JP3560517B2 - 強誘電性記憶読み書きメモリ素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリ素子およびメモリ素子を形成するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコン・チップ上の能動素子の寸法の収縮は、フォトリソグラフィ技法によって設定された制約のために限界に近づきつつある。たとえば、干渉および回折などの放射光の波動特性は素子のサイズおよび密度を制限する可能性がある。フォトリソグラフィ技法の限界を克服するため、相当な研究が行われてきた。
【0003】
この研究は、位相シフト・リソグラフィなどの問題の矯正ならびに他の新規の手法の開発に向けられていた。付随して、この研究では、少量の電子の閉込めを使用する素子設計の開発が行われていた。このような素子設計の3通りの基本カテゴリは、量子ドット(QD)、共振トンネル素子(RTD)、単一電子トランジスタ(SET)である。量子ドットについてはR. TurtonのThe Quantum Dot(Oxford, U.K., Oxford University Press, 1995)に詳しく記載され、共振トンネル素子についてはA.C. Seabaugh他のFuture Electron Devices (FED)(J., Vol. 3, Suppl. 1, pp. 9−20, 1993)に詳しく記載され、単一電子トランジスタについてはM.A. KastnerのRev. Mod. Phys.(Vol. 64, pp. 849−858, 1992)に詳しく記載されており、そのいずれについても参照により開示内容全体が本明細書に組み込まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、少なくとも1対の分離導体を含むメモリ素子を提供するものである。導体間には強誘電物質が配置される。導体同士は、その間のトンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の他の態様は、メモリ素子を形成するための方法を提供する。この方法は、少なくとも1対の分離導体を基板上に設けることを含む。1対の導体間には強誘電物質が設けられる。1対の導体は、その間のトンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離されている。
【0006】
本発明の他の目的および利点は、当業者には以下の詳細な説明から容易に明らかになるだろうが、そこには本発明を実施するために企図された最良の形態を単に例示するために本発明の好ましい実施形態のみが示され説明される。やがて分かるだろうが、本発明は他の様々な実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は本発明から逸脱せずに様々な明白な点で変更が可能である。したがって、図面および説明は、限定的なものではなく、性質上、例示的なものと見なすべきである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明は強誘電性記憶読み書きメモリを提供するものである。一般に、本発明による記憶素子は2つの電極間の薄い強誘電層を含む。通常、強誘電層の厚さはトンネル効果を可能にするほど十分なものである。
【0008】
本発明による記憶素子では、強誘電層の電気双極子をアライメントすることにより、データを記憶することができる。双極子の異なるアライメント状態は「アップ・クローズ」または「ダウン」のいずれかであると見なすことができる。強誘電層の電気双極子を制御することによりトンネル電流を調整することができる。
【0009】
本発明による強誘電性記憶素子では、十分高い電圧を印加してしきい電界Ecより高い電界を発生することにより、データを書き込むことができる。少なくともEcと同じ大きさの電圧は、強誘電物質の内部双極子を反転することになる。双極子の異なる状態には異なる値を割り当てることができる。一方の状態には「0」という値を割り当て、もう一方の状態には「1」という値を割り当てることができる。したがって、この記憶素子は情報の記憶を可能にする。
【0010】
本発明による記憶素子の読取りは、強誘電物質で発生する電界がEc未満になるように、Ecまたはそれ以上の電界を発生するのに必要な電圧より十分低い電圧で行われる。したがって、この低電圧では、読取り中に強誘電物質の双極子が反転することはない。
【0011】
本発明のメモリ素子による記憶用の一般的な方法では、強誘電物質の誘電率が高いという特性を使用して電荷を記憶し、電界トランジスタ・タイプ構造によって記憶電荷を「読み取る」。本発明のこの態様に関する詳細については、米国特許第5487029号を参照するが、その開示内容の内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【0012】
本発明はメモリ素子を形成する方法も含む。大まかに言えば、この方法は、少なくとも1対の分離導体を設けることと、1対の導体間に強誘電物質を設けることとして記述することができる。1対の導体は、その間のトンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離されている。
【0013】
図1は本発明による強誘電性記憶読み書きメモリ素子の一例を示している。図1に示す実施形態は、高密度記憶のための本発明による方式を包括的に示している。このような線に沿っていくと、図1に示す実施形態は、本発明による単一「記憶セル」の本質的な特徴を示す。このため、図1に示す素子は、1ビットのデータ、すなわち、0か1のいずれかを記憶できる単一記憶セルである。
【0014】
本発明による記憶素子は、強誘電物質の領域3によって相互接続された図1に示す実施形態の2つの分離電極1および2として記述することができる。本発明による記憶素子の正確な構造は非常に様々なものになる可能性がある。しかし、強誘電物質内の電極は通常、その構造の一部として識別可能なものになるだろう。
【0015】
本発明による構造は誘電層に埋め込むことができる。通常、本発明による記憶素子を取り囲む誘電体は約1〜約10の誘電率を有する可能性がある。このような誘電体の例としては、1という誘電率を有する空気、7という誘電率を有する窒化珪素、約9.2〜約9.4の誘電率を有するアルミナ、3.9という誘電率を有する二酸化珪素があり、これらは誘電率の例である。誘電体が空気であってもよいということを考慮すると、基板上に本発明による記憶素子のみを形成することができ、素子の上に重なるかまたは素子の両側に隣接する物質はまったくないことは明らかである。
【0016】
図1に示す実施形態の電極1および2は、通常、本明細書では導体と呼ぶが、様々な材料で作ることができる。このような線に沿っていくと、導体または電極1および2は、通常、導電材料で作られる。たとえば、電極は金属性またはドーピング済み半導体にすることができる。この電極で使用可能な金属の例としては、アルミニウム、金、銀、銅、またはこれらの金属のうちの1つまたは複数を含む合金のうちの1つまたは複数を含む。半導体の例としては、シリコンおよびシリコンゲルマニウムを含む。
【0017】
本発明によるメモリ・セルの物理的寸法は様々になる可能性があるが、通常、電極1および2は、約1nm〜約500nmの線幅と、約100nm〜約1000nmの厚さを有する。さらに、強誘電物質は、約10nm未満の厚さを有するフィルムにすることができる。
【0018】
本発明により使用する強誘電物質3の組成は様々になる可能性がある。強誘電物質の組成に影響しうる要因の1つは、素子の所望の読取りおよび書込み電圧である。読取りおよび書込み電圧を制御する方法の1つは、強誘電物質のキュリー温度を制御することによるものである。このような線に沿っていくと、キュリー温度が高い強誘電物質は、読取りおよび書込み電圧VrおよびVwの両方を増大する可能性がある。本発明により使用可能な強誘電物質の例としては、120℃のキュリー温度Tcを有するチタン酸バリウム、490℃のキュリー温度を有するチタン酸鉛、415℃のキュリー温度を有するニオブ酸カリウム、49℃のキュリー温度を有する硫酸トリグリシン、23℃のキュリー温度を有するロッシェル塩(酒石酸カリウムナトリウム)、112℃のキュリー温度を有するニオブ酸鉛鉄がある。
【0019】
上記のように、本発明による記憶素子への書込みは、通常、強誘電物質の内部双極子を制御するための電界Ecを発生するのに十分な値を有する書込み電圧Vwを印加することを含む。強誘電物質で発生した電界は強誘電物質の電界のコースEcと少なくとも同じ大きさでなければならない。Vwの値は強誘電物質の組成によって決まる可能性がある。また、Vwの値は、強誘電物質のキュリー温度と動作温度との温度差にもよる可能性がある。
【0020】
たとえば、通常、温度差が小さければ小さいほど、書込みを行うかまたは双極子を切り替えるためのしきい電圧が低くなる。たとえば、強誘電物質がチタン酸バリウムを含む場合、室温でこの物質の双極子を反転するための典型的な電界は10000V/Cm以下である。この電界は、ここに記載する厚さの場合、約1000V/cmから約10000V/cmまで変動する可能性がある。一例によれば、強誘電物質の厚さが約100nmの場合、双極子を変転するために必要な電圧は約100mVより高くなる。
【0021】
本発明による記憶素子に書き込む場合、強誘電物質の各双極子モーメントに値を割り当てることができる。たとえば、一方の状態には値「0」を割り当て、もう一方の状態には値「1」を割り当てることができる。図3は、強誘電物質3の双極子μが図3の向きで下を指している状態を示している。この状態には値「0」を割り当てることができる。双極子モーメントを状態「1」に反転するために、図4に示すように、電極1と2の間にVwより大きい電圧に対応する上向き電界を印加することができる。
【0022】
図5に示すように、書込み電圧を印加した結果として、強電圧物質の双極子モーメントが逆転されている。この状態には値「1」を割り当てることができる。
【0023】
本発明による記憶素子の読取りは、本発明による記憶素子への書込みと同様に行うことができる。読取り方法と書込み方法との違いの1つは、メモリを読み取るために印加する電圧Vrが書込み電圧Vwより非常に小さいことである。本発明によるメモリ素子を読み取るために、2つの電極1と2の間に読取り電圧を印加し、トンネル電流を測定する。一例によれば、読取り電圧Vrは電極1では正であり、電極2では負である。この例によれば、トンネル電流Iは、所与のVrの場合、図5に示す状態1ではハイになり、図3に示す状態0ではローになる。測定したトンネル電流は、メモリ素子の2通りの状態に対応するように電子機器により電圧に変換することができる。
【0024】
上記の説明から分かるように、本発明による記憶素子の読取りと書込みは同じ回路を使用して実施することができる。これは、本発明の利点の1つである。本発明のもう1つの利点は、記憶が永続的なものになりうることである。
【0025】
通常、読取り電圧は、電圧の読取りによってメモリ素子の状態が変化しないようにするために双極子を反転するのに必要なしきい電圧よりかなり低い。たとえば、強誘電物質としてのチタン酸バリウムの場合、双極子モーメントを反転せずにメモリ素子を読み取るために、読取り電圧は約100mVより低くなる可能性がある。読取り電圧は約1mVから約100mVまで変動する可能性がある。
【0026】
双極子モーメントまたはレムナント分極は、導体間に書込み電圧またはバイアス電圧を印加することによって誘導することができる。バイアス電圧が強誘電物質の電界のコースより高い強誘電物質内の電界を発生するのに十分である場合、このバイアス電圧は書込み電圧と見なすことができる。強誘電物質のレムナント分極は、導体間のバイアス電圧を符号を変更することによって逆転、すなわち、反転することができる。
【0027】
一方、バイアス電圧が強誘電物質の電界のコースより低い電界を発生する場合、強誘電物質のレムナント分極は変更されないだろう。このバイアス電圧は、読取りバイアス電圧であると見なすことができる。この読取りバイアス電圧によって発生したトンネル電流を検出し分析すると、強誘電物質のレムナント分極と、その結果、メモリ素子の状態を判定することができる。
【0028】
換言すれば、トンネル電流を決定することにより、メモリ素子が「0」状態を有するかまたは「1」状態を有するかを判定することができる。このような線に沿っていくと、トンネル電流がハイである場合、それは約0.1mA〜約10mAの範囲の上半分に入る値を有することができる。読取りバイアス電圧、すなわち、書込みバイアス電圧の半分未満がレムナント分極に対して逆平行である場合、トンネル電流はハイになる。通常、読取りバイアス電圧は書込み電圧の約半分未満になる。
【0029】
一方、「読取り」バイアス電圧、すなわち、書込みバイアス電圧の半分未満が強誘電物質のレムナント分極に対して平行である場合、トンネル電流は「ロー」になる。このような場合、トンネル電流は約0.1mA〜約10mAの下半分に入る値を有することができる。
【0030】
読取りバイアス電圧の印加と同時に、強誘電物質に局部的に熱を加えることができる。強誘電物質の温度が高くなると、保持磁界が低下する可能性があり、そのキュリー温度のときに0または約0まで達する場合がある。一例によれば、耐光性加熱を使用して、強誘電物質に熱を局部的に加える。一例によれば、この耐光性加熱はレーザを使用して加える。温度は、室温より高く、特定の物質のキュリー温度程度までのどの温度でもよい。
【0031】
本発明は、少なくとも2つの分離導体を含む、本発明の上記の一般的な構成を取り入れた複数の構造を含む。導体は同じ平面内に配置することができる。あるいは、導体は別々の平面に配置することができる。導体が同じ平面内に配置されていない場合、1対の導体は約10nmまでの距離だけ垂直方向に分離することができる。
【0032】
導体間には強誘電物質が配置される。この強誘電物質は約10nmまでの厚さを有することができる。この強誘電物質は前述の材料のいずれかで作られた少なくとも1つの強誘電性結晶を含むことができる。強誘電物質は約23℃〜約490℃のキュリー温度を有することができる。さらにまたはあるいは、強誘電物質は、強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧が約100mVから約10000mVになるような性質を有することができる。メモリ素子を読み取るために必要なバイアス電圧は約10mV未満にすることができる。
【0033】
導体および強誘電物質は誘電体で取り囲むことができる。この誘電体は約1〜約10の誘電率を有することができる。
【0034】
図1は本発明によるメモリ素子の一般的な単純な図を示しているが、図9および図10は、図1に示すような複数の構造を含むより大きいデバイスを示している。このような線に沿っていくと、図9および図10に示す本発明の実施形態は複数の第1の平行導体5と複数の第2の平行導体9を含む。図9および図10に示す実施形態では、第2の平行導体9は第1の平行導体5に対して垂直であり、第1の平行導体5の上に重なっている。強誘電物質8は、少なくとも第1の平行導体5と第2の平行導体9との間に付着している。
【0035】
上記の説明ならびに図9および図10から分かるように、本発明は複数の第1の導体5と唯一の第2の導体9を含むことができる。あるいは、本発明は1つの第1の導体5と、第1の導体5の上に配置された複数の第2の導体9を含むことができるだろう。図9および図10に示す実施形態では、第2の組の導体9のうちの1つの導体が第1の導体5のうちの1つの導体の上に重なる各接合部が記憶セルになる。このため、導体がその間の強誘電物質にオーバラップする各位置は、図1が示すような1対の導体を表す。各記憶セルのサイズは少なくとも一部は導体の幅および間隔によって制御されるだろう。
【0036】
図9および図10に示す実施形態から明らかなように、基板上に複数の分離導体を設け、導体間に強誘電物質を設けることができる。図9および図10に示すような実施形態では、複数の導体5および複数の導体9を含むが、これらの導体グループの一方は導体を1つだけ含んでいてもよい。
【0037】
図9および図10に示すような実施形態を形成する場合、まず基板上に粘着層を設けることができる。粘着層6の上に第1の金属層を設けることができる。第1の金属層の上に第1のフォトレジスト層を設けることができる。
【0038】
フォトレジスト層を感光して所望のパターンを形成することができる。次にこのフォトレジストを現像することができる。フォトレジストの現像によって、第1の導電層の上にマスクが形成される。このフォトレジスト・マスクを使用して、第1の導電層5にエッチングすることができる。次に、現像後に残っているフォトレジストを除去または剥離することができる。
【0039】
次に、エッチングした第1の導電層の残存部分の少なくとも一部分の上に強誘電物質の層を設けることができる。その強誘電物質は、エッチングした第1の導電層の複数の部分の上に付着させることができる。また、この強誘電物質は、第1の導電層にエッチングすることによって露出した基板上に設けることもできる。第1の導電層のエッチングは、粘着層のうちフォトレジストの下に位置していない部分および第1の導電層のうちフォトレジストの下に位置する部分を除去することもできる。
【0040】
次に、強誘電物質の層および基板のうち第1の導電材料の層の残存部分間にある部分の上、ならびに第1の導電材料の層の残存部分間にある領域の上に第2の導電層を設けることができるが、これらの領域が基板の上にあるか定着剤の上にあるかは無関係である。第2の導電材料の層の上に第2のフォトレジストの層を設ける。第2のフォトレジストの層を感光して現像し、第2の導電材料の層にエッチングする。次に、第2のフォトレジストの層を剥離することができる。
【0041】
本発明の他の実施形態によれば、導体のセットのうちの少なくとも1つの導体が有機分子を含む。有機分子の一例は、図11ないし図13に示す実施形態のようにDNAである。図13は、本発明のこの態様による実施形態の一例の断面図を示している。図11は、図13に示す最終的な実施形態を形成するために追加処理を行う前の図13に示す実施形態のより広範囲の図を示している。図11に示すように、図13に示すメモリ・セルは、複数の導体10および11を含むことができる。図11ないし図13に示す実施形態では、DNA鎖または他の有機分子が1つの導体として機能する。導体11は、図1に一般的に表した1対の分離導体中のもう一方の導体として機能する。
【0042】
図1に示す本発明の実施形態では、本発明によるメモリ素子のトンネル接合部/ギャップを形成するのは、図2に示す強誘電物質および導体の一部である。図13に示す本発明の実施形態では、電極11と導電材料18との間のトンネル・ギャップ19は、ナノ粒子およびナノ粒子と導体または電極11との間の分子によってもたらされる。このような実施形態によれば、記憶セルは、DNAとゲート電極11との間のトンネル電流が強誘電性ナノ粒子の分極状態によって変調されるスイッチを含む。この実施形態が記憶するビットは静的なものである。セルの読取りおよび書込みは同じ回路によって行われる。セル・サイズは、ゲート電極の寸法によって制限される可能性がある。
【0043】
図11ないし図13に示す実施形態を図10に示す実施形態と比較すると、導体5のうちの少なくとも1つまたは導体9のうちの少なくとも1つあるいはその両方を少なくとも1つの有機分子で置き換えることができる。換言すれば、図1に示す1対の電極中の電極のうちの少なくとも一方を少なくとも1つの有機分子で置き換えることができる。その有機分子ともう一方の電極との間には依然として強誘電物質を付着させることになる。この強誘電物質は、有機分子ともう一方の電極との間に配置されるだろう。
【0044】
強誘電物質は、少なくとも1つの有機分子上に配置することができる。このような線に沿っていくと、強誘電物質は少なくとも1つの有機分子に結合するかまたはその他の方法などにより付着することができる。また、少なくとも1つの有機分子に導電材料も付着して、たとえば、図10に示す実施形態の導体9としての機能をもたらすために有機分子に導電性を導電性を付与することができる。
【0045】
少なくとも1つの有機分子は、少なくとも1つの有機分子の少なくとも1つの位置に付着された少なくとも1つのオリゴマーを含むことができる。この少なくとも1つのオリゴマーは、少なくとも1つの有機分子の少なくとも一部分に付着されたオリゴマーの単層に含めることができる。
【0046】
少なくとも1つの有機分子がDNA分子である場合、DNA分子は一本鎖または二本鎖にすることができる。図11ないし図13に示す実施形態は二本鎖DNA分子を含む。一例によれば、このDNAはλ−DNAである。しかし、本発明によれば、任意の配列の塩基を有するどのようなDNA分子でも使用することができる。換言すれば、DNAは主観的に選択することができる。
【0047】
少なくとも1つのDNA分子は少なくとも1つのRループを含むことができる。通常、少なくとも1つのRループは、少なくとも1つのDNA分子がその上に配置されている導体11などの導体のうちの少なくとも1つの上に形成される。
【0048】
上記のように、本発明による構造に含めることができるDNA分子はRループを含むことができる。Rループの説明については、AsaiおよびKogomaによるD−Loops and R−Loops: Alternative Mechanisms for the Initiation of ChromosomeReplication in Escherichia coli(JOURNAL OF BACTERIOLOGY, Apr. 1994 pp.1807−1812)、Landgraf他によるR−loop stability as a function of RNA structure and size(NUCLEIC ACIDS RESEARCH, 1995, Vol 23, No. 7, pp. 3516−3523)、Landgraf他によるDouble stranded scission of DNA directed through sequence−specific R−loop formation(NUCLEIC ACIDS RESEARCH, 1995, Vol 23,No. 7, pp. 3524−3530)、MasaiおよびAraiによるMechanisms of primer RNA synthesis and D−loop/R−loop dependent DNA replication in Escherichia coli(BIOCHEMIE (1996) 78, pp. 1109−1117)に記載されているが、そのいずれについても参照により内容全体が本明細書に組み込まれる。
【0049】
以下に詳述するように、Rループは、DNA分子にナノ粒子(複数も可)を付着するための部位を提供するように機能することができる。各Rループは、Rループ内のDNAの一部分に結合された少なくとも1つのナノ粒子を含むことができる。複数のRループを含むことに加え、各Rループ内のDNA分子の一部分には複数のナノ粒子を付着することができるだろう。Rループにナノ粒子(複数も可)を付着するためのステップについては以下に詳述する。
【0050】
このRループは、上記で参照した科学文献の論文に開示されているようなRループを形成するための既知の技法により形成することができる。Rループの形成では、DNA分子の少なくとも一部分に対して補足的な配列を有する少なくとも1つのRNA分子を使用することができる。上記のように、DNA分子は複数のRループを含むことができる。したがって、複数のRNA分子を使用してDNA分子内のRループを形成することができる。各RNA分子は、DNA分子の異なる配列に対して補足的な配列を有することができる。
【0051】
Rループ(複数も可)が生成される場所を制御するためにRNA分子の配列を制御することができる。たとえば、DNA分子が1つのRループを含み、そのRループがDNA分子内の中心に配置される場合、RNA分子は、Rループを形成したときにRNA分子がDNA分子の両端から等距離で実質的にDNA分子上の中心になるように、DNA分子の配列に対して補足的な配列を有することができる。DNA分子は、所望の位置(複数も可)に所望の数のRループを形成できるような配列であればどのような配列でも有することができる。
【0052】
Rループ(複数も可)を形成する際に使用可能なRNA分子の配列は、DNA分子の下に位置することができる電極に対するDNA分子の位置決めに応じて様々になる可能性がある。このような線に沿っていくと、RNA分子は、Rループが下にある電極の上に位置決めされるような配列を有することができる。本発明が複数のRループを含み、それぞれのRループが1つの電極の上に重なる場合、Rループを形成する際に使用するRNA分子は、図11ないし図13に示す実施形態の電極11など下にある電極の上にRループが位置決めされるような配列を有することができる。
【0053】
Rループの長さは、実施形態に応じて様々になる可能性がある。一例によれば、Rループの長さ、すなわち、少なくとも1つのRループが占めるDNA分子上のヌクレオチド塩基の数は、Rループが形成されるDNA分子の下に配置された導体または電極11の幅によって決まる可能性がある。一例によれば、Rループを形成するRNA15は約10〜約1500個の塩基分の長さになる可能性がある。これは約3〜約500nmの長さに対応する。通常、RNAを形成するRループは、約10〜約100nmの長さに対応する約30〜約300個の塩基分の長さを有する。
【0054】
Rループ内のDNA分子には強誘電物質を付着することができる。このような実施形態によれば、強誘電物質は通常、DNA分子のうち、RNA15を形成するRループに結合されていない部分に付着される。
【0055】
少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドには少なくとも1つの化学成分を付着することができる。この少なくとも1つの化学成分は強誘電物質を含むことができる。少なくとも1つの化学成分は、少なくとも1つの水素結合または少なくとも1つの共有結合あるいはその両方によってRループ内のDNA分子に付着することができる。
【0056】
有機分子に付着された少なくとも1つの化学成分の性質は実施形態によって様々になる可能性がある。一実施形態によれば、少なくとも1つの化学成分は少なくとも1つのヌクレオチドを含む。実施形態によっては、少なくとも1つの化学成分が複数の化学成分を含むことができる。その成分のうちの少なくとも1つは通常、少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である。また、実施形態によっては、少なくとも1つの化学成分は、少なくとも1つの酸性基と少なくとも1つのアルコール性基とを含む。
【0057】
少なくとも1つの化学成分は、さらにまたはあるいは、Rグループ内の少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着することができる。少なくとも1つの化学成分は、Rループ内のDNA分子上の2つのヌクレオチドに結合された2つのヌクレオチドを含むことができる。化学成分に含まれるこの2つの分子としては、グアニンとシトシンまたはチミンとアデニンがある。
【0058】
上記のように、この化学成分はナノ粒子を含むことができる。このナノ粒子は強誘電物質を含むことができる。ナノ粒子は約10nm未満の最大幅を有することができる。
【0059】
少なくとも1つの化学成分は少なくとも1つのナノ粒子を含むことができる。ナノ粒子と有機構造との結合を促進するために、ナノ粒子は、ナノ粒子に付着された1つまたは複数の原子または化学基を含むことができる。1つまたは複数のこのような原子または基を付着することにより、ナノ粒子を「官能化する」ことができる。
【0060】
有機構造がDNA分子を含む場合、少なくとも1つのヌクレオチドをナノ粒子に付着することができる。ナノ粒子に付着されれる少なくとも1つのヌクレオチドは通常、RループのうちRNA分子に付着されていない部分上のDNA分子のRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに対して補足的なものである。したがって、ナノ粒子に付着されるヌクレオチドはDNA分子の配列によって決まり、ナノ粒子がDNA分子に付着することが望ましい。ナノ粒子ならびにDNA分子へのナノ粒子の付着については上記で詳述している。
【0061】
ナノ粒子は、Rループ内のどこかにあるDNA分子の一部分に付着することができる。一実施形態によれば、ナノ粒子は、Rループ内に位置する部分の中心付近でDNAに付着する。したがって、Rループの位置はRループの位置によって決まる可能性がある。たとえば、ナノ粒子は、DNA分子がDNA分子の実質的に中心に1つのRループを含む場合、DNA分子の両端間の途中のDNA分子に付着することができる。
【0062】
本発明が図11ないし図13に示す実施形態のように有機分子を含むか、図9および図10に示す実施形態のように典型的なリソグラフィで画定した導体を含むかにかかわらず、本発明は通常、基板上に形成される。その上に本発明を形成可能な基板の例としては、ガラスまたはセラミックあるいはその両方がある。このような材料の例としては、石英、アルミナ、パイレックス(PYREX)などがある。
【0063】
また、本発明が図11ないし図13に示す実施形態のようにDNA分子を含むか、図9および図10に示す実施形態のように典型的なリソグラフィで画定した導体を含むかにかかわらず、本発明は導体と基板の間に配置された粘着層を含むことができる。図9は粘着層の一例を示している。導体と基板の間の粘着層は少なくとも1つの導電材料を含むことができる。たとえば、粘着層はクロムまたはチタンあるいはその両方を含むことができる。また、粘着層は、第2の導体9が第1の導体5の上に配置されるのではなく基板に隣接するような、第2の導体9と基板との間に配置することもできる。図11ないし図13に示す実施形態では、導体11の上にDNA分子を配置する前に、導体11の表面上に定着剤14を設けることができる。
【0064】
本発明によるメモリ素子の導体は、図9および図10に示す導体5および9などの導体であるか、図11ないし図13に示すような導体10および11ならびに有機分子ベースの導体であるかにかかわらず、約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに分離することができる。さらに、それぞれのタイプの導体は約50nm〜約5000nmの幅を有することができる。
【0065】
さらに、各タイプの導体は互いに平行にすることができる。たとえば、導体5のすべてが互いに平行になるかまたは導体9のすべてが互いに平行になる可能性がある。また、あるタイプの導体を互いに等距離に配置することもできる。あるいは、あるタイプの導体のすべてが同じタイプの他の導体から同じ距離になくてもよい。
【0066】
有機分子あるいは有機構造は、図11に示す実施形態の電極10など、基板の表面上の電極に接続することができる。この電極については上記で詳述している。この接続は様々な方法で行うことができる。たとえば、この接続は、電極上に有機構造を付着可能な部位を設けることによって実施することができる。
【0067】
この付着部位は様々な構造によって設けることができる。たとえば、1つまたは複数の電極上に1つまたは複数の原子または分子を設けることができる。一例によれば、電極のうちの少なくとも1つの上に少なくとも1つの有機分子を設ける。この有機分子は電極(複数も可)の表面に結合できるだろう。
【0068】
有機構造が電極10間に延びるDNA分子を含むような一例によれば、少なくとも1つのDNA分子またはRNA分子あるいはその両方を図11に示す電極10に付着することができる。有機構造がDNAを含む場合、通常、DNAは電極10上に設けられる。DNAは様々な方法で電極上に設けることができる。
【0069】
一例によれば、DNAは、電極へのその接続を促進するような原子または分子に結合される。たとえば、DNAは硫黄を末端基とすることが可能である。硫黄を末端基とする両端は金製電極の表面に付着することができる。S−を末端基とする化合物が金の表面に付着することは周知のことである。
【0070】
電極10間に延びるDNA分子は、電極上のDNAまたはRNAあるいはその両方に結合することができる。たとえば、2つの電極間に延びるDNA分子と、上記の例のように電極に付着したDNA分子(複数も可)はどちらも一本鎖部分を有することができるだろう。電極間に延びるDNA分子上および電極に付着したDNA分子(複数も可)上の一本鎖部分は、相互の結合を促進するために補足的な端部を有することができる。
【0071】
一実施形態によれば、電極に付着するDNAは一本鎖で硫黄を末端基とするDNAである。電極に結合されるDNAまたはRNAが一本鎖であるか二本鎖であるかにかかわらず、DNAまたはRNAあるいはその両方は約30〜約30000個の塩基を含むことができる。しかし、このDNAは約10000個の塩基対と同じ長さにすることができ、RNA分子は約40個の塩基を含むことができるだろう。
【0072】
さらに、電極に結合されるDNAまたはRNA分子が一本鎖であるか二本鎖であるかにかかわらず、一方の電極10に付着されるDNAまたはRNAあるいはその両方の分子は、電極10のうちのもう一方の電極に付着されたDNAまたはRNAあるいはその両方の分子とは異なる配列の塩基を有することができる。あるいは、DNAまたはRNAあるいはその両方の分子のうち電極間に延びる部分は、DNAまたはRNAあるいはその両方の分子全体とは異なる配列を有することができる。
【0073】
DNA分子が電極に付着され、電極10間から延びるDNA分子に結合するための塩基の配列をDNA分子が含むような一実施形態によれば、電極間に延びるDNA分子は、電極に付着したDNAに対して補足的な塩基の配列を有する「接着末端」を有することができる。
【0074】
図14は、電極10間に延びるDNA分子21の一実施形態を示している。図14は、本発明のこの態様を理解しやすくするために電極10間の1つの電極11のみを示している。DNA分子21は線形構成として示されている。DNA分子の両端には接着末端23および25が設けられている。
【0075】
電極10に付着すべきDNA分子を構築するかまたはその他の方法で入手した後、そのDNA分子を電極に付着することができる。DNA分子を加えるべき溶液を形成することができる。まず、塩の水溶液を形成する。塩の一例は塩化ナトリウムである。次に、異なる分子が各電極10に付着される各DNA分子を溶液に加えることができる。
【0076】
複数の溶液の形成後、一方の溶液のある量43を一方の電極10上に置き、もう一方の溶液のある量45をもう一方の電極10上に置くことができる。どちらの溶液をどちらの電極上に置くかは、電極間に延びるDNA分子を配向することがどの程度望ましいかによって決まる可能性がある。各電極に付着される溶液の量は、溶液中のDNA、RNA、その他の分子の濃度によって決まる可能性がある。
【0077】
上記の要因を決定する場合、結果として得られる最終構造は重要である。すなわち、電極10間の1つのDNAブリッジが形成されなければならない。体積濃度は二次的なものである。流動溶液も使用することができるだろう。
【0078】
電極上に所望の分子を付着するために電極に溶液を塗布した後、溶液を除去することができる。通常、溶液は、電極に付着すべき数の分子が2つの電極間の有機構造の付着を促進できるように十分な時間の間、電極上に残存していることができる。通常、溶液は、約10分〜約20分の時間の間、残存する。
【0079】
溶液の除去は、いくつかの方法で行うことができる。たとえば、溶液を洗い落とすことができる。たとえば、水を使用して溶液を洗い落とすことができるだろう。通常、溶液は、−S−Au結合に付着する成分を含まない液体によって洗い落とされる。あるいは、熱を加えてまたは熱を加えずに溶液を乾燥させることもできるだろう。一例によれば、エア・ガンを使用できるだろう。
【0080】
図16は、溶液が除去された後の電極10を示している。分子47および49は電極に付着したままになる。
【0081】
電極に固着分子を付着した後、電極10間に延びる構造を図16に示すような構造に付着することができる。有機構造がDNAを含む場合、DNAは、電極の上にある基板に付着し、電極間の間隔をあけることができる。有機構造は溶液内で付着することができるだろう。電極間のDNAブリッジを作成するための方法の1つは、Braun他によるDNA−templated assembly and electrode attachment of a conducting silver wire(Nature, Vol. 391, pp. 775−777, February 19, 1998)に開示されているが、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【0082】
電極間に延びるDNA分子(複数も可)を基板および電極に付着した後、このDNA分子は、電極に付着された固着分子などの有機構造に結合することができる。前述のDNAなどの固着分子および電極に対するDNA分子の所望の配向を促進するため、電極間に延びるDNAは、それらをアライメントする傾向がある条件にさらすことができる。この条件としては、DNA分子をE電界または流れ場にさらすことを含むことができるだろう。E電界を使用する場合、それは約104ないし約106V/cmになる可能性がある。一方、流れ場を使用する場合、Vは約1ないし約100cm/秒になる可能性がある。
【0083】
特定の方法でアライメントするようにDNAに奨励すると、DNA分子のうちの少なくとも1つが電極間に延びることを保証するのに役に立つ。通常、「DNAブリッジ」だけが電極間に形成される。さらに、通常、図17でDNAブリッジが示されている領域の外側に延びるDNAブリッジはまったくないだろう。
【0084】
DNAブリッジ(複数も可)の形成を促進するため、蛍光染料を使用してDNAにタグを付けることができる。実験は顕微鏡下で行われる。1つのブリッジが形成されると、直ちにDNAを含む溶液を電極のそのエリアからパージすることができる。
【0085】
導体11の上にある図11ないし図13に示すDNA分子など有機分子の不動化は、DNA分子と導体との間に定着剤を配置することによって実施することができる。この定着剤は、導体上で不動化するようにDNA分子に奨励するものであればどのような物質でもよい。一例によれば、この定着剤は、一方の端部に硫黄原子を含み、もう一方の端部にOH基を含む分子である。硫黄原子は、導体11に接触し、これに結合することができる。一方、OH基はDNA分子の一部分に接触することができる。硫黄分子と定着剤を含むことは、導体/電極11が金または金含有合金を含む場合に特に有用である。
【0086】
DNA分子(複数も可)を電極に結合した後、電極間の「ブリッジ」を形成する各DNA分子内に少なくとも1つのRループを形成することができる。通常、Rループは、電極10間のDNA分子のうち、前述の電極(複数も可)11などの他の電極の上に配置された領域内に形成される。Rループの形成については上記でも説明している。図11は電極10間に延びるDNA分子13を示し、DNA分子は各電極11の上にあるDNA分子の領域内にRループ20を含んでいる。
【0087】
Rループ(複数も可)を形成した後、少なくとも1つのナノ粒子をDNA分子に結合することができる。少なくとも1つのナノ粒子は、DNA分子のうち、各Rループ内に位置し、RNA分子に付着していない部分に結合することができる。このナノ粒子のDNA分子への付着を実施するため、ナノ粒子の懸濁液を形成することができる。この懸濁液は、前述のように改質した表面を備えたナノ粒子を含むことができる。ナノ粒子は、約0.1%〜約10%の濃度で水中に懸濁することができる。
【0088】
溶液の形成後、それはRループの上にある領域内に分配することができる。次に、ナノ粒子に付着した定着剤17はRループ内のDNAに結合することができる。通常、約1〜約10000個のヌクレオチドがナノ粒子に付着し、DNA分子へのナノ粒子の接着を促進する。ナノ粒子に付着したヌクレオチド(複数も可)は、上記に詳述したようにRループ内の1つまたは複数のヌクレオチドに対して補足的なものになる可能性がある。
【0089】
ナノ粒子上のヌクレオチドがDNA分子に結合する場合、ナノ粒子上のヌクレオチドはDNA分子(複数も可)のヌクレオチドに水素結合することができる。
【0090】
電極10間に延びるDNA分子にナノ粒子(複数も可)を付着した後、DNA分子上に導電材料を設けることができる。この導電材料はどのような導電材料も含むことができる。一例によれば、銀はこの有機構造を備えた塩を形成することができる。また、金属銀も有機構造上に設けることができる。
【0091】
図13は、DNA分子が導体/電極11に付着されるRループを含むDNA分子の一部分を除くDNA分子の両側に導電材料18が配置されている本発明の一例を示している。DNA分子上の導電材料は、DNA分子の燐酸基に結合された銀イオンを含むことができる。あるいはまたはさらに、導電材料はDNA分子に結合された金属銀を含むことができる。電極10間に延びるDNA分子上に銀を付着すると、銀イオンの方が密度が低いために、Rループ上では銀の重大なシーディングまたは付着はいっさい行われない可能性がある。
【0092】
Ag+イオンは、DNA主鎖内に燐酸イオンを備えた塩を形成する。この二重螺旋では、燐酸イオンのO−は二重螺旋の周りに均等に分配される。しかし、密度はRループを形成する鎖中の方が約50%低い。また、熱振動のため、AgイオンがRループ上のAgに還元されるので、それは高密度領域、すなわち、二重螺旋領域に移動することになる。
【0093】
有機構造上の導電材料は有機構造上の導体をもたらす。有機構造がDNA、DNA内のRループ、およびRループ内のDNA分子に付着したナノ粒子を含む場合、有機構造上の導電材料はDNA分子上のRループの2つの側面に導体を設けることができる。
【0094】
銀イオンを含む溶液中にこの有機構造を浸すことにより、導電コーティングを有機構造に塗布することができる。溶液中の銀イオンは、この有機構造を備えた銀塩を形成することができる。有機構造がDNAを含む場合、銀はDNA分子の燐酸基を備えた塩を形成することができる。塩の形成後、塩中の銀は、還元剤によって金属銀に還元することができる。使用可能な還元剤の例としては、ヒドロキノン/OH−とそれに続くヒドロキノン/OH+がある。
【0095】
図9および図10に示す実施形態の強誘電物質の付着は、レーザ後付着(PLD)によって実施することができる。レーザ後付着とは、各要素の様々な化学成分の層ごとの付着を実行できる方法である。レーザ後付着の化学量論は、各要素の目標から較正量の物質を切除することによって制御することができる。図6ないし図9に示す方法は本発明による構造を形成するための方法の1つであるが、代替方法では、フォトレジストが金属線を直接付着するためのマスクとして機能する、標準的な「リフトオフ」方法を使用することができる。リフトオフでは、より高い解像度を達成することができる。しかし、リフトオフ方法を使用すると、図6ないし図9に示す標準的なフォトリソグラフィ方法より複雑になる可能性がある。
【0096】
本発明の上記の説明は本発明を例示し説明するものである。さらに、この開示では、本発明の好ましい実施形態のみを示し説明しているが、前述のように、本発明は様々な他の組合せ、変更形態、および環境で使用することができ、ここに記載した本発明の概念の範囲内で変更または修正することができ、上記の教示および/または関連技術分野の技能または知識と釣り合っていることを理解されたい。上記の実施形態は、本発明を実施するための既知の最良の態様を説明し、他の当業者が本発明の特定の応用例または使用法が必要とする様々な変更形態とともにこのような実施形態または他の実施形態で本発明を使用できるようにすることをさらに意図するものである。したがって、この説明は、ここに開示した形式に本発明を限定するためのものではない。また、特許請求の範囲は代替実施形態を含むものと解釈することが意図されている。
【0097】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0098】
(1)少なくとも1対の分離導体と、
前記1対の導体間の強誘電物質とを含み、前記1対の導体がその間のトンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離される、メモリ素子。
(2)前記1対の導体のそれぞれが、Al、Au、Ag、Cu、およびその合金からなるグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属電極である、上記(1)に記載のメモリ素子。
(3)前記1対の導体が約1nm〜約100nmの距離だけ水平方向に分離される、上記(1)に記載のメモリ素子。
(4)前記1対の導体が約3nm〜約30nmの距離だけ水平方向に分離される、上記(1)に記載のメモリ素子。
(5)前記1対の導体が同じ平面内に配置される、上記(1)に記載のメモリ素子。
(6)前記1対の導体が約10nmまでの距離だけ垂直方向に分離される、上記(1)に記載のメモリ素子。
(7)前記強誘電物質が前記1対の導体間の少なくとも1つの強誘電性結晶を含む、上記(1)に記載のメモリ素子。
(8)前記強誘電物質が、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、硫酸トリグリシン、ロッシェル塩、ニオブ酸鉛鉄からなるグループから選択される少なくとも1つの物質を含む、上記(1)に記載のメモリ素子。
(9)前記強誘電物質が約23℃〜約490℃のキュリー温度を有する、上記(1)に記載のメモリ素子。
(10)前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧が約100mV〜約10000mVである、上記(1)に記載のメモリ素子。
(11)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧より小さい、上記(1)に記載のメモリ素子。
(12)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧の約半分より小さい、上記(1)に記載のメモリ素子。
(13)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、約10mVより小さい、上記(1)に記載のメモリ素子。
(14)前記1対の導体および前記強誘電物質を取り囲み、約1〜約10の誘電率を有する誘電体をさらに含む、上記(1)に記載のメモリ素子。
(15)前記誘電体が、空気、Si3N4、アルミナ、SiO2からなるグループから選択される少なくとも1つの物質を含む、上記(14)に記載のメモリ素子。
(16)前記強誘電物質が約10nm未満の厚さを有する、上記(1)に記載のメモリ素子。
(17)前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質にレムナント分極を誘導することができ、前記バイアス電圧が前記強誘電物質の保持磁界より高い電界を発生するのに十分なものである、上記(1)に記載のメモリ素子。
(18)前記バイアス電圧の印加中に加える局部加熱によりレムナント分極を誘導することもできる、上記(1)に記載のメモリ素子。
(19)前記導体間の前記バイアス電圧の符号を変更することによって前記レムナント分極を逆転することができる、上記(17)に記載のメモリ素子。
(20)前記レムナント分極を逆転する電圧が書込みバイアス電圧を表す、上記(17)に記載のメモリ素子。
(21)前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質に誘導されたレムナント分極に対して逆平行である場合に、前記トンネル電流がハイになる、上記(11)に記載のメモリ素子。
(22)前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質に誘導されたレムナント分極に対して平行である場合に、前記トンネル電流がローになる、上記(11)に記載のメモリ素子。
(23)前記1対の導体間に延び、前記強誘電物質がそれに付着された少なくとも1つの有機分子をさらに含む、上記(1)に記載のメモリ素子。
(24)前記有機分子が少なくとも1つのDNA分子を含む、上記(23)に記載のメモリ素子。
(25)前記有機分子が、前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つの位置に付着された少なくとも1つのオリゴマーを含む、上記(24)に記載のメモリ素子。
(26)前記有機分子が、前記少なくとも1つのDNA分子の少なくとも一部分に付着されたオリゴマーの単層をさらに含む、上記(24)に記載のメモリ素子。
(27)前記少なくとも1つのDNA分子が二本鎖のものであり、少なくとも1つのRループを含み、前記メモリ素子が、
前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの化学成分であって、前記強誘電物質を含む少なくとも1つの化学成分をさらに含む、上記(23)に記載のメモリ素子。
(28)前記少なくとも1つの化学成分が、前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、上記(27)に記載のメモリ素子。
(29)前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの水素結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(27)に記載のメモリ素子。
(30)前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの共有結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(28)に記載のメモリ素子。
(31)前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの水素結合または少なくとも1つの共有結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(27)に記載のメモリ素子。
(32)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、上記(27)に記載のメモリ素子。
(33)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、上記(27)に記載のメモリ素子。
(34)前記成分のうちの少なくとも一方が前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、上記(33)に記載のメモリ素子。
(35)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、上記(27)に記載のメモリ素子。
(36)前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、上記(27)に記載のメモリ素子。
(37)前記少なくとも1つの化学成分が2つのヌクレオチドを含む、上記(32)に記載のメモリ素子。
(38)前記少なくとも1つの化学成分がグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、上記(32)に記載のメモリ素子。
(39)前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つのナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が前記強誘電物質を提供する、上記(27)に記載のメモリ素子。
(40)前記少なくとも1つのナノ粒子が約10nm未満の最大幅を有する、上記(39)に記載のメモリ素子。
(41)前記DNAがλ−DNAである、上記(27)に記載のメモリ素子。
(42)前記Rループを形成するRNAが約10〜約1500個の塩基分の長さを有する、上記(27)に記載のメモリ素子。
(43)前記Rループを形成するRNAが約30〜約300個の塩基分の長さを有する、上記(27)に記載のメモリ素子。
(44)前記Rループを形成するRNAが約3nm〜約500nmの長さを有する、上記(27)に記載のメモリ素子。
(45)前記Rループを形成するRNAが約10nm〜約100nmの長さを有する、上記(27)に記載のメモリ素子。
(46)基板上で第1の方向に延びる複数の第1の平行導体をさらに含む、上記(1)に記載のメモリ素子。
(47)前記第1の平行導体に対して垂直な第2の方向に前記基板および前記第1の平行導体上で延び、前記第1の平行導体にオーバラップする複数の第2の平行導体をさらに含み、前記強誘電物質が前記第1の平行導体と前記第2の平行導体との間に配置される、上記(1)に記載のメモリ素子。
(48)前記第1の平行導体と前記第2の平行導体が前記基板にオーバラップする場合に前記基板と前記第1の平行導体および前記第2の平行導体との間にある粘着層をさらに含む、上記(47)に記載のメモリ素子。
(49)前記粘着層が、CrとTiからなるグループから選択される少なくとも1つの金属を含む、上記(47)に記載のメモリ素子。
(50)前記基板がガラスまたはセラミックである、上記(47)に記載のメモリ素子。
(51)前記第1の平行導体および前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの幅を有する、上記(47)に記載のメモリ素子。
(52)前記第1の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに分離され、前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに分離される、上記(47)に記載のメモリ素子。
(53)前記第1の平行導体が互いに等距離にある、上記(46)に記載のメモリ素子。
(54)前記第2の平行導体が互いに等距離にある、上記(47)に記載のメモリ素子。
(55)複数の第1の導体を横切って延び、前記複数の第1の導体上にRループを含む二本鎖DNA分子と、
複数のRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの化学成分とをさらに含む、上記(46)に記載のメモリ素子。
(56)前記化学成分が前記Rループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、上記(55)に記載のメモリ素子。
(57)前記化学成分が、水素結合と共有結合からなるグループから選択される少なくとも1つの結合によって前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(55)に記載のメモリ素子。
(58)前記化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(59)前記化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(60)前記成分のうちの少なくとも一方が前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、上記(59)に記載のメモリ素子。
(61)前記化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、上記(59)に記載のメモリ素子。
(62)前記化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、上記(55)に記載のメモリ素子。
(63)前記化学成分のそれぞれが2つのヌクレオチドを含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(64)前記化学成分のそれぞれがグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(65)前記化学成分が、前記Rループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つのナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が前記強誘電物質を提供する、上記(55)に記載のメモリ素子。
(66)前記少なくとも1つのナノ粒子が約10nm未満の最大幅を有する、上記(65)に記載のメモリ素子。
(67)前記DNAがλ−DNAである、上記(55)に記載のメモリ素子。
(68)前記Rループを形成するRNAが約10〜約1500個の塩基分の長さを有する、上記(55)に記載のメモリ素子。
(69)前記Rループを形成するRNAが約30〜約300個の塩基分の長さを有する、上記(55)に記載のメモリ素子。
(70)前記Rループを形成するRNAが約3nm〜約500nmの長さを有する、上記(55)に記載のメモリ素子。
(71)前記Rループを形成するRNAが約10nm〜約100nmの長さを有する、上記(55)に記載のメモリ素子。
(72)前記DNA分子が前記導体のうちの2つに固定された端部を含み、
前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合された有機分子をさらに含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(73)前記DNA分子が、前記固定導体に固定された接着末端を含む、上記(72)に記載のメモリ素子。
(74)前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記有機分子がDNAである、上記(73)に記載のメモリ素子。
(75)前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記DNA分子が硫黄を末端基とし、一本鎖のものである、上記(74)に記載のメモリ素子。
(76)前記固定導体のうちの第1の導体に結合される前記DNA分子が、前記導体のうちの第2の導体に結合される前記DNA分子とは異なる配列を有する、上記(74)に記載のメモリ素子。
(77)前記固定導体に結合される前記DNA分子が約5〜約20の塩基対を含む、上記(74)に記載のメモリ素子。
(78)前記固定導体間に延びる前記DNA分子が、前記固定導体の表面に結合される前記DNA分子と交雑する接着末端を含む、上記(74)に記載のメモリ素子。
(79)前記Rループと前記導体との間に配置される定着剤をさらに含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(80)前記定着剤が、第1の端部で前記導体と接触するための硫黄原子と、第2の端部で前記DNA分子と接触するためのOH基とを含む分子である、上記(79)に記載のメモリ素子。
(81)前記固定導体が金または金含有合金で作られる、上記(72)に記載のメモリ素子。
(82)第1の電極と第2の電極との間に延びる前記有機分子上の導電材料をさらに含む、上記(23)に記載のメモリ素子。
(83)前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、上記(24)に記載のメモリ素子。
(84)前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、上記(27)に記載のメモリ素子。
(85)前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、上記(84)に記載のメモリ素子。
(86)前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、上記(84)に記載のメモリ素子。
(87)前記ナノ粒子を前記DNA分子に結合するために前記ナノ粒子に付着された少なくとも1つの化学成分であって、前記定着剤と前記ナノ粒子を前記DNAに付着するための少なくとも1つの化学成分がトンネル・ギャップを形成する少なくとも1つの化学成分をさらに含む、上記(79)に記載のメモリ素子。
(88)前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、上記(55)に記載のメモリ素子。
(89)前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、上記(88)に記載のメモリ素子。
(90)前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、上記(88)に記載のメモリ素子。
(91)前記第1の平行導体が互いに等距離にある、上記(55)に記載のメモリ素子。
(92)前記DNA分子が前記第1の平行導体に対して垂直である、上記(55)に記載のメモリ素子。
(93)メモリ素子を形成するための方法であって、
少なくとも1対の分離導体を基板上に設けるステップと、
前記1対の導体間に強誘電物質を設けるステップであって、前記1対の導体がその間のトンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離されるステップとを含む方法。
(94)複数の分離導体を前記基板上に設けるステップと、
前記分離導体間に強誘電物質を設けるステップとをさらに含む、上記(93)に記載の方法。
(95)前記複数の分離導体が、複数の第1の平行導体と、前記第1の平行導体に対して垂直な複数の第2の平行導体とを含む、上記(94)に記載の方法。
(96)前記第2の導体の一部分が前記第1の導体の一部分にオーバラップする、上記(95)に記載の方法。
(97)前記第1の導体が前記第2の導体にオーバラップする領域内に前記強誘電物質が付着される、上記(96)に記載の方法。
(98)前記方法が、
基板上に粘着層を設けるステップと、
前記粘着層上に第1の金属層を設けるステップと、
前記第1の金属層上に第1のフォトレジストの層を形成するステップと、
前記第1のフォトレジスト層を露光するステップと、
前記第1のフォトレジスト層を現像するステップと、
前記第1の金属層と前記粘着層にエッチングして、前記第1の平行導体を形成するステップと、
前記第1のフォトレジスト層を剥離するステップと、
前記第1の金属層および前記粘着層のエッチングによって露出した前記エッチング済みの第1の金属層と前記基板の残存部分上に強誘電物質の層を設けるステップと、
前記強誘電物質の層上に第2の金属層を設けるステップと、
第2のフォトレジストの層を設けるステップと、
前記第2のフォトレジスト層を露光するステップと、
前記第2のフォトレジスト層を現像するステップと、
前記第2の金属層にエッチングするステップと、
前記第2のフォトレジスト層を剥離するステップとにより前記導体を設けることを含む、上記(95)に記載の方法。
(99)第1の導体同士が等距離で分離される、上記(95)に記載の方法。
(100)第2の導体同士が等距離で分離される、上記(95)に記載の方法。
(101)前記基板がガラスまたはセラミックである、上記(95)に記載の方法。
(102)前記粘着層がCrまたはTiである、上記(98)に記載の方法。
(103)前記導体が、Cu、Ag、Al、Au、およびその合金からなるグループから選択される少なくとも1つの金属から作られる、上記(93)に記載の方法。
(104)前記第1の平行導体と前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの幅に形成される、上記(95)に記載の方法。
(105)前記第1の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに離れて形成され、前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに離れて形成される、上記(95)に記載の方法。
(106)前記導体が約1nm〜約100nmの距離だけ水平方向に離れて形成される、上記(93)に記載の方法。
(107)前記導体が約3nm〜約30nmの距離だけ水平方向に離れて形成される、上記(93)に記載の方法。
(108)前記導体が1つの平面内に形成される、上記(93)に記載の方法。
(109)前記導体が約0nm〜約10nmの距離だけ垂直方向に離れて形成される、上記(93)に記載の方法。
(110)前記強誘電物質を設けるステップが、前記1対の導体間に少なくとも1つの強誘電性結晶を設けるステップを含む、上記(93)に記載の方法。
(111)前記強誘電物質を設けるステップが、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、硫酸トリグリシン、ロッシェル塩、ニオブ酸鉛鉄からなるグループから選択される少なくとも1つの物質を設けるステップを含む、上記(93)に記載の方法。
(112)前記強誘電物質が約23℃〜約490℃のキュリー温度を有する、上記(93)に記載の方法。
(113)前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧が約100mV〜約10000mVである、上記(93)に記載の方法。
(114)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧より小さい、上記(93)に記載の方法。
(115)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電物質の双極子を切り替えるために必要な電圧の約半分より小さい、上記(93)に記載の方法。
(116)前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、約10mVより小さい、上記(93)に記載の方法。
(117)前記1対の導体および前記強誘電物質を取り囲み、約1〜約10の誘電率を有する誘電体を設けるステップをさらに含む、上記(93)に記載の方法。
(118)前記誘電体が、空気、SiN、アルミナ、SiO2からなるグループから選択される少なくとも1つの物質を含む、上記(117)に記載の方法。
(119)前記強誘電物質が約10nm未満の厚さを有する、上記(93)に記載の方法。
(120)前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質にレムナント分極を誘導することができ、前記バイアス電圧が前記強誘電物質の保持磁界より高い電界を発生するのに十分なものである、上記(93)に記載の方法。
(121)前記バイアス電圧の印加中に加える局部加熱によりレムナント分極を誘導することもできる、上記(93)に記載の方法。
(122)前記導体間の前記バイアス電圧の符号を変更することによって前記レムナント分極を逆転することができる、上記(120)に記載の方法。
(123)前記レムナント分極を逆転する電圧が書込みバイアス電圧を表す、上記(120)に記載の方法。
(124)前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質に誘導されたレムナント分極に対して逆平行である場合に、前記トンネル電流がハイになる、上記(114)に記載の方法。
(125)前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電物質に誘導されたレムナント分極に対して平行である場合に、前記トンネル電流がローになる、上記(114)に記載の方法。
(126)前記1対の導体間に延びる少なくとも1つの有機分子を設けるステップであって、前記強誘電物質が前記有機分子に付着されるステップをさらに含む、上記(93)に記載の方法。
(127)前記有機分子を設けるステップが、前記導体間に少なくとも1つのDNA分子を延ばすステップを含む、上記(126)に記載の方法。
(128)前記有機分子を設けるステップが、前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つの位置に少なくとも1つのオリゴマーを付着するステップをさらに含む、上記(127)に記載の方法。
(129)前記有機分子を設けるステップが、前記少なくとも1つのDNA分子の少なくとも一部分にオリゴマーの単層を付着するステップをさらに含む、上記(127)に記載の方法。
(130)前記少なくとも1つのDNA分子が二本鎖のものであり、
前記DNA分子内に少なくとも1つのRループを形成するステップと、
前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに少なくとも1つの化学成分を付着するステップであって、前記少なくとも1つの化学成分が前記強誘電物質を含むステップをさらに含む、上記(126)に記載の方法。
(131)前記少なくとも1つの化学成分が、前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、上記(130)に記載の方法。
(132)前記少なくとも1つの化学成分が、水素結合と共有結合からなるグループから選択される少なくとも1つの結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(130)に記載の方法。
(133)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、上記(130)に記載の方法。
(134)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、上記(130)に記載の方法。
(135)前記成分のうちの少なくとも一方が前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、上記(134)に記載の方法。
(136)前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、上記(130)に記載の方法。
(137)前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、上記(130)に記載の方法。
(138)前記少なくとも1つの化学成分が2つのヌクレオチドを含む、上記(133)に記載の方法。
(139)前記少なくとも1つの化学成分がグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、上記(133)に記載の方法。
(140)前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つのナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が前記強誘電物質を提供する、上記(130)に記載の方法。
(141)前記少なくとも1つのナノ粒子が約10nm未満の最大幅を有する、上記(140)に記載の方法。
(142)前記DNAがλ−DNAである、上記(130)に記載の方法。
(143)前記Rループを形成するRNAが約10〜約1500個の塩基分の長さを有する、上記(130)に記載の方法。
(144)前記Rループを形成するRNAが約30〜約300個の塩基分の長さを有する、上記(130)に記載の方法。
(145)前記Rループを形成するRNAが約3nm〜約500nmの長さを有する、上記(130)に記載の方法。
(146)前記Rループを形成するRNAが約10nm〜約100nmの長さを有する、上記(130)に記載の方法。
(147)基板上で第1の方向に延びる複数の第1の平行導体を設けるステップをさらに含む、上記(93)に記載の方法。
(148)前記第1の平行導体に対して垂直な第2の方向に前記基板および前記第1の平行導体上で延び、前記第1の平行導体にオーバラップする複数の第2の平行導体を設けるステップであって、前記強誘電物質が前記第1の平行導体と前記第2の平行導体との間に配置されるステップをさらに含む、上記(93)に記載の方法。
(149)前記第1の平行導体と前記第2の平行導体が前記基板にオーバラップする場合に前記基板と前記第1の平行導体および前記第2の平行導体との間に粘着層を設けるステップをさらに含む、上記(148)に記載の方法。
(150)前記粘着層が、CrとTiからなるグループから選択される少なくとも1つの金属を含む、上記(149)に記載の方法。
(151)前記基板がガラスまたはセラミックである、上記(147)に記載の方法。
(152)前記第1の平行導体および前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの幅を有する、上記(148)に記載の方法。
(153)前記第1の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに分離され、前記第2の平行導体が約50nm〜約5000nmの距離だけ互いに分離される、上記(148)に記載の方法。
(154)前記第1の平行導体が互いに等距離にある、上記(147)に記載の方法。
(155)前記第2の平行導体が互いに等距離にある、上記(148)に記載の方法。
(156)複数の第1の導体を横切って二本鎖DNA分子を延ばすステップと、前記複数の第1の導体上の前記DNA分子内にRループを形成するステップと、
複数のRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに少なくとも1つの化学成分を付着するステップとをさらに含む、上記(147)に記載の方法。
(157)前記化学成分が前記Rループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、上記(156)に記載の方法。
(158)前記化学成分が、水素結合と共有結合からなるグループから選択される少なくとも1つの結合によって前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、上記(156)に記載の方法。
(159)前記化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、上記(156)に記載の方法。
(160)前記化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、上記(156)に記載の方法。
(161)前記成分のうちの少なくとも一方が前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、上記(160)に記載の方法。
(162)前記化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、上記(160)に記載の方法。
(163)前記化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、上記(156)に記載の方法。
(164)前記化学成分のそれぞれが2つのヌクレオチドを含む、上記(156)に記載の方法。
(165)前記化学成分のそれぞれがグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、上記(156)に記載の方法。
(166)前記化学成分が、前記Rループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つのナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が前記強誘電物質を提供する、上記(156)に記載の方法。
(167)前記少なくとも1つのナノ粒子が約10nm未満の最大幅を有する、上記(166)に記載の方法。
(168)前記DNAがλ−DNAである、上記(156)に記載の方法。
(169)前記Rループを形成するRNAが約10〜約1500個の塩基分の長さを有する、上記(156)に記載の方法。
(170)前記Rループを形成するRNAが約30〜約300個の塩基分の長さを有する、上記(156)に記載の方法。
(171)前記Rループを形成するRNAが約3nm〜約500nmの長さを有する、上記(156)に記載の方法。
(172)前記Rループを形成するRNAが約10nm〜約100nmの長さを有する、上記(156)に記載の方法。
(173)前記DNA分子が前記導体のうちの2つに固定された端部を含み、
前記DNA分子が固定される前記導体の表面に有機分子を付着するステップをさらに含む、上記(156)に記載の方法。
(174)前記DNA分子が、前記固定導体に固定された接着末端を含む、上記(173)に記載の方法。
(175)前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記有機分子がDNAである、上記(174)に記載の方法。
(176)前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記DNA分子が硫黄を末端基とし、一本鎖のものである、上記(175)に記載の方法。
(177)前記固定導体のうちの第1の導体に結合される前記DNA分子が、前記導体のうちの第2の導体に結合される前記DNA分子とは異なる配列を有する、上記(175)に記載の方法。
(178)前記固定導体に結合される前記DNA分子が約5〜約20の塩基対を含む、上記(175)に記載の方法。
(179)前記固定導体間に延びる前記DNA分子が、前記固定導体の表面に結合される前記DNA分子と交雑する接着末端を含む、上記(175)に記載の方法。
(180)前記Rループと前記導体との間に定着剤を配置するステップをさらに含む、上記(156)に記載の方法。
(181)前記定着剤が、第1の端部で前記導体と接触するための硫黄原子と、第2の端部で前記DNA分子と接触するためのOH基とを含む分子である、上記(180)に記載の方法。
(182)前記固定導体が金または金含有合金で作られる、上記(173)に記載の方法。
(183)第1の電極と第2の電極との間に延びる前記有機分子上に導電材料を設けるステップをさらに含む、上記(126)に記載の方法。
(184)前記DNA分子上に導電材料を設けるステップをさらに含む、上記(127)に記載の方法。
(185)前記DNA分子上に導電材料を設けるステップをさらに含む、上記(130)に記載の方法。
(186)前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、上記(185)に記載の方法。
(187)前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、上記(185)に記載の方法。
(188)前記ナノ粒子を前記DNA分子に結合するために前記ナノ粒子に少なくとも1つの化学成分を付着するステップであって、前記定着剤と前記ナノ粒子を前記DNAに付着するための少なくとも1つの化学成分がトンネル・ギャップを形成するステップをさらに含む、上記(180)に記載の方法。
(189)前記DNA分子上に導電材料を設けるステップをさらに含む、上記(156)に記載の方法。
(190)前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、上記(189)に記載の方法。
(191)前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、上記(189)に記載の方法。
(192)前記第1の平行導体が互いに等距離にある、上記(156)に記載の方法。
(193)前記DNA分子が前記第1の平行導体に対して垂直である、上記(156)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の断面図である。
【図2】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の断面図である。
【図3】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の断面図であり、その実施形態の動作を示す図である。
【図4】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の断面図であり、その実施形態の動作を示す図である。
【図5】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の断面図であり、その実施形態の動作を示す図である。
【図6】本発明による強誘電性記憶素子を形成するためのプロセスの一実施形態の様々な段階を示す断面図である。
【図7】本発明による強誘電性記憶素子を形成するためのプロセスの一実施形態の様々な段階を示す断面図である。
【図8】本発明による強誘電性記憶素子を形成するためのプロセスの一実施形態の様々な段階を示す断面図である。
【図9】本発明による強誘電性記憶素子を形成するためのプロセスの一実施形態の様々な段階を示す断面図である。
【図10】本発明による強誘電性記憶素子の一実施形態の平面図である。
【図11】本発明による強誘電性記憶素子の他の実施形態の断面図である。
【図12】図11に示す本発明の実施形態の一部分をより大きい縮尺で示す断面図である。
【図13】追加処理後の図12に示す本発明の実施形態の断面図である。
【図14】本発明により使用可能なDNA分子の一実施形態を示す図である。
【図15】本発明によるプロセスの一実施形態の様々な段階における本発明による素子の一実施形態の断面図である。
【図16】本発明によるプロセスの一実施形態の様々な段階における本発明による素子の一実施形態の断面図である。
【図17】本発明によるプロセスの一実施形態の様々な段階における本発明による素子の一実施形態の断面図である。
【符号の説明】
1 電極
2 電極
3 強誘電物質の領域
Claims (81)
- トンネル電流を可能にするのに十分な距離だけ分離されている少なくとも1対の導体と、
該少なくとも1対の導体の間に延び、少なくとも1つのDNA分子と、少なくとも1つのRループを形成するように前記DNA分子に結合された少なくとも1つのRNA分子とを含む少なくとも1つの有機分子と、
前記少なくとも1対の導体の間で前記少なくとも1つのRループに結合された強誘電ナノ粒子とを含むメモリ素子。 - 前記1対の導体のそれぞれが、Al、Au、Ag、Cu、およびその合金からなるグループから選択される少なくとも1つの金属を含む金属電極である、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体が1nm〜100nmの距離だけ水平方向に分離される、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体が3nm〜30nmの距離だけ水平方向に分離される、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体が同じ平面内に配置される、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体が10nmまでの距離だけ垂直方向に分離される、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子が前記1対の導体間の少なくとも1つの強誘電性結晶を含む、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子が、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、硫酸トリグリシン、ロッシェル塩、ニオブ酸鉛鉄からなるグループから選択される少なくとも1つの強誘電物質を含む、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子が23℃〜490℃のキュリー温度を有する、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子の双極子を切り替えるために必要な電圧が100mV〜10000mVである、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電ナノ粒子の双極子を切り替えるために必要な電圧より小さい、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電ナノ粒子に誘導されたレムナント分極に対して逆平行である場合に、前記トンネル電流がハイになる、請求項11に記載のメモリ素子。
- 前記読取り電圧が、前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電ナノ粒子に誘導されたレムナント分極に対して平行である場合に、前記トンネル電流がローになる、請求項11に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、前記強誘電ナノ粒子の双極子を切り替えるために必要な電圧の半分より小さい、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体間に読取り電圧を印加した結果発生するトンネル電流を測定することにより前記メモリ素子を読み取るために必要な電圧が、10mVより小さい、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体および前記強誘電ナノ粒子を取り囲み、1〜10の誘電率を有する誘電体をさらに含む、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記誘電体が、空気、Si3N4、アルミナ、SiO2からなるグループから選択される少なくとも1つの物質を含む、請求項16に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子が10nm未満の最大幅を有する、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体間にバイアス電圧を印加することにより前記強誘電ナノ粒子にレムナント分極を誘導することができる電界を発生する、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記1対の導体間の前記バイアス電圧の符号を変更することによって前記レムナント分極を逆転することができる、請求項19に記載のメモリ素子。
- 前記レムナント分極を逆転する電圧が書込みバイアス電圧を表す、請求項19に記載のメモリ素子。
- 前記バイアス電圧の印加中に加える局部加熱によりレムナント分極を誘導することもできる、請求項19に記載のメモリ素子。
- 前記有機分子が、前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つの位置に付着された少なくとも1つのオリゴマーを含む、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、請求項23に記載のメモリ素子。
- 前記有機分子が、前記少なくとも1つのDNA分子の少なくとも一部分に付着されたオリゴマーの単層をさらに含む、請求項23に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つのDNA分子が二本鎖のものであり、少なくとも1つのRループを含み、前記メモリ素子が、
前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの化学成分であって、前記強誘電ナノ粒子を含む少なくとも1つの化学成分をさらに含む、請求項1に記載のメモリ素子。 - 前記少なくとも1つの化学成分が、前記少なくとも1つのRループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの共有結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、請求項27に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの水素結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が、少なくとも1つの水素結合または少なくとも1つの共有結合によって前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が2つのヌクレオチドを含む、請求項31に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分がグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、請求項31に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記成分のうちの少なくとも一方が前記少なくとも1つのRループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、請求項34に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの強誘電ナノ粒子を含む、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記DNAがλ−DNAである、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが10〜1500個の塩基分の長さを有する、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが30〜300個の塩基分の長さを有する、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが3nm〜500nmの長さを有する、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが10nm〜100nmの長さを有する、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、請求項26に記載のメモリ素子。
- 前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、請求項44に記載のメモリ素子。
- 前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、請求項44に記載のメモリ素子。
- 基板上で第1の方向に延びる複数の第1の平行導体をさらに含む、請求項1に記載のメモリ素子。
- 前記第1の平行導体が互いに等距離にある、請求項47に記載のメモリ素子。
- 複数の第1の導体を横切って延び、前記複数の第1の導体上にRループを含む二本鎖DNA分子と、
複数のRループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの化学成分とをさらに含む、請求項47に記載のメモリ素子。 - 前記化学成分が前記Rループ内の少なくとも1つの選択されたヌクレオチドに付着される、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が、水素結合と共有結合からなるグループから選択される少なくとも1つの結合によって前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに付着される、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が少なくとも1つのヌクレオチドを含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が少なくとも2通りの成分を含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記成分のうちの少なくとも一方が前記Rループ内の前記少なくとも1つのヌクレオチドに結合可能である、請求項53に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が少なくとも1つの酸と少なくとも1つのアルコールとを含む、請求項53に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が、前記Rループ内の前記少なくとも1つのDNA分子上の少なくとも1つのアミド基に付着される、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分のそれぞれが2つのヌクレオチドを含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分のそれぞれがグアニンとシトシンまたはチミンとアデニンを含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記化学成分が、前記Rループ内の少なくとも1つのヌクレオチドに付着された少なくとも1つの強誘電ナノ粒子を含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記少なくとも1つの強誘電ナノ粒子が10nm未満の最大幅を有する、請求項59に記載のメモリ素子。
- 前記DNAがλ−DNAである、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが10〜1500個の塩基分の長さを有する、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが30〜300個の塩基分の長さを有する、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが3nm〜500nmの長さを有する、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記Rループを形成するRNAが10nm〜100nmの長さを有する、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子が前記導体のうちの2つに固定された端部を含み、
前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合された有機分子をさらに含む、請求項49に記載のメモリ素子。 - 前記DNA分子が、前記固定導体に固定された接着末端を含む、請求項66に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記有機分子がDNAである、請求項67に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子が固定される前記導体の表面に結合される前記DNA分子が硫黄を末端基とし、一本鎖のものである、請求項68に記載のメモリ素子。
- 前記固定導体のうちの第1の導体に結合される前記DNA分子が、前記導体のうちの第2の導体に結合される前記DNA分子とは異なる配列を有する、請求項68に記載のメモリ素子。
- 前記固定導体に結合される前記DNA分子が5〜20の塩基対を含む、請求項68に記載のメモリ素子。
- 前記固定導体間に延びる前記DNA分子が、前記固定導体の表面に結合される前記DNA分子と交雑する接着末端を含む、請求項68に記載のメモリ素子。
- 前記固定導体が金または金含有合金で作られる、請求項66に記載のメモリ素子。
- 前記Rループと前記導体との間に配置される定着剤をさらに含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記定着剤が、第1の端部で前記導体と接触するための硫黄原子と、第2の端部で前記DNA分子と接触するためのOH基とを含む分子である、請求項74に記載のメモリ素子。
- 前記強誘電ナノ粒子を前記DNA分子に結合するために前記強誘電ナノ粒子に付着された少なくとも1つの化学成分であって、前記定着剤と前記強誘電ナノ粒子を前記DNAに付着するための少なくとも1つの化学成分がトンネル・ギャップを形成する少なくとも1つの化学成分をさらに含む、請求項74に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子上の導電材料をさらに含む、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記導電材料が、前記DNA分子の燐酸基に結合される銀イオンを含む、請求項77に記載のメモリ素子。
- 前記導電材料が前記DNA分子上の金属銀を含む、請求項77に記載のメモリ素子。
- 前記第1の平行導体が互いに等距離にある、請求項49に記載のメモリ素子。
- 前記DNA分子が前記第1の平行導体に対して垂直である、請求項49に記載のメモリ素子。
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