[发明专利]电熵存储器设备

说明书

本文公开了包括电熵存储设备(EESD)的阵列的电熵存储器设备的实施例，以及制作和使用所述电熵存储器设备的方法。所述存储器设备包括按行布置以选择一行EESD的多个地址线，以及按列布置以选择一列EESD的多个数据线，其中每个EESD都串联地耦合在被连接至所述EESD的一侧的地址线和被连接至所述EESD的相对侧的数据线之间。所述存储器设备可以具有包括多层地址线、数据线和EESD的堆叠架构。所公开的电熵存储器设备可以在ROM和RAM模式下操作。所公开的电熵存储器设备中的EESD可以包括2‑4096个逻辑状态，和/或具有0.001kb/cm³至1024TB/cm³的密度。

本申请要求享有2015年11月6日提交的美国临时申请号62/252,216的较早申请日的权益，这里通过引用的方式将该临时申请的全部内容并入本文。

技术领域

本公开涉及电熵存储器设备以及制造和使用这种设备的方法的实施例。

背景技术

微电子学和相关技术的领域是新产品快速膨胀和创新技术的市场。50多年来的发展已经显著达成了五十年前预言家所难以预见的产品。这些市场中产品的部分快速演化已经归因于用于计算机和其它逻辑设备的微电子学的惊人发展。在这些计算机和逻辑设备中，主要组件是用于执行程序和存储数据的存储器设备。

目前在计算机中使用两种通常类型的数据存储器设备，即“非易失性”和“易失性”存储器设备。非易失性存储器设备包括只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)和电可擦除可编程ROM(EEPROM)。“非易失性”存储器设备根据设备的特性来推导其名字，该设备的特性是即使当对设备的电功率被移除时也不损失其数据内容。诸如动态随机存取存储器(DRAM)设备和静态随机存取存储器(SRAM)设备的易失性存储器设备的不同点在于：当对设备的电功率被移除时，数据内容快速地消散。由于RAM设备快速地重述(reiterate)和接收数据(读和写)的能力而使用RAM设备。RAM和ROM存储器设备的当前状态是这样的，使得能够快速地存取存储在这些设备中的信息(即，20ns)。然而，传统的存储器设备遭受如下困难：需要复杂的晶体管系统来控制数据保持(retention)并促进快速的能量状态切换。

RAM设备的主要缺点是当功率被移除时，存储在芯片的存储器单元内的数据会丢失。另一缺点则是RAM设备相较于它们的ROM对应设备而言比较昂贵。再一缺点则是随着RAM存储器设备的尺寸减小以便获得更高的数据存储密度，它们以高可靠性进行制造和使用的能力在下降。因而，需要增加数据存储、减少每单位数据成本、增加可靠性和非易失性存储是需要改善的重要特性。

发明内容

一种电熵存储器设备的实施例包括：(i)电熵存储器设备(EESD)的阵列，每个EESD都包括介电材料，其中，每个EESD都是所述存储器设备中的存储元件；(ii)按行排列以选择一行EESD的多个地址线；以及(iii)以列排列以选择一列EESD的多个数据线，其中，每个EESD都串联地耦合在被连接至所述EESD的一侧的地址线和被连接至所述EESD的相对侧的数据线之间。在数据线与地址线交叉的每个交叉点处都存在空间分离，并且每个所述空间分离都被在所述地址线和所述数据线之间串联耦合的EESD占用。有利地，所述存储器设备可以不包含晶体管。可替换地，所述存储器设备可以具有小于1的晶体管与EESD之比。

在一些实施例中，介电材料包括多个聚合物分子。介电材料可以进一步包括无机盐。在某些实施例中，介电材料还包括电容率增加材料，其基本上均匀地分布在整个材料中。在一些实施例中，多个地址线和/或多个数据线中的每一个都包括电绝缘金属、碳化聚合物、传导碳或导电聚合物。

在任何或所有上述实施例中，每个EESD都可以具有由施加在EESD耦合到的地址线和数据线之间的电压确定的逻辑状态。在一些实施例中，电压修改EESD的固有电容。在任何或所有上述实施例中，EESD可以具有2-4096个逻辑状态，0.00001-10000μm³的体积，和/或0.01kb-1024TB/cm³范围内的密度。