накопитель для постоянного запоминающего устройства

Формула изобретения

НАКОПИТЕЛЬ ДЛЯ ПОСТОЯННОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий графитовую подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности накопителя, он содержит углеродный слой, расположенный на поверхности графитовой подложки, причем приповерхностный слой графитовой подложки интеркалирован щелочными металлами в стехиометрическом соотношении С_8nМ, где М - один из щелочных металлов, а n = 1 или 2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к постоянным запоминающим устройствам (ПЗУ), накопитель которых в качестве логических ячеек имеет ячейки упорядоченных поверхностных структур.

Известен накопитель для ПЗУ, представляющий собой атомарно-чистую поверхность монокристаллов полупроводников (кремний, арсенид галлия и др. ), содержащую упорядоченные структуры с защитным покрытием из слоя диэлектрика или углеродной пленки [1] .

Недостатком такого накопителя является низкая надежность хранения информации, обусловленная химическим взаимодействием покрытия с подложкой, приводящим к деградации сформированного поверхностного рельефа.

Известен накопитель для ПЗУ, представляющий собой атомно-гладкую поверхность графита, биты информации в который в виде "дырок" диаметром порядка 4 нм и глубиной до 1 нм записываются путем кратковременного повышения потенциала на зонде сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) [2] . Минимальное расстояние, на котором можно расположить биты информации, составляет 6 нм.

Недостатком такого накопителя является низкая надежность, обусловленная необходимостью применения высоких потенциалов на зонде (не менее 5 В) при записи информации, что приводит к быстрой деградации зонда.

Целью изобретения является повышение надежности хранения информации в ПЗУ.

Цель достигается в накопителе для ПЗУ, содержащем графитовую подложку, причем последняя интеркалирована щелочными металлами (K, Rb, Cs) в стехиометрическом соотношении C_8nM (М - один из вышеназванных металлов, n = 1 или 2) и, кроме того, поверхность ее покрыта защитным углеродным слоем.

На фиг. 1 схематично представлены поверхности интеркалированного графита, отвечающие стехиометрическому соотношению C_8nM и характеризующиеся образованием упорядоченной структуры 2х2, вид сбоку и вид сверху; на фиг. 2 показан рельеф такой поверхности, наблюдаемый с помощью СТМ; на фиг. 3 - накопитель ПЗУ.

Накопитель представляет собой графитовую подложку 1, верхний слой 2 которой интеркалирован щелочными металлам (K, Rb, Cs), покрытую и с торцов защитным углеродным слоем 3 толщиной до 1 нм.

В предлагаемом накопителе используется свойство щелочных металлов (K, Rb, Cs) упорядоченно располагаться в поверхностных слоях графита при интеркалировании в кислороднесодержащей атмосфере. При стехиометрическом соотношении C_8nM металл образует гексагональную сверхструктуру 2х2, при соотношении C_16nM - негексагональные структуры х2 и х. Для организации накопителя ПЗУ наиболее удобна симметричная структура 2х2. Она наблюдается на поверхности интеркалированного графита на достаточно больших площадях (порядка 10⁷нм²) в широком диапазоне туннельных токов (0,5-1 нА) и напряжений (до 750 мВ). В местах расположения ионов металла отмечается существенное изменение высоты подъема острия зонда СТМ над поверхностью, вызванное отличием электронной плотности в этих позициях.

Запись и считывание информации производятся зондом СТМ. Логическому "0" ячейки ПЗУ соответствует высота подъема острия зонда СТМ, отвечающая позициям ионов щелочного металла. Для записи логической "1" проводится локальная модификация поверхности интеркалированного графита в атмосфере галогенсодержащих газов (например, тетрахлорида углерода или гексахлорида серы). В обычных условиях эти газы с поверхностью интеркалированного графита не взаимодействуют и структура 2х2, образуемая щелочным металлом, сохраняется неизменной. Приложение повышенного потенциала к туннельному зонду ведет к диссоциации указанных газов с образованием активных ионов и радикалов, которые взаимодействуют с ионами щелочного металла, соответствующими расположению зонда, и изменяют в этих позициях электронную плотность, а следовательно, высоту подъема острия зонда. Последняя соответствует логической "1" ячейки накопителя ПЗУ.

При считывании информации туннельный зонд должен перемещаться на расстояния, строго соответствующие величине периода ячейки упорядоченной структуры 2х2, т. е. 0,492 нм, поскольку высота рельефа над ионом металла, залеченным галогеном, и соседним с ним атомом углерода становится примерно одинаковой (фиг. 2).

Надежность хранения информации в накопителе ПЗУ на основе интеркалированного графита выше по сравнению с накопителем на основе атомарно-чистых поверхностей полупроводников в связи со следующими обстоятельствами. Во-первых, образующиеся при локальном воздействии туннельного зонда ионные связи щелочного металла и галогена прочнее, чем полярные ковалентные связи галогена и полупроводника. Во-вторых, отсутствие химического взаимодействия защитной углеродной пленки с интеркалированным графитом позволяет избежать самопроизвольного изменения рельефа за счет адсорбции или диффузии поверхностных атомов, которое невозможно предотвратить в системе поверхность полупроводника - защитная пленка. По сравнению с известным накопителем для ПЗУ запись информации в заявляемый накопитель требует меньших величин потенциала на туннельном зонде (не более 3-4 В), что делает процесс записи хорошо воспроизводимым, при более высокой плотности записи.

В настоящее время на указанной выше площади наблюдения упорядоченной структуры 2х2 возможно создание накопителя ПЗУ емкостью не менее 10⁸ бит. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1655240, кл. G 11 C 17/00, 1989.

2. Albrecht T. R. , Dovek M. M. et al. Nanometer-Scale Hole Formation on Graphite Using Scanning Tunneling Мicroscope // Appl. Phys. Lett. 1989, N 17, p. 1727-1729.