DE102013220984B4

DE102013220984B4 - Vorrichtung, Speichergerät, Schalter und Verfahren, die Mikrostrukturen umfassen, welche sich von einer Unterlage aus erstrecken

Info

Publication number: DE102013220984B4
Application number: DE102013220984.3A
Authority: DE
Inventors: Marko Lemke; Stefan Tegen
Original assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Current assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2033-10-17
Also published as: US20140112067A1; US9047985B2; DE102013220984A1

Abstract

Vorrichtung, umfassend:eine plattenförmige Unterlage (10); undmehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken;wobei zwei benachbarte Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren ersten Zustand definieren, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage (10) sind, einander nicht berühren; undwobei die zwei benachbarten Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren zweiten Zustand definieren, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben einander berühren und aneinander befestigt sind,wobei die Vorrichtung Lesekontakte (30, 32) umfasst, welche zum Feststellen des ersten Zustandes oder des zweiten Zustandes ausgelegt sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen betreffen das Gebiet von Vorrichtungen, wie zum Beispiel Geräte zur dauerhaften Speicherung, oder Schalter, welche mechanische Strukturen umfassen, die unterschiedliche Zustände definieren können. Ausführungsformen stellen Verfahren zum Einstellen einer solchen Vorrichtung bereit, um einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand zu definieren, und Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, die mechanische Strukturen umfasst.
STAND DER TECHNIK
Das Herstellen von mikromechanischen Schaltern, Speichergeräteelementen oder elektrisch leitfähigen Brückenstrukturen ist eine wiederkehrende Herausforderung in der Informations- und Halbleitertechnologie. Schalter sollten individuell programmierbar sein, und der erforderliche Platz auf einem Chip sollte gering sein. Permanentspeichergeräte speichern eine wachsende Menge von Daten auf einer Fläche, die so klein wie möglich ist. Daher ist die Miniaturisierung von Speichergeräten eine fortwährende Forderung. Außerdem sollten Speichergeräte für eine permanente Speicherung sorgen, wobei Datenverluste, wie zum Beispiel durch Alterung, Strahlung, elektrische Felder oder Temperatureinflüsse vermieden werden sollten.
Aus der US 5 966 066 A ist ein mikromechanischer Speichersensor bekannt, bei dem sich Balken von einem Träger weg in nicht-gebogenem Zustand in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Die DE 698 29 990 T2 offenbart eine Vorrichtung für das mikromechanische Schalten von Signalen, bei der Arme durch Erwärmung in entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt werden, wobei sich die Arme aufeinander zu erstrecken.
A. Grinthal et al., „Steering nanofibers: An integrative approach to bio-inspired fiber fabrication and assembly“, Nano Today, 7, 2011, S. 35-52, lehren, wie Nanofasern in eine Vielzahl komplexer hierarchisch organisierter, dynamischer Funktionsoberflächen transformiert werden können.
Die US 2011/0 181 150 A1 lehrt piezoelektrische Schalter, die Aktoren aufweisen, die einseitig eingespannte Arme besitzen.
Die US 2010/0 215 543 A1 lehrt Verfahren zum Herstellen von Mikrosäulen und Nanosäulen.
Die US 2008/0 137 397 A1 offenbart nichtflüchtige Speicherbauelemente, bei denen vertikale Nanoröhren durch Van der Waals-Kräfte an Spacern gehalten werden.
Die US 2008/0 075 954 A1 offenbart Verfahren zum gleichmäßigen Aufwachsen von Nanostrukturen, wie z. B. Nanoröhren.
Die US 2010/0 021 647 A1 offenbart Verfahren zum Erzeugen von Nanostrukturen.
Die US 2011/0 012 081 A1 offenbart eine Halbleiterspeichervorrichtung, bei der Nanoröhren auf einem Leiter angeordnet sind und sich in eine in einem weiteren Leiter gebildete Öffnung erstrecken. Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Leitern können die Mikroröhren zu dem weiteren Leiter angezogen werden und dort anhaften.
Die US 2009/0 045 391 A1 offenbart eine Schaltvorrichtung, bei der Nanostrukturen auf einem Leiter angeordnet sind und sich zwischen leitfähigen Abstandshaltern erstrecken. Durch Anlegen einer Spannung kann bewirkt werden, dass die Nanostrukturen an den leitfähigen Abstandshaltern anhaften.
Die folgende Erfindung schafft eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Permanentspeichergerät nach Anspruch 12, einen Schalter nach Anspruch 13, ein Verfahren nach Anspruch 14 und ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 20.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen stellen eine Vorrichtung bereit, die eine Unterlage bzw. einen Träger und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen umfasst, welche sich von der Unterlage aus erstrecken. Zwei benachbarte Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen definieren einen nachweisbaren bzw. erfassbaren ersten Zustand, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte derselben, die der Unterlage zugewandt sind, einander nicht berühren. Die zwei benachbarten Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen definieren einen nachweisbaren zweiten Zustand, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte derselben, die von der Unterlage abgewandt sind, einander berühren und aneinander befestigt sind.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Die 1a und 1b zeigen schematische Ansichten einer Vorrichtung, die zwei verschiedene Zustände definieren.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Permanentspeichergerätes.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Permanentspeichergerätes.
Die 4 bis 10 zeigen schematische Draufsichten, die zur Erläuterung von Ausführungsformen von Permanentspeichergeräten gemäß den Ausführungsformen verwendbar sind; und
die 11a bis 11j zeigen schematische Ansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung zeigen, welche ein Feld von Mikrostrukturen umfasst, die sich von einer Unterlage aus erstrecken.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die eine Unterlage 10 und mehrere biegsame und leitfähige Mikrostrukturen umfasst, welche sich von der Unterlage 10 aus erstrecken, wie zum Beispiel die Mikrostrukturen 12 und 14 in 1a. Im Feld bzw. Array von Mikrostrukturen, das in 1a gezeigt wird, repräsentieren die Mikrostrukturen 12 und 14 zwei benachbarte Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen, die nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte 12a und 12b derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage 10 sind, einander nicht berühren. In der Terminologie, die in der vorliegenden Patentschrift verwendet wird, definieren die benachbarten Mikrostrukturen 12 und 14 also einen nachweisbaren zweiten Zustand. Gemäß 1b sind die benachbarten Mikrostrukturen 12 und 14 derart gebogen, dass die Endabschnitte 12a und 14a einander berühren und aneinander befestigt sind. In 1b definieren also die Mikrostrukturen 12 und 14 einen nachweisbaren ersten Zustand.
Der Begriff Mikrostruktur, wie hierin verwendet, soll jede mechanische Struktur beinhalten, die Abmessungen im Bereich von Nanometern oder Mikrometern hat, d.h. unter 1 Millimeter. Insbesondere soll der Begriff Mikrostruktur Strukturen beinhalten, die solche Abmessungen haben und die eine solche Flexibilität haben, dass die Abschnitte derselben, welche distal in Bezug auf die Unterlage sind, bei Herstellung des Kontakts miteinander durch van der Waals-Kräfte aneinander haften bleiben. Die Mikrostrukturen haben solche Abmessungen und benachbarte Mikrostrukturen sind so angeordnet, dass benachbarte Mikrostrukturen zueinander gebogen werden können und die distalen Abschnitte derselben einander berühren können.
In den Ausführungsformen kann die Unterlage ein plattenartiges Stützelement sein. In den Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen in einer Richtung senkrecht zur Unterlage langgestreckt, wie zum Beispiel senkrecht zu einer Ebene, die durch die Hauptdimensionen (Länge und Breite) eines plattenartigen Stützelementes definiert wird. Die Höhe der Mikrostrukturen oberhalb der Unterlage, d.h. die Länge derselben, kann fünf- oder zehnmal so groß wie die Abmessungen derselben in Richtungen senkrecht zur Längenrichtung sein. Ein Schlankheitsverhältnis (Länge/Breite) zwischen 15 und 25, wie zum Beispiel 20, kann geeignet sein, um für flexible Strukturen zu sorgen, die eine ausreichende Stabilität haben.
In den Ausführungsformen können die Mikrostrukturen aus einem geeigneten Material gebildet sein, zum Beispiel Halbleitermaterial, wie zum Beispiel Silizium, TiN, Kohlenstoff oder dergleichen. Die Mikrostrukturen werden aus einem Material gebildet und haben solche Abmessungen, dass sie biegbar sind, d.h. flexibel in einer Richtung senkrecht zur langgestreckten Ausdehnung derselben.
In den Ausführungsformen, wie zum Beispiel den in den Figuren gezeigten, können die Mikrostrukturen durch längliche Stifte gebildet werden, die eine Höhe von mehr als 500 nm oder mehr als einem Mikrometer haben. In den Ausführungsformen kann die maximale Ausdehnung der länglichen Stifte in einer Richtung senkrecht zur Höhe derselben in der Größe von 25 bis 75 nm betragen. In den Ausführungsformen können die länglichen Stifte zylinderförmig sein und einen Durchmesser von etwa 50 nm haben.
In anderen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen jede andere vorstellbare Querschnittsform haben, wie zum Beispiel eine langgestreckte rechteckige Querschnittsform mit oder ohne abgerundete Ecken oder eine ovale Querschnittsform.
In den Ausführungsformen bilden die mehreren biegbaren und leitfähigen Mikrostrukturen ein hoch symmetrisches Feld von Mikrostrukturen, wie zum Beispiel ein regelmäßiges Feld von Reihen und Spalten von Mikrostrukturen. Lithografieprozesse mit minimalen Strukturgrößen (F) können auf Grund der hoch symmetrischen Anordnung von Mikrostrukturen verwendet werden.
In den Ausführungsformen kann die Unterlage aus jedem geeigneten Material gebildet werden, wie zum Beispiel aus jedem geeigneten leitfähigen Material. In den Ausführungsformen wird die Unterlage aus demselben Material wie die Mikrostrukturen gebildet. In den Ausführungsformen werden die Unterlage und die Mikrostrukturen integral (in einem Stück) gebildet. In den Ausführungsformen wird die Unterlage aus Silizium gebildet.
In den Ausführungsformen werden unterschiedliche Zustände zwischen zwei Mikrostrukturen (bewegliche Strukturen) durch permanentes mechanisches Überbrücken (Programmieren) der zwei beweglichen Strukturen oder permanentes nicht mechanisches Überbrücken der zwei beweglichen Strukturen erreicht. Wenn die Strukturen getrennt sind, d.h. einander nicht berühren, definieren sie einen ersten Zustand, wie zum Beispiel einen ersten logischen Zustand, wie zum Beispiel eine logische 0. Wenn die Strukturen verbunden sind, d.h. einander berühren und aneinander befestigt sind, definieren sie einen zweiten Zustand, wie zum Beispiel einen zweiten logischen Zustand, wie zum Beispiel eine logische 1.
Um die Strukturen vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu bringen, können Kräfte lokal auf die Mikrostrukturen angewendet werden. In den Ausführungsformen können elektrostatische Kräfte verwendet werden, um benachbarte Mikrostrukturen zueinander zu biegen. In den Ausführungsformen können Elektronenstrahlen, wie zum Beispiel Elektronenstrahlen eines Rasterelektronenmikroskops, dazu verwendet werden, benachbarte Mikrostrukturen unterschiedlich zu laden, um die benachbarten Mikrostrukturen zusammenzubringen. Um Ladungen unter Verwendung von Rastersonden auf die Mikrostrukturen zu bringen, muss der Elektronenstrahl in einer präzis lokalisierten Weise ein- und ausgeschaltet werden. Zu diesem Zweck kann das Rasterelektronenmikroskop entsprechend programmiert werden. In den Ausführungsformen der Erfindung kann ein Elektronenstrahlschreiber, der im Allgemeinen in der Elektronenstrahllithografie verwendet wird, in geeigneter Weise programmiert und verwendet werden.
In den Ausführungsformen können elektrostatische Kräfte auf die Mikrostrukturen in unterschiedlicher Weise angewendet werden, wie zum Beispiel durch Adressieren der Mikrostrukturen durch leitfähige Strukturen in dem Substrat, die die individuelle Adressierung der Mikrostrukturen erlauben. Außerdem kann jedes andere Mittel zum Anwenden von Kräften auf die Mikrostrukturen, die sich zum lokalen Biegen oder Ablenken von benachbarten Mikrostrukturen eignen, verwendet werden, wie zum Beispiel mechanisches Berühren der Mikrostrukturen oder dergleichen.
Die Erfinder haben experimentell herausgefunden, dass das bewusste Ablenken der einzelnen leitfähigen Strukturen mittels des Elektronenstrahls eines Rasterelektronenmikroskops eine geeignete Weise ist, um benachbarte leitfähige Strukturen zusammenzubringen. Der Grund für diesen Effekt sind elektrostatische Ladungen auf benachbarten leitfähigen Strukturen und die elektrostatische Anziehung, die daraus resultiert. Ein entsprechender Effekt könnte auch durch bestimmte Plasmaätzschritte erreicht werden. Außerdem könnten Trocknungsprozesse ein Abbiegen der Strukturen durch eine Kapillarwirkung verursachen. Eine gut gelenkte Biegung der Mikrostrukturen könnte also auch durch eine lokal begrenzte Anwendung solcher Schritte oder Prozesse erreicht werden.
Rastersondenverfahren, wie zum Beispiel Rastertunnelmikroskopie oder Rasterkraftmikroskopie, könnte für eine gerichtete Biegung der Mikrostrukturen verwendet werden.
Beim Zusammenbringen werden die Mikrostrukturen durch van der Waals-Kräfte zusammengehalten. Die Mikrostrukturen können solche Abmessungen haben, dass die van der Waals-Kräfte sehr stark sind und die Mikrostrukturen miteinander verbinden. Um diesen Effekt zu erreichen, sind die Mikrostrukturen elastisch oder zumindest flexibel und daher beweglich, und die Mikrostrukturen haben einen ausreichend geringen Abstand voneinander. In den Ausführungsformen kann der Abstand zwischen benachbarten Mikrostrukturen im Bereich von 50 bis 100 nm liegen. In der betroffenen Größenordnung können die van der Waals-Kräfte so stark sein, dass die Mikrostrukturen permanent miteinander verbunden werden.
Dementsprechend stellen die Ausführungsformen ein Verfahren zum Einstellen einer Vorrichtung bereit, die eine Unterlage und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen umfasst, welche sich von der Unterlage aus erstrecken, um einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand definieren, wobei das Verfahren das Nichtbiegen von zwei benachbarten Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen umfasst, derart dass die Endabschnitte derselben, die in Bezug auf die Unterlage distal sind, einander nicht berühren, um den ersten Zustand zu definieren, und das Biegen von zwei benachbarten Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen umfasst, derart dass die Endabschnitte derselben, die in Bezug auf die Unterlage distal sind, einander berühren und aneinander befestigt werden, um den zweiten Zustand zu definieren.
In den Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen Schalter bilden, der eine Unterlage und zwei biegbare und leitfähige Mikrostrukturen umfasst, die sich von der Unterlage aus erstrecken. Zwei benachbarte Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen definieren einen ersten Schaltzustand, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte derselben, die in Bezug auf die Unterlage distal sind, einander nicht berühren, und wobei die zwei benachbarten Mikrostrukturen aus mehreren Mikrostrukturen einen zweiten Schaltzustand definieren, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte derselben, die in Bezug auf die Unterlage distal sind, einander berühren und durch van der Waals-Kräfte aneinander befestigt werden. In den Ausführungsformen kann solch ein Schalter ein Einmalschalter sein, der vom ersten Schaltzustand nur einmal in den zweiten Schaltzustand geschaltet werden kann. In den Ausführungsformen kann der Schalter mehrmals geschaltet werden, indem Mittel bereitgestellt werden, um benachbarte Mikrostrukturen voneinander zu trennen, wobei vom zweiten Schaltzustand ausgegangen wird.
Dementsprechend sorgen die Ausführungsformen für einen Schalter, der ein gezieltes Ablenken von Mikrostrukturen nutzt, wie zum Beispiel elektrostatische Ladungen, wie sie zum Beispiel in einem Rasterelektronenmikroskop erzeugt werden. In alternativen Ausführungsformen kann eine gezielte Biegung durch Rastersondenverfahren oder Kapillarkräfte erreicht werden. Wenn die Mikrostrukturen geeignete Abmessungen haben, wie oben erklärt, bleiben sie miteinander verbunden, da dieselben durch van der Waals-Kräfte aneinander gebunden sind.
In den Ausführungsformen können mehrere Paare von benachbarten Mikrostrukturen vorgesehen werden, und die Mikrostrukturen jedes Paares können durch selektive Anwendung von Kräften auf die Mikrostrukturen des Paares zusammengebracht werden, wie oben erklärt.
Die Ausführungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung umfassen Lesekontakte, die zum Feststellen des ersten Zustandes oder des zweiten Zustandes ausgelegt sind.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfmdung, wobei die Mikrostrukturen 12 und 14 eine Brücke bilden, d.h. sie sind gebogen, so dass die Endabschnitte 12a und 14a derselben einander berühren und aneinander befestigt sind. Die Mikrostrukturen 12 und 14 definieren also den zweiten Zustand. Zwei benachbarte Mikrostrukturen 22 und 24 bilden keine Brücke, d.h. dieselben sind nicht gebogen und daher berühren die distalen Abschnitte 22a und 24a einander nicht. Die Mikrostrukturen 22 und 24 definieren den ersten Zustand. Die Vorrichtung, die in 2 gezeigt wird, umfasst Lesekontakte 30 und 32. Nur zwei Lesekontakte werden aus Gründen der Einfachheit in 2 gezeigt, während im Allgemeinen ein Lesekontakt für jede Mikrostruktur aus den mehreren Mikrostrukturen oder zumindest für jeweils zwei benachbarte Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen vorgesehen werden könnte. Gemäß 2 sind die Lesekontakte 30, 32 axial zu den Mikrostrukturen ausgerichtet angeordnet, wenn die Mikrostrukturen nicht gebogen sind, d.h. wenn die Mikrostrukturen einen nachweisbaren ersten Zustand definieren, siehe Lesekontakt 32 in 2. Daher gibt es einen elektrischen Kontakt zwischen dem Lesekontakt 32 und der Mikrostruktur 24, wenn die Mikrostruktur 24 nicht gebogen ist, um eine der dazu benachbarten Mikrostrukturen zu berühren. Im Gegensatz dazu ist der Lesekontakt 30 nicht in elektrischem Kontakt mit der Mikrostruktur 12, zu der er ausgerichtet wäre, wenn die Mikrostruktur 12 nicht abgelenkt oder gebogen wäre.
Die Lesekontakte, wie zum Beispiel 30 und 32, können mit einem geeigneten Bewertungsmittel verbunden werden, das zum Kontrollieren ausgelegt ist, ob es eine elektrische Verbindung zwischen einem entsprechenden Lesekontakt und der zugehörigen Mikrostruktur gibt. Zum Beispiel kann das Substrat 10 leitfähig sein, und der Zustand der jeweiligen benachbarten Mikrostrukturen kann durch Anlegen einer Spannung zwischen einem jeweiligen Lesekontakt und dem Substrat und Messen des sich ergebenden Stroms festgestellt werden. Falls der Lesekontakt elektrisch mit der zugehörigen Mikrostruktur verbunden ist, gibt es einen messbaren Strom über den Lesekontakt in das Substrat. Wenn die benachbarten Mikrostrukturen gebogen sind, so dass die Endabschnitte derselben aneinander befestigt sind, siehe Mikrostrukturen 12 und 14, ist der Lesekontakt nicht mit der zugehörigen Mikrostruktur verbunden, und es gibt keinen Strom vom Lesekontakt in das Substrat. Dementsprechend kann der Zustand der jeweiligen benachbarten Mikrostrukturen durch die Messung der jeweiligen Ströme bestimmt werden. In den Ausführungsformen führen zwei benachbarte Mikrostrukturen im ersten Zustand zu einem ersten Strom, und benachbarte Mikrostrukturen, die einen zweiten Zustand definieren, führen zu einem zweiten Strom (wie zum Beispiel einem Nullstrom), so dass der jeweilige Zustand aus einem Vergleich der Ströme bestimmt werden kann.
Lesekontakte, wie zum Beispiel Mikrokontakte, wie mit Verweis auf 2 beschrieben, repräsentieren eine Möglichkeit, die jeweiligen Zustände festzustellen. Eine weitere Möglichkeit wäre, ein Substrat bereitzustellen, das leitfähige Strukturen umfasst, durch welche die Mikrostrukturen individuell adressiert werden können. Es wäre also möglich, den Zustand der jeweiligen benachbarten Mikrostrukturen zu bewerten, indem eine Spannung über die leitfähigen Strukturen des Substrats angelegt wird und bestimmt wird, ob ein Strom durch die betreffenden Mikrostrukturen fließt.
In den Ausführungsformen sind die mehreren Mikrostrukturen zumindest teilweise in ein Einbettungsmaterial eingebettet, um die mehreren Mikrostrukturen in ihren jeweiligen Zuständen zu befestigen. 2 zeigt ein Einbettungsmaterial 40, in welches die mehreren Mikrostrukturen 12, 14, 22, 24 eingebettet sind. Außerdem sind die Lesekontakte, wie zum Beispiel die Kontakte 30 und 32, in das Einbettungsmaterial 40 in der Ausführungsform eingebettet, die in 2 gezeigt wird. In alternativen Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen, oder zumindest Teile derselben, allein in das Einbettungsmaterial eingebettet, und die Lesekontakte sind in einer zusätzlichen Schicht angeordnet, die auf die Oberfläche des Einbettungsmaterials aufgetragen wird. Die Lesekontakte können in geeigneter Weise relativ zu den Mikrostrukturen durch ein geeignetes Mittel angeordnet werden, wie zum Beispiel Justiermarken und dergleichen.
Die Mikrostrukturen sind also in ihren jeweiligen Zuständen mittels des Einbettungsmaterials mechanisch befestigt. Das heißt, die jeweiligen Zustände sind dauerhaft programmiert und können nicht durch Strahlung, elektrische Felder oder hohe Temperaturen geändert werden. Die Ausführungsformen ermöglichen also ein permanentes und zuverlässiges Speichergerät. Dementsprechend beruhen die Ausführungsformen auf der Erkenntnis, dass die mechanische Überbrückung durch Nutzung lokaler Kräfte sowie eine Vorfixierung der Brücken durch van der Waals-Kräfte zum Implementieren eines Permanentspeichergerätes verwendet werden können. Eine endgültige mechanische Fixierung kann durch Einbetten der Struktur in ein Einbettungsmaterial erreicht werden. Das mechanische Überbrücken durch Nutzung lokaler Kräfte kann zum Beispiel durch elektrostatische Ladeprozesse erreicht werden.
Die Ausführungsformen sorgen für ein Permanentspeichergerät, in dem die jeweiligen Gruppen von x+1 Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen x-Bit-Zellen eines Speichergerätes bilden, die x-Bits speichern können, wobei x eine natürliche Zahl ist und wobei ein x-Wert, der in einer entsprechenden Bitzelle gespeichert ist, davon abhängt, welche der benachbarten Mikrostrukturen der jeweiligen Gruppe sich im ersten Zustand und welche der benachbarten Mikrostrukturen der jeweiligen Gruppe sich im zweiten Zustand befinden. Solche Ausführungsformen beruhen auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Zellkonzepte und Konzepte, die ihre Zusammensetzung betreffen, durch Nutzung symmetrischer Feldanordnungen von Mikrostrukturen entwickelt werden können. Zum Beispiel kann jede Gruppe zwei benachbarte Mikrostrukturen im Feld umfassen, um eine 1-Bitzelle zu bilden. Analog können die jeweiligen Gruppen drei, vier oder fünf benachbarte Mikrostrukturen umfassen, die zwei, drei oder vier Bits speichern können. Mittels geeigneter Logikeinheiten können entsprechende Muster von Mikrostrukturen als 1-Bitzellen, 2-Bitzellen-, 3-Bitzellen oder 4-Bitzellen interpretiert werden. Daher kann der erforderliche Platz beträchtlich reduziert werden.
3 ist eine schematische Draufsicht, die ein Feld von Mikrostrukturen zeigt. Für Erläuterungszwecke werden zwei Mikrostrukturen, die im gebogenen Zustand sind, mit 12 und 14 bezeichnet, und zwei Mikrostrukturen, die im nichtgebogenen Zustand sind, werden mit 22 und 24 bezeichnet. Außerdem werden in 3 Lesekontakte gezeigt, wobei für Erläuterungszwecke die Lesekontakte, die zu den Mikrostrukturen 12 und 24 gehören, mit 30 und 32 bezeichnet werden. Wie in 3 zu sehen ist, sind die Kontaktlöcher im Wesentlichen zur zugehörigen Mikrostruktur ausgerichtet, wenn die Mikrostrukturen sich in einem nicht gebogenen Zustand befinden. „Im Wesentlichen ausgerichtet“ bedeutet, dass der Lesekontakt (Kontaktlöcher) und die zugehörigen Mikrostrukturen sich zumindest teilweise überlappen, so dass es einen elektrischen Kontakt dazwischen gibt.
Gemäß den Ausführungsformen werden die mehreren Mikrostrukturen in einem regelmäßigen Feld von Reihen und Spalten von Mikrostrukturen angeordnet. Dementsprechend hat jede Mikrostruktur nächste Nachbarn, wie durch die unterbrochene Linie für Mikrostruktur 12' gezeigt. Im Kontext der vorliegenden Erfindung sind zwei Mikrostrukturen benachbart, wenn dieselben direkt nebeneinander innerhalb eines Abstandes derart liegen, dass die distalen Enden derselben in mechanischen Kontakt miteinander gebracht werden können. In den Ausführungsformen sind zwei Mikrostrukturen benachbart, wenn der Abstand zwischen ihnen dem nächsten Abstand zwischen Mikrostrukturen aus mehreren Mikrostrukturen entspricht, wie zum Beispiel einem symmetrischen Feld von Mikrostrukturen. Zum Beispiel ist in 3 die Mikrostruktur 12 benachbart zur Mikrostruktur 14, und Mikrostruktur 22 ist benachbart zur Mikrostruktur 24. Jedoch ist Mikrostruktur 12' nicht benachbart zur Mikrostruktur 22, da der Abstand zwischen ihnen größer als der nächste Abstand ist.
Die Abmessungen 2F und 4F werden in 3 angezeigt, wobei F die minimale Merkmalsgröße darstellt, die durch einen Lithografieprozess erreichbar ist, und 2F stellt den Abstand zwischen zwei benachbarten Merkmalen im Lithografieprozess dar.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf Mikrostrukturen ähnlich wie in 3, aber ohne die Lesekontakte zu zeigen. 4 zeigt, dass es unterschiedliche Arten gibt, auf die Brücken zwischen benachbarten Mikrostrukturen im Feld gebildet werden können. Wie zu sehen ist, können eine Brücke, zwei Brücken, drei Brücken oder vier Brücken zwischen Nachbarn, d.h. benachbarten Mikrostrukturen, bewirkt werden. Mit anderen Worten kann jede Mikrostruktur eine Brücke zu null, einem, zwei, drei oder vier nächsten Nachbarn herstellen. Wie oben erklärt, können die jeweiligen Brücken durch Anwenden geeigneter Kräfte auf die Mikrostrukturen gebildet werden, zwischen denen Brücken gebildet werden sollen.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf die sich ergebende Struktur nach der Brückenbildung. Bei fehlender Brücke sind die zwei Mikrostrukturen voneinander getrennt. Im Fall einer Brücke sind zwei Mikrostrukturen aneinander befestigt; im Fall von zwei Brücken sind drei Mikrostrukturen aneinander befestigt; im Fall von drei Brücken sind vier Mikrostrukturen aneinander befestigt, und im Fall von vier Brücken sind fünf Mikrostrukturen aneinander befestigt. Es versteht sich, dass die jeweiligen Zustände, die damit erhalten werden, mittels geeigneter Lesekontakte festgestellt werden können, wie oben zum Beispiel mit Verweis auf 2 und 3 erläutert.
Unter Nutzung der symmetrischen Struktur des zweidimensionalen Feldes von Mikrostrukturen können Speicherzellen, die unterschiedliche Zahlen von Bits speichern können, konfiguriert werden. 1-Bitzellen 60, die jeweils zwei benachbarte Mikrostrukturen umfassen, werden in 6 gezeigt. Die Speicherzellen 60 und 62 können einen unterschiedlichen Bitwert annehmen, je nachdem, ob die Mikrostrukturen gebogen sind, um aneinander befestigt zu werden oder nicht. Gemäß 6 belegt jede Bitzelle eine Fläche von 4F². Daher wird eine Fläche von 4F² pro Bit benötigt, wobei 100 % der Fläche verwendet werden.
7 zeigt 2-Bitzellen 70. Jede Zweibitzelle umfasst drei Mikrostrukturen, von denen jeweils zwei zueinander benachbart sind. Die Mikrostrukturen einer Zelle oder Gruppe sind auf den Scheitelpunkten eines Dreiecks angeordnet, wenn die Mitten der jeweiligen Mikrostrukturen verbunden werden. Vier mögliche Zustände der 2-Bitzellen, die in 7 gezeigt werden, können erreicht werden, je nachdem, welche der Mikrostrukturen, die zu einer Gruppe beitragen, durch Brücken verbunden werden und welche nicht. Die jeweiligen möglichen Brücken werden durch die Zweirichtungspfeile in den 7-10 gezeigt.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform von 2-Bitzellen 80, bei der die Mikrostrukturen einer Zelle oder Gruppe in einer Reihe angeordnet sind. Wieder sind vier Zustände möglich, je nachdem, welche Mikrostrukturen durch Brücken verbunden sind und welche nicht.
In den 2-Bitzellen, die in 7 und 8 gezeigt werden, beträgt die Fläche, die von jeder Zelle benötigt wird, 6F², was zu einer Fläche von 3F² pro Bit führt. Es können 100 % der Fläche verwendet werden.
9 zeigt 3-Bitzellen 90, von denen jede vier Mikrostrukturen umfasst. Jede Mikrostruktur jeder Zelle hat zwei benachbarte Mikrostrukturen. Wie durch die Pfeile in 9 angezeigt, gibt es mindestens acht verschiedene Möglichkeiten, die Mikrostrukturen einer Zelle 90 durch Brücken zu verbinden, und daher kann jede Speicherzelle 90 drei Bit repräsentieren. Wie in 9 zu sehen ist, sind die Mikrostrukturen jeder Zelle auf den Ecken eines Quadrats angeordnet, die gebildet werden, wenn die Mitten der jeweiligen Mikrostrukturen verbunden werden. Wie aus 9 abgeleitet werden kann, beträgt die erforderliche Fläche pro Bitzelle in der 3-Bitzelle von 9 8F², was zu einer erforderlichen Fläche von 2,66F² pro Bit führt. Es können 100 % der Fläche verwendet werden.
10 zeigt eine Anordnung, bei der 4-Bitzellen 100 gebildet werden. Jede 4-Bitzelle umfasst fünf Mikrostrukturen, und die Mikrostrukturen jeder Zelle sind auf den Ecken eines Quadrates angeordnet, das durch Verbinden der Mitten von vier der Mikrostrukturen gebildet wird, und eine weitere Mikrostruktur befindet sich in der Mitte des Quadrats. Wie an den Pfeilen in 10 zu erkennen ist, liefert eine solche Anordnung mindestens 16 verschiedene Brückenbildungsmöglichkeiten, und daher können vier Bits durch jede Zelle der Anordnung dargestellt werden, die in 10 gezeigt wird. Die erforderliche Fläche pro Bitzelle beträgt 10F², was zu einer erforderlichen Fläche pro Bit von 2,5F² führt. Es können 90 % der Fläche verwendet werden.
Die Merkmalsgröße F hängt von der verwendeten Lithographie ab. Neuere Technologien können eine Merkmalsgröße von 90 nm, 60 nm oder sogar noch weniger haben, wie zum Beispiel 30 nm. Ausführungsformen ermöglichen ein Permanentspeichergerät mit einer geringen erforderlichen Fläche und einer zuverlässigen Permanentspeicherung. Die Ausführungsformen ermöglichen symmetrische Felder von leitfähigen Mikrostrukturen, die in der minimal erforderlichen Fläche implementiert werden können. Wie oben erklärt, kann die Zellgröße für eine 1-Bitzelle lediglich 4F² betragen, für eine 2-Bitzelle lediglich 6F², für eine 3-Bitzelle lediglich 8F² und für eine 4-Bitzelle lediglich 10F². Also ist eine erforderliche Fläche von 2,5F² pro Bit möglich.
Ein Permanentspeichergerät gemäß den Ausführungsformen kann durch Erzeugen von Brücken zwischen den jeweiligen Mikrostrukturen einer Speicherzelle programmiert werden, die bezeichnend für einen gewünschten x-Bitwert sind. Die gewünschten x-Bitwerte können also in jeder der Speicherzellen gespeichert werden. Allgemein gesagt, können benachbarte Mikrostrukturen in verschiedenen x-Bitzellen unterschiedlich gebogen werden, um unterschiedliche x-Bitwerte in den unterschiedlichen x-Bitzellen zu speichern. Was die Möglichkeiten des unterschiedlichen Biegens benachbarter Mikrostrukturen in verschiedenen x-Bitzellen betrifft, wird auf die 6 bis 10 und die Erläuterung derselben verwiesen. In den Ausführungsformen können zwei benachbarte Mikrostrukturen einer Zelle durch Anwenden von Ladungen auf die Mikrostrukturen durch Brücken verbunden werden, um sie zueinander zu biegen. Beim Zueinanderbiegen werden die distalen Enden aneinander durch van der Waals-Kräfte befestigt.
In den Ausführungsformen kann das Anwenden von Ladungen auf die Mikrostrukturen das Anwenden von Ladungen unter Verwendung von Verfahren der Rastersondenmikroskopie umfassen. Demzufolge können die mehreren Mikrostrukturen mechanisch in ihren jeweiligen Zuständen durch zumindest teilweises Einbetten der Mikrostrukturen in ein Einbettungsmaterial befestigt werden, um die zugehörigen Bitwerte permanent und zuverlässig zu speichern.
Ausführungsformen sorgen für ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, die ein Feld von Mikrostrukturen umfasst, welche sich von einer Unterlage aus erstrecken, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden mehrerer erster Löcher in einem Substrat, wobei die ersten Löcher in Reihen und Spalten eines regelmäßigen Feldes angeordnet sind, wobei Kämme bzw. Stege zwischen benachbarten Reihen und Spalten des regelmäßigen Feldes stehenbleiben; Bilden mehrerer zweiter Löcher an den Kreuzungspunkten der Kämme, so dass die zweiten Löcher in Reihen und Spalten eines regelmäßigen Feldes angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Löcher aneinander stoßen oder sich überlappen, so dass die Mikrostrukturen zwischen benachbarten ersten Löchern und benachbarten zweiten Löchern gebildet werden.
Die Ausführungsformen liefern ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen eines hoch symmetrischen Feldes von leitfähigen Mikrostrukturen, das die Verwendung von Lithografieprozessen mit minimalen Strukturgrößen F ermöglicht. In den Ausführungsformen kann das Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Vorrichtung für ein Permanentspeichergerät verwendet werden, wobei die Zellgröße pro Bit beträchtlich reduziert werden kann, wie zum Beispiel um einen Faktor von 2, wobei die sich ergebende Zellgröße lediglich 2,5F² pro Bit betragen kann.
Nach der Herstellung einer solchen Vorrichtung, die ein Feld von leitfähigen Mikrostrukturen umfasst, können die jeweiligen Gruppen von Mikrostrukturen Speicherzellen zugeordnet und programmiert werden, wie oben mit Verweis auf die 6 bis 10 erläutert. Wie erklärt, können geeignete Lesekontakte zum Lesen der Zustände der jeweiligen Mikrostrukturen bereitgestellt werden, und eine geeignete Auswertungseinrichtung kann vorgesehen werden, um die zugehörigen Bitwerte von den ausgelesenen Zuständen abzuleiten.
Dementsprechend sorgen die Ausführungsformen für ein einfaches Verfahren zum Herstellen eines Feldes von Mikrostrukturen, insbesondere leitfähigen Mikrostrukturen. Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen die Erzeugung von Strukturgrößen kleiner als F und sich ergebenden Abständen von weniger als 2F. Zwei Mikrostrukturen können also auf einer Fläche von 4F² gebildet werden. Das ermöglicht die Implementierung von Permanentspeichergeräten, die die niedrigste vorstellbare erforderliche Fläche pro Bit haben.
11a zeigt ein Substrat 110 als Startpunkt einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Substrat 110 kann aus Silizium gebildet werden und kann eine Dicke von einer Oberseite bis zu einer Unterseite desselben von 1 bis 2 µm haben. Natürlich kann ein Substrat, das eine wesentlich größere Dicke hat, wie zum Beispiel typischerweise von mehreren 100 µm, verwendet werden, wobei nur ein oberer Teil zum Herstellen der Mikrostrukturen verwendet wird, wie zum Beispiel ein oberer Teil mit einer Dicke von 1 bis 2 µm.
Eine Hartmaske 112 wird auf der oberen Fläche von Substrat 110 gebildet, wie in 11b gezeigt. Die Hartmaske 112 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet werden, wie zum Beispiel Siliziumoxid. Ein erster Lithografieprozess wird ausgeführt, um erste Ätzöffnungen 114 in der ersten Hartmaske 112 zu bilden. Eine schematische Draufsicht, die die ersten Ätzöffnungen 114 zeigt, ist in der rechten unteren Ecke von 11c zu sehen.
Danach wird ein erster Ätzprozess durch die ersten Ätzöffnungen 114 ausgeführt, um die ersten Hohlräume 116 im Substrat 110 zu bilden. Der erste Ätzprozess kann eine tiefe Grabenätzung sein. Erste Hohlräume 116 werden bis zu einer bestimmten Tiefe gebildet, so dass ein Teil des Substrats unterhalb der ersten Hohlräume 116 bleibt. Der Teil des Substrats, der unter den ersten Hohlräumen 116 bleibt, dient später als Stütze für die Mikrostrukturen. Eine schematische Draufsicht, die die ersten Hohlräume 116 zeigt, ist in der rechten unteren Ecke von 11d zu sehen. Der erste Ätzprozess zum Bilden der ersten Hohlräume 116 kann ein Plasmaätzprozess sein, wie zum Beispiel ein reaktiver Ionenätzprozess (RIE). Nach dem ersten Ätzprozess wird die Hartmaske 112 abgestreift, um die Struktur zu erhalten, die in 11d gezeigt wird.
Nach dem ersten Ätzprozess wird ein zweiter Ätzprozess ausgeführt, um die ersten Hohlräume zu erweitern, um erste Löcher 120 im Substrat 110 zu erzeugen. Der zweite Ätzprozess kann ein anisotroper Nassätzprozess sein. Die resultierende Struktur wird in 11e gezeigt. Wie in der Draufsicht (rechter unterer Teil) von 11e gezeigt, sind die ersten Löcher 120 in Reihen und Spalten eines regelmäßigen Feldes angeordnet. Kämme 126 und 128 bleiben zwischen benachbarten Reihen und Spalten der ersten Löcher 120 stehen. In der gezeigten Ausführungsform sind die ersten Hohlräume 114 zylinderförmig und werden durch den zweiten Ätzprozess zu quaderförmigen Löchern erweitert. Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist jedoch klar, dass die Hohlräume und Löcher eine andere Querschnittsform haben können. Das gleiche gilt in Bezug auf zweite Hohlräume und zweite Löcher, die anschließend in Bezug auf die 11d bis 11i erläutert werden.
Beginnend bei der Struktur, die in 11e gezeigt wird, wird eine zweite Hartmaske 122 auf die obere Fläche des Substrats 110 aufgebracht. Die zweite Hartmaske 122 wird in 11f zumindest teilweise transparent gezeigt, um die darunterliegenden Strukturen nicht zu verdecken.
Es wird ein zweiter fotolithografischer Prozess ausgeführt, um zweite Ätzlöcher 124 durch die zweite Hartmaske 122 zu erzeugen, siehe 11g.
Wie in der Draufsicht (rechter unterer Teil) von 11g gezeigt, werden die zweiten Ätzlöcher 124 in der zweiten Hartmaske 122 so gebildet, dass sie zu den Kreuzungspunkten der Kämme 126 und 128 ausgerichtet sind. Mit anderen Worten wird das Feld von zweiten Ätzlöchern 124 versetzt, wenn man es mit dem Feld der ersten Löcher 120 vergleicht. Es wird ein dritter Ätzprozess durch zweite Ätzlöcher 124 ausgeführt, um zweite Hohlräume 130 im Substrat 110 zu bilden. Allgemein gesagt werden die zweiten Hohlräume 130 bis zur selben Tiefe wie die ersten Löcher 120 gebildet. Da die zweiten Hohlräume 130 durch die zweiten Ätzlöcher 124 gebildet werden, werden dieselben in einem regelmäßigen Feld an den Kreuzungspunkten der Kämme 126 und 128 gebildet. Beim dritten Ätzprozess wird die zweite Hartmaske 122 abgestreift, und man erhält die Struktur, die in 11h gezeigt wird. Der zweite Ätzprozess kann einen Plasmaätzprozess umfassen, wie zum Beispiel einen reaktiven Ionenätzprozess.
Danach wird ein vierter Ätzprozess ausgeführt, um die zweiten Hohlräume 130 zu erweitern, um zweite Löcher 140 im Substrat 110 zu erhalten. Wie aus 11e zu ersehen ist, erstrecken sich die zweiten Löcher 140 bis zur selben Tiefe wie die ersten Löcher 120. Die zweiten Löcher werden so gebildet, dass sie gegen die ersten Löcher stoßen, so dass die Mikrostrukturen 142 zwischen benachbarten ersten Löchern 120 und zweiten Löchern 140 gebildet werden. Genauer gesagt grenzen die Ecken der zweiten Löcher 140 an die Ecken der ersten Löcher 120. Es versteht sich, dass die zweiten Löcher 140 so gebildet werden können, dass sie die ersten Löcher 120 überlappen, so dass die Mikrostrukturen 142 zwischen den benachbarten ersten Löchern 120 und zweiten Löchern 140 gebildet werden. In der gezeigten Ausführungsform bleiben die quaderförmigen Mikrostrukturen 142 nach dem vierten Ätzprozess zurück. Wie der zweite Ätzprozess kann der vierte Ätzprozess ein anisotroper Ätzprozess sein, wie zum Beispiel ein sogenannter Nassflaschenätzprozess.
In der gezeigten Ausführungsform wird nach dem vierten Ätzprozess ein fünfter Ätzprozess ausgeführt, um die resultierende Form von Mikrostrukturen zu erhalten, wie in 11j gezeigt. Der untere Teil von Substrat 110 bleibt als Stütze 152. In den gezeigten Ausführungsformen haben die Mikrostrukturen 150 eine im Wesentlichen zylindrische Form. Der fünfte Ätzprozess kann ein isotroper Nassätzprozess sein. Der zweite und vierte Ätzprozess kann ein anisotroper Nassätzprozess sein.
Wie in 11j gezeigt, umfasst die resultierende Vorrichtung, die ein Feld von Mikrostrukturen 150 umfasst, die sich von einer Unterlage 152 aus erstrecken, 32 Mikrostrukturen. Die 32 Mikrostrukturen werden erhalten, indem Gebrauch von einer Doppelmusterung gemacht wird, wobei jede Musterung einen lithografischen Prozess nutzt und jeder lithografische Prozess für 16 Merkmale sorgt. Doppelmusterung, wie oben beschrieben, führt zu Mikrostrukturen, die einen Abstand haben, welcher kleiner als anderweitig möglich ist, wenn ein einzelner lithografischer Prozess verwendet wird. Dementsprechend ermöglichen die Ausführungsformen die Erzeugung eines Feldes von eng aneinander liegenden Mikrostrukturen, die sich von einer Unterlage aus erstrecken.
In den beschriebenen Ausführungsformen umfassen die Mikrostrukturen, wie zum Beispiel die biegbaren und leitfähigen Stifte, eine zylindrische Form. In anderen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen jede vorstellbare Querschnittsform umfassen, wie zum Beispiel eine ovale Querschnittsform, eine rechteckige Querschnittsform oder dergleichen, solange die jeweiligen leitfähigen Mikrostrukturen biegbar bleiben, wie oben beschrieben. In den Ausführungsformen sind die Abmessungen der biegbaren und leitfähigen Mikrostrukturen derart, dass sie durch van der Waals-Kräfte zusammengehalten werden, wenn sie in mechanischen Kontakt zueinander gebracht werden.
Dementsprechend sorgen die Ausführungsformen für mikromechanische Strukturen, die zum Definieren eines ersten Zustandes oder eines zweiten Zustandes geeignet sind, wobei die Ausführungsformen Schalter und Permanentspeichergeräte unter Verwendung solcher Strukturen bereitstellen. Die Ausführungsformen liefern Verfahren zum Einstellen oder Programmieren einer Vorrichtung, die solche Strukturen umfasst, und die Ausführungsformen liefern ein Verfahren zum Herstellen solcher Strukturen.
Obwohl einige Aspekte im Kontext einer Vorrichtung beschrieben worden sind, ist es klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wo ein Block oder Gerät einem Verfahrensschritt oder Merkmalen eines Verfahrensschritts entspricht. Analog stellen die Aspekte, welche im Kontext eines Verfahrensschritts beschrieben werden, ebenfalls eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Punktes oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich erläuternder Art. Es versteht sich, dass Modifizierungen und Variationen der Anordnung und der Details, die hierin beschrieben werden, für den Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar sind. Es besteht also die Intention, dass sie nur durch den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche und nicht durch die speziellen Details eingeschränkt werden, die zur Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsformen hierin dargestellt werden.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine plattenförmige Unterlage (10); und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken; wobei zwei benachbarte Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren ersten Zustand definieren, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage (10) sind, einander nicht berühren; und wobei die zwei benachbarten Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren zweiten Zustand definieren, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben einander berühren und aneinander befestigt sind, wobei die Vorrichtung Lesekontakte (30, 32) umfasst, welche zum Feststellen des ersten Zustandes oder des zweiten Zustandes ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lesekontakte (30, 32) so angeordnet sind, dass sie die distalen Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) von Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) berühren, die entweder den ersten Zustand oder den zweiten Zustand definieren, und so angeordnet sind, dass sie die distalen Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) von Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) nicht berühren, die den anderen Zustand aus erstem Zustand und zweitem Zustand definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei jeweilige Gruppen von x+1 Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) x-Bitzellen (70, 80, 90, 100) eines Speichergerätes bilden, die x-Bits speichern können, wobei x eine natürliche Zahl ≥ 2 ist, wobei zumindest eine Mikrostruktur der Gruppe mit zumindest zwei benachbarten Mikrostrukturen der Gruppe in den zweiten Zustand bringbar ist, und wobei ein x-Bitwert, der in einer entsprechenden Bitzelle (70, 80, 90, 100) gespeichert ist, davon abhängt, mit welcher oder welchen der benachbarten Mikrostrukturen die zumindest eine Mikrostruktur sich im zweiten Zustand befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei x zwei ist und wobei die Mikrostrukturen einer Gruppe in einer Reihe angeordnet sind oder auf Scheitelpunkten eines Dreiecks angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei x drei ist und wobei die Mikrostrukturen einer Gruppe auf den Ecken eines Quadrates angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei x vier ist und wobei die Mikrostrukturen einer Gruppe auf den Ecken eines Quadrates und in der Mitte des Quadrates angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die benachbarten Mikrostrukturen der mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die den nachweisbaren zweiten Zustand definieren, durch van der Waals-Kräfte aneinander befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) zumindest teilweise in ein Einbettungsmaterial (40) eingebettet sind, um die mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) in ihren jeweiligen Zuständen zu fixieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) in einem regelmäßigen Feld von Reihen und Spalten von Mikrostrukturen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) so angeordnet sind, dass außer für die am weitesten außen liegenden Mikrostrukturen die Abstände zwischen jeder Mikrostruktur und jedem der vier nächstgelegenen Nachbarn der Mikrostruktur im Wesentlichen identisch sind.
Permanentspeichergerät, umfassend: eine plattenförmige Unterlage (10); und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken, wobei benachbarte Mikrostrukturen der mehreren Mikrostrukturen derart biegbar sind, dass Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage (10) sind, einander berühren, wobei jeweilige Gruppen von x+1 Mikrostrukturen der mehreren Mikrostrukturen x-Bitzellen (60, 70, 80, 90, 100) des Permanentspeichers bilden, die x Bits speichern können, wobei x eine natürliche Zahl ist und wobei ein x-Bitwert, der in einer entsprechenden Bitzelle (60, 70, 80, 90, 100) gespeichert ist, davon abhängt, welche der benachbarten Mikrostrukturen der jeweiligen Gruppe einander berühren und welche der benachbarten Mikrostrukturen der entsprechenden Gruppe einander nicht berühren; und Lesekontakte, die dazu ausgelegt sind, eine Feststellung zu ermöglichen, welche der benachbarten Mikrostrukturen der jeweiligen Gruppe einander berühren, und den x-Bitwert auf dieser Basis abzuleiten.
Schalter, umfassend: eine plattenförmige Unterlage (10); und zwei biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken; wobei die zwei Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen ersten Schaltzustand definieren, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage (10) sind, einander nicht berühren; und wobei die zwei Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen zweiten Schaltzustand definieren, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben einander berühren und durch van der Waals-Kräfte aneinander befestigt sind.
Verfahren zum Einstellen einer Vorrichtung, die eine plattenförmige Unterlage (10) und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) umfasst, die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Nichtbiegen von zwei benachbarten Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) derart, dass die Endabschnitte derselben, die in Bezug auf die Unterlage (10) distal sind, einander nicht berühren, um so den ersten Zustand zu definieren; und Biegen von zwei anderen benachbarten Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) derart, dass die Endabschnitte derselben einander berühren und aneinander befestigt sind, um so den zweiten Zustand zu definieren, wobei die Vorrichtung ein Permanentspeichergerät ist und wobei das Definieren des ersten Zustandes das Speichern eines ersten Wertes umfasst, und das Definieren des zweiten Zustandes das Speichern eines zweiten Wertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jeweilige Gruppen von x+1 Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen x-Bitzellen (70, 80, 90, 100) eines Speichergerätes bilden, die x Bits speichern können, wobei x eine natürliche Zahl ≥ 2 ist, wobei zumindest eine Mikrostruktur der Gruppe mit zumindest zwei benachbarten Mikrostrukturen der Gruppe in den zweiten Zustand bringbar ist, und wobei ein x-Bitwert in einer entsprechenden Bitzelle (70, 80, 90, 100) gespeichert ist, davon abhängt, mit welcher oder welchen der benachbarten Mikrostrukturen die zumindest eine Mikrostruktur sich im zweiten Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Biegen der zwei benachbarten Mikrostrukturen aus den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) das Anlegen von Ladungen an die Mikrostrukturen umfasst, um sie zueinander zu biegen, wobei die distalen Endabschnitte derselben durch van der Waals-Kräfte aneinander befestigt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Anlegen von Ladungen das Anlegen von Ladungen unter Verwendung von Verfahren der Rastersondenmikroskopie umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, das ferner das mechanische Fixieren der mehreren Mikrostrukturen in ihren jeweiligen Zuständen durch zumindest teilweises Einbetten der Mikrostrukturen in einem Einbettungsmaterial umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung umfassend eine plattenförmige Unterlage (10) und mehrere biegbare und leitfähige Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24), die sich von einer Oberfläche der plattenförmigen Unterlage (10) aus im nicht gebogenen Zustand in der gleichen Richtung erstrecken, wobei zwei benachbarte Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren ersten Zustand definieren, wenn sie nicht gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben, die distal in Bezug auf die Unterlage (10) sind, einander nicht berühren, und wobei die zwei benachbarten Mikrostrukturen von den mehreren Mikrostrukturen (12, 14, 22, 24) einen nachweisbaren zweiten Zustand definieren, wenn sie gebogen sind, so dass die Endabschnitte (12a, 14a, 22a, 24a) derselben einander berühren und aneinander befestigt sind, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden mehrerer erster Löcher (120) in einem Substrat (110), wobei die ersten Löcher (120) in Reihen und Spalten eines regelmäßigen Feldes angeordnet sind, wobei Kämme zwischen benachbarten Reihen und Spalten des regelmäßigen Feldes stehenbleiben; und Bilden mehrerer zweiter Löcher (140) an den Kreuzungspunkten der Kämme, derart dass die zweiten Löcher (140) in Reihen und Spalten eines regelmäßigen Feldes angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Löcher (120, 140) aneinander angrenzen oder sich überlappen, so dass die Mikrostrukturen (142, 150) zwischen benachbarten der ersten Löcher (120) und benachbarten der zweiten Löcher (140) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bilden der mehreren ersten Löcher (120) einen ersten Ätzprozess umfasst, um erste Hohlräume (116) im Substrat (110) unter Verwendung einer ersten Ätzmaske (112) zu bilden, die erste Ätzöffnungen (114) umfasst, und das Ausführen eines zweiten Ätzprozesses zum Erweitern der ersten Hohlräume (116) umfasst, um die ersten Löcher (120) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bilden der mehreren zweiten Löcher (140) einen dritten Ätzprozess umfasst, um zweite Hohlräume (130) im Substrat (110) unter Verwendung einer zweiten Ätzmaske (122) zu bilden, die zweite Ätzöffnungen (124) umfasst, und das Ausführen eines vierten Ätzprozesses umfasst, um die zweiten Hohlräume (130) zu erweitern, um die zweiten Locher (140) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 20, das einen fünften Ätzprozess umfasst, um die Mikrostrukturen (150) in eine Endform zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, das einen ersten fotolithografischen Prozess zum Erzeugen der ersten Ätzmaske (112) und einen zweiten fotolithografischen Prozess zum Erzeugen der zweiten Ätzmaske (122) umfasst.