TWI355073B - Nanotube-based switching elements with multiple co - Google Patents

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TWI355073B
TWI355073B TW093124279A TW93124279A TWI355073B TW I355073 B TWI355073 B TW I355073B TW 093124279 A TW093124279 A TW 093124279A TW 93124279 A TW93124279 A TW 93124279A TW I355073 B TWI355073 B TW I355073B
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Claude L Bertin
Thomas Rueckes
Brent M Segal
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Nantero Inc
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Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於奈米管切換電路，更特別關於使用奈 米管以形成該切換之傳導通道之奈米管切換電路，其可 被互連（interconnect)至較大的電路中’例如布林(Boolean) 邏輯電路。 【先前技術】 交互參考之相關申請案 本申請依據35 U.S.C.§ 119(e)宣告美國臨時專利申請 案60/494,889號之優先權，其申請曰為2003年8月13 曰，名稱為“以奈米管為基之奈米機電邏輯 (Nanoelectromechanical Nanotube-Based Logic)'' ，其全 文於此併入參考。本申請案亦依據35 U.S.C. § 119(e)宣 告美國臨時專利申請案60/561,330號之優先權，其申請 曰為2004年4月12日，名稱為“非揮發性碳奈米管(CNT) 雙轨 1動邏辑（Non-volatile CNT Dual-Rail Differential ，其全文於此併入參考。 數位邏輯電路用於個人電腦、如個人規劃器與計算 機之可攜式電子裝置、電子娛樂裝置，以及供特定設備、 電話交換系統、汽車、飛機與其他製造項目中之控制電 路。早期的數位邏輯係由個別之雙極(bipolar)電晶體組成 之分離切換元件建構而成。隨著雙極積體電路之發明， 大里的個別切換元件得以於單一石夕基板（substrate)上結 合’而製造出如反相器（inverter)、NAND閘、NOR閘、 正反器（flip-flop)、加法器等等的完整數位邏輯。然而， 雙極數位積體電路之密度係受限於電路操作時之高電源 6 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.d〇c •月“曰修账替換頁丨 .. 一 f 消耗及封裝技術之散熱能力。使用場效電晶體㈣ effect transistor + ^H(metal oxide semiconductor “M0S”)大大地降低了數位邏輯的電源消 5 耗，並得以建構出目前使用的高密度複雜數位電路。霞 數位電路之密度與操作速度仍然受限於裝置操作時之對 散熱之需求。 ' 10 15 20 〃由雙極或MOS裳置建構之數位邏輯積體電路目前 热法在高熱條件或極端環境之下卫作。目前的數位積體 ，路-般係設計為在低於攝氏⑽度下操作，極少數在 高於攝氏2〇0度時操作。在習知的積體電路中，個別切 換元件在停止(“off，)狀態時的漏電流會隨著溫度快速增 加。隨著漏電流的增加’裝置的操作溫度上升，裝置所 消耗的電源增加，而分辨工作(“〇n”)與停止狀態的困難度 降低了電路的可靠度(reliability)。由於電流係在半導體 材料内部產生’習知的數位邏輯電路亦會在承定極 端環境時發生内雜路。雖可能製造具⑽殊裝置與隔 離技術之_電路’使它們在暴露於料環境 =操作’但是11些裝置的高成本限制了它們的可得性與 Μ用性。此外，此等電路顯現出與它們的正常對應 時間差異’需要額外的設計驗證對現有設計增加護。 由雙極或FET切換元件所建構之㈣電路 性。其内部邏輯狀態僅在電源施加至裝置時維持。除^ 在内部或外部加入某些# EEPR〇M(電子抹除. 憶體）的非撣發性記憶體以維持邏輯狀態之外，源移 除時内部狀態即喪失。即使可使用非揮發性記憶體來維 持邏輯狀態’仍需要額外的電路，以便在失去電源 數位邏輯狀態轉移至記憶體，並於電源恢復至裝置時將 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本如 25 個別逛輯電路之狀態恢復。避免揮發性數位電路中之資 訊喪失的其他解決方案（例如電池備援）亦增加數位設計 之成本與複雜度。 電子裝置中的數位電路的重要特性為低成本、高密 度、低電源與高速度。習知的邏輯解決方案係受限於矽 基板，但形成於其他基板上的邏輯電路可使邏輯裝置在 單一步驟中直接與許多製造產品整合’進而降低成本。 已·^出使用如單壁碳奈米管之奈米級(nan〇SC〇pic^^ 的裝置來形成交叉結構（crossbar)接面以作為記憶體單 元。（見WO 01/03208 “以奈米級線為基礎的裝置、陣列 以及它們的製造方法Nanoscopic Wire-Based Devices Array, and Methods of Their Manufacture” ，以及 Thomas Rueckes 等人於 2000 年 7 月 7 日 Science 第 289 卷 94-97 頁供为子计异之以奴奈米管為基礎的非揮發性隨機存 取記憶體 Carbon Nanotube-Based Nonvolatile Random Access Memory for Molecular Computing”）。於此後這些 裝置稱為奈米管線交叉結構記憶體(NTWCM)。在這些提 案下’懸浮(suspend)於其他線上的個別單壁奈米管線界 定出記憶體單元。電氣訊號寫入一或二線，使它們實體 地相對於彼此吸引（attract)或排斥（repel)。每一個實體狀 態（亦即’吸引或排斥之線）對應至一電氣狀態。排斥線 為一開啟(open)電路接面。吸引線為形成一整流接面之 閉合(close)電路接面。當電源從接面移除時，線維持它 們的實體（且因此而為電氣）狀態，藉此形成一非揮發性 記憶體單元。 美國專利公開案第2003-0021966號除揭露其他事項 外，亦揭露如記憶體單元之機電電路，其中電路包括具 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本 doc 5修(钗)正替益貨 有電氣傳導路徑的結構’與絲面延伸至基板的支稽。 可機電變形(deform)或切換之奈米管帶(ribb〇n)係藉由橫 跨該電氣傳導路徑之支禮而懸浮。每—個帶包括—或多 5 個奈米管。這些帶-般係、由從奈米管的—層或糾結之編 織構造(matted fabric)選擇性移除材料而形成。 10 例如，如美國專利公開案第2〇〇3_〇〇21966號所揭露 般，奈米編織構造可圖案化(patterned)為帶，而帶可用作 製造非揮發性機電記憶體單元之構件。帶可回應控制路 徑及/或帶之電氣刺激⑼imulus)而機電式偏折 (deflectable)。帶的偏折實體狀態可用來表示對應的資訊 鲁 狀悲。該偏折貫體狀態具有非揮發性之特性，亦即即使 5己‘k'體單元的電源被移除，帶仍可保持其實體（且因此而 為資訊性)狀態。如美國專利公開案第2〇〇3_〇124325號 . 所％釋，二路徑（three-trace)架構可用於機電記憶體單 元’其中二路徑為控制該帶偏折的電極。 使用機電雙穩(bi-stable)裝置作數位資訊儲存之用已 被建議（比較US4979149包括一微機械儲存元件之非揮
發性記憶體裝置 Non-volatile memory device including micro-mechanical storage element) ° 20 以碳奈米管（包括由其單層（mono-layer)建構）與金屬 電極之雙穩奈米機電開關的製造與操作係詳述於 Nantero Inc先前的專利申請案（美國專利第6574130、 6643165、6706402號’美國專利申請案序號第 09/915093、10/033323、10/033032、10/128117、 10/341005、10/341054、10/341130、10/776059 及 10/776572號，其全文於此併入參考）。 9 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 25 5
【發明内容J 本發明提供以奈米管為 從其製造而成的控制與電^之切換轉，其具有多個 根據本發明的—方面，— 點、一輪出節點、以及_且右、兀手匕括一輸入節 奈米管通道元件一控制:電氣傳導奈米管之 闕，以控制性地於該輸米管通道相 使得該通道之形成實質占係被建構與安排為 影響。 貝貝上不㈣輸出節點的電氣狀態的 根據本發明的另—古 奈件之相對側的二該 態。 妁另方面，通運形成係為非揮發性狀 15 係配置為方面^控制電極與該釋放電極 根據本成與不，該傳導通道。 20 具有配置於該控制钞槿f奈米官通道元件包括一 構，每—組電#之相對側之二組電極之隔離結 之電極。v * 置於該奈歸通道元件之相對側 為與該控制結:::：。方面’該二組電極係對稱地配置 輸入節點電氣i:另並::卡管通道元件係與該 )力響應，該靜電力乃筆因於該輸入節 ⑴lWAPending_93\93392_發明說明書雀正本.如 25 日修(¾正替顧 點、該控制電極與該釋放電極上的訊號。 f的另一方面’該奈米管通道元件之偏折 訊唬關係響應，該差動訊號關係係施加至該 控制電極。 的另""方面’ "~布林邏輯電路包括至少 至少-』ϊ點與一輸出端點’以及一電氣配置於該 元件網跋ιί入端點與該輸出端點之間的奈米管切換 米管切換元件網路在該至少-組差動輸 而2上貝订布林訊號的布林函數轉換。 兮=、據明的另一方面’該奈米管切換元件網路在 實行r的布林Ν〇τ函數。 該至少第-鱼第該奈米管切換元件網路在 職函數。 差域人職上實行訊號的布林 根據本發明的另一方一 -差動輸入端點愈—輪心赴路包括至少 少-組差動輪入端:以及-電氣配置於該至 件網路。雜出端點之間的奈米管切換元 點^ 讀網路在該至少—差動輪入端 /、犯夠射軍發性地維持資訊狀態之至少一该太半其 切換兀件上實行布林職的布林函數轉換。…、吕 訊狀=本至?一的^ 件，其具有至少_：電^=^包t一奈米管通道元 之控制結構’以在該至少-切換元： 之翰入㈣與錢少―件之 控制性地形成與不形成-電氣傳導通道。間可 根據本發明的另—方面，一問鎖細h)電路包括至少 11 JAnienu\Pending-9期392·發明說明書修正本d〇c ^輪入端點與一輸出端點’以及一第一與一第二反相器 電％。每一反相器電路包括—奈米管切換元件，其具有 二輪入節點、一輸出節點、—具有至少一電氣導通奈米 食之奈米管通道元件、一配置為與該奈米管通道元件相 關而可控制性地對該輸出節點形成電氣傳導通道之控制 、以及一配置為與該奈米管通道元件相關而可控制 f%對該輸出節點不形成電氣傳導通道之釋放電極。該 =二反相器電路之輪出節點係與該第二反相器電路之控 一，極耦合，且該第二反相器電路之輪出節點係與該第 一反相器電路之控制電極耦合。 奈米彳1據本發明的另一方面，每一奈米管通道元件在該 二二S元件、该控制電極與該釋放電極之訊號不存在的 十月形下維持狀態。 【實施方式】 势it發明之較佳實施例提供切換元件，其中一以奈米 二二道可控制性地形成與不形成，使得—訊號可 節點轉移至—輸出節點。該切換元件包括複數 執〗電極用以控制該通道之形成與不形成，提供一雙 月=力並以創新方式使用。該轉移訊號可以是一變化 訊號或一失 ^ ^，号訊唬，端視該切換元件以何種方式使用及 二弋。較佳實施例提供一隔離結構，使得該訊號轉 夕，，、該切換元件之操作對該輸出狀態實質上不變。例 Λ輪出節點可能為浮接(float)及/或連接至另一電氣 /該電路將以一可預期之類似切換之方式操作。結 Λ切換元件可形成較大的電路，例如布林邏輯電路。 :某此银士V 丄 二只％例中，這些切換元件用作互補電路。在某些 12 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本 d〇c 年月 實施例中，這些切換在用以提供非揮發性邏輯之電源不 存在的情形下維持其狀態。在某些實施例中，這些切換 元件用來形成差動（雙執)邏輯。 圖1A係為一較佳奈米管切換元件100之截面圖。奈 5 米管切換元件包括一具有一絕緣層117、控制電極111 及輸出電極113c與113d之下部。奈米管切換元件進一 步包括一具有一釋放電極112、輸出電極113a與113b 及訊號電極114a與114b之上部。一奈米管通道元件115 係位於該上與下部之間，並被它們固持住。 ίο 釋放電極112係由傳導材料製成，且係藉由一絕緣 材料119而與奈米管通道元件115隔離。該奈米管通道 元件115係藉由一間隙高度G102而與絕緣物119之面 對表面隔離。 輸出電極113a與113b係由傳導材料製成，且係藉 15 由一絕緣材料119而與奈米管通道元件115隔離。 輸出電極113c與113d係類似地由傳導材料製成， 且係藉由一間隙高度G103而與奈米管通道元件115隔 離。應注意輸出電極U3c與113d並未被絕緣物覆蓋。 控制電極111係由傳導材料製成，且係藉由一絕緣 2〇 層（或膜）118而與奈米管通道元件115隔離。該奈米管通 道元件115係藉由一間隙高度G104而與絕緣物118之 面對表面隔離。 訊號電極114a與114b之每一個與該奈米管通道元 件115接觸，因此可將該訊號電極上之無論任何訊訊號 25 提供給該奈米管通道元件115。此訊號可以是一固定參 考訊號（例如：電源供應（Vdd)或接地(Ground))或是變化 (例如：可改變之布林分離值訊號）。訊號電極114a與114b 13 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc
只需其中之一 效電阻。 被連接即可，但二者皆須被使用以降低有 米管通道元件U5係為由多孔奈米管構造製成之 以微影方式（lithographically)界定之物件（下將詳述）。其 5 係與訊號電極1143與114b電氣連接。電極114a與114b • 及支撐116在該通道元件115之二端將其爽住或固持 住且其係與輸出電極113c與113d、控制電極m及釋 放，極112以相隔關係懸浮於其中。該相隔關係係由間 隙回度G102至G104界定之。在特定實施例中，該通道 10 兀件U5之懸浮部地長度為約300至350奈米（nm)。 在特疋貫施例中’間隙高度Gi〇3、gi〇4與G102之 辈巳圍為約5至30 nm。例如，端點112、lu、113a與U3b 上之；I，之範圍為約5至3〇 nm。碳奈米管構造密度約 為例如每0.2 X 0.2微米（um)面積1〇奈米管。該奈米管通 15 道元件之懸浮長度範圍為例如約300至350 nm。懸浮長 度與間隙之比率（ratio)例如在非揮發性裝置為約5至 15 ’在揮發性操作為小於5。 圖1B為奈米管切換元件1〇〇之平面圖或佈局。如本 圖所示，電極113b與113d係電氣連結，以標記χ與項 20 目1〇2表示。類似地，電極U3a與113c係為連結，以 標記X表不。在較佳實施例中，這些電極進一步以連接 120相連接。所有這些輸出電極集合形成該切換元件ι〇〇 之輸出節點113。 在較佳實施例中，圖丄八與1B之奈米管切換元件i㈧ 25 係如圖1C與1D所示般操作。特別是，當奈米管通道元 件在位置122時，奈米管切換元件1〇〇係在〇pEN( = 啟)(0FF(停止）)狀態。在此等狀態中，該通道元件^ M JAmenuVPending-W93392-發明說明書修正本如 ~——-----j 層119機械接觸’該靜電力係藉電 輪出+炼3Tit斑μ 15之間之電位（potentiai)差異得之。 與通道元件115機械(並非電幻 ，觸。虽通運4115如圖1D所示般延伸至位置124 二不米官切換7U牛i 〇〇係在CL〇SED(封閉)_(工作)） 在此等狀態中’該通道元件出藉由靜電1 二電層m機械接觸，該靜電力储電極1U與通料 件115之間之電位差異得之。輸出電極113。與U3d係 10 ，通道Tt件U5在區域126機械接觸及電氣接觸。結果， =通道元件H5在位置124時，訊號電極U4a血ii4b 稭由通道元件115與輸出端點113(；與U3d電氣 =電極114a與U4b上的訊號可經由該通道（包括通道元 件115)轉移至輸出電極113c與n3d。 15 —藉由適當地裁切奈米管切換元件100之幾何，太 ，切換元件1GG可用為非揮發性或揮發性切換元件:例 一° ’圖1D之裝置狀態可相對於間隙G1(h適當選擇通道 =件之長度而作成非揮發性。（該長度與間隙係為延伸偏 ^通道το件115之儲存力的二參數)對非揮發性裝置而 20
:’長度與間隙之比率較佳大於5且小於15;對揮發性 裝置而言，長度與間隙之比率較佳小於5。 X 該奈米管切換元件1〇〇以下述方式操作。若 與控制電極m(或112)(經由電極上的相對訊號） 二有-夠大的電位差異，訊號的關係可產生一靜電力， 2電力大舰以使該懸浮奈米管通道科115偏折為 ^電f m(或m)機械接觸。（這種操作態樣係於併入參 織巾描述)這種偏折係於圖1D(與ic)中描述。 及引力將通道元件m之奈㈣織構造伸長與偏折，直 15 ]： WnuVPending·^3^發明說明書修正本如 25 mm--- 年月曰修(慝)正替換頁 到它接觸到電極111之絕、 道元件藉此而被拉緊且具有品域118為止。該奈米管通 在其他東西中之幾何關&而^張力，其係取決於該電路 切換元件100可利用 2 10 15 20 封閉傳導狀態，其中奈米其、之適當幾何而維持圖1D之 及輸出電極113c與113\ Z通道U5與控制電極丨1丨以 被絕緣物118覆蓋，電極械接觸。由於控制電極111 管通道元件115而從電極114上的任何訊號係經由奈米 電極114上之訊號可以是钱4轉移至輸出電極113上。 號、電源供應線或是接化訊號、固定訊號、參考訊 至電極111(或112)的訊梦’、°该通道的形成係經由施加 控制電極111的訊號與$而破控制。確切地說，施加至 同，以產生用以偏折卉米1 114上的訊號之關係需夠不 115偏折並形成電極；'14、:通道元件而致使該通道元件 需的靜電力，而使得今如=輪出電極U3之間之通道所 態。 、°刀換元件100在CLOSED(ON)狀 相對地，若電極114 係之差異不夠’則該太半二控制電極U1上的訊號之關 出電極U3上沒有傳元件115不偏折，且輸 件⑴被吸引並實體接觸：二 絕=元 此OPEN(OFF)狀態顯示於圖lc。奈米管通道元件ιΐ5 具有從電極114而來之訊號’但是誠號不會轉移至輸 出節點113。取而代之地，輸出節點113之訊號係取決 於它所連接的電路為何以及該電路的狀態而定。在這方 面’輸出節點113的狀態與當該切換元件1〇〇在 OPEN(OFF)狀態時，來自訊號電極114以及奈米管通道 元件115之電壓無關。 16 «I:\menu\Pending-93\93392·發明說明書-修正本.doc 25 假使該切換元件100係設計成 下且在電極115到輸出節點113之_^=性模式 為開啟’若控制電極111(或112)盘通道-^接或路控 fAf。異被•通道元件⑴ 方式知作。取而代 A之狀態的 使通道元件115& 、/电"11與112會操作為 在圖1C或1D之狀態。 輸出㈣113係建構 轉115之操作以及_此之诵、酋^f'、·。構’其令通道 的狀態為不變。ά曰—、的形成對輸出節點113 於靜電吸引力而機電^施例中，通道元件係響應 可以具有任何的—浮接輸出節點113 通道元件115 …果，在輸出節點上的電位可與 ⑴偏折並干擾係足乡林同，可使得通道元件 就是說，通道形㈣ί 的操作與其通道形成；也 較佳實施例中，ρ、決於一未知浮接節點的狀態。在 來防止這種干擾而以一包括一隔離結構之輸出節點 等電配通道元件115係配置於二個有相 之間。結果有了 13b與U3d(以及U3a與心） 對之靜電力。因=輪出節點上的電壓產生岀的相同但相 點113與奈米此相同但相對之靜電力，無論輸出節 113的狀態無法\=疋件U5上的電壓如何，輸出節點 該通道的操作*该奈米管通道元件115偏折。因此， 在本發明之姓^5'為對輸出節點狀態為不變而得。 " 寻定實施例中，圖1A之奈米管切換元件 17 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本 d〇c 曰修_正替換頁 可用作上拉(pull_up)與下拉(pu丨l_d_)裝置以形成 H2_-efficient)電路。不像圓及其他種電 上拉與下拉裝置可為完全相同的裝置，且不需具 同的尺寸或材料。為實施料電路的描述並 至m⑽局與實關樣的複雜，以發展出一示意 概不圖以描述該切換元件。 μ為圖1A之奈米官切換元件100之概示圖。其 同元件符號。圖2A闡示一非揮發性裝置， 中糟由*米管延伸而得的復原機械力不足以克服凡德 :an er Waal)力’使得奈米管元件115即使在電壓移 在第―或第二非揮發性狀態。在第一非揮發 2中’奈米管切換100維持在與控制電極ui(示如 ）及輸出電極113(示如圖1D)接觸之cl〇sed(〇n) 使得輸出電極n3與奈米管元件115接觸，其依 電極114接觸。在第二非揮發性狀態中，奈米 At j 5、，隹持在與釋放電極112接觸之〇pen(OFF)狀 - ί不米s元件115在電壓移除時，不像圖1C所 輸出電極113接觸。圖2A’係為圖ia之奈米管切 」ί^〇之概示圖。其節點使用相同元件符號但加上 苴φ 與，2Α區別。® 2α’闡示一揮發性裝置， 1、糟，示米官延伸而得的復原機械力足以使得奈米管 與控制電極iir之實體接觸以及與輸出電極 貝體和電氣接觸分開，因此切斷訊號電極114,與 二v電ί Α!3之連接。箭頭202顯示奈米管通道元件 之彳 '械復原力的方向。例如，如所描述者，該通道 二^有遠離控制電極⑴，之力，亦即，若該通道元件 折與電極11Γ接觸，機械復原力會是箭頭2〇2的 18 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 日修(¾)正替換頁 年月 ^ 方向。指示機械復原力方向的箭頭僅用 性模式操作的裝置中。 w成在揮發 圖2B-2C描述一用於上拉安排的夺 觸及其操作狀態。例如，目2B為示、於圖H 〇pen(off)狀態的奈米管切換元件之概 = 巧米管通道元件115係在VDD，控制電極;1= 2电壓’—般為VDD，而釋放電極112係在零伏特。 =米管通道元件並未與輸出節點113電氣接觸' 為不於圖1D^CLOSED(ON)狀態的奈米管切 在此情形下’訊號節點114 通： Z係在一正電壓，一般為V 半 包位 折為與輪出節點113機械帝 '丁、未g通遏凡件偏 15 20 所述般，幾何係經適當選擇"該接觸二如上 =控制電極之間的凡德瓦力而 風接觸的狀態係以短黑綠9rvi W井輝毛性邊電 通道元件與輸出端點113田^ ’其代表該奈米管 假設與奈米管通道元件成該輸出節點⑴ 號（亦即VDD)。 115以及減郎點114相同的訊 圖3A-C與圖2八，(^紅/ . 拉裝置的太平其n _力、以，除了它們係用以一用作下 的不未S通迢几件1〇〇及其操作狀態。 加電;米管切換元件總是（至少在施 電壓值的情形。例如，、111與釋放電極112總為相反 放電極m ΐ $右控制電極111為零伏特，則釋 電=壓’ 一般為VDD。然而，若控制 為電壓，—般為VDD，則釋放電極⑴ ，特。若一正電壓相關聯至邏輯“Γ ；]大態，且零伏 19 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.d〇c 25 曰修便)正替換頁 特相關聯至邏輯“0，，狀態，則施加至輸人與釋放電極的 邏輯狀態分別為真(true)與互補(complement)(或分別為 互補與真）。 於此方面’奈米管切換元件刚係操作為一雙執差 。施加至圖1之該非揮發性4-端點奈米管切 的雙軌差動邏輯設計（或僅為差動邏輯設 用此等裝置100形成邏輯系列_的基 差n / Ν〇Τ與N〇R電路）而產生非揮發性雙執 (acttdf非揮發性雙軌差_輯㈣會在致動 非揮發性^執=輯操作’且在電源錄(或巾斷）時在 原時重新;態:、口:系列會在電源復 (或㈣)前相同的狀態。電路母實;^路均在電源移除 器Jo。此二明之特定實施例之-雙執反相 410C。 。。電路2〇包括一上部410T與一下部 具有連包括一奈米管切換元件412，其係安排為 節點之一下加姑其係安排為具有連接至ground的訊號 (Hnk)4UTg 置。這二個切換元件均經由輸入鏈路 控制節點（圖I；真版本ΑΤ分別接收至其對應 節點413Τ夕且一者均具有一同連接至輸出
提供邏輯1 ]即點（圖1A之n3)，該輸出節點413T 杈供，汛唬A之互補版本A。。 具有Ul10^包括—奈米管切換元件416,其係安排為 管切拖DD的訊號節點之一上拉裝置，以及丄丨* 、凡418，其係安梆為具有連接至 ground 20 J:\menU\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 郎點之一下拉裝置。這二個切換元件均經由輸入鏈路 411C將邏輯訊號A之互補版本Ac分別接收至其對應控 制節點（圖1A之lu)，且二者均具有一同連接至輸出節 點413C之輸出節點（圖丨入之113)，該輸出節點413(：提 5 供邏輯訊號A之真版本Λτ。 上部410Τ之輸入411τ與下部4i〇C之二切換元件之 釋放節點。類似地，下部41〇c之輸入4UC與上部41〇τ 之二切換元件之釋放節點均耦合。 ι ^因此’在如上所描述之操作時，反相器電路420接 收邏輯甙號Α之雙執差動輸入Ατ與Ac，且分別提供鏈 路411與413上之相對應輸入版本。另外，該邏輯為非 揮發性，亦即若電源從該電路中斷，閘仍維持其狀態。 =外，因為此電路係安排為具有上拉與下拉裝置的互補 15 黾路龟"IL(以及消耗電源）僅在切換時流動，所以不會 15 有Vdd與gr〇und之間的直流(DC)電流。 圖5使用如上相同之概示標記，描述特定實施例之 非揮發性狀態裝置520。閂鎖520係由跨連接之反相器 510與511形成。反相器51〇之輸出節點512連接至反 相器511之控制電極輸入以及反相器510之釋放電極輸 20 入。輸出節點513連接至反相器510之控制電極輪入以 及反相器511之釋放電極輸入。狀態裝置52〇係一非揮 發性儲存元件；也就是說，若電源移除，狀態裝置52〇 會維持其將邏輯狀態，並在電源復原時假設為相同狀 態。狀態裝置520會與邏輯閘（未顯示）結合，以產生如 25 圖6A所闡示、且為用於如s-R、j-κ及其他正反器結構 之多種形式之正反器與閂鎖的非揮發性NRAN儲存單 元。圖6B闡示用於一閂鎖配置的狀態裝置520。電流僅 21 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本d〇c 日修(提)正替換頁 在切換日^肌動，所以不會有vDD與gr〇un(j之間的dc電 流。 圖6A闡示根據本發明之—實施例，一用為非揮發性 奈米官靜態RAM單元(NRAM單元）630之狀態袭置 620。在本實施例中，上反相器51〇A之控制電極，以及 下反相器511A之釋放電極，係經由選擇電晶體632而 連接至一邏輯位元線(BLT)輸入訊號，該選擇電晶體632 係經由訊號WL控制’並在節點621與狀態裝置620連 接。下反相器511A之控制電極，以及上反相器51〇八之 釋放電極，係經由選擇電晶體634而連接至一邏輯位元 線(BL)輸入訊號之互補版本(BLc)，該選擇電晶體634係 經由訊號WL控制’並在節點622與狀態裝置62〇連接。 依此方式，一狀態裝置可形成一非揮發性NRAM儲存單 το 630。反相器510A與511A係設計成為在電氣特性上 一致，使得NRAM單元平衡（不偏好其中一狀態）。選擇 裝置632與634係設計成為足夠大，俾能供給足夠之驅 動電流，以克服狀態裝置62〇之已儲存狀態，此在本技 藝靜態RAM單元設計中為眾所週知。 NRAM單兀630具有非揮發性儲存的優點。奈米管 閂鎖部620亦可使用分離層形成。選擇電晶體632與634 為該單元區域中唯-需要的半導體。因為不需要一電晶 體閃鎖’ NRAM單元可小於SRAM |元。去除該電晶體 正反器’亦會去除單元中PM〇s與画〇s，以及分別容 納丽0S與PM0S電晶體源極與沒極擴散之p_Weii與 Ν-Wdl區域之需求。因為僅需要NM〇s選擇電晶體^ 與634、以及與以奈米管為基之閂鎖62〇層之接觸，所 以非揮發性NRAM單元63〇可小於揮發性（以電晶體為 22 J:\menu\Pending-93\93392_發明說明書-修正本如 基)SRAM單元。電流僅在切換(單元寫入）或單元讀出時 流動’所以不會有VDD與ground之間的DC電流。NRAM 單兀630為非揮發性；也就是說，若電源關閉 (turned-offX或中斷），該記憶體狀態會被保持，並會恢復 為與電源關閉（或中斷）前之記憶體狀態相同之記憶體狀 態。 圖6B猫述根據本發明之另一實施例，一用為非揮發 性奈米管閂鎖650之狀態裝置660。在本實施例中，上 反相器510B之控制電極，以及下反相器511B之釋放電 10 極，係經由選擇電晶體662而連接至一邏輯輸入訊號 Ατ(其施加至IN1)，該選擇電晶體662係經由時鐘訊號 CLK控制’並在節點671與狀態裝置660連接。下反相 器之控制電極’以及上反相器之釋放電極，係經由選擇 電晶體664而連接至一輸入訊號之互補版本ac (其施加 15 至1N2)，該選擇電晶體664係經由時鐘訊號CLK控制，
並在節點672與狀態裝置660連接。依此方式，一狀態 裝置可形成一奈米管閂鎖650。反相器511B係設計為主 控（dominant)反相器（由包括較多奈米管之奈米管裝置組 成）’而510B則設計為回授（feedback)反相器（由包括較 20 少奈米管之奈米管裝置組成）’其提供在雜訊情形時，為 補償一狀態裝置節點之放電所需之電荷，例如，見H.B. Bakoglu所著參考書超大型積體電路之電路、互連及 封裝以，Interconnections, and Packaging for VLSI)” 第 349-351 頁，Addisson-Wesley 出版社。在 25 Bakoglu的參考資料中，反相器511B與510B以及通過 電晶體662與664係按照比例，以確保當資料寫入閂鎖 660時，問鎖660會切換至所欲的狀態。回授反相器510B 23 JAmemi\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 、修(¾)正替換頁 必須夠弱，俾使經由日,▲ 置660之電路(未顯示童裝置662與664而驅動狀態裝 服儲存在狀態裝置6^先夠強過回授反相器510B，並克 輸出係以ουτι與之閂鎖65〇狀態。互補邏輯閂鎖 也就是說，若電溽關^標記。閃鎖650為非揮發性； 並會恢復為與電源關2中斷）’該邏輯狀態會被保持， 輯狀態。 以或中斷）前之邏輯狀態相同之邏 圖7描述根據特 a 基之疊接放大電壓切例之非揮發性、以奈米管為 Logic，CVSL)電路 7〇〇。吳邏輯（—e Voltage Switch 15 20 與742組成。邏輯電路。電路7⑻係由二互補邏輯部74〇 720C邏輯輸出。^ ^〇〇的輪出需產生真720T與互補 若電源關閉（或中斷）為非揮發性；也就是說， 為與電源關閉（或中斷^邈，狀態會被保持，並會恢復 邏輯電路740為非揎=之邈輯狀態相同之邏輯狀態。 其輸入係藉由為直* =、以奈米管為基之N0R電路， 輸出為(At+式之/ f b致動，且其對應 發性NAND電路，4。遴輯電路742為非揮 為AT + BT，fΓ 輸入&與1致動時，其輸出 切換時流動’所以不合有V :圖7,不般。電流僅在 如已討論者，閉曰Λ r 之間的DC電流。 太平管長度*端點裝置村建構為具有一 製造-揮發性&。該4_端點揮發性裝= 執差動邏輯’但是當供給電路之電源移除時，不 邏輯狀態。-揮發性4_端點裝置之概示圖係示如圖Μ。 若，放電極經過1如金屬化層之低電阻路徑而與該奈 米官通私件連接’則―4_端.轉發性裝置可操作為一 24 Mmenu\pending_93\93392-發明說明書-修正本.d〇c 25 3-端點揮發性裝置。例如， 係電氣連接至奈米管tft號f極U4,2m電極ιΐ2, 計為供非揮發性操 。此允卉在一使用設 揮發性操作之奈米管切;裝及設計為供 發性邏輯、雙執揎p 4早—基板上，將單執揮 中，-‘端點裝;晴置 λ n 點裴置之實例β -起^米管為基之邏輯可併同二極體、、電阻與電晶體 10 式άΓ你或Γ以及在缺少二極體、電阻與電晶體時使用， ，os、bicMOS、雙極與其他電晶體層 H代m〇S'biCM()s、雙極與其他電晶體 層級技術。非揮發性正反器亦可取代SRAM正反界以 15 生NRAM單元。用以互連奈米管裝置端點之互連線可以 是具有適當絕緣層（如二氧化矽（Si〇2)、聚醯亞胺 (polyimide)等）之如鋁銅（aiCu)、鎢（w)、或銅之習知導 線，或可為用作連線之單或多壁(wall)奈米管。 20 本發明人預見，視所需之特殊應用、速度、電源需 求與密度而定，有其他揮發性與非揮發性或混合之奈米 機電設計。此外’本發明人預見，使用多壁碳奈米管、 奈米線或單壁碳奈米管與奈米線之混合物，作為切換中 接觸點之切換元件。隨著技術發展，節點尺寸從90nm 降低至65nm及低至個別奈米管或奈米線的尺寸，本發 明人預見，基本機電切換元件與它們的操作將會隨著此 等尺寸降低，而改變至新一代具有可調節之性能特性之 奈米級裝置。 較佳實施例之奈米管切換元件為形成與不形成該通 道而使用多個控制。在某些實施例中，該裝置依尺寸產 25 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 25
曰修(汉)正替換頁i 生非揮發性裝置，且用並由, 則用來使通道不形其他 它們可被奴並在不同時間使用 又，軌或者， :-時鐘訊號之形式使用，或該釋放電極==可 線節點上的電壓突波(splkes)之雜如在相鄰導 置被設計為操作成揮發性或非揮發性穿 置。在揮發性裝置的情形下，該筆因於 械，復力比凡德瓦維持力強，且當電場 :與控制或釋放電極絕緣物之機械接觸會斷二：= 言，如懸淨長度與間隙比率小於5比】的 ^供揮發性裝置使用。在非揮發性裝置的情ς下， 15 =奈米管延伸之機械恢復力比凡德瓦維持力弱，且^ 2〇 該ί米管與控制或釋放電極絕緣物之機： 觸日，准持為不斷開。—般而言，如懸浮長度與間隙比 =大於5比1的奈米管幾何因數供非揮發性裝置使用。 f要施加—產生機電力之電場，以改變該奈米管裝置的 狀態。介於奈米管與金屬及絕緣物之間 用於製造奈米管切換之材料的函數。這些如實例藉$ =如二氧化砍（silicon diox丨de)與氮化矽(silic〇]Qnitride)之 、、巴.、彖物，如鶴（tungsten)、铭（aluminum)、銅（copper)、鎳 (nickel)、把(paiiadium)之金屬，以及如矽之半導體。對 相同表面積，力會對某些材料之組合以少於5%變化，或 可能對其他材料之組合則超過2倍，故該等揮發性與非 择發性之操作’係取決於幾何因數，例如懸浮長度與間 隙尺寸（dimension)及所選用材料。然而，亦可能藉由選 26 JAmenu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 25 擇顯示出比凡德瓦力強或弱之幾何尺寸與材料二者，來 設計裝置。如實例，奈米官懸洋長度與間隙高度與構造 層密度’控制電極長度、寬度，以及介電層厚度可以變 化。在製造如圖1闡示之奈米管切換元件⑽期間，亦 可加入特別設計為增加凡德瓦力之層（未顯示）^例如， 可將-金4 (非電氣連接）、半導體⑽電氣連接)或絕緣材 料之薄（例如5至10nm)層（未顯示）加入與控制電極Ui 或釋放電極112相關之絕緣物層上，其可增加凡德瓦維 持力，而不會為較佳非揮發性4呆作而使該裝置有實質改 變。以此万法，幾何尺寸與材料選擇係用以使裝置操作 最佳化，在此實例中係使非揮發性操作最佳化。 在例如反相器之互補電路中，使用二個具有相連接 輪出端點之奈米管切換元件100,當該反相器從一邏輯 狀態變成另一邏輯狀態時，該反相器中的電源供應與地 之間可有瞬間電流。在CMOS中，這會發生於pjpET與 NFET均瞬間為ON、在邏輯狀態轉變時均為導通時，且 有時稱作“擊穿（shoot-through)”電流。在機電反相器的 情形時，若在第二奈米管切換釋放與第二輸出結構之接 觸前，第一奈米管切換之奈米管構造造成與第一輸出結 構之傳導接觸，瞬間電流在邏輯狀態改變時發生。然而， 若在第二奈米管切換造成第二奈米管構造與第二輸出結 構之間的接觸前，第一奈米管切換斷開第一奈米管構造 與第一輸出電極之間的接觸，則發生“先斷開再接觸 (break-before-make)”反相器操作且“擊穿”電流被最 小化或消除。偏好“先斷開再接觸”操作之機電裝置可 例如設計成高過與低於奈米管切換元件之不同間隙高 度，使得藉由控制與釋放電極而在該奈米管切換元件上 27 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 運用的^不同’及/或該奈米管切換元件在—方向之行經 f七:：向不同；及/或用所選擇(及/或所加入)之材 :在：切換方向增加凡德瓦力，而在一相對方向減弱凡 德瓦力。 5 例如’ ® 1所闡示之奈米管切換元件100係設計為 該間隙G102係小於間隙Gl〇4(例如小於5〇%)。間隙 10 G103亦製為較大’使得當切換時，該奈米管元件ιΐ5之 接觸被延遲。且介電厚度與介電常數可為不同，俾使例 如對相同的施加電壓差，在釋放電極112與奈米管元件 115之間的電場’比在控制電極111與奈米管元件115 之間的電場強’而更快將奈米管元件115從輸出端點 113c與113d切斷。輸出電極U3c與u3d可設計為有較 20 小的半徑:因此相較於在奈米管元件115以及控制端點 111上之絕緣物之間的接觸尺寸（面積）而言，其在與奈米 官元件115之接觸區域具有較小的接觸面積，用以實行 釋放奈米官元件115以及輸出電極113c與113d之間的 接觸。用在電極113C與113d之材料可選擇為相對於奈 米管元件115所具有的凡德瓦力，係比例如在奈米元件 115與在釋放電極112上的絕緣物之間的凡德瓦力弱。 可使用這些及其他的方式設計偏好“先接觸再斷開 (make-before-break)”操作之奈米切換元件，因此最小化 或消除例如反相器之電路從一邏輯狀態切換至另一狀態 時的“擊穿”電流。 製造電極所用的材料與用於奈米管切換的接觸係視 特殊應用而定，亦即，本發明之操作並不需特定金屬。 奈米管可配合例如祐（pyrene)之平面共輛（planar conjugated)烴(hydrocarbon)而功能化，其可助益在帶中之 28 J:\menu\Pending-93\93392-發明 δ兌明書-修正本 *doc 25
奈米管之間的内部附著力。奈米管的表面可被衍生化以 產生較疏水(hydrophobic)或親水(hydrophilic)環境，以提 升該奈米管構造對下方電極表面之較佳附著。更特別言 之’晶圓/基板表面之衍生化涉及“衍生化，，基板的表 5 面。例如’可化學轉換一親水狀態至一疏水狀態，或提 供例如胺(amine)、幾酸(carboxylic acid)、硫醇(thiol)或 磺酸鹽（sulphonate)之功能群以轉變基板的表面特性。功 能化可包括在氧電漿中使該基板氧化或成灰燼之選擇性 主步驟’以從該基板表面除去碳或其他雜質，並提供一 10 均勻反應氧化表面，該表面接著與矽烷(Silane)反應。一 種可能使用的聚合物是3-氨基丙基三乙氧基石夕烧 (3-aminopropyltriethoxysilane(APTS))。該基板表面可在 施加一奈米管構造前衍生化。 雖然單壁碳奈米管較佳，仍可使用多壁碳奈米管。 15 奈米管亦可併同奈米線使用。此處所提之奈米線意指單 奈米線(single nanowire)、未編織(non-woven)奈米線之集 合(aggregates)、奈米叢(nanocluster)、與包括奈米編織構 造之奈米管糾結（entangle)之奈米線、奈米線之圖樣 (mattes)等。本發明係關於產生用於任何電子應用之奈米 20 級傳導元件。 以下之專利參考文獻關於製造奈米管構造物件與切 換之各種技術，並被讓予給本申請案之受讓人。每一件 之全文於此併入參考。 美國專利申請案序號第10/341,005號，2003年1月 25 13曰申請’名稱為“製造碳奈米管膜 '層、構造、帶、 元件反物件之方法[Methods of Making Carbon Nanotube Films, Layers, Fabrics, Ribbons, Elements and 29 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書·修正本.doc 正替換頁ί
Articles)y， \ 美國專利申請案序號第09/915,093號，2001年7月 25日申請，名稱為“使用奈米管帶之機電記憶體陣列及 实繁造方法（Electromechanical Memory Array Using 5 Nanotube Ribbons and Method for Making Same)'' ; 美國專利申請案序號第10/033,032號，2001年12 月28曰申請，名稱為“製造機電三路徑接面裝置之方法 {Methods of Making Electromechanical Three-Trace Junction Devices)>，; i〇 美國專利申請案序號第10/033,323號，2001年12 月28日申請，名稱為“機電三路徑接面裝置 {Electromechanical Three-Trace Junction DevicesY ; 美國專利申請案序號第10/128,117號，2002年4月 23曰申請，名稱為“NT膜與物件之方法(MeAo办 15 Films and Articles)” ； 美國專利申請案序號第10/341,055號，2003年1月 13曰申請，名稱為“使用薄金屬層製造碳奈米管膜、 層、構造、帶、元件及物件之方法o/t/s/wg· 77π·/ι Metal Layers to Make Carbon Nanotube Films, Layers, 20 Fabrics, Ribbons, Elements and Articles)” ; 美國專利申請案序號第l〇/341，〇54號，2003年1月 13曰申請’名稱為“使用預先形成之奈米管以製造碳奈 米管膜、層、構造、帶、元件及物件之方法(Me从〇心¢)/ Using Pre-formed Nanotubes to Make Carbon Nanotube 25 Films, Layers, Fabrics, Ribbons, Elements and Articles)'' ； 美國專利申請案序號第10/341,130號，2003年1月 1 修正後無劃線之中文說書替換頁第31頁-附件(二) Amended Specification page 31 in Chinese - Enel. ΠΠ T民國100牟1月5日送呈) (Submitted on August 5,2011) 13曰申請’名稱為“碳奈米管膜、層、構造、帶、元件 反物件之方法（Carbon Nanotube Films, Layers, Fabrics, Ribbons, Elements and Articles、” .， 美國專利申請案序號第10/776,059號，2004年2月 5 11日申請，名稱為“具有水平配置奈米結構物件之裝置 反实篥造方法（Devices Having Horizontally-Disposed Nanofabric Articles and Methods of Making The Same、” ;以及 美國專利申請案序號第10/776,572號，2004年2月 10 11日申請，名稱為“具有垂直配置奈米結構物件之裝置 及实製备方法（Devices Having Vertically-Disposed Nanofabric Articles and Methods of Making The Same)"。 本發明可以其他特定形式實施，而不悖離其精神或 基本特性。所示之實施例僅為闡示性而非用限制性，本 15 發明之範圍係由隨附之申請專利範圍、而非前面之描述 所界定，且因此申請專利範圍之等效物之意義與範圍内 之所有變化，均被本發明涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1 A-1D闡不特定實施例之一奈米管切換元件在二 20 個不同狀態之截面圖，並包括該等元件之平面圖； 圖2A-2C顯示在一奈米管切換元件之概示圖； 圖3A-3C顯示在一奈米管切換元件之概示圖； 圖4顯示從奈米管切換元件建構出之一例示性雙軌 輸入、雙轨輸出反相器電路之概示圖； 25 圖5顯不從奈米管切換元件建構出之一例示性雙軌 正反器電路之概示圖； 圖6A-6B顯示利用一例示性奈米管穩態ram單元與 31 ：3'S§®*7^.......
‘\· J ^ —- —. | _ _ —_ . »，，— _ 單 111 I * P. mmm •一 J 一雙執正反器電路建構出之非揮發性ram單元之概示 圖； 圖7顯示一雙執以奈米管為基之NOR電路之概示 圖， 5 圖8A與8B顯一在一閂鎖電路中操作為一 3-端點裝 置之揮發性4-端點奈米管切換裝置之例示性概示圖。 【主要元件符號說明】 100 :奈米管切換元件 ίο 102 :項目 111 :控制電極 11Γ :控制電極 112 :釋放電極 112’ ：釋放電極 15 113 :輸出節點/輸出電極 113’ ：輸出電極 113c :輸出電極 113d :輸出電極 113a :輸出電極 2〇 113b :輸出電極 114 :訊號電極 114’ ：訊號電極 114a :訊號電極 114b :訊號電極 25 115 :奈米管通道元件 115’ ：奈米管通道元件 116 :支撐 117 :絕緣層 118 :絕緣層（膜）/絕緣物/介電層/絕緣區域 32 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 年月日修级)正替換頁丨 119 :絕緣材料/絕緣物/介電層 120 :連接 122 :位置 124 :位置 5 126 :區域 410T :上部 410C :下部 411T :輸入鏈路 413T :輸出節點 10 411C :輸入鏈路 413C :輸出節點 412 :奈米管切換元件 414 :奈米管切換元件 416 :奈米管切換元件 15 418:奈米管切換元件 420 :反相器 510 :反相器 510A :上反相器 510B :上反相器/回授反相器 20 511 :反相器 511A :下反相器 511B :下反相器/主控反相器 512 :輸出節點 513 :輸出節點 25 520 :非揮發性狀態裝置/閂鎖 620 :狀態裝置/奈米管閂鎖部 621 :節點 622 :節點 630 :靜態RAM單元/NRAM單元 33 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc 修(泛)正替換頁 632 選擇電晶體 634 選擇電晶體 650 奈米管閂鎖 660 狀態裝置 662 選擇電晶體 664 選擇電晶體 671 節點 672 節點 700 CVSL電路 740 邏輯部/邏輯電路 742 邏輯部/邏輯電路 G102 :間隙高度 G103 :間隙高度 G104 :間隙高度 34 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc

Claims (1)

  1. 專利申請案第93124279號 ROC Patent Appln. No. 93124279 修正後無劃線之中文申請專利範圍替換本-附件(四) Amended Claims in Chinese - Enel. Πνί (民國100年8月5日送呈） (Submitted on August 5, 2011) @78^ --—： 月日修(變：)正替換頁 十、申請專』範圍 1. 一種切換元件，包含： 一輸入節點； 一輸出節點； 5 一奈米管通道元件，具有至少一電氣傳導奈米管； 一控制結構，配置為與該奈米管通道元件相關，以 控制性地於該輸入節點及該輸出節點之間形成與不 形成一電氣傳導通道，其中該電氣傳導通道至少包 括該奈米管通道元件；以及 10 其中該輸出節點係被建構與安排為使得通道形成實 質上不受該輸出節點的電氣狀態的影響。 2. 如申請專利範圍第1項之切換元件，其中該控制結 構包括一控制電極與一釋放電極，配置於該奈米管 通道元件之相對側。 15 3.如申請專利範圍第1項之切換元件，其中通道形成 係為非揮發性狀態。 4. 如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該控制電 極與該釋放電極係配置為與該奈米管通道元件相 關，藉由致使該奈米管通道元件之機電偏折，而形 20 成與不形成該電氣傳導通道。 5. 如申請專利範圍第4項之切換元件，其中該機電偏 折致使奈米管通道元件實體接觸該輸出節點。 6. 如申請專利範圍第1項之切換元件，其中該輸出節 點包括一隔離結構，配置為與該奈米管通道元件相 25 關，使得通道形成對該輸出節點狀態實質上不變。 7. 如申請專利範圍第6項之切換元件，其中該奈米管 通道元件之偏折係對靜電（electrostatic)力響應，且 35
    — -一"冥隔離結構致使一靜電場將由該輸出節點狀態 之干擾與該奈米管通道元件之實體部絕緣。 8. 如申請專利範圍第7項之切換元件，其中該隔離結 構包括二組電極，配置於該控制結構之相對側，每 5 一組電極包括配置於該奈米管通道元件之相對側之 電極。 9. 如申請專利範圍第8項之切換元件，其中該二組電 極係對稱地配置為與該控制結構相關。 10. 如申請專利範圍第8項之切換元件，其中至少一電 ίο 極以一絕緣物覆盖。 11. 如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該奈米管 通道元件係與該輸入節點電氣通連’並與該控制電 極與該釋放電極以相隔（spaced)與相跨（crossed)關 係放置，其中該奈米管通道元件之偏折係對一靜電 15 力響應’該靜電力由該輸入節點、該控制電極與該 釋放電極上之訊號造成。 12. 如申請專利範圍第2項之切換元件，其中奈米管通 道元件之偏折係對一差動訊號關係響應，該差動訊 號關係被施加至該控制電極與該釋放電極。 20 13.如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該控制電 極有相關於該奈米管通道元件之第一相隔關係，且 其中該釋放電極有相關於該奈米管通道元件之第二 相隔關係，且其中該輸出節點包括一輸出電極，該 輸出電極有相關於該奈米管通道元件之第三相隔關 25 係，以及其中藉由該控制電極部分誘發之該奈米管 通道元件之靜電吸引，致使該奈米管通道元件與該 輸出電極接觸，且其中藉由該釋放電極部分誘發之 36 年月日饺(¾:正 元件終結’致使該奈米管通道 i4.n;利 fr==該第-、 15 係有不同之量(―e)。 利範圍第1項之切換元件，其中該奈米管 =料L彡方式(lith_ieally)界定 16·如申請專利範圍第1項之切換元件，其巾該奈米管 通道元件係由奈米編織構造建構而成。 1〇 I7.如申凊專利範圍第16項之切換元件，其中該奈米管 通道元件係由高多孔度(highly porous)奈米編織構 造建構而成。 18.如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該控制電 極以一絕緣物覆蓋。 15 19.如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該釋放電 極以一絕緣物覆蓋。 20. 如申請專利範圍第2項之切換元件，其中該奈米管 通道元件可對該奈米管通道元件、該控制電極與該 釋放電極上之訊號關係響應，而定位在至少二位置 20 狀態之一，且其中至少二位置狀態之一係由該奈米 管通道元件界定，該奈米管通道元件係在一浮接 (floating)狀態，並不與該輸出節點電氣通連。 21. —種布林邏輯電路’包含： 至少一組差動輸入端點與一輸出端點； 25 一奈米管切換元件網路，電氣配置於該至少一組差 動輸入端點與該輸出端點之間； 該奈米管切換元件網路在該至少一組差動輪入端點 37 l· 日修(更)正替換頁 上貝彳于布林(Boolean)訊號的布林函數轉換。 22.如申請專利範圍第21項之布林邏輯電袼'，复太 米管切換元件網路在該至少一組差動輪 行訊號的布林NOT函數。 ”、Λ 23.如申請專利範圍第21項之布林邏輯電％，1 ::組i動至少包含一第1差動輸3 點及一弟一組差動輸入端點，且該奈米管士啼 網路在至少該第一與第二組差動輸入實= 號的布林NOR函數。 貝订況 10 24.如申請專利範圍第21項之布林邏輯電略，1 少一組差動輸入端點至少包含一第一纟且^ 5亥至 點及一第二組差動輸人端點，且該奈米公端 網路^少該第一與第二組差動輸入％ =實= 號的布林NAND函數。 工耳订5fl 15 25.如甲請專利 20 乃〜π外碟科电袼，复 林邏輯電路係疊接放大電壓切換邏輯略^ Τ该布 voltage switch logic circuit) ’ 且其中該 ^ (Cascode 件網路進-步在至少該第—與第二組差動 上實行訊號的布林NAND函數。 ^ 26.—種布林邏輯電路，包含： 至少一輸入端點與一輸出端點； 一奈米管切換元件網路，電氣配置於該至少一輸入 端點與該輸出端點之間，該奈米管切換元件網路包 含至少一奈米管切換元件； 該奈米管切換元件網路在該至少—輸人端點上實行 布林訊號的布林函數轉換，且該至少一奈米管切換 元件之其中一者忐夠非揮發性地維持資訊狀態。 38 25 27. 如申澡專利範圍第26項之布林邏輯電路，其中能夠 非揮發性地維持資訊狀態之該至少一奈米管切換元 件之其中一者包括一奈米管通道元件，其具有至少 一電氣傳導奈米管，與一配置為與該奈米管通道元 件相關之控制結構，以在該至少一奈米管切換元件 之其令一者之一輸入節點與該至少一切換元件之一 輸出節點之間可控制性地形成與不形成一電氣傳導 通道。 28. 如申請專利範圍第27項之布林邏輯電路，其中該控 制結構包括一控制電極與一釋放電極，配置於該奈 米通道元件之相對側。 29. 如申請專利範圍第21項之布林邏輯電路，其中該奈 米管切換元件網路包括一第一與第二奈米管切換元 件，每一奈米管切換元件包括： 一輸出節點； 一奈米管通道元件，具有至少一電氣傳導奈米管； 及 一控制電極，配置為與該奈米管通道元件相關，而 可控制性地對該輸出節點形成一電氣傳導通道； 一釋放電極，配置為與該奈米管通道元件相關，而 可控制性地對該輸出節點不形成該電氣傳導通道； 其中該至少一組差動輸入端點至少包含一第一組差 動輸入端點及一第二組差動輸入端點； 其中該布林邏輯電路之第一組差動輸入端點係與該 第一與第二奈米管切換元件之控制電極電氣通連； 其中該布林邏輯電路之第二組差動輸入端點係與該 第一與第二奈米管切換元件之釋放電極電氣通連； •…· ν· 年月 »sa· 日砭次)正替换頁 切換…輸出節點係與 其中兮楚輸出端點電氣耦合； 氣诵=〜'米管切換元件之奈米#通道元件係電 巧二邏輯真—值，且該第；奈米管切換： 值。不/、^通道疋件係電氣通連炱/邏輯偽(false) 1〇 31 專=圍第29項之布林邏輯電路，其中該第 診iirr、管切換元件之任一之通道形成，係由 ‘i道偏折造成，以致使該奈米 電路，其中該奈 is 制電極釋:ϊ極ί在該奈米管通，件、該控 体二且其中該第-與第二奈水管切換元件之 32 相關it隔離結構配置為與該条米管通道元件 變關，使㈣通道形成對該輸出節點狀態實質上不 2〇 〜：口:.】圍j31項之布林邏輯電路’其中該每 電二件可對該奈米管通道元件、讀控制 由讀奈米管忒元件；其中至少二位置斷-係 33 件界定，該奈米管通道元件係在 如申請專衫㈣輸㈣點電氣通連。 〜次、圍第32項之布林邏輯電路，其中該每 件：；二之位置狀態在該奈米管通道元 ^控制電極與該釋放電極之訊號不存在的;形 40 25 j年月曰修使)正督孩：Mj '--- 專利範圍第26項之布林邏輯電路，其中該奈 " 米管切換元件網路包括一第一與第二奈米管切換元 - 件，每一奈米管切換元件包括： 一輸出節點； 5 一奈米管通道元件，具有至少一電氣傳導奈米管； 及 一控制電極，配置為與該奈米管通道元件相關而可 控制性地對該輸出節點形成一電氣傳導通道； 一釋放電極，配置為與該奈米管通道元件相關而可 10 控制性地對該輸出節點不形成該電氣傳導通道； 其中該布林邏輯電路之輸入端點係與該第一與第二 奈米管切換元件之控制電極電氣通連； 其中一釋放訊號係與該第一與第二奈米管切換元件 之釋放電極電氣通連； 15 其中該第一與第二奈米管切換元件之輸出節點係與 該布林邏輯電路之輸出端點電氣耦合； 其中該第一奈米管切換元件之奈米管通道元件係電 氣通連至一邏輯真(true)值，且該第二奈米管切換元 件之奈米管通道元件係電氣通連至一邏輯偽（false) 20 值。 35.—種閂鎖電路，包括： 至少一輸入端點與一輸出端點； 一第一與一第二反相器電路，每一反相器電路包括 一奈米管切換元件，其具有一輸入節點、一輸出節 25 點、一具有至少一電氣導通奈米管之奈米管通道元 件、一配置為與該奈米管通道元件相關而可控制性 地對該輸出節點形成電氣傳導通道之控制電極、一 41 年Λ _正替換頁！ ——-_j 配置為與該奈米管通道元件相關而可控制性地對診 輸出節點不形成電氣傳導通道之釋放電極； 、 其中該第一反相器電路之輪出節點係與該第二反相 5 器電路之控制電極耦合，且該第二反相器電路之^ ^ · 出節點係與該第一反相器電路之控制電極耦合。〜 • 36.如申請專利範圍第35項之閂鎖電路，其中每— 器甩路包括另一奈米管切換元件，該奈米管切 件與另一奈米管切換元件被安排為互補上 1〇 太與切換元件，其中—個切換 之不、米官通道兀件係耦合至一邏輯直（tru幻 • ::::換元件之奈米管通道元件係W . 申睛專利範圍第36項之閃鎖電路，其巾 ，:===第二反_以 電以==係與該第一反相器 耦合。 乂及邊弟二反相器電路之釋放電極 3 8.如申請專利範圖笛κ ^ 2〇 切換元件之通之閃鎖電路’其中該奈米管 電偏折造成，係由該奈米管通道元件之機 點間之接觸。 Μ奈米官通道元件與該輸出節 39.如申請專利範 管通道元件可之⑽電路，其#每一奈米 25 之訊賴_/二^通道元件與馳制電極上 其中至少二以疋位在至少二位置狀態之-， 定，該奈米營^::係由該奈米管通道元件界 I兀件係在一浮接(floating)狀態， 42 I 輝Sf37C~~------------； .年月便:三爷达纪 L------IT#該輸出節點電氣通連。 ' 40.如申請專利範圍第39項之閂鎖電路，其中每一奈米 • 管通道元件之位置狀態係在該奈米管通道元件、該 控制電極與該釋放電極之訊號不存在的情形下維持 5 狀態。 43 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1A)圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 100 :奈米管切換元件 5 111 :控制電極 112 :釋放電極 113c :輸出電極 113d :輸出電極 113a :輸出電極 10 113b :輸出電極 114a :訊號電極 114b :訊號電極 115 :奈米管通道元件 116 :支撐 15 117 :絕緣層 118 :絕緣層（膜）/絕緣物 119 :絕緣材料/絕緣物 G102 :間隙高度 G103 :間隙高度 2〇 G104 :間隙高度 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式： 25 無 5 J:\menu\Pending-93\93392-發明說明書-修正本.doc
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