НАКОПИТЕЛЬ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1995 года по МПК G11C11/40 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к постоянным запоминающим устройствам (ПЗУ), запись и считывание информации в которых осуществляется с помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа (СТМ).

Известна запоминающая среда для ПЗУ, представляющая собой помещенную в сверхвысокий вакуум (СВВ) полупроводниковую подложку, запись информации на которой производится путем локальной адсорбции или десорбции атомов кислорода.

Недостатками такой среды является аппаратурная сложность записи и считывания информации в СВВ и неудовлетворительная надежность хранения информации, поскольку адсорбционно-десорбционные процессы на поверхностях являются не контролируемыми на атомарном уровне.

Известна запоминающая среда для ПЗУ, представляющая собой поверхность металлических стекол (типа Rh₂₅ Zr₇₅, Co₃₅ Tb₆₅, Ir₂₈B₉Mo₆₃), запись информации на которой производится путем вытягивания "бугров" за счет локального повышения пластичности при воздействии туннельным зондом.

Недостатком такой среды является низкая надежность хранения информации, обусловленная метастабильностью стеклообразного состояния вышеуказанных металлических сплавов и постепенной релаксацией к первоначальному уровню поверхностного рельефа.

Известна запоминающая среда для ПЗУ, представляющая собой пленку на кремниевой подложке, запись информации на которой осуществляется путем локального осаждения островков углерода при разложении под воздействием туннельного зонда паров масла, поступающих из вакуумной системы.

Недостатками такой среды являются низкая надежность, обусловленная возможностью неконтролируемого осаждения слоя масла на поверхности подложки и изменением самой подложки под действием туннельного зонда, а также сложность осуществления записи информации, вызываемая необходимостью применения больших ( ≥ 10 В) туннельных напряжений, при которых происходит разрушение туннельных зондов, что предполагает частую их замену в процессе записи.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение процесса записи информации в ПЗУ.

Цель достигается применением в качестве запоминающей среды для ПЗУ атомно-гладкой проводящей подложки (например, графита) с монослойным покрытием гексаметилдисилазана (ГМДС) [(CH₃)₃Si]₂NH. Запись информации на такой запоминающей среде требует применения достаточно низких туннельных напряжений (не более 5 В), при которых деградация туннельных зондов не происходит, и сопровождается фазовым превращением в пленке ГМДС без изменения поверхностного рельефа самой подложки.

Изменение рельефа в пленке ГМДС при воздействии туннельным зондом определяется совместным влиянием двух факторов: повышением пластичности и химическим превращением, причем оба эти процесса инициируются высокой концентрацией электронов в локальных участках пленки под зондом. Указанное химическое превращение представляет собой или полимеризацию, или образование различных кислородсодержащих фаз типа SiC_xN_yO_z, поскольку воздействие осуществляется на воздухе. Именно протекание химического превращения с образованием стабильных фаз определяет стабильность локально измененного рельефа во времени, обусловливая надежность хранения информации.

Применение пленки ГМДС в качестве основы запоминающей среды требует использования атомно-гладкой проводящей подложки и равномерного нанесения пленки по площади и толщине. Наиболее удобно применение в качестве подложки монокристаллического графита, преимуществами которого, наряду с высокой электрической проводимостью и наличием протяженных атомно-гладких поверхностей, являются его химическая инертность к окислению и пренебрежимо малое изменение поверхностного рельефа при туннельных напряжениях (≅5 В), используемых для воздействия на пленку ГМДС. Перспективными подложками являются также монокристаллы слоистых халькогенидных соединений типа WSe₂, TaS₂ и др.

Согласно изобретению в качестве подложки могут быть использованы и монокристаллические диэлектрики (слюда, NaCl, CaF₂ и др.) на атомно-гладких поверхностях которых выращен эпитаксиальный проводящий слой. Так, на слюде может быть получен эпитаксиальный проводящий слой серебра при температуре 275^оС.

Для обеспечения равномерного по площади и толщине нанесения пленки ГМДС предложено применение метода химической сборки (известного также как метод молекулярного наслаивания). В этом случае на подложке осаждается ровно один монослой ГМДС с хорошей адгезией к подложке. Величина рельефа на поверхности пленки при получении ее методом химической сборки не превышает 0,10-0,15 нм.

Аппаратурно процессы записи и считывания информации на предлагаемой запоминающей среде могут быть оформлены аналогично описанным для ПЗУ, но не в условиях СВВ, а на воздухе. Логическому "0" ПЗУ соответствует высота подъема острия зонда над исходной поверхностью пленки ГМДС, логической "1" - над участком поверхности, подвергшемся воздействию зондом. Разница в рельефе для применяемых величин туннельного напряжения составляет 0,8-1 нм, т. е. почти на порядок выше разброса в величине рельефа на исходной поверхности пленки.

П р и м е р. Экспериментальный образец запоминающей среды изготовлен на подложке пиролитического графита с ориентацией (0001) путем нанесения методом химической сборки пленки ГМДС из газовой фазы при комнатной температуре. Парциальное давление ГМДС в процессе нанесения составляет 10^-3 Па, время нанесения монослоя 1 мин.

Исследование рельефа и его локальное изменение проводились с помощью СТМ-литографа. Сканирование поверхности пленки проводилось при величине туннельного тока 0,6 нА и напряжении на зонде 0,1 В.

На фиг. 1 показан рельеф поверхности пленки ГМДС: колебания рельефа не превышают 0,15 нм; на фиг.2 представлена топограмма поверхности пленки ГМДС при локальном воздействии с туннельного зонда импульса положительной полярности амплитудой 5 В и длительностью 0,1 мс. В месте воздействия образуется выступ высотой порядка 1 нм и диаметром 12 нм, который остается стабильным в течение по крайней мере 12 ч наблюдения.

Принимая размер ячейки ЗУ равным 12 нм, используя данную запоминающую среду, можно получить плотность записи информации не менее 10¹¹ бит/см².

Изобретение относится к запоминающим устройствам, запись и считывание информации в которых осуществляется с помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа. Целью изобретения является повышение надежности накопителя. Это достигается тем, что в качестве накопителя для ПЗУ используют атомно-гладкую подложку, например, из монокристаллического графита, покрытую гексаметилдисилазана. Запись информации в накопитель требует достаточно низких туннельных напряжений (не более 5В), при которых деградация туннельных зондов не происходит. В качестве подложки может использоваться монокристаллический диэлектрик, например слюда, на атомно-гладкой поверхности которого расположен эпитаксиальный проводящий слой, например из серебра. 2 ил.

НАКОПИТЕЛЬ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий атомно-гладкую проводящую подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, накопитель содержит слой гексаметилдисилазана, расположенный на поверхности атомно-гладкой проводящей подложки.