一種微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，包括硅襯底、分別通過(guò)硅支撐柱懸空設(shè)置在所述硅襯底上的第一石墨烯電極和執(zhí)行器、設(shè)置在所述執(zhí)行器端部并與第一石墨烯電極對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二石墨烯電極，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極上側(cè)均設(shè)置有金屬電極，所述執(zhí)行器與第二石墨烯電極絕緣連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、靈敏度高，數(shù)值區(qū)分度大、能耗低、抗干擾能力強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種使用石墨烯或者氧化石墨烯的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，屬于先進(jìn)半導(dǎo)體材料和器件領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]存儲(chǔ)器包括一類可以保存歷史數(shù)據(jù)的設(shè)備。比如光盤(pán)，磁盤(pán)，閃存以及電腦內(nèi)部的內(nèi)存等等。這些設(shè)備使用不同的方法來(lái)記錄數(shù)據(jù)。比如，光盤(pán)使用光的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，磁盤(pán)使用磁的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，內(nèi)存則使用電的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。所有這些方式都有一個(gè)共同點(diǎn)，也即基于洄滯的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，數(shù)據(jù)載體可以在“O”和“I”兩種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并使得數(shù)據(jù)具有一定的保存性。實(shí)際上，洄滯特性是所有存儲(chǔ)技術(shù)的基礎(chǔ)，通常具有洄滯特性的材料或者機(jī)制都可以應(yīng)用于存儲(chǔ)技術(shù)。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)研究的逐漸深入，人們提出了多值存儲(chǔ)的方法。多值存儲(chǔ)提出，數(shù)據(jù)除了可以處于“O”和“I”兩種狀態(tài)以外，還可以處于其他穩(wěn)定的中間狀態(tài)，也即可以處于比如“O”、“I”、“2”、“3”等等狀態(tài)。假如能夠?qū)崿F(xiàn)“O”、“I”、“2”、“3”等等狀態(tài)，則有可能實(shí)現(xiàn)三進(jìn)制或者四進(jìn)制等方式的運(yùn)算和存儲(chǔ)。這種運(yùn)算方式可以極大的提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)能力。
[0005]目前，實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)的方法主要是通過(guò)某些材料具有多種不同的中間狀態(tài)的特性，比如Ti02，V2O5,氧化硅等等。但是這些材料具有機(jī)理不明確，穩(wěn)定性欠佳等缺點(diǎn)，實(shí)際上難以器件化。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、靈敏度高，數(shù)值區(qū)分度大、能耗低、抗干擾能力強(qiáng)的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件。
技術(shù)方案:本發(fā)明的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，包括硅襯底、分別通過(guò)硅支撐柱懸空設(shè)置在所述硅襯底上的第一石墨烯電極和執(zhí)行器、設(shè)置在所述執(zhí)行器端部并與第一石墨烯電極對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二石墨烯電極，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極上側(cè)均設(shè)置有金屬電極，所述執(zhí)行器與第二石墨稀電極絕緣連接。
[0008]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述執(zhí)行器為磁致伸縮，電致伸縮，熱致伸縮，場(chǎng)致伸縮或者單存的機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)或者部件，能夠在施加磁場(chǎng)、電壓、受熱、靜電場(chǎng)或機(jī)械移動(dòng)作用下產(chǎn)生伸縮形變，實(shí)現(xiàn)第一石墨烯電極和第二石墨烯電極的通斷。
[0009]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極為可拉伸的柔軟結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極為多孔狀、海綿狀或條帶波浪狀的可拉伸的柔軟結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，第一石墨烯電極和第二石墨烯電極的楊氏模量大于IKPa并小于IG Pa。
[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，第一石墨烯電極和第二石墨烯電極之間接觸點(diǎn)的斷裂強(qiáng)度大于5 MPa且小于1G Pa。
[0013]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，第一石墨烯電極和第二石墨烯電極相互趨近的過(guò)程中，兩者之間能夠順次形成I個(gè)以上的接觸點(diǎn)，第一石墨烯電極和第二石墨烯電極在相互分離的過(guò)程中，兩者之間的接觸點(diǎn)能夠按照與相互趨近過(guò)程中的次序相反的次序斷開(kāi)。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極之間的接觸點(diǎn)具有接觸洄滯效應(yīng)，每個(gè)觸點(diǎn)產(chǎn)生的洄滯窗口尺寸大于0.1納米。
[0015]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極之間的多個(gè)接觸點(diǎn)，相互趨近過(guò)程先形成的觸點(diǎn)與其后一個(gè)觸點(diǎn)的間距小于所述后一個(gè)觸點(diǎn)的洄滯窗口的大小。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明器件中，所述第一石墨烯電極和第二石墨烯電極之間的多個(gè)接觸點(diǎn)，相互趨近過(guò)程先形成的第一個(gè)接觸點(diǎn)和最后一個(gè)接觸點(diǎn)的間距小于最后一個(gè)接觸點(diǎn)的洄滯窗口的大小。
[0017]本發(fā)明提出使用石墨烯或者氧化石墨烯或者金作為多值存儲(chǔ)器件的方法，利用材料特殊的機(jī)械和電學(xué)特性，構(gòu)建一種基于新機(jī)制的存儲(chǔ)器件?？梢詰?yīng)用于多值存儲(chǔ)的用途。
[0018]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:只包含有兩個(gè)相對(duì)的電極。其中的至少一個(gè)電極可以由壓電等方式驅(qū)動(dòng)。沒(méi)有傳統(tǒng)器件中的多層薄膜，上下電極的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
2.可靠性高:本發(fā)明利用了石墨烯的形變和接觸特性。石墨烯材料具有目前已知材料的最高強(qiáng)度，其機(jī)械性能和抗疲勞特性優(yōu)異，其導(dǎo)電性能也優(yōu)于大部分金屬材料，形成的接觸穩(wěn)定。以上特性保證了器件具有很好的可靠性。
[0019]3.靈敏度高，數(shù)值區(qū)分度大:區(qū)別于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器件中使用電子或者空穴的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯中“開(kāi)”或者“關(guān)”狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的區(qū)分，本器件直接使用器件的通斷進(jìn)行開(kāi)關(guān)數(shù)值量的存儲(chǔ)，是實(shí)際意義上的“開(kāi)-關(guān)”元件，因此其數(shù)值區(qū)分度可以非常大。
[0020]4.能耗低。傳統(tǒng)器件在“關(guān)”狀態(tài)時(shí)候仍然有電流通過(guò)，而本發(fā)明的器件由于器件的觸點(diǎn)處于“關(guān)”狀態(tài)時(shí)觸點(diǎn)間無(wú)電流通過(guò)，所以器件能耗較低。
[0021 ] 5.抗干擾能力強(qiáng):由于石墨稀材料的機(jī)械強(qiáng)度高，電學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其抗干擾能力較強(qiáng)。另外，選用不同的驅(qū)動(dòng)方式可以針對(duì)不同的外界環(huán)境進(jìn)行存儲(chǔ)而對(duì)其他干擾信號(hào)沒(méi)有響應(yīng)，其具有良好的選擇性響應(yīng)特性和較好的抗干擾能力。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是雙值存儲(chǔ)器件的狀態(tài)-位置關(guān)系圖。
[0023]圖2為初始狀態(tài)圖，對(duì)應(yīng)圖1中的A點(diǎn)的狀態(tài)。
[0024]圖3為電極剛接觸的狀態(tài)圖，對(duì)應(yīng)圖1中的B點(diǎn)的狀態(tài)，此時(shí)電流會(huì)產(chǎn)生跳變，即由狀態(tài)“O”跳至狀態(tài)“I”。
[0025]圖4為電極進(jìn)一步靠近后擠壓對(duì)面的固定電極，可以對(duì)應(yīng)圖1中的C點(diǎn)的狀態(tài)
圖5為可動(dòng)電極回到初始狀態(tài)的示意圖，固定的電極收到拉伸，但是電接觸依然保持。
[0026]圖6為二值存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)的示意圖，兩電極之間初始距離應(yīng)該滿足的區(qū)域(陰影部分)，此初始距離也是存儲(chǔ)脈沖過(guò)后，存儲(chǔ)已經(jīng)完成后的最后距離。
[0027]圖7為三值存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)的示意圖，兩電極之間初始距離應(yīng)該滿足的區(qū)域(陰影部分)，此初始距離也是存儲(chǔ)脈沖過(guò)后，存儲(chǔ)已經(jīng)完成后的最后距離。
[0028]圖8為四值存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)的示意圖，兩電極之間初始距離應(yīng)該滿足的區(qū)域(陰影部分)，此初始距離也是存儲(chǔ)脈沖過(guò)后，存儲(chǔ)已經(jīng)完成后的最后距離。
[0029]圖9為四值存儲(chǔ)器件初始狀態(tài)(“O”狀態(tài))的情況的示意圖，其中左側(cè)電極固定，右側(cè)電極可動(dòng)。I，2，3分別代表三個(gè)觸點(diǎn)所在位置。
[0030]圖10為四值存儲(chǔ)器件“I”狀態(tài)剛建立時(shí)候的情況示意圖。
[0031]圖11為四值存儲(chǔ)器件“2”狀態(tài)剛建立時(shí)候的情況示意圖，此時(shí)第一觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dLl應(yīng)變。
[0032]圖12為四值存儲(chǔ)器件“3”狀態(tài)剛建立時(shí)候的情況示意圖，此時(shí)第一觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dLl’應(yīng)變，第二觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dL2應(yīng)變。
[0033]圖13為四值存儲(chǔ)器件可動(dòng)電極回到初始位置時(shí)候的情況示意圖，此時(shí)第一觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dLl’’應(yīng)變，第二觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dL2’’應(yīng)變，第三觸點(diǎn)所在的部位發(fā)生dL3’’應(yīng)變。
[0034]圖14為四值存儲(chǔ)器件在兩個(gè)電極都具有突出觸點(diǎn)時(shí)的一種可能結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0035]圖15使用銀納米線作為導(dǎo)電電極，石墨烯材料作為存儲(chǔ)載體構(gòu)建的存儲(chǔ)器件。其中左側(cè)電極固定，右側(cè)電極由壓電機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。深黑色為銀電極，半透明狀為疏松的石墨烯。
[0036]圖16兩個(gè)石墨烯電極沒(méi)有接觸的初始狀態(tài)圖17兩個(gè)石墨烯電極接觸后稍有壓縮的狀態(tài)
圖18兩個(gè)石墨烯電極相向運(yùn)動(dòng)但是還未分開(kāi)的狀態(tài)
圖19兩個(gè)石墨烯電極進(jìn)一步相向運(yùn)動(dòng)但是還未分開(kāi)的狀態(tài)，此時(shí)左側(cè)電極收到拉伸圖20電極接觸點(diǎn)受到拉伸后斷開(kāi)圖21 二值存儲(chǔ)所對(duì)應(yīng)的電流-位置關(guān)系圖。
[0037]圖22初始狀態(tài)，兩個(gè)電極未接觸圖23兩個(gè)電極形成第一個(gè)接觸
圖24兩個(gè)電極進(jìn)一步靠近，第一個(gè)接觸保持，第二個(gè)接觸尚未形成圖25兩個(gè)電極進(jìn)一步靠近，第一個(gè)接觸保持，第二個(gè)接觸形成圖26兩個(gè)電極開(kāi)始離開(kāi)，第一個(gè)接觸保持，第二個(gè)接觸斷開(kāi)圖27兩個(gè)電極進(jìn)一步離開(kāi)，第二個(gè)接觸斷開(kāi)，第一個(gè)接觸斷開(kāi)圖28三值存儲(chǔ)所對(duì)應(yīng)的電流-位置關(guān)系圖。
[0038]圖29為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中兩個(gè)電極所依附的結(jié)構(gòu)分開(kāi)，可以單獨(dú)的自由活動(dòng)。
[0039]圖30為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中兩個(gè)電極所依附的結(jié)構(gòu)在一個(gè)襯底上。
[0040]圖中:I為硅支撐柱、2為硅襯底、3為執(zhí)行器、4為第一石墨烯電極、5為第二石墨烯電極。
[0041]
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0043]圖1中，假定一個(gè)電極的位置固定，另一個(gè)電極的位置發(fā)生變化。X軸方向?yàn)閮蓚€(gè)電極靠近的方向。Y軸所示的狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)于電流大小。高電流對(duì)應(yīng)于狀態(tài)“I”，低電流對(duì)應(yīng)于狀態(tài)“O”。其中箭頭指示的方向?qū)?yīng)一個(gè)周期內(nèi)可動(dòng)電極的移動(dòng)方向。也即電極先靠近，后分開(kāi)。A，B，C，D分別對(duì)應(yīng)圖2至圖5所示意的接觸狀態(tài)。
[0044]圖2至圖5中，右側(cè)橫紋方塊代表驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。網(wǎng)紋區(qū)域代表石墨烯或者氧化石墨烯。
[0045]圖15至圖21為實(shí)施例一的相關(guān)示意圖:其中二值存儲(chǔ)，電極兩側(cè)均使用附著在銀納米線上的石墨烯材料，形成含有一個(gè)觸點(diǎn)的接觸結(jié)構(gòu)。其中的石墨烯材料具有疏松的結(jié)構(gòu)，以保證其具有合適的壓縮和拉伸彈性系數(shù)。
[0046]圖21至圖28為實(shí)施例二的相關(guān)示意圖:其中三值存儲(chǔ)，電極兩側(cè)均使用附著在銀納米線上的石墨烯材料，形成含有一個(gè)觸點(diǎn)的接觸結(jié)構(gòu)。其中的石墨烯材料具有疏松的結(jié)構(gòu)，以保證其具有合適的壓縮和拉伸彈性系數(shù)。
[0047]本發(fā)明的存儲(chǔ)器件由兩極構(gòu)成，其中至少有一極是石墨烯或者氧化石墨烯材料。要達(dá)到好的效果，最好兩個(gè)電極都是用石墨烯或者氧化石墨烯材料。兩個(gè)電極應(yīng)該懸空置于襯底上。電極末端與襯底固定并形成電連接。兩極之間施加電壓U0。初始狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)電極不相互接觸。器件中沒(méi)有電流通過(guò)，器件處于“O”狀態(tài)。石墨烯電極應(yīng)該為彈簧狀柔軟結(jié)構(gòu)，比如多孔狀(如附圖實(shí)施例)、海綿狀、條帶波浪狀，不可以是常規(guī)半導(dǎo)體器件中使用的不可壓縮、不可拉伸的結(jié)構(gòu)，以保證后面操作過(guò)程所述的若干要求。同時(shí)，石墨烯應(yīng)該為清潔的，不含有表面污染的材料，以使其容易形成電接觸。
[0048]其中所使用的石墨烯或者氧化石墨烯材料應(yīng)該加工成具有多個(gè)可用于與對(duì)面電極相接觸的觸點(diǎn)。對(duì)于只有一側(cè)電極使用石墨烯或者氧化石墨烯材料的情況，與其相對(duì)的另一側(cè)電極可以是表面平整的電極材料，尤其在與石墨烯或者氧化石墨烯相對(duì)的一側(cè)可以是表面平整的電極材料。此時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)單值存貯，也即“O”和“I”的存貯，石墨烯或者氧化石墨烯材料加工成只有一個(gè)觸點(diǎn)即可，而另一側(cè)的電極在與石墨烯或者氧化石墨烯材料觸點(diǎn)接觸后形成導(dǎo)電通路，此時(shí)器件處于“I”狀態(tài)(注意:“O”或者“I”狀態(tài)可以根據(jù)需要隨意定義)；對(duì)于只有一側(cè)電極使用石墨烯或者氧化石墨烯材料的情況，為了實(shí)現(xiàn)二值存貯，也即“O”、“I”和“2”的存貯，石墨烯或者氧化石墨烯材料加工成含有兩個(gè)觸點(diǎn)。當(dāng)相對(duì)一側(cè)的電極與第一個(gè)觸點(diǎn)接觸時(shí)，器件局部導(dǎo)通，其流入一定的電流，器件處于“I”狀態(tài)。當(dāng)相對(duì)一側(cè)的電極與第二個(gè)觸點(diǎn)接觸時(shí)，器件處于“2”狀態(tài)，此時(shí)第一、二個(gè)觸點(diǎn)均與對(duì)面的電極相接觸，流進(jìn)器件的電流增加;依次類推可以推至更多值存儲(chǔ)的情況。
[0049]上述不同的觸點(diǎn)應(yīng)該具有與對(duì)面電極不同的間距。比如，依次地，假設(shè)電極上第一個(gè)觸點(diǎn)與對(duì)面電極的距離為L(zhǎng)I，第二個(gè)觸點(diǎn)與對(duì)面電極的距離為L(zhǎng)2，第三個(gè)觸點(diǎn)與對(duì)面電極的距離為L(zhǎng)3，則應(yīng)該滿足Ll〈 L2〈 L3。以此類推。也即兩個(gè)電極在相互靠近的過(guò)程中多個(gè)觸電依次形成，相鄰觸點(diǎn)順次形成的過(guò)程中有一定的距離差。
[0050]所使用的石墨烯或者氧化石墨烯材料應(yīng)該具有良好的拉伸和壓縮特性，應(yīng)該具有合適的彈性系數(shù)。具體而言，假設(shè)觸點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度為Pl (其中P=Fcl/S，F(xiàn)cl為觸點(diǎn)拉伸斷裂應(yīng)力，S是觸點(diǎn)接觸面積)，拉伸彈性系數(shù)為kl;抗壓強(qiáng)度為Py(其中P=Fcy/S，F(xiàn)cy為觸點(diǎn)壓縮斷裂應(yīng)力，S是觸點(diǎn)接觸面積)，壓縮彈性系數(shù)為ky，則對(duì)于單獨(dú)一個(gè)觸點(diǎn)的存儲(chǔ)器，應(yīng)該至少滿足klXLl〈 Fcl。對(duì)于兩個(gè)觸點(diǎn)的存儲(chǔ)器，應(yīng)該至少滿足klXL2〈 Fcl，ky X (L2-L1 )〈Fcy0
[0051]可以將兩個(gè)電極都使用石墨烯或者氧化石墨烯材料，并加工成含有多個(gè)突出觸點(diǎn)的形式，其工作原理與上面的類似。當(dāng)兩個(gè)電極都加工成含有多個(gè)突出觸點(diǎn)時(shí)，不受上述第2點(diǎn)所述與石墨烯或者氧化石墨烯相對(duì)的一側(cè)可以是表面平整的電極材料的限制，只需要注意使兩個(gè)相對(duì)的電極的觸點(diǎn)可以良好的接觸就可。
[0052]本發(fā)明中，對(duì)于二值存儲(chǔ)，兩個(gè)石墨烯電極在發(fā)生相對(duì)移動(dòng)后可以產(chǎn)生電接觸，并形成一個(gè)接觸點(diǎn)。接觸點(diǎn)的導(dǎo)電特性和兩個(gè)電極之間的距離具有洄滯特性。對(duì)于三值存儲(chǔ)，兩個(gè)石墨烯電極在發(fā)生相對(duì)移動(dòng)后可以產(chǎn)生電接觸，并依次形成第一個(gè)接觸點(diǎn)和第二接觸點(diǎn)。每一個(gè)接觸點(diǎn)的導(dǎo)電特性和兩個(gè)電極之間的距離具有洄滯特性。以此類推，可以形成其他的多值存儲(chǔ)方式。
[0053]存儲(chǔ)器的改寫(xiě)可以使兩個(gè)電極中的任何一個(gè)或者兩者同時(shí)的進(jìn)行移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如對(duì)于有兩個(gè)觸點(diǎn)的三值存儲(chǔ)，要將“2”改寫(xiě)為“I”，則需要將第二個(gè)接觸點(diǎn)斷開(kāi)而保留第一個(gè)觸點(diǎn)即可。類似的，存儲(chǔ)器的全部擦除(改寫(xiě)為“O”)也可以使用此方式使所有觸點(diǎn)斷開(kāi)就可。
[0054]電極相對(duì)位置的運(yùn)動(dòng)可以使用壓電的方式進(jìn)行;或者使用熱致伸縮或者磁致伸縮效應(yīng)進(jìn)行;或者是單純的機(jī)械位移作用。具體而言，假設(shè)使用壓電的方式進(jìn)行，采用三值存儲(chǔ)的方式，也即兩次的的電極可以順次形成兩個(gè)電觸點(diǎn)，具有“O”、“I”、“2”三種狀態(tài)。其中可能的一種方式是固定一側(cè)的電極，而另一側(cè)的電極和壓電啟動(dòng)端固定。當(dāng)壓電材料受到一個(gè)電脈沖激勵(lì)并產(chǎn)生一個(gè)位移時(shí)，其推動(dòng)右側(cè)電極朝向左側(cè)的電極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位移使得對(duì)應(yīng)于“I”狀態(tài)的觸點(diǎn)形成接觸時(shí)候，由于接觸形成的原位退火作用使得接觸處形成一定的接觸強(qiáng)度，這一強(qiáng)度可以保證當(dāng)電脈沖撤掉、壓電材料復(fù)位后觸點(diǎn)處仍然保持連接著，從而可以實(shí)現(xiàn)“I”狀態(tài)的良好的保存。類似的，當(dāng)壓電材料的位移使得對(duì)應(yīng)于“2”狀態(tài)的觸點(diǎn)形成接觸時(shí)候(此時(shí)“I”狀態(tài)的觸點(diǎn)也應(yīng)該已經(jīng)形成)，兩個(gè)電接觸觸點(diǎn)仍然保持連接，從而可以實(shí)現(xiàn)“2”狀態(tài)的良好的保存。
[0055]進(jìn)一步的，關(guān)于接觸觸點(diǎn)的大小?；诒景l(fā)明的原理，觸點(diǎn)形成后可以提供導(dǎo)電的通路。因此各個(gè)接觸觸點(diǎn)可以具有相對(duì)均勻的大小，這樣在不同的狀態(tài)之間切換時(shí)具有均勻的導(dǎo)電電流變化?？梢苑奖阃怆娐返淖x取。
[0056]兩個(gè)電極的初始相對(duì)距離應(yīng)該位于“位置-狀態(tài)關(guān)系”曲線所給出的洄滯窗口內(nèi)。由于每個(gè)接觸點(diǎn)都有自己的洄滯曲線，整體器件的洄滯曲線是幾個(gè)接觸點(diǎn)洄滯特性的疊加，則器件的洄滯窗口應(yīng)該是幾個(gè)接觸點(diǎn)洄滯窗口的重疊部分對(duì)應(yīng)的位置。如圖6 -圖8所示。本發(fā)明中器件，每個(gè)觸點(diǎn)產(chǎn)生的洄滯窗口尺寸(也即圖6-圖8所示意的陰影區(qū)域的尺寸)大于0.1納米。
[0057]假設(shè)二值存儲(chǔ)使用的觸點(diǎn)具有洄滯窗口寬度對(duì)應(yīng)為dx，初始時(shí)候兩個(gè)電極的距離為L(zhǎng)，外部“I”激勵(lì)導(dǎo)致兩者距離的減少為dL，則為了實(shí)現(xiàn)二值存儲(chǔ)，需要滿足dL>L。
[0058]假設(shè)三值存儲(chǔ)使用的兩個(gè)觸點(diǎn)中，第一對(duì)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的洄滯窗口寬度對(duì)應(yīng)為dxl，初始時(shí)候兩個(gè)電極的距離為L(zhǎng)I，外部“I”激勵(lì)導(dǎo)致兩者距離的降低為dLl;第二對(duì)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的洄滯窗口寬度對(duì)應(yīng)為dx2，初始時(shí)候兩個(gè)電極的距離為L(zhǎng)2，外部“2”激勵(lì)導(dǎo)致兩者距離的減少為dL2。則對(duì)第一對(duì)觸點(diǎn)有，dLl>Ll;對(duì)第二對(duì)觸點(diǎn)有，dL2>L2。以此類推，更多值的存儲(chǔ)應(yīng)該至少滿足類似的關(guān)系。
[0059]本發(fā)明中，如果使用非電方式比如磁場(chǎng)(磁致伸縮)，電場(chǎng)(電致伸縮)，熱場(chǎng)(場(chǎng)致伸縮)或者單純的機(jī)械移動(dòng)等方式進(jìn)行存儲(chǔ)，則其與傳統(tǒng)的電存儲(chǔ)方式有所差別。此時(shí)可以視為一種新的存儲(chǔ)方法。其存儲(chǔ)的是對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)，電場(chǎng)，熱場(chǎng)或者單純的機(jī)械移動(dòng)的大小。而讀出方式是電讀出方式。
[0060]本發(fā)明的其他實(shí)施例中:
1.使用楊氏模量IG Pa的石墨烯海綿制備兩個(gè)電極，兩個(gè)電極形成接觸點(diǎn)的強(qiáng)度為lOGPa，形成的洄滯窗口寸為2納米。則其可以用作一種微機(jī)電存儲(chǔ)器件。
[0061]2.使用楊氏模量IK Pa的石墨烯海綿制備兩個(gè)電極，兩個(gè)電極形成接觸點(diǎn)的強(qiáng)度為5 MPa，形成的洄滯窗口寸為100微米。則其可以用作一種微機(jī)電存儲(chǔ)器件。
[0062]3.使用楊氏模量500K Pa的石墨烯海綿制備兩個(gè)電極，兩個(gè)電極形成接觸點(diǎn)的強(qiáng)度為I GPa，形成的洄滯窗口寸為500微米。則其可以用作一種微機(jī)電存儲(chǔ)器件。
[0063]
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)為本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代、變型和改進(jìn)，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，該器件包括硅襯底(2)、分別通過(guò)硅支撐柱(I)懸空設(shè)置在所述硅襯底(2)上的第一石墨烯電極(4)和執(zhí)行器(3)、設(shè)置在所述執(zhí)行器(3)端部并與第一石墨烯電極(4)對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二石墨烯電極(5)，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)上側(cè)均設(shè)置有金屬電極，所述執(zhí)行器(3)與第二石墨烯電極(5)絕緣連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述執(zhí)行器(3)為磁致伸縮，電致伸縮，熱致伸縮，場(chǎng)致伸縮或者單存的機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)或者部件，能夠在施加磁場(chǎng)、電壓、受熱、靜電場(chǎng)或機(jī)械移動(dòng)作用下產(chǎn)生伸縮形變，實(shí)現(xiàn)第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)的通斷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)為可拉伸的柔軟結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)為多孔狀、海綿狀或條帶波浪狀的可拉伸的柔軟結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)的楊氏模量大于IKPa并小于IG Pa。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)之間接觸點(diǎn)的斷裂強(qiáng)度大于5 MPa且小于1G Pa。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)相互趨近的過(guò)程中，兩者之間能夠順次形成I個(gè)以上的接觸點(diǎn)，第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)相互分離的過(guò)程中，兩者之間的接觸點(diǎn)能夠按照與相互趨近過(guò)程中的次序相反的次序斷開(kāi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5 )之間的接觸點(diǎn)具有接觸洄滯效應(yīng)，每個(gè)觸點(diǎn)產(chǎn)生的洄滯窗口尺寸大于0.1納米。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)之間的多個(gè)接觸點(diǎn)，相互趨近過(guò)程先形成的觸點(diǎn)與其后一個(gè)觸點(diǎn)的間距小于所述后一個(gè)觸點(diǎn)的洄滯窗口的大小。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微機(jī)電多值存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一石墨烯電極(4)和第二石墨烯電極(5)之間的多個(gè)接觸點(diǎn)，相互趨近過(guò)程先形成的第一個(gè)接觸點(diǎn)和最后一個(gè)接觸點(diǎn)的間距小于所述最后一個(gè)接觸點(diǎn)的洄滯窗口的大小。
【文檔編號(hào)】G11C13/00GK105825886SQ201610200300
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】萬(wàn)能
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)