接触二极管的第二线阵列中的各个接触二极管包含与第二材料(例如52)电接触的第一材料(例如51)，所述第一材料和第二材料具有不同的功函数，从而形成接触二极管。图8还显示了连续电场可编程薄膜层46和53，以及包括电极线(例如48和55)的线阵列，以及绝缘线(例如49和56)。在这些实施方式的一些方面中，绝缘层50中所用的材料将各种器件层互相电隔离、热隔离、光学隔离或其一些组合。在这些实施方式的一些方面中，绝缘层50所用的材料是可蚀刻的，可以在其中形成通路孔，以促进各种器件层的互连。在这些实施方式的一些方面中，绝缘层50中所用的材料选自无机隔离材料，例如氧化硅(由正硅酸乙酯(TEOS)的分解物进行化学气相沉积而形成)、其它硅酸盐、氮化硅、氮氧化硅和二氧化碳。在这些实施方式的一些方面中，绝缘层50中所用的材料选自有机和有机硅隔离材料，例如包含具有C1-C10链烷取代基的硅氧烷，具有C1-C20烷基、芳基和/或烷芳基取代基的取代硅倍半氧烷，包含四氟乙烯和聚酰亚胺的含氟聚合物的旋涂玻璃制剂。
在本发明一些实施方式中，至少一对器件层共用电极。例如图9(a)显示了本发明三层层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图，在此器件中器件层共用电极。图9(a)显示了具有基片57和三个器件层的层叠数据存储器件。所述第一器件层包括第一接触二极管的第一线阵列，其中相邻的第一接触二极管被绝缘材料线(例如61)互相分离。各第一接触二极管包含第一材料(例如58)，所述第一材料与第二材料(例如59)电接触，其中第一材料和第二材料具有不同的功函数。所述第一器件层还包括电场可编程薄膜的第一连续层60，该连续层(i)与接触二极管的第一线阵列电接触，(ii)与电极(例如62)的第一线阵列和绝缘体(例如63)电接触。第二器件层与第一器件层共用电极第一线阵列，第二器件层还包括第二电场可编程薄膜连续层64；被绝缘材料线(例如69互相分隔)的第二接触二极管的第二线阵列；其中第二电场可编程薄膜连续层与电极的第一线阵列和第二接触二极管的第二线阵列电接触。各第二接触二极管包含第一材料(例如66)，该第一材料(i)与第二材料(例如65)电接触，(ii)与第三材料(例如67)电接触；所述第二材料和第三材料的功函数与第一材料不同。第三器件层与第二器件层共用第二接触电极的第二线阵列，所述第三器件层还包括第三电场可编程薄膜连续层68以及电极(例如70)和绝缘体(例如71)的第二线阵列。在这些实施方式的一些方面中，所述第一和第二接触二极管包含(i)功函数为2.7-4.9eV的金属，(ii)功函数大于4.5eV的导电聚合物。在这些实施方式的一些方面中，所述第一和第二接触二极管包含选自以下的材料：p-掺杂硅，n-掺杂硅，p-掺杂无定形硅，n-掺杂无定形硅，p-掺杂多晶硅，n-掺杂多晶硅，硅化钽，硅化钛，硅化钨，硅化钒，聚乙炔，聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩，聚(3，4-亚乙基二氧代噻吩)，PEDOT-PSS，聚(对亚苯基)，聚(吡啶)，聚呋喃，聚芴，聚聚亚苯基亚乙烯基，聚硒吩，聚(周萘)，聚甘菊环，聚咔唑，聚吲哚，聚芘，对聚硫苯，对聚苯氧，聚喹啉，聚苊二基，聚异硫茚，聚萘并噻吩，聚(对氢醌-alt-噻吩)或聚(呋喃-共-亚苯基)。
在本发明一些实施方式中，至少一对器件层共用电极。例如，图9(b)显示了在基片上具有两个器件层的本发明另一层叠交叉点阵列数据存储器件的部分分解剖视图，这两个器件层共用电极。图9(b)显示具有基片57和两个器件层的层叠数据存储器件。所述第一器件层包括电极(例如62)和绝缘体(例如63)的第一线阵列。第一器件层还包括第一电场可编程薄膜连续层64；以及接触二极管的第一线阵列；所述第一电场可编程薄膜的连续层与电极的第一线阵列和接触二极管的第二线阵列电接触。各个接触二极管包含第一材料(例如66)，该第一材料与(i)第二材料(例如65)和(ii)第三材料(例如67)电接触；所述第二材料和第三材料的功函数不同于第一材料；从而形成接触二极管。第二器件层与第一器件层共用接触二极管的第一线阵列，所述第二器件层还包括第二电场可编程薄膜的连续层68以及电极(例如70)和绝缘体(例如71)的第二线阵列。
图10显示存储单元被结型二极管分隔的本发明交叉点阵列存储器件的剖视图。图11显示图10所示存储器件的分解剖视图。图10和图11所示的器件包括p-型半导体基片72，n+位线(例如73)阵列，在各位线内具有多个掺杂的p+区(例如74)，多个独立的电场可编程薄膜元件(例如76)，其具有用来分隔单独的电场可编程薄膜元件的具有图案的基质75，以及字线(例如77)阵列；其中各字线与一排单独的电场可编程薄膜元件电连接。p+区域74和n+位线73形成隔离二极管阵列，该阵列将预期的存储单元电隔离，用来从器件中其他存储单元读取、写入、擦除和寻址。
尽管图中所示的器件为了简化起见仅有几个器件层，但是根据所附的权利要求书，可以考虑更多的器件层。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜可用作大量数据存储的介质。在此实施方式的一个方面中，所述电场可编程薄膜的厚度为5-500纳米；或者10-200纳米；或者10-100纳米。在此实施方式的一些方面中，可将膜置于导电性或半导体基片上。
在存储器或数据存储模式中，对单独存储单元的编程和读取可通过以下过程进行：通过对选定的存储单元施加特定范围内的电压，将选定的存储单元编程为特定的数据状态，以及对选定的存储单元施加子程序电压来读取该单元，以确定其中是何种数据状态。
在本发明一些实施方式中，根据需要通过施加合适电平的电压脉冲序列对存储单元进行读取和编程来存储数据。在这些实施方式的一些方面中，可施加大约-12V至12V的电压进行编程，施加大约0.2V至10V的电压进行读取。或者可施加大约-5V至5V的电压进行编程，读取时的电压约为0.2V至4V。本领域技术人员将会立刻意识到读取时所施加的电压必须低于最低程序电压，以免发生“读取干扰”，或者存储单元的非故意重写。在本文和所附的权利要求书中，术语“最低程序电压”表示将特定器件结构中的存储单元由一种数据状态改变为另一种数据状态所需的最低电压。脉冲的持续时间可为0.5-10,000纳秒，或者2-100纳秒，或者1-50纳秒。
在本发明一些实施方式中，本发明的方法还包括读取编程入交叉点存储阵列的数据。在这些实施方式的一些方面中，读取数据包括通过确定所述至少一个存储单元中至少一个之中的电场可编程薄膜的电导率，来确定所述至少一个存储单元中至少一个的数据状态。
在本发明一些实施方式中，所述电场可编程薄膜包括第一数据状态，第二数据状态和第三数据状态；其中第一数据状态对应于电场可编程薄膜的第一阻抗态；第二数据状态对应于电场可编程薄膜的第二阻抗态，第三数据状态对应于电场可编程薄膜的第三阻抗态。
在本发明一些实施方式中，在包括交叉点存储阵列的存储器件中存储多位数据的方法包括以下步骤：提供位线阵列；提供字线阵列；从制剂A和制剂B中选择一电场可编程薄膜组合物；用该电场可编程薄膜组合物制得电场可编程薄膜；提供包括该电场可编程薄膜的至少一个存储单元，该电场可编程薄膜(i)设置在位线阵列中的至少一条位线和字线阵列中的至少一条字线之间的空间交点内，以及(ii)与该至少一条位线和至少一条字线电耦合；以及通过在至少一个存储单元中的至少一个中跨电场可编程薄膜施加程序电压，将该至少一个存储单元中的至少一个编程为至少三个不同数据状态中的一个，从而将数据写入交叉点存储阵列中；其中，制剂A包含粘合剂、至少一种电子给体以及至少一种电子受体；其中，(i)至少一种电子给体和(ii)至少一种电子受体中的至少一种与粘合剂化学结合；其中，(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体；并且其中，制剂B包含粘合剂、至少一种电子给体和至少一种电子受体；其中，制剂B或者(i)含有少于0.05重量％的一种或多种电子给体，或者(ii)含有少于0.05重量％的一种或多种电子受体；并且其中，或者(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体。在这些实施方式的一些方面中，制剂A还包含给体-受体配合物；制剂B还包含给体-受体配合物。在这些实施方式的一些方面中，所述至少一种电子给体包括至少两种电子给体。在这些实施方式的一些方面中，所述至少一种电子受体包括至少两种电子受体。
在本发明一些实施方式中，所述存储器件包括至少两个交叉点存储阵列。
在以下的实施例中将详细描述本发明一些实施方式。注意在这些实施例中所用的所有化学药品均购自Aldrich Chemical，Milwaukee，WI。
实施例
实施例1
金纳米颗粒的合成
使用M.J.Hostetler等在Langmuir，14(1998)17中详细描述的方法在室温下制备金纳米颗粒。向包含7.0克(17.8毫摩尔)四氯金酸(HAuCl4·3H2O)和100毫升水的水溶液中加入27.0克(49.4毫摩尔)溴化四辛基铵溶于500克甲苯的溶液。该混合物剧烈搅拌45分钟。分离有机层，向分离出的有机层中加入7.2克(35.6毫摩尔)十二烷硫醇(DSH)。所得的溶液在室温下搅拌15分钟。然后在剧烈搅拌下在10秒内加入NaBH4(6.8克，180毫摩尔)溶于100克水的溶液，所得的混合物在室温下再搅拌3小时。收集深色的甲苯相，在分液漏斗内用100毫升水洗涤两次，在旋转蒸发器内，在真空下将体积减少至大约50毫升。此时加入30毫升乙醇，该样品在3℃冷冻过夜。然后通过滗析分离沉淀，离心上清液回收悬浮物。这些回收的固体与沉淀合并，用丙酮洗涤，重新溶解在40毫升甲苯中。再向此溶液中加入300毫升乙醇，再次重复冷冻、滗析和离心操作。所得的固体再次在丙酮中洗涤，制得4.58克具有双峰粒度分布的金纳米颗粒。
实施例2
甲基丙烯酸-9-蒽甲酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯/甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷
基丙酯)三元共聚物的合成
(54/17/29摩尔/摩尔/摩尔)
该反应以几种规模进行。在通常的合成中，在500毫升的圆底侧臂烧瓶(“反应物储存器”)中加入丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)(117.5克)，甲基丙烯酸-9-蒽甲酯(46.0克，166毫摩尔)，甲基丙烯酸-2-羟乙酯(6.82克，52.4毫摩尔)，甲基丙烯酸-3-(三甲氧基甲硅烷基丙酯)(22.2克，89.4毫摩尔)和过氧化新戊酸叔戊酯(7.5克，39.8毫摩尔)。在烧瓶上盖上橡胶隔片盖子。将与电子控制的泵相连的出口管插过该隔片盖。在具有底阀的1升的三颈烧瓶(“反应容器”)上安装加热罩、可调自耦变压器、Friedrichs冷凝器、机械搅拌器、Claisen头、热探针(与I2R控制器相连的热电偶)和氮气进口。在此烧瓶内加入PGMEA(大约325克)，然后将温度升至85℃使其平衡。使用电子控制泵(SciLog)以大约1.69毫升/分钟的速率将上述单体-引发剂溶液从反应物存储器加入反应容器，流速预先用PGMEA校准，使得反应物总加入时间约为120分钟。加完之后，反应在一定温度下搅拌30分钟，然后再以大约1.14毫升/分钟的速率向反应物中加入脱气的过氧化新戊酸叔戊酯(7.5克，27.5毫摩尔)和PGMEA(25克)，使得加入时间约为30分钟。引发剂加完后，反应物在一定温度下再搅拌1小时，然后冷却至室温并移入合适的容器中。溶液浓度约为13.7％。
实施例3
电场可编程薄膜组合物的制备
将实施例2制得的聚合物(13.67％重量/重量在PGMEA中的溶液，1.74克溶液，0.24克聚合物)与实施例1制得的金纳米颗粒(0.06克)以及甲氧基苯和2-庚酮(12.93克)50/50重量/重量的混合物混合起来，形成电场可编程薄膜组合物。使用实验室辊对该组合物搅拌过夜以溶解这些组分，在超声浴中超声处理10分钟，用0.2微米的薄膜过滤器过滤。
实施例4
存储单元的制造和测试
将实施例3制得的组合物旋涂在4英寸的硅晶片(p-型，0.0001-0.1Ω-厘米)上，在电炉上110℃烘焙60秒，然后在200℃烘焙60秒，形成厚度约为50纳米的电场可编程薄膜，从而制得存储单元。然后通过掩模在大约10-6至5×10-5托的压力下在电场可编程薄膜顶部热蒸发直径约0.5毫米，厚度约45纳米的铝点。使用Keithley 6517A电位计，以硅晶片作为接地，以铝点作为工作电极测量了电流-电压性质。整个测量用LabView软件(National Instruments Corp.)控制，起初程序控制扫描范围是0.0V至大约7.0V，7.0V至0.0V和0.0V至-7.0V。所得的电流-电压曲线见图12。
Claims (9)
1.一种在包括交叉点存储阵列的存储器件中存储多位数据的方法，该方法包括：
提供位线阵列；
提供字线阵列；
提供至少一个包括电场可编程薄膜的存储单元，所述电场可编程薄膜(i)位于位线阵列内的至少一条位线和字线阵列内的至少一条字线之间的空间交点内，并且(ii)与所述至少一条位线和至少一条字线电耦合；
通过在所述至少一个存储单元中的至少一个之内跨电场可编程薄膜施加程序电压，将所述至少一个存储单元中的至少一个编程为至少三个不同数据状态中的一个，从而向交叉点存储阵列写入数据。
2.一种用来在包括交叉点存储阵列的存储器件中存储多位数据的方法，该方法包括：
提供位线阵列；
提供字线阵列；
从制剂A和制剂B中选择一电场可编程薄膜组合物；
用该电场可编程薄膜组合物制得电场可编程薄膜；
提供包括该电场可编程薄膜的至少一个存储单元，该电场可编程薄膜(i)设置在位线阵列中的至少一条位线和字线阵列中的至少一条字线之间的空间交点内，以及(ii)与该至少一条位线和至少一条字线电耦合；
通过在存储单元中跨电场可编程薄膜施加程序电压，将该存储单元编程为至少三个不同数据状态中的一个，从而将数据写入所述至少一个存储单元中；
其中，制剂A包含粘合剂、至少一种电子给体以及至少一种电子受体；其中，(i)至少一种电子给体和(ii)至少一种电子受体中的至少一种与粘合剂化学结合；其中，(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体；
其中，制剂B包含粘合剂、至少一种电子给体和至少一种电子受体；其中，制剂B(i)含有少于0.05重量％的一种或多种电子给体，或者(ii)含有少于0.05重量％的一种或多种电子受体；并且其中，(i)该至少一种电子给体包括具有不同电离电势的至少两种电子给体；或者(ii)该至少一种电子受体包括具有不同电子亲和势的至少两种电子受体。
3.如权利要求1所述的方法，该方法还包括读取写入交叉点存储阵列中的数据。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，读取数据包括通过确定所述至少一个存储单元中至少一个之中的电场可编程薄膜的电导率，来确定所述至少一个存储单元中至少一个的数据状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场可编程薄膜包括第一数据状态、第二数据状态和第三数据状态；其中第一数据状态对应于电场可编程薄膜的第一阻抗态；第二数据状态对应于电场可编程薄膜的第二阻抗态，第三数据状态对应于电场可编程薄膜的第三阻抗态。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
制剂A还包含给体-受体配合物；
制剂B还包含给体-受体配合物。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储器件包括至少两个交叉点存储阵列。
8.一种交叉点存储阵列器件，该器件包括：
位线阵列；
字线阵列；
包括电场可编程薄膜的多个存储单元，该电场可编程薄膜(i)设置在该位线阵列中的至少一条位线和该字线阵列中的至少一条字线之间的空间交点中，并且(ii)与该至少一条位线和至少一条字线电耦合；
其中该交叉点存储阵列器件包含以多位格式存储的数据。
9.一种数据处理装置，该装置包括权利要求8所述的交叉点存储阵列器件。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US69760405P | 2005-07-08 | 2005-07-08 | |
| US60/697,604 | 2005-07-08 | ||
| US11/384,059 | 2006-03-17 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1901092A true CN1901092A (zh) | 2007-01-24 |
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Family Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CNA2006101013358A Pending CN1901092A (zh) | 2005-07-08 | 2006-07-07 | 包含多位数据的器件 |
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Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2006101013697A Pending CN1951997A (zh) | 2005-07-08 | 2006-07-10 | 电场可编程薄膜和基于该电场可编程薄膜的存储器件 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101878529B (zh) * | 2007-11-29 | 2012-07-04 | 松下电器产业株式会社 | 非易失性存储装置及其制造方法 |
-
2006
- 2006-07-07 CN CNA2006101013358A patent/CN1901092A/zh active Pending
- 2006-07-10 CN CNA2006101013697A patent/CN1951997A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101878529B (zh) * | 2007-11-29 | 2012-07-04 | 松下电器产业株式会社 | 非易失性存储装置及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1951997A (zh) | 2007-04-25 |
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