CN104779345A - 相变存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种相变存储器，其包括：多个相变存储单元设置成行列式阵列，每一相变存储单元包括至少一碳纳米管线，所述碳纳米管线具有一弯折部；一相变层，所述相变层与所述碳纳米管线的弯折部至少部分层叠设置；设置在每一行的多个相变存储单元中的碳纳米管线的分别与一第一行电极引线及一第一列电极引线电连接，所述相变层与一第二行电极引线电连接，通过在所述第一行电极引线及第一列电极引线之间通入电流的方式加热所述相变层实现数据写入，通过在第一行电极引线及第二行电极引线之间输入电流的方式实现数据读取。

Description

相变存储器
技术领域
本发明涉及一种相变存储器，尤其涉及一种具有碳纳米管线的相变存储器。
背景技术
存储器是信息产业中重要的组成部件之一，如何发展新型的低成本、高密度、速度快、长寿命的非易失存储器一直是信息产业研究的重要方向。
作为非易失性存储器的下一代产品，相变存储器是一种利用特殊相变材料的晶相与非晶相导电性的差异来存储信息的存储器。相变存储器基于其独特的特点如较快的响应速度、较优的耐用性以及较长的数据保存时间等，已备受关注，其不仅能够在移动电话、数码相机、MP3播放器、移动存储卡等民用微电子领域得到广泛应用，而且在航空航天及导弹***等军用领域有着重要的应用前景。
然而，相变存储器在真正实用化之前还有很多问题需要解决，如现有技术的相变存储器用于动态存储时，一般利用金属或半导体材料作为加热元件，加热所述相变材料使之产生相变，但由于加热元件在多次的循环加热过程中易受热变形或氧化，从而影响相变存储器的使用寿命，并且响应速度较慢，难以满足数据高速读写的需要。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有较长使用寿命且具有较快的响应速度的相变存储器。
一种相变存储器，其包括：一基底；多个第一行电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面；多个第二行电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面，并且所述第二行电极引线与所述第一行电极引线交替设置；多个列电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面，所述多个列电极引线与多个第一行电极引线、多个第二行电极引线相互交且叉绝缘设置，相邻的第一行电极引线、第二行电极引线与相邻的两个列电极引线形成一个网格；多个相变存储单元，每个相变存储单元对应一个网格设置，每个相变存储单元包括一数据写入电路，该数据写入电路包括依次串联的一第一行电极引线、至少一碳纳米管线及一列电极引线，用于相变存储单元工作过程中的数据写入；一数据读取电路，该数据读取电路包括依次串联的一第二行电极引线、至少一相变层、所述至少一碳纳米管线及所述第一行电极引线或列电极引线，用于相变存储单元工作过程中的数据读取，所述至少一碳纳米管线具有一弯折部，所述至少一相变层对应地与所述至少一碳纳米管线的弯折部电接触。
一种相变存储器，其包括：多个相变存储单元设置成行列式阵列，每一相变存储单元包括至少一碳纳米管线，所述碳纳米管线具有一弯折部；一相变层，所述相变层与所述碳纳米管线的弯折部至少部分层叠设置；设置在每一行的多个相变存储单元中的碳纳米管线的两端分别与一第一行电极引线及一第一列电极引线电连接，所述相变层与一第二行电极引线电连接，通过在所述第一行电极引线及第一列电极引线之间通入电流的方式加热所述相变层实现数据写入，通过在第一行电极引线及第二行电极引线之间输入电流的方式实现数据读取。
相较于现有技术，本发明提供的相变存储器，由于碳纳米管线中的碳纳米管具有良好的导热能力以及稳定的化学性质，因此可以提高所述相变存储器的使用寿命。另外，由于将碳纳米管线的弯折部作为加热器件加热所述相变层，可以充分利用碳纳米管线在弯折部的热量积累，能够提高所述相变层的热响应效率，进而提高所述相变存储器的读写速率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的相变存储单元的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管线弯折部的局部放大图。
图3为本发明第一实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图4为本发明第一实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描照片。
图5为本发明第二实施例提供的相变存储单元的结构示意图。
图6为本发明第二实施例提供的相变存储单元中弯折部的结构示意图。
图7为本发明第三实施例提供的相变存储单元的制备方法的工艺流程图。
图8为图7所示的相变存储单元的制备方法中制备相变层的的工艺流程图。
图9为本发明第四实施例提供的相变存储单元的制备方法的工艺流程图。
图10为图9所示的相变存储单元的制备方法中弯折碳纳米管线的工艺流程图。
图11为本发明第五实施例提供的相变存储器的结构示意图。
主要元件符号说明
相变存储单元 10,20
相变存储器 100
网格 102
相变存储结构 104
基底 110
碳纳米管线 120
相变层 130
弯折部 121
第一电极 122
第二电极 124
第三电极 126
第一分支 123
第二分支 125
第一列电极引线 142
第一行电极引线 144
第二行电极引线 146
绝缘层 147
碳纳米管线材 1201
碳纳米管线材供给装置 1202
针管 1204
针头 1206
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将对本发明的相变存储单元、相变存储单元的制备方法及相变存储器作说明。
以下将对本发明的相变存储单元、相变存储单元的制备方法及相变存储器作说明。
请参阅图1，本发明提供一种相变存储单元，包括一基底、一碳纳米管层、至少一相变层、一第一电极、一第二电极以及一第三电极。所述碳纳米管层至少包括一碳纳米管线，所述碳纳米管线为一弯折的碳纳米管线，具有一弯折部，所述第三电极与所述弯折部间隔设置，所述相变层设置于所述第三电极与弯折部之间，且与所述第三电极及弯折部接触设置。所述碳纳米管线具有相对的两端，分别与所述第一电极及第二电极电连接。
所述相变存储单元包括一数据写入电路，所述数据写入电路依次串联的所述第一电极、至少一碳纳米管线及第二电极，所述数据写入电路用于相变存储单元的数据写入；一数据读取电路，所述数据读取电路包括依次串联的第三电极、一相变层及第一电极或第二电极，所述数据读取电路用于相变存储单元工作过程中的数据读取。
所述基底用于支撑所述碳纳米管线、相变层、第一电极、第二电极及第三电极。所述基底为一绝缘基板，如陶瓷基板、玻璃基板、树脂基板、石英基板、蓝宝石等，优选的，所述基底具有耐高温的特性，以适应相变存储单元工作过程中所需的温度而保持其几何形状基本不变。所述基底的大小与厚度不限，本领域技术人员可以根据所述相变存储单元需要的工作温度进行选择。优选的，所述基底为一柔性基板，其材料可为聚酰亚胺、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。
请一并参阅图2，所述碳纳米管线为一连续的碳纳米管线，所述碳纳米管线包括至少一碳纳米管。所述弯折的碳纳米管线具有一第一分支、第二分支及一弯折部。所述第一分支、弯折部及所述第二分支依次连接构成所述碳纳米管线。所述第一分支及第二分支之间间隔设置，并通过所述弯折部电连接。所述弯折部的弯折可为一弧形弯折或直接形成一折角，所述弯折部弯折的角度θ可大于零度小于等于180度。进一步，所述弯折的角度可大于30度小于120度，进一步，所述弯折角度可大于60度小于90度。进一步，所述弯折部为一对折的结构，即将所述碳纳米管线在弯折部进行对折。所述碳纳米管线可为单根碳纳米管。
通过弯折所述碳纳米管线，所述碳纳米管线的弯折部中的碳纳米管的结构在张力的作用下产生变化，从而使得部分碳纳米管中产生缺陷，进而使得该位置出的碳纳米管线的电阻增大。所述弯折的角度越小，则所述碳纳米管线弯折部的电阻相对越大，单位时间内能够累计的热量也就越大。
相应的，所述弯折部中不同位置处的碳纳米管线的曲率可不相同，弯折越大的位置处的曲率也越大，优选的，所述位于所述弯折部中一点的曲率k>1/R，其中，R为该点的曲率半径，从而使得该点位置处的碳纳米管线具有较大的电阻，从而能够产生更多的热量。
进一步，所述弯折部还可为所述碳纳米管线绕制而成的半封闭结构，即在所述弯折部，所述碳纳米管线螺旋回转形成回型环状结构，所述环状结构可为矩形、圆形或三角形等等几何形状，以进一步增加所述弯折部的发热效率。所述回型环状结构的弯折部的内径可为100纳米至10微米，可以根据需要进行选择。
进一步，所述弯折部也可包括多个弯折结构，即位于弯折部的所述碳纳米管线可来回弯折形成多重弯折，进而可进一步提高所述弯折部的电阻，进而提高所述碳纳米管线的弯折部的发热效果。
所述所述第一分支及第二分支之间间隔设置，所述间隔的距离并不限定，可为1微米至10微米，可以根据基底的大小以及制备条件进行选择。所述第一分支及第二分支除通过所述弯折部相连外，其他部分均相互绝缘设置，以避免线路短路。所述第一分支及第二分支相互平行沿相同的方向延伸，也可沿不同的方向延伸，只要保证所述第一分支及第二分支之间间隔设置即可。
进一步，所述第一分支及第二分支的碳纳米管线的表面可进一步涂覆一金属层（图未示），以进一步提高该碳纳米管线的导电性能，减少第一分支及第二分支处整体的电阻，从而降低损耗。
所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑结构。具体地，请参阅图3，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。所述非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管在延伸方向上通过范德华力首尾相连。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将所述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。
所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将一碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图4，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。
所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。
所述第一电极及第二电极分别设置于所述弯折部的两侧，分别与第一分支及第二分支电连接，用于向所述碳纳米管线施加电压，以向所述相变存储单元写入数据。所述第一电极、第二电极的材料可分别为导电材料制成的导电体，如导电浆料、金属、ITO、碳纳米管等，所述第一电极、第二电极的厚度可为10纳米～100微米，优选的为20纳米～50纳米。所述导电浆料的成分可包括金属粉、低熔点玻璃粉和粘结剂；其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂优选为松油醇或乙基纤维素。该导电浆料中，金属粉的重量比可为50~90%，低熔点玻璃粉的重量比为2~10%，粘结剂的重量比为8~40%。所述第一电极与第二电极分别可通过丝网印刷法印制于所述基底的表面，并与所述碳纳米管线电连接。所述第一电极与第二电极的形状、大小及设置位置不限，只要保证所述第一电极及第二电极之间施加电压时，能够使所述碳纳米管线加热到所述相变层的相变温度即可。
所述第三电极与所述第一电极及第二电极的材料相同或不同，且与所述碳纳米管层间隔设置。所述第三电极通过所述相变层、第一分支及第二分支与所述第一电极或第二电极形成串联。进一步，所述第三电极与所述碳纳米管线的弯折部间隔设置，所述间隔距离可为100纳米至10微米，进一步，所述间隔的距离也可为100纳米至500纳米，1微米至5微米。所述第三电极与所述弯折部之间的距离可根据相变层的材料、以及所需的电压进行选择，以保证通过所述第三电极及第一电极或第二电极能够读取到所述相变层是否发生相变。可以理解，所述第三电极也可通过所述相变层与所述第三电极间隔设置，即所述第三电极与所述相变层、弯折部依次层叠设置，所述相变层设置于所述第三电极与碳纳米管线的弯折部之间，从而使得第三电极与碳纳米管线的弯折部间隔。
进一步，当所述碳纳米管线为多个时，所述多个碳纳米管线可共用同一第三电极，即所述多个碳纳米管线的弯折部均沿所述第三电极的延伸方向并排且间隔设置，且与第三电极间隔。所述多个碳纳米管线的弯折部可分布于所述第三电极的同一侧，也可分布于所述第三电极的两侧，以利于工业化制备。
所述相变层设置于所述碳纳米管线的弯折部及所述第三电极之间，并与所述弯折部及第三电极电连接。具体的，所述相变层至少部分覆盖所述碳纳米管线的弯折部，并与所述第三电极电连接。进一步，所述相变层覆盖所述整个碳纳米管线的弯折部，以利于充分利用所述弯折部发出的热量而发生相变，以降低驱动电压。
所述相变层的厚度可为10纳米～200纳米，其形状可为三角形、方形、矩形、圆形、椭圆形或其他几何形状。优选地，相变层设置在碳纳米管线弯折部的覆盖范围内，即所述相变层的面积等于或小于所述碳纳米管线弯折部所涵盖的面积。所述相变层的材料可为锗锑碲、锗碲、硅锑碲、硅碲或硫系化合物等相变材料，所述相变材料在碳纳米管线加热过程中，相变材料的温度发生改变时可在晶相和非晶相之间进行可逆转换。
进一步的，在所述相变层与所述碳纳米管线之间可进一步包括一导热层（图未示），所述导热层用于将碳纳米管层产生的热量传导给所述相变层；所述导热层的材料可为金、银、铜等，也可为其他导热材料，可根据实际需要进行选择。
所述相变存储单元的工作过程分为三个：数据写入、数据读取、数据复位。初始状态下相变层为非晶相，电阻率较高，代表数据“0”；而晶相的相变层电阻率较低代表数据“1”。所述相变存储单元写入数据时，在所述第一电极与第二电极之间输入一电信号，使所述碳纳米管线的弯折部产生热量，进而加热与所述碳纳米管线弯折部接触的所述相变层并使之达到相变温度，使所述相变层中的相变材料由高阻态的非晶相转变为低阻态的晶相，并且使所述相变层由高阻态变为低阻并维持，完成数据的写入；在读取数据时，在所述第三电极与第一电极之间、或第三电极与第二电极之间施加一电压从而输入一电信号，所述电信号的电流较弱，不会引起所述相变层的相变，但通过测量电路中的电流大小，即可得出相变层的电阻，并与初始状态时相变层的电阻相比较，当得到的相变层电阻小于初始状态的电阻时，读取数据“1”；当得到的电阻与初始状态的电阻相等时，读取数据“0”；在复位相变存储单元时，在碳纳米管线中通入一窄而强的脉冲电流，使之迅速产生较多的热量，所述热量使所述相变层由晶相转变为非晶相，完成相变存储单元的数据复位过程。
以下将结合具体实施例对本发明的相变存储单元作进一步的详细说明。
请参阅图1至图2，本发明第一实施例提供一种相变存储单元10，其包括一基底110、多个碳纳米管线120相互间隔设置、一相变层130、一第一电极122、一第二电极124及一第三电极126。
本实施例中，所述基底110的材料为聚酰亚胺，其厚度为20微米，在500摄氏度时仍可保持其几何形状不变。所述碳纳米管线120为非扭转的碳纳米管线，所述碳纳米管线120的直径为0.5微米。每一碳纳米管线120包括一弯折部121以及相互平行且间隔的第一分支123及第二分支125，所述第一分支123及第二分支125之间的距离为5微米。所述第一电极122与所述碳纳米管线120的第一分支123电连接，所述第二电极124与第二分支125电连接构成所述数据写入电路以写入数据。所述弯折部121沿一弧形弯折，所述弯折的弧度θ为180度，形成一半圆形结构。
所述第三电极126为一具有自支撑性的碳纳米管长线，所述碳纳米管长线的直径为10微米，且与所述多个碳纳米管线120的弯折部121之间的最小距离均为5微米，所述相变层130覆盖所述弯折部121，且与所述第三电极126电连接。
所述相变层130中所述相变材料为锗锑碲，其初始状态为高阻态的非晶相，其由高阻态的非晶相转变为低阻态的晶相的相变温度为200～300摄氏度；由晶相转变为非晶相的复位温度为400～500摄氏度。
通过所述第一电极122及所述第二电极124向所述相变层130输入一电流，以控制加热所述相变层130使之发生相变；然后通过所述第三电极126及所述第一电极122或第二电极124输入一电流，并检测所述相变层130的电阻是否发生变化，从而判断所述相变层130是否发生相变。
请一并参阅图5及图6，本发明第二实施例提供一种相变存储单元20，所述相变存储单元20包括一基底110、多个碳纳米管线120相互间隔设置、一相变层130、一第一电极122、一第二电极124及一第三电极126。本发明第二实施例提供的相变存储单元20与第一实施例中的相变存储单元10结构基本相同，其不同在于，所述碳纳米管线120的弯折部121为一回型环状结构。
具体的，在所述弯折部121，所述碳纳米管线120部分重叠环绕设置，形成一回型的圆环状结构，所述相变层130覆盖所述圆环状结构，并与所述第三电极126电连接。所述圆环状结构的弯折部121可进一步提高所述弯折部121位置处的发热量，并且可以进一步累加所述碳纳米管线120在该位置出产生的热量，从而提高所述相变层130的响应速度，进而提高所述相变存储单元20的写入速率。本实施例中，所述弯折部121为内径为5微米的圆环状结构。
请一并参阅图7，本发明第三实施例进一步提供一种相变存储单元10的制备方法，包括如下步骤：
步骤S11，提供一基底110；
步骤S12，在所述基底110一表面设置至少一碳纳米管线120，所述碳纳米管线的轴向平行于所述基底110的表面；
步骤S13，弯折所述至少一碳纳米管线120，形成一弯折部121；
步骤S14，设置一第一电极122、第二电极124及一第三电极126，所述第一电极122、第二电极124与所述碳纳米管线120电连接，所述第三电极126与所述碳纳米管线120的弯折部121间隔设置；以及
步骤S15，沉积一相变层130至少部分覆盖所述弯折部121，并且与所述第三电极126电连接。
在步骤S12中，所述碳纳米管线120包括相对的第一端及第二端，可将所述碳纳米管线120的第一端先固定于所述基底110的表面。具体的，将所述碳纳米管线120设置在所述基底110表面之后，可在所述碳纳米管线的第一端的表面覆盖一可固化的有机物，如（polymethylmethacrylate）PMMA、Polydimethyl siloxane（PDMS）等。将所述有机物覆盖在所述碳纳米管线120第一端的表面并固化，使得该部分碳纳米管线120牢固的固定于所述基底110的表面。本实施例中，将所述碳纳米管线120长度的二分之一固定于所述基底110的表面，该二分之一长度的碳纳米管线120形成一第一分支123。
在步骤S13中，可利用一固定工具如夹取工具、粘接工具等，如镊子，固定住所述碳纳米管线120的第二端，并将所述碳纳米管线120弯折。由于所述碳纳米管线120的二分之一已经固定于所述基底110的表面，因此可直接将所述碳纳米管线120的第二端进行180度的弯折，形成所述弯折部121。该弯折的二分之一碳纳米管线120构成所述第二分支125，且所述第二分支125与所述第一分支123平行且间隔设置，形成一对折的发卡型结构。可以理解，在弯折过程中，由于所述碳纳米管线120具有一定的韧性，因此所述第一分支123及所述第二分支125并没有完全重合，而是形成一间隔。这主要是由于弯折过程中，受所述碳纳米管线120韧性及强度的影响，实际上所述弯折部121位置处的碳纳米管线120在微观上发生了多次弯折，从而使得所述第一分支123与所述第二分支125平行且间隔设置。
可以理解，在弯折过程中，也可使所述弯折后的第二分支125与第一分支123在垂直于基底110表面的方向上重叠，且通过所述有机物与所述第一分支123绝缘。并且在弯折后，所述碳纳米管线120除了弯折部121之外的其他部分均相互绝缘，以防止形成短路。
在步骤S14中，所述第一电极122、第二电极124及第三电极126可通过丝网印刷、离子束沉积、电子束沉积、镀膜等方法中的任意一种或多种制备。本实施例中，所述第一电极122、第二电极124、所述第三电极分别通过丝网印刷法设置。具体的，所述第一电极122与第二电极124设置于所述碳纳米管线120的两端，并且彼此间隔设置。当所述第三电极126为碳纳米管长线时，可将该碳纳米管长线直接贴附于所述基底110的表面，也可通过粘结剂的方式贴附于所述基底110的表面。
请一并参阅图8，在步骤S15中，所述相变层130可通过蒸镀或溅射等方法形成在所述基底110的表面，并覆盖所述碳纳米管线120的弯折部121，并与所述第三电极126电连接。具体的，所述相变层130可通过以下方式覆盖所述弯折部121并与所述第三电极126电连接：
步骤S161，提供一掩模1110，所述掩模1110具有多个通孔1112；
步骤S162，将所述掩模1110设置在所述基底110的表面，所述弯折部121及所述第三电极126通过所述通孔1112暴露出来；
步骤S163，在所述基底110的表面沉积相变层130，覆盖所述通孔1112位置处的弯折部121及所述第三电极126；以及
步骤S164，去除所述掩模1110。
可以理解，所述碳纳米管线120也可以在另一基底（图未示）表面弯折后，再转移于所述基底110的表面的方式形成。
本实施例提供的相变存储单元的制备方法，通过弯折所述碳纳米管线，使得碳纳米管线在弯折处产生很大的电阻。并且由于碳纳米管的力学强度，在经历显著的力学折叠后碳纳米管仍然不会发生结构断裂。通过将碳纳米管线对折，并将弯折处作为电阻型加热器加热所述相变层，实现数据的存储及读取，制备工艺简单，且有利于集成化生产。
请一并参阅图9，本发明第四实施例提供一种相变存储单元10的制备方法，包括如下步骤：
步骤S21，提供一基底110；
步骤S22，在所述基底110的表面间隔设置多个牺牲柱112；
步骤S23，提供一碳纳米管线材1201，将所述碳纳米管线材1201的一端固定于所述基底110表面；
步骤S24，围绕一牺牲柱112弯折所述碳纳米管线材1201，形成一弯折部121后切断所述碳纳米管线材1201，形成一碳纳米管线120；
步骤S25，重复步骤S23及步骤S24，形成多个碳纳米管线120后去除所述牺牲柱112；
步骤S26，分别设置一第一电极122、第二电极124及第三电极126，所述第一电极122、第二电极124与每一碳纳米管线120电连接，所述第三电极126与所述碳纳米管线120的多个弯折部121间隔设置；以及
步骤S27，在多个弯折部121分别沉积一相变层130，并且与所述第三电极126电连接。
本发明第四实施例提供的相变存储单元10的制备方法与第三实施例基本相同，其不同在于，先通过设置多个牺牲柱112，通过将一碳纳米管线材1201依次绕所述牺牲柱112弯折并剪断，再去除所述牺牲柱112。
在步骤S22中，所述牺牲柱112的材料可根据所述基底110的材料等实际需要进行选择，如SiO2、Al2O3等，只要在后续去除的过程中，不破坏基底110及所述碳纳米管线120的结构即可。本实施例中，所述牺牲柱112的材料为SiO2所述牺牲柱112的形状为直径为3微米的圆柱。所述牺牲柱112可通过HF去除。可以理解，所述牺牲柱112的材料并不限于以上所举。
所述多个牺牲柱112的排列方式可以根据实际中对相变存储单元10的具体结构的要求进行选择，如所述多个牺牲柱112可沿一直线排列，所述多个牺牲柱112也可沿多行多列排列形成一阵列。本实施例中，所述多个牺牲柱112沿一直线排列。
请一并参阅图10，在步骤S23中，可通过一碳纳米管线材供给装置1202，用以连续不断的提供碳纳米管线材1201，并带动所述碳纳米管线材1201弯折。
所述碳纳米管线材供给装置1202包括一针管1204，且该针管1204具有一针头1206，将一碳纳米管线材1201穿设于该针管1204内，并使该碳纳米管线材1201的一端从针管1204的针头1206露出。
所述针管1204的内径大小可以根据所述碳纳米管线材1201的直径大小选择，外径大小可以根据所述相变存储单元10的集成度进行选择。所述碳纳米管线材1201可以连续不断地从针头1206伸出。可以理解，所述碳纳米管线材供给装置还可以包括机械手臂（图未示），控制计算机（图未示）等辅助设备以实现自动化连续生产。本实施例中，所述碳纳米管线材1201的供给装置为具有一针管1204的注射器，其针头1206被磨成平面。所述碳纳米管线材1201为具有柔韧性和自支撑性的，宏观可操作。
在步骤S24中，围绕每一牺牲柱112弯折所述碳纳米管线材1201，切断后形成所述碳纳米管线120。
将所述碳纳米管线材1201从针头1206露出的一端通过焊接、粘结等方式固定于基底110表面后，拉动所述针头1206并连续的拉出所述碳纳米管线材1201，围绕所述牺牲柱112弯折所述碳纳米管线材1201。并将弯折后的碳纳米管线材1201的另一端拉离所述牺牲柱112预定距离后，固定于所述基底110的表面，然后再切断，形成一弯折部121。所述将碳纳米管线材1201切断的方法可为机械切割、激光扫描、电子束扫描、通电流后激光辅助定点熔断。
步骤S25，重复上述步骤，以使所述碳纳米管线材1201对应每个牺牲柱112进行弯折，形成多个碳纳米管线120。所述多个牺牲柱112可利用一酸性或碱性溶液溶解的方式去除，去除过程中，所述基底110及所述碳纳米管线120基本不发生变化。
可以理解，也可以同时利用多个碳纳米管线材供给装置1202同时围绕所述多个牺牲柱112弯折碳纳米管线材1201，然后再切断的方式一次性形成多个碳纳米管线120，进而提高所述相变存储单元10的制备效率，有利于工业化制备。
进一步，可将所述碳纳米管线材1201围绕所述牺牲柱112转动多圈，从而使得碳纳米管线材1201在所述牺牲柱112表面形成多圈的结构，然后再拉离所述牺牲柱112，切断后得到所述相变存储单元20，并且使得所述弯折部121的碳纳米管线形成回型环状结构。
可以理解，当所述牺牲柱112按多行多列间隔排列时，也可将所述碳纳米管线材1201在间隔设置的两行或两列牺牲柱112之间来回弯折，从而使得每一牺牲柱112上均形成一弯折部121，然后再切断所述碳纳米管线材1201，从而能够一次性得到多个相变存储单元。
请参阅图11，本发明第五实施例提供一种相变存储器100，所述相变存储器100包括一基底110以及设置于基底110表面的多个相变存储结构104。
具体的，所述相变存储器100包括多个第一行电极引线144、多个第二行电极引线146、多个第一列电极引线142及多个相变存储结构104。所述多个第一行电极引线144相互平行且间隔设置于基底110上；所述多个第二行电极引线146相互平行且间隔设置于所述基底110上，所述多个第一行电极引线144与所述第二行电极引线146平行且间隔设置。进一步的，所述多个第一行电极引线144与所述多个第二行电极引线146在垂直于所述任意一行电极引线的延伸方向上交替设置，即所述相邻两个第一行电极引线144之间设置有一第二行电极引线146，所述相邻的两个第二行电极引线146之间设置有一第一行电极引线144。同样，所述多个第一列电极引线142相互平行且间隔设置于所述基底110上。所述第一列电极引线142分别与第一行电极引线144、第二行电极引线146相互交叉且绝缘设置。
所述第一行电极引线144与第二行电极引线146的间距可为50纳米~2厘米，该第一行电极引线144与第二行电极引线146的宽度分别可为30纳米~100微米，厚度可分别为10纳米~100纳米。所述第一行电极引线144、第二行电极引线146为导电材料制成的导电体，如金属层、ITO层等，优选的，本实施例中所述第一行电极引线144、第二行电极引线146的材料为导电浆料。所述第一行电极引线144、第二行电极引线146可通过丝网印刷法印制于所述基底110上。可以理解，所述第一行电极引线144与第二行电极引线146的材料不限，只要是导电的材料均可。
所述多个第一列电极引线142彼此平行且间隔设置于基底110上。所述第一列电极引线142分别与第一行电极引线144、第二行电极引线146交叉设置，并在交叉处通过一绝缘层147绝缘设置。所述绝缘层147的材料不限，如SiO2、Si3N4、Ta2O5, SiC等，所述绝缘层147的厚度可为50纳米～200纳米，可根据实际需要进行选择。该第一列电极引线142与第一行电极引线144、第二行电极引线146的交叉角度分别为10度到90度，优选为90度，即该第一列电极引线142与第一行电极引线144、第二行电极引线146相互垂直。
所述相邻的第一行电极引线144、第二行电极引线146与相邻的第一列电极引线142形成一个网格102。每个网格102对应设置有一相变存储结构104。
每个相变存储结构104包括至少一碳纳米管线120、一相变层130及一第三电极126。所述碳纳米管线120为一弯折的碳纳米管线，包括一弯折部121及与所述弯折部121相连的第一分支123、第二分支125。所述第三电极126与所述弯折部121间隔设置，所述相变层130设置于所述弯折部121并与所述第三电极126电连接。所述碳纳米管线120分别与所述第一行电极引线144及第一列电极引线142电连接，构成一第一电路，所述第一电路构成一加热回路用于加热所述相变层120从而写入数据。具体的，所述碳纳米管线120的第一分支123可通过一第一电极122与所述第一列电极引线142电连接，所述第二分支125可通过一第二电极124与所述第一行电极引线144电连接。所述第三电极126分别与所述相变层130及所述第二行电极引线146电连接，所述第二行电极引线146、第三电极126、相变层130、碳纳米管线120以及第一行电极引线144或第一列电极引线142构成一第二电路，所述第二电路构成数据读取回路用于测量相变层120的电阻，从而读取数据。
所述第一电路用于相变存储结构104工作过程中的数据写入，所述第二电路用于相变存储结构104工作过程中的数据读取。所述第一电路及第二电路均可用于相变存储结构104工作过程中的数据复位。当在所述第一行电极引线144与所述第一列电极引线142之间加载一电压时，电流从所述第一行电极引线144经由所述碳纳米管层120流入所述第一列电极引线142；所述第二行电极引线146与所述第一列电极引线142或第一行电极引线144之间加载一电压时，电流从所述第二行电极引线146经由所述碳纳米管层120和所述相变层130流入所述第一列电极引线142或所述第一行电极引线144。
每一相变存储结构104对应一网格102设置，所述每个相变存储结构104与第一实施例中所述相变存储单元10的结构或第二实施例中所述相变存储结构104的结构基本相同。具体的，每一碳纳米管线120均包括一弯折部121，且所述弯折部121与所述第三电极126间隔设置，所述相变层130覆盖所述弯折部121，并与所述第三电极126电连接。本实施例中，所述多个相变存储单元形成一宏观的阵列结构，同一行的多个相变存储单元与同一第一行电极引线144、第二行电极引线146电连接及第一列电极引线142电连接。所述多个相变存储单元的排列方式及密度不限，可根据实际数据存储容量等需要进行选择。所述每一相变存储结构104可通过所述各行电极引线以及列电极引线分别进行控制以实现数据的存储及读取，并且所述相变存储单元能以较高的密度排列，因此可用于大容量数据的存储及读取。
本发明提供的相变存储器及其相变存储单元，具有以下有益效果：首先，所述碳纳米管线具有良好的导热能力以及稳定的化学性质，因此可以提高所述相变存储器的使用寿命；其次，本发明采用碳纳米管线作为加热器件，由于碳纳米管线具有良好的柔韧性，可用于制备柔性相变存储器；再次，由于将碳纳米管线的弯折部作为加热器件加热所述相变层，可以充分利用碳纳米管线在弯折部的热量积累，能够提高所述相变层的热响应效率，进而提高所述相变存储单元及相变存储器的读写速率。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种相变存储器，其包括：
一基底；
多个第一行电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面；
多个第二行电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面，并且所述第二行电极引线与所述第一行电极引线交替设置；
多个列电极引线，其相互平行且间隔设置于所述基底表面，所述多个列电极引线与多个第一行电极引线、多个第二行电极引线相互交且叉绝缘设置，相邻的第一行电极引线、第二行电极引线与相邻的两个列电极引线形成一个网格；
多个相变存储单元，每个相变存储单元对应一个网格设置，每个相变存储单元包括一数据写入电路，该数据写入电路包括依次串联的一第一行电极引线、至少一碳纳米管线及一列电极引线，用于相变存储单元工作过程中的数据写入；一数据读取电路，该数据读取电路包括依次串联的一第二行电极引线、至少一相变层、所述至少一碳纳米管线及所述第一行电极引线或列电极引线，用于相变存储单元工作过程中的数据读取，所述至少一碳纳米管线具有一弯折部，所述至少一相变层对应地与所述至少一碳纳米管线的弯折部电接触。
2.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线为一连续的碳纳米管线，包括通过范德华力相连的多个碳纳米管，所述多个碳纳米管的延伸方向基本平行于所述碳纳米管线的延伸方向。
3.如权利要求2所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线为一弯折的碳纳米管线，包括依次连续一第一分支、弯折部及第二分支，所述第一分支及第二分支间隔设置。
4.如权利要求3所述的相变存储器，其特征在于，进一步包括一第一电极分别与所述第一分支及第一行电极引线电连接，一第二电极与所述第二分支及所述第一列电极引线电连接，构成所述数据写入电路。
5.如权利要求3所述的相变存储器，其特征在于，进一步包括一第三电极与所述相变层间隔设置，且所述第三电极分别与所述相变层及第二行电极引线电连接。
6.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述每一碳纳米管线的弯折部为一弧形弯折或形成一折角。
7.如权利要求6所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线的弯折部弯折的角度θ大于30度小于等于120度。
8.如权利要求6所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线的弯折部为一对折的结构。
9.如权利要求6所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线在所述弯折部螺旋回转形成回型环状结构。
10.如权利要求9所述的相变存储器，其特征在于，所述相变层覆盖所述回型环状结构的弯折部。
11.如权利要求9所述的相变存储器，其特征在于，所述回型环状结构的内径为2微米至10微米。
12.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述碳纳米管线为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。
13.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述第三电极与所述碳纳米管线的弯折部之间的距离为100纳米至10微米。
14.一种相变存储器，其包括：多个相变存储单元设置成行列式阵列，每一相变存储单元包括至少一碳纳米管线，所述碳纳米管线具有一弯折部；一相变层，所述相变层与所述碳纳米管线的弯折部至少部分层叠设置；设置在每一行的多个相变存储单元中的碳纳米管线的两端分别与一第一行电极引线及一第一列电极引线电连接，所述相变层与一第二行电极引线电连接，通过在所述第一行电极引线及第一列电极引线之间通入电流的方式加热所述相变层实现数据写入，通过在第一行电极引线及第二行电极引线之间输入电流的方式实现数据读取。
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