(57)【要約】ナノ電気機械（ＮＥＭ）メモリセルを提供する。特に、導電性のナノメートルスケールのビーム（例えばナノチューブ）を基部に据え付け、ビームの一部分を動けるようにすることによりＮＥＭメモリセルを提供する。この自由に動ける部分の周辺に、電荷を蓄えることができる電荷閉じ込め層が設けられている。特定の極性の電荷が電荷閉じ込め層に蓄えられているかを読み取るため、電荷をナノチューブ上に形成する。電荷が電荷閉じ込め層に蓄えられていれば、帯電したナノチューブと電荷閉じ込め層との間の力はナノチューブの移動自在な部分を、ナノチューブに形成された電荷の極性に従って検知コンタクトに向かい、あるいは検知コンタクトから離れるよう移動させる。別のＮＥＭメモリセルの実施形態も提供する。電荷閉じ込め層内に蓄えられている電荷の量の変化は、この接触速度を変化させることができ、この接触速度を検知して、蓄えられた電荷の量を決定できる。
2006526860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
該基部に取り付けられた装着組立体と、
該装着組立体に固定され、第１の移動自在な部分を有するナノメートルスケールのビームと、
該第１の移動自在な部分の付近で該基部に結合された第１の電荷閉じ込め層であって、第１の電荷プロファイルを蓄積できる、第１の電荷閉じ込め層と
を有するナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項２】
前記ナノメートルスケールのビームがナノチューブである、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項３】
前記ナノメートルスケールのビームが、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、炭化ホウ素ナノチューブ、あるいは、窒化カーボンナノチューブである、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項４】
前記ナノメートルスケールのビームが、管状かつ導電性かつ機械的に可撓性な分子である、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項５】
前記ナノメートルスケールのビームが、棒状かつ導電性かつ機械的に可撓性な分子である、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項６】
前記ナノメートルスケールのビームが、結合され、かつ導電性かつ機械的に可撓性な一群の分子である、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項７】
前記第１の移動自在な部分の付近に配置された第１の検知コンタクトをさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項８】
前記第１の移動自在な部分の付近に配置され、磁界にさらされた第１の検知コンタクトをさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項９】
分離層と、
該分離層と前記電荷閉じ込め層との間に配置された第１の書き込み／消去コンタクトと、
該書き込み／消去コンタクトに供給される書き込み／消去電気信号と
をさらに有するメモリセルであって、該書き込み／消去電気信号が該第１の電荷プロファイルを該電荷閉じ込め層内へ書き込む、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項１０】
前記書き込み／消去電気信号を提供する制御回路をさらに有する、請求項９に記載のメモリセル。
【請求項１１】
前記電荷プロファイルが前記第１の電荷閉じ込め層内に蓄えられている、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項１２】
分離層と、
該分離層と前記電荷閉じ込め層との間に配置された第１の書き込み／消去コンタクトと、
該書き込み／消去コンタクトに供給される書き込み／消去電気信号と
をさらに有し、該書き込み／消去電気信号が前記電荷プロファイルを前記第１の電荷閉じ込め層から消去する、請求項１１に記載のメモリセル。
【請求項１３】
前記書き込み／消去電気信号を発生させる制御回路をさらに有する、請求項１２に記載のメモリセル。
【請求項１４】
前記電荷閉じ込め層に結合されたエミッタ端子と、ベース端子と、コレクタ端子とを有する第１のトランジスタと、
該ベース端子に結合された制御回路と、
該コレクタ端子に結合された第１の書き込み／消去コンタクトと
をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項１５】
前記トランジスタがナノメートルスケールのトランジスタを含む、請求項１４に記載のメモリセル。
【請求項１６】
エミッタ端子と、ベース端子と、前記電荷閉じ込め層に結合されたコレクタ端子とを有するトランジスタと、
該ベース端子に結合された制御回路と、
該エミッタ端子に結合された第１の書き込み／消去コンタクトと
をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項１７】
前記トランジスタがナノメートルスケールのトランジスタを含む、請求項１６に記載のメモリセル。
【請求項１８】
前記装着組立体が、前記ナノメートルスケールのビームに結合された導電層をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項１９】
前記装着組立体が、前記導電層と前記基部との間に結合された分離層をさらに有する、請求項１８に記載のメモリセル。
【請求項２０】
前記ナノメートルスケールのビームが一端に固定されている、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項２１】
前記ナノメートルスケールのビームが両端に固定されている、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項２２】
前記ナノメートルスケールのビームが第２の移動自在な部分を有し、該ナノメートルスケールのビームが前記第１の移動自在な部分と該第２の移動自在な部分との間で前記装着組立体に固定されている、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項２３】
前記第１の移動自在な部分の静止位置の付近に配置された試験コンタクトと、
該第１の移動自在な部分がいつ該静止位置にあるかを検知する前記試験コンタクトに結合された検知回路と
をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項２４】
前記ナノメートルスケールのビームに結合された電圧源であって、前記電荷プロファイルが第１の極性を有し、該電圧源が第２の極性を有し、該電荷プロファイルが前記第１の電荷閉じ込め層内に蓄積されている、電圧源と、
前記第１の移動自在な部分の付近に配置された第１の検知コンタクトと、
該第１の移動自在な部分がいつ該第１の検知コンタクトを電気的に結合するかを検知する検知回路と
をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項２５】
前記第１の極性および前記第２の極性が、反対の極性である、請求項２４に記載のメモリセル。
【請求項２６】
前記第１の極性および前記第２の極性が、同一の極性である、請求項２４に記載のメモリセル。
【請求項２７】
第２の電荷プロファイルを蓄積できる第２の電荷閉じ込め層を前記第１の移動自在な部分の付近にさらに有する、請求項２４に記載のメモリセル。
【請求項２８】
前記第１の移動自在な部分の付近に配置された第２の検知コンタクトをさらに有する、請求項２４に記載のメモリセル。
【請求項２９】
前記第１の電荷プロファイルが第１の量の電荷を有する場合、前記移動自在な部分が前記第１の検知コンタクトに電気的に結合し、該第１の電荷プロファイルが第２の量の電荷を有する場合、該移動自在な部分が前記第２のコンタクトに電気的に結合し、該第１の量の電荷が該第２の量の電荷と等しくない、請求項２８に記載のメモリセル。
【請求項３０】
前記第１の移動自在な部分の付近に配置され、第２の電荷プロファイルを蓄積できる第２の電荷閉じ込め層をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項３１】
第１の検知コンタクトと、
ある期間内、前記第１の移動自在な部分および前記第１の検知コンタクトの接触の速度を検知する検知回路と
をさらに有する、請求項１に記載のメモリセル。
【請求項３２】
前記第１の電荷プロファイルが前記第１の電荷閉じ込め層内に蓄積され、該第１の電荷プロファイルが、前記第１の移動自在な部分を第１の接触速度で前記第１の検知コンタクトに接触させる第１の量の電荷を有する、請求項３１に記載のメモリセル。
【請求項３３】
制御回路をさらに有し、該制御回路が前記第１の量の電荷を第２の量の電荷に変更し、前記第１の移動自在な部分が第２の接触速度で前記第１の検知コンタクトに接触し、該第２の接触速度が該第１の接触速度と異なる、請求項３２に記載のメモリセル。
【請求項３４】
基部と、
該基部に結合された装着組立体と、
該装着組立体に結合され、移動自在な部分を有するナノメートルスケールのビームと、
該移動自在な部分の付近にあり、電荷プロファイルを蓄積できる電荷閉じ込め層と、
検知コンタクトと
を有するナノメートルスケールのメモリセルであって、該電荷プロファイルが該電荷閉じ込め層内に蓄積されていれば、該ナノメートルスケールのビームが第１の接触速度で該検知コンタクトに接触し、該電荷プロファイルが該電荷閉じ込め層内に蓄積されていなければ、該第１の接触速度に等しくない第２の接触速度となるように該移動自在な部分の付近に前記検知コンタクトが配置されている、ナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項３５】
前記検知コンタクトに結合され、前記第１の接触速度と前記第２の接触速度とを区別できる検知回路をさらに有する、請求項３４に記載のナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項３６】
前記ナノメートルスケールのビームがナノチューブを含む、請求項３４に記載のナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項３７】
移動自在なナノメートルスケールのビームの第１の部分の付近に配置された電荷閉じ込め層内に電荷プロファイルを蓄積することを包含するナノ電気機械式メモリセルの使用のための方法であって、該ナノメートルスケールのビームの第２の部分が装着組立体に結合され、該装着組立体が基部に結合されている、方法。
【請求項３８】
前記蓄積することが、分離層により前記電荷閉じ込め層から分離された少なくとも１つの書き込みコンタクトにより提供される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記電荷プロファイルを前記電荷閉じ込め層から消去することをさらに包含する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記消去することが、分離層により前記電荷閉じ込め層から分離された少なくとも１つの消去コンタクトにより提供される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記電荷プロファイルを前記電荷閉じ込め層から読み取ることをさらに包含する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記読み取ることが、前記第１の部分の付近に配置された検知コンタクトにより提供される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
電圧を前記ナノメートルスケールのビームに印加することをさらに包含する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記読み取ることが検知コンタクトにより提供される方法であって、前記電荷プロファイルが前記電圧と相互作用して前記第１の部分を該検知コンタクトに向かって移動させるときにおいて、該検知コンタクトが該第１の部分と電気的に結合する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
基部と、
該基部に結合された装着組立体と、
該装着組立体に結合され、移動自在な部分を有するナノメートルスケールのビームと、
該移動自在な部分の付近にあり、電荷プロファイルを蓄積するように動作可能な電荷閉じ込め層と、
該基部に固定された第１のナノチューブであって、該電荷プロファイルが該電荷閉じ込め層内に蓄積され、該電荷プロファイルが第１の量の電荷を有していれば、該ナノメートルスケールのビームが該第１のナノチューブと電気的に結合するように該移動自在な部分の付近に位置付けられた第１のナノチューブと
を有する、ナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項４６】
前記ナノメートルスケールのメモリセルが第２のナノチューブをさらに有し、前記電荷プロファイルが前記電荷閉じ込め層内に蓄積され、該電荷プロファイルが第２の量の電荷を有している場合において、前記ナノメートルスケールのビームが該第２のナノチューブを電気的に結合するように、前記移動自在な部分の付近に該第２のナノチューブが位置付けられている、請求項４５に記載のナノメートルスケールのメモリセル。
【請求項４７】
基部と、
該基部に結合された装着組立体と、
該装着組立体に結合され、移動自在な部分を有するナノメートルスケールのビームであって、電荷プロファイルを蓄積するように動作可能なナノメートルスケールのビームと、
該ナノメートルスケールのビームの付近に配置され、第１の電荷が供給された帯電部材と、
該移動自在な部分の付近に配置された第１の検知コンタクトであって、該電荷プロファイルと該第１の電荷との間の相互作用が該移動自在な部分を該検知コンタクトと電気的に結合させる、第１の検知コンタクトと
を有するナノメートルスケールのメモリセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メモリセルに関する。特に、本発明は、電荷検知機構としてナノチューブまたは別のナノメートルスケールのフィラメントを利用するナノメートルスケールのメモリセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷閉じ込め層内への電荷の書き込み及び消去は、当該技術分野で周知である。さらに、複数の異なった電荷を１つの閉じ込め層の別々の部分に今や蓄えることができる。このようなメモリセルの例が、例えば、米国特許第５７６８１９２号明細書及び米国特許第６０１１７２５号明細書で見られる。しかし、電荷が閉じ込め層内に蓄えられているかを決定するのに現在のシステムはトランジスタを利用する。
【０００３】
特に、現在のシステムは、金属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタのチャネルとゲートとの間に電荷閉じ込め層を位置付ける。電荷がこの電荷閉じ込め層内に蓄えられていれば、トランジスタのターンオン電圧が増大する。このように、異なるターンオン電圧を印加し、トランジスタがどのターンオン電圧に対してターンオンするかを決定することにより、電荷が蓄えられていると決定される。ターンオン電圧をビットに関連付ける（マッピングする）こと（例えば、電荷が蓄えられていれば、１、あるいは、電荷が蓄えられていなければ、０）は、２進法のメモリセルの機能、すなわち、２つの情報状態（オン及びオフ）をメモリセル内に記憶できる機能を構成する。
【０００４】
ＭＯＳＦＥＴが、一般にマイクロメートルスケール内に存在する最小限の寸法設定制限を有するので、これらＭＯＳＦＥＴは不十分である。従って、ナノメートルスケールに寸法設定されたメモリセルを提供するのが望ましい。また、幾つかのビットの情報、すなわち幾つかの状態の情報を記憶するのに、あるいは、（例えば、３進法または４進法の情報ビットを構成できる）幾つかの状態を有する１ビットの情報を記憶するのに利用できるナノメートルスケールのメモリセルを提供するのが望ましい。また、少量の電力を消費し、極めて小さいレベルの電荷を記憶できるメモリセルを提供するのが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、ナノメートルスケールの電気機械（ＮＥＭ）メモリセルを提供することにある。特に、本発明の目的は、ナノチューブのように機械的に可撓性であり、且つ導電性であるナノメートルスケールのビームを利用して、電荷が電荷閉じ込め層内に蓄えられているかを決定するＮＥＭメモリセルを提供することにある。このようなＮＥＭメモリセルは低電力消費量を呈し、極めて少ない量の電荷を蓄え、検知する能力を有する。
【０００６】
ナノチューブは、基部に（両端で、一端で、あるいは、２端間で）据え付けられ、自由に動くことができる部分を含む。この自由に動ける部分は、電荷閉じ込め層の近傍に配置されている。特定の極性の電荷がこの電荷閉じ込め層内に蓄えられているかを検出するため、読み取り動作が、電圧をナノチューブに印加することにより実行される。電荷が電荷閉じ込め層内に蓄えられていれば、この電荷はナノチューブ上の電荷と相互作用し、ナノチューブを移動させる。このような事象が起きた場合にナノチューブが移動するナノチューブ付近に検知コンタクト（ｓｅｎｓｅ  ｃｏｎｔａｃｔ）を設置すれば、本発明は、電荷閉じ込め層内の電荷の極性、電荷の量、または、電荷の存在を決定できる。
【０００７】
特定の極性の電荷が電荷閉じ込め層内に位置する場合を例にとる。反対極性の電荷がナノチューブに加えられたならば、ナノチューブは、これら対立する電荷極性の相互作用のために電荷閉じ込め層に引き付けられる。電荷が充分に強く、反対極性を有する場合、ナノチューブとこの電荷閉じ込め層との間に検知コンタクトを配置することにより、閉回路を、あるいは、ナノチューブと検知コンタクトとの容量結合を生じさせるのが好ましい。
【０００８】
一実施形態では、高いＡＣまたはＤＣ信号をナノチューブに加えて、このナノチューブに電荷を加え、比較的低い電荷が電荷閉じ込め層内に存在するかを検知する。従って、ナノチューブが検知コンタクトを結合する場合、この電圧は検知コンタクトに印加され、電圧または電流信号のいずれかの形態をしたこの検知コンタクトからの出力信号をメモリ制御回路により利用できる。
【０００９】
１つの電荷閉じ込め層は、複数の状態またはビットのデータを記憶できる。例えば、電荷閉じ込め層は、正電荷、負電荷または零電荷を蓄えることができる。ナノチューブに印加された電圧と同じ極性を有する電荷が電荷閉じ込め層に書き込まれていたならば、ナノチューブの移動自在部分は反発できる。ナノチューブが反発して、この蓄えられた極性を検知する位置に、もう１つの検知コンタクトを含めることができる。
【００１０】
さらに、２つ以上の分離した電荷を１つの電荷閉じ込め層内に蓄えることができる。このように、（状態ではない）複数のビットを記憶し、１つの電荷閉じ込め層から読み取り、そして消去できる。ナノチューブの周りに複数の検知コンタクトを配置し、特定の電荷または電荷群が電荷閉じ込め層内に存在する場合にナノチューブが移動する箇所とこれら検知コンタクトとを整合することにより、このような層に蓄えられた１つの電荷あるいは複数の電荷を読み取ることを決定できる。このような一実施形態は、１つの電荷閉じ込め層から、３つ以上の分離された電荷（ビット）を読み取ることを可能にする。
【００１１】
あるいはまた、複数のビットまたは状態を１つのナノチューブメモリセル内に記憶するため、複数の電荷閉じ込め層をナノチューブの周りに配置できる。更なる別の代替実施形態でのように、特定極性の電荷の量を本発明のナノチューブにより読み取ることができる。例えば、大きい正電荷は、負の電荷プロファイルを呈するナノチューブを引き付ける。小さい正電荷は、同じナノチューブを、（大きい正電荷に対して）より少ない程度に引き付ける。従って、小さい、あるいは大きい電荷が電荷閉じ込め層内に蓄えられた場合にナノチューブが動かされる位置に従ってナノチューブの周りに検知コンタクトを配置できる。
【００１２】
本発明の上記の目的及び利点、並びに、その他の目的及び利点は、添付図面と併せて理解される以下の詳細な説明を検討する際に明らかになるであろう。図中、同一の符号は、同様な部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ＮＥＭメモリセル１００を示す図１を最初に参照する。このＮＥＭメモリセル１００は、点１１３に据え付けられたナノチューブ１１０と、電荷閉じ込め層１４０とを含む。ナノチューブ１１０には、電圧がコンタクト１２０により供給され、ナノチューブ１１０は、場所１１１，１１２へ自由に動くことができる。
【００１４】
ナノチューブ１１０が一般的にナノメートルスケールのビームであることを当業者は理解するであろう。ナノチューブ１１０を、あらゆる種類の機械的に可撓性、且つ導電性の分子、フィラメント、または、結合された分子群とすることができ、このナノチューブは、依然として本発明の精神と一致する。さらに、複数の場所だけでなくナノチューブ１１０のどこにでも据え付け点１１３を含めることができる。例えば、このようなナノチューブの中間の移動自在部により縄跳び運動が行えるようにナノチューブ１１０の両端を据え付けることができる。別の例によると、ナノチューブの両端が自由に動くことができるようにナノチューブの中間部分を据え付けることができる。
【００１５】
好ましくは電界ベクトル１８１を形成するように電荷プロファイル１８０を蓄えるのに電荷閉じ込め層１４０を利用できる。電荷プロファイル１８０を電荷閉じ込め層１４０へ書き込み、電荷プロファイル１８０を電荷閉じ込め層１４０から消去することを制御装置１５１，１５２により制御するのが好ましい。これら制御装置は、コンタクト１６０，１７０に加えられた電圧信号が電荷閉じ込め層１４０をいつ電気的に結合するかを制御する。制御装置１５１，１５２を、例えば、トランジスタ（例えば、ナノチューブに基づくナノメートルスケールのトランジスタ）またはダイオードとすることができる。
【００１６】
好適な実施形態では、制御装置１５１，１５２は、電荷閉じ込め層１４０とコンタクト１６０，１７０それぞれとの間に形成された分離層（例えば、酸化物または非導電層）である。コンタクト１６０及び／または１７０に印加された特定の電圧が制御装置の分離特性を克服し、電荷を蓄え／電荷閉じ込め層１４０から取り除くことができるように、このような分離層を構成するのが好ましい。また、蓄えられた電荷（例えば、電荷プロファイル１８０）が制御装置の分離特性を一般に克服しないように、このような分離層を構成するのも好ましい。
【００１７】
このように、書き込み動作を実行することにより電荷プロファイル１８０を電荷閉じ込め層１４０へ一般に書き込み／蓄えることができる。例えば、所望の極性の電圧信号を電荷閉じ込め層１４０へ加えることにより、このような書き込み動作を達成できる。制御装置１５１が分離層として利用される場合、コンタクト１６０へ供給される電圧は、この分離層を克服するのに充分に大きいことが好ましい。
【００１８】
２つ以上の制御装置を書き込み動作に利用できる。例えば、制御装置１５２は、電荷プロファイル１８０を電荷閉じ込め層１４０内に捕捉するのに制御装置１５１を支援する。この例では、不所望な電荷（例えば、所望な電荷プロファイル１８０の極性と反対の極性の電荷）を引き付ける信号を供給することによりこれら不所望な電荷を脱出可能にし、このことにより制御装置１５１を牽引力として利用できる。
【００１９】
コンタクト１６０及び／または１７０に加えられる電圧または電流信号の強度及び継続期間を操作することは、電荷プロファイル１８０を捕捉する速度及び精度にのみ影響を及ぼすことができる。しかし、区別可能な異なった強度／強さを持つ電界ベクトル１８１を呈する電荷プロファイル１８０を蓄えることにも、この操作を利用できる。例えば、好ましくは、電荷閉じ込め層１８０内の正電荷の大きい密度が、大きい正の電界１８１を発生する。しかし、電荷閉じ込め層１８０内の正電荷の比較的小さい密度が、小さい正の静電気力１８１を発生するのが好ましい。
【００２０】
上述した書き込み動作と同様の方法で消去動作を行うことができる。例えば、中性でない電荷プロファイル１８０が電荷閉じ込め層１４０内に存在すれば、反対極性を持つ電荷量を注入することにより電荷プロファイル１８０を中性にし、このことによりホットホールまたは電子注入手続きを請け負うことができる。電荷プロファイル１８０がいつ中性であるか、または、過消去されたかを決定するのに試験動作をも含めることができる。
【００２１】
電荷プロファイル１８０を蓄え、修正し、または、電荷閉じ込め層１４０から除去するため、複数の異なる種類の書き込み／消去動作を閉じ込め層１４０で実行できることを当業者は理解するであろう。例えば、制御装置１５１または１５２がトランジスタであれば、接地信号を電荷閉じ込め層１４０に電気的に結合することにより電荷プロファイル１８０を接地して外へ出すことにより消去動作を実行できる。このような動作は、電荷閉じ込め層１４０の過消去が一般に起こらない動作の一例である。消去／書き込み／試験動作のすべては、本発明の精神の範囲内に含まれる。
【００２２】
ナノチューブ１１０を利用することにより、且つ、読み取り動作を実行することにより電荷プロファイル１８０を読み取ることができる。一般に、読み取り動作は、次の通りに生じる。電圧（ＡＣまたはＤＣのいずれか）をコンタクト１２０でナノチューブ１１０に印加し、ナノチューブ１１０に供給された結果としての電荷は、中性でない電荷プロファイル１８０と相互作用できる。
【００２３】
例えば、電荷プロファイル１８０が、ナノチューブ１１０に加えられた電圧と、または電荷発生器と同じ極性を持っていれば、ナノチューブ１１０は一般に反発する。ナノチューブ１１０が充分に遠くへはね返されれば、ナノチューブ１１０は検知コンタクト１９０に電気的に結合され（例えば、ガルバニック接続または容量結合を生成し）、コンタクト１２０に加えられた信号を表す出力信号１９１が発生される。
【００２４】
ナノチューブ１１０と検知コンタクトとの間の接触速度または接触速度変化を決定することによっても電荷プロファイル１８０を読み取ることができる。例えば、電荷プロファイル１８０が中性（例えば、零）の電荷を含んでいる時、メモリセル１００が位置する環境の熱振動による周辺速度で、あるいは、ほぼ周辺速度でナノチューブ１１０が検知コンタクト（例えば、検知コンタクト１９０）に接触するのが好ましい。特に、ナノチューブ１１０は、周囲温度に従って振動できる。従って、電荷プロファイル１８０が、引き付ける電界ベクトル１８１をナノチューブ１１０に供給すれば、ナノチューブ１１０と検知コンタクトとの間の接触速度は増大する。このように、ナノチューブ１１０と特定の検知コンタクトとの間の接触速度は、電荷プロファイル１８０の特性に比例する。
【００２５】
別の例によると、正味の正電荷が電荷閉じ込め層１８０内に蓄えられていれば、読み取るのが好ましい場合、コンタクト１２０を介して負の電圧をナノチューブ１１０に印加できる。正味の正電荷が電荷閉じ込め層１４０内に蓄えられていれば、ナノチューブ１１０は電荷閉じ込め層１８０に引き付けられる。電荷プロファイル１８０が適切な極性を持ち、充分に強ければ、ナノチューブ１１０は検知コンタクト１３０に電気的に結合するのが好ましい。電圧がナノチューブ１１０上に引き起こされるので、検知コンタクト１３０は、ナノチューブ１１０に電気的に結合されれば、コンタクト１２０に加えられた信号を表す出力信号１３１を発生する。適切な電荷プロファイル１８０が電荷閉じ込め層１８０内に蓄えられていなければ、適切な検知信号１３１が検知コンタクト１３０上に存在しない。
【００２６】
従って、繰り返して言うが、読み取り動作を一般に次の通りに達成する。特定の極性の電荷をナノチューブ１１０上に形成する。検知コンタクトをナノチューブ１１０の周囲に配置して、特定の電荷プロファイル１８０が電荷閉じ込め層１８０内に蓄えられていれば、電界ベクトル１８１がナノチューブ１１０の電界と相互作用し、ナノチューブ１１０を検知コンタクトに向かって移動させる。このように、特定の電荷プロファイルが電荷閉じ込め層１４０内に蓄えられているかを検知コンタクトが、コンタクト１２０に加えた信号によりナノチューブ１１０を充電した期間に検知信号を得たかを決定することにより出力信号を発生することにより決定する。後で詳細に説明するように、コンタクト１２０によっても、あるいは、コンタクト１２０についても出力信号を得ることができ、検知信号は、ナノチューブ１１０と検知コンタクトとの間の電気的相互作用の周波数を表すことができる。
【００２７】
出力信号１３１，１９１を論理「１」または「０」に変換できることを当業者は理解するであろう。例えば、正味の負電荷がナノチューブ１１０上に印加されていれば、検知コンタクト１３０は、正味の正電荷が電荷閉じ込め層１４０内に蓄えられているかを決定できる。電荷閉じ込め層１４０が１ビットの情報を記憶できるように、論理「１」または「０」をこれら２つの状態に関連付けることができる。例えば、検知コンタクト１３０が正味の正電荷を検出すれば、論理「１」を記録できる。検知コンタクト１３０が正味の正電荷を検出しなければ、論理「０」を認識できる。
【００２８】
複数の状態及びビットの情報を記憶するようにメモリセル１００を構成できることを当業者は理解するであろう。例えば、検知コンタクト１３０，１９０の双方が含まれる場合、３つの状態を記憶できる（例えば、正味の正の、正味の負の、そして、中性の電荷閉じ込め層１４０）。３つの状態がＮＥＭメモリセル１００により記憶された場合、ＮＥＭメモリセル１００を、１つの３進法のビットの記憶とみなすことができる。このような実施形態では、３進法に調整された制御器、符号器及びマルチプレクサを含むのが好ましい。複数の状態を記憶する実施形態であって、複数の状態を記憶するのにＮＥＭメモリセル１００とは異なって構成された実施形態を後で説明する。
【００２９】
上述したように、ＮＥＭメモリセル１００内に試験動作を含めることができる。電荷プロファイル１８０が中性であるか、消去不十分であるか、過消去されているかを検査するのに利用するため、このような試験動作を含めることができる。例えば、消去動作後、または、複数段階の消去動作中の１つの段階／複数の段階として、このような動作を有益とすることができる。
【００３０】
ナノチューブ１１０の静止位置の周囲に検知コンタクト１９９を含め、試験動作の一実施形態で利用できる。電荷プロファイル１８０が中性であり、ナノチューブ１１０が静止位置にある時に検知コンタクト１９９はナノチューブ１１０に結合されている。例えば、電圧信号をコンタクト１２０に供給することにより検知コンタクト１９９から出力信号を発生できる。
【００３１】
ナノチューブ１１０の周りの熱振動がナノチューブ１１０を静止位置付近で振動させることができることを当業者は理解するであろう。このように、電荷プロファイル１８０がいかなる静電気力ベクトル１８１も具えていない時でさえ、ナノチューブ１１０はメモリセル１００の検知コンタクトに接触できる。従って、いかなる電荷も電荷プロファイル１８０内に含まれない時、ナノチューブ１１０は、検知コンタクト１９９に連続して接触せず、特定の周波数で、または、特定の周波数の範囲内で検知コンタクト１９９に接触できる。
【００３２】
消去動作後、試験動作を実行し、試験動作が失敗すれば（例えば、検知コンタクト１９９が、ナノチューブ１１０に加えられた信号を表す信号を検知しなければ）、電荷閉じ込め層１４０の極性を決定するのに読み取り動作を利用できる。この読み取り動作の結果に従って、適切な消去動作を実行し、その後に、更なる別の試験動作を続けることができる。試験動作が成功するまで、このルーチンは継続できる。
【００３３】
試験動作を実行するために検知コンタクト１９９を必要としないことを当業者は理解するであろう。あるいはまた、電荷閉じ込め層１４０内のなお一層極めて小さい電荷プロファイル１８０を検知するため、比較的に極めて大きい信号をコンタクト１２０に加えることができる。このように、ナノチューブ１１０を検知コンタクトに結合するのに必要とされるコンタクト１２０に加える信号の強度は、電荷閉じ込め層１４０内に蓄えられている電荷の量を表す。
【００３４】
幾つかの実施形態では、電荷閉じ込め層１４０を過消去することが不可能なので、試験動作を必要としなくてよい、あるいは、望まなくてよい（または、過消去が、例えば何千回も起きたとしても、電荷閉じ込め層１４０の過消去を無視してよい）ことを当業者は理解するであろう。
【００３５】
複数のメモリセル１００に対して、様々な読み取り、書き込み及び消去動作を実行するのに制御回路１９３を利用できる。本発明のメモリセルへの動作をメモリセル群（例えば、アレイセクタ）または１つのメモリセルに実行できる。１つ以上のメモリセル１００の信号を送信し、操作し、選択し、且つ制御するのを支援するために符号器／復号器及びマルチプレクサ／分割器（図示せず）をも含めることができる。
【００３６】
ＮＥＭメモリセル１００の周囲の環境の熱特性は、据え付け点１１３を中心としてナノチューブ１１０を振動させることができる。これら熱振動が充分に強ければ、あるいは、検知コンタクトがナノチューブ１１０に充分に近づいていれば、ナノチューブ１１０は、周辺周波数で、または、周辺周波数と関連する範囲内で検知コンタクト１３０と結合できる。例えば、電荷プロファイル１８０の強度及び極性にかかわらず、いかなる電荷もナノチューブ１１０上にかけられなければ、ナノチューブは、例えば、１秒に１００回コンタクト１３０と結合できる。しかし、電荷プロファイル１８０が中性でなく、電荷プロファイル１８０と反対の極性を持つ電荷プロファイルがナノチューブ１１０に加えられていれば、ナノチューブ１１０とコンタクト１３０との接触の数は、例えば、１秒に１０００回まで増大する。このように、ナノチューブ１１０が移動させられた場所によってだけでなく、ナノチューブ１１０が、ある期間内で検知コンタクトに接触（または、容量結合）する回数（周波数）によっても電荷プロファイル１４０の強度及び極性を決定できる。この例を拡大すると、小さい電荷プロファイル１８０を、大きい電荷プロファイル１８０と区別できる。その理由は、小さい電荷プロファイル１８０が蓄えられていれば、大きい電荷プロファイル１８０が、異なる周波数で検知コンタクト１３０に接触するのが好ましいからである。
【００３７】
別の構造及び電気特性をＮＥＭメモリセル１００に含め、有利に利用できることを当業者は理解するであろう。例えば、ナノチューブ１１０が検知コンタクトに電気的に結合され、電流がナノチューブ１１０に流れる時にローレンツ力が生成されるように磁界（図示せず）をメモリセル１００に含めることができる。ナノチューブ１１０を管状（例えば、中空）または棒状（例えば、固体）とすることができる。
【００３８】
あるいはまた、電流が検知コンタクト１３０からナノチューブ１１０を介してコンタクト１２０へ流れるようにメモリセル１００を構成できる。さらに、コンタクト１２０を検知コンタクトとして利用できる。例えば、抵抗器１９６が含まれていれば、ナノチューブ１１０が検知コンタクト１３０に電気的に結合されていない（開回路状態）時にはいかなる電流も抵抗器１９６を流れない。しかし、ナノチューブ１１０がコンタクト１３０を結合し、電流がナノチューブ１１０に流れる（閉回路状態）時、電流の量は、抵抗器１９６を流れるのが好ましい。従って、検知コンタクト１２０から検知信号を、例えば、抵抗器１９６により獲得できる。
【００３９】
上述したように、制御装置１５２をトランジスタとすることができる。特に、制御装置１５２をトランジスタ１９２とすることができる。例えば、電荷閉じ込め層１４０に結合されたコレクタ端子（または、ソース端子）と、コンタクト１７０のような制御コンタクトに結合されたエミッタ端子（または、ドレイン端子）とを有するようにトランジスタ１９２を構成できる。トランジスタ１９２のエミッタ端子を電荷閉じ込め層１４０に結合してもよく、トランジスタ１９２のコレクタ端子を制御コンタクトに結合できることを当業者は理解するであろう。さらに、トランジスタ１９２のベースを制御回路１９３に結合できる。このような実施形態では、制御コンタクトを、例えば、電圧源またはアース端子に結合して、制御回路１９３が、この電圧源またはアース端子をいつ電荷閉じ込め層１４０に結合するかを制御できるようになっている。
【００４０】
図２には、ナノチューブ２１０が電荷閉じ込め装置として利用されたメモリセル２００を示す。ナノチューブ２１０を、電荷閉じ込め層で、または電荷閉じ込め層のフィラメントで充分に、または部分的に充填するのが好ましい。ナノチューブ２１０は分離層２２０により分離され、この分離層にナノチューブ２１０を据え付けるのも好ましい。コンタクト２３０により加えられた信号２３１と、コンタクト２２１により加えられた信号とによりナノチューブ２１０における動作を実行できる。帯電部材層２４０をも含めることができ、この帯電部材層は、コンタクト２６０により供給された電荷プロファイルを有することができる。ＮＥＭメモリセル１００に類似して、コンタクト２６０と閉じ込め層２４０との間に制御装置を含めることができる。
【００４１】
メモリセル２００は、次の通りに一般に動作する。電圧信号をコンタクト２６０により帯電部材層２４０に供給して、電荷の反対極性がナノチューブ２１０内に存在していれば、ナノチューブ２１０がコンタクト２３０を電気的に結合し、電荷プロファイル２８０を表す検知信号２３１をコンタクト２３０から得る。例えば、図１００のＮＥＭメモリセルの構成要素をＮＥＭメモリセル２００に含めることができることを当業者は理解するであろう。例えば、電荷プロファイル２８０が、帯電部材層２４０の極性と同じ極性を持っている場合に生成された反発力を検知するもう１つのコンタクトをナノチューブ２１０より上に含めることができる。１つの書き込み動作では、電荷または正孔をコンタクト２２１によりナノチューブ２１０へ注入できる。メモリセル２００の動作の詳細な説明は、図４のＮＥＭメモリセル４００に従って記述されている。
【００４２】
図３には、図１のＮＥＭメモリセル１００の原理から構築された一実施形態であるＮＥＭメモリセル３００を示す。ナノチューブ３１１は基部３０１に据え付けられ、場所３１２と場所３１３との間で自由に動くことができる。特に、ナノチューブ３１１は、保持部材３６１を介してコンタクト３４１に据え付けられている。この場合、コンタクト３４１は、分離層３５２を介して基部３０１に据え付けられている。
【００４３】
図１のＮＥＭ１００でのように、電荷閉じ込め層、すなわち電荷閉じ込め層３３０がＮＥＭメモリセル３００に含まれている。書き込み及び消去動作を実行するのにコンタクト３２１，３２２を利用できる。図１の制御装置１５１，１５２が、電荷閉じ込め層３３０とコンタクト３２１，３２２それぞれとの間に分離層３５２の一部としてＮＥＭメモリセル３００に含まれることを当業者は理解するであろう。
【００４４】
一般に、電荷が、反対極性を持つ電荷閉じ込め層３３０内に蓄えられていれば、電荷がナノチューブ３１１に引き起こされ、電荷が充分に強ければ、ナノチューブ３１１は検知コンタクト３４２に電気的に結合できる。電流がナノチューブ３１１を流れると、磁界３７１により生成されたローレンツ力のため、ナノチューブ３１１が検知コンタクト３４２に結合したままでいるようにメモリセル３００に磁界３７１を加え、あるいは選択的に加えることができる。
【００４５】
一実施形態では、読み取り動作を実行する時に磁界３７１を選択的にターンオンできることを当業者は理解するであろう。磁界３７１を選択的にターンオンし、電圧源をコンタクト３４１に加える結果として、電力消費量を減少できる。
【００４６】
同様に、電荷閉じ込め層３３０を読み取るのに望ましくない時には、信号を層３４１へ加えても、いかなる機能も達成できないので、読み取り動作を実行する時だけに電圧信号をコンタクト３４１に加えることができる。しかし、その反対を真実とすることができることを当業者は理解するであろう。例えば、メモリセル３００が配置されたセクター内のメモリセルを制御回路が読み取ろうと試みる場合、この場所のすべてのメモリセルは信号を層３４１へ供給できるが、所望のメモリセルに対する検知コンタクトだけが読み取られる。そのようにすることは、信号を層３４１へ供給するのに含めることができる回路の複雑性の程度を減少させる。
【００４７】
上述した試験動作を用いるため、ナノチューブ３１１の静止位置の周囲にコンタクト３９１を配置でき、非導電層３９２により据え付けることができる。例えば、ナノチューブ３１１が静止位置（図３の場合、ナノチューブ３１１が内部にあるように示す位置）にある時にナノチューブ３１１が通常、コンタクト３９１と結合するようにナノチューブ３１１より上に、且つナノチューブ３１１の静止位置上にもコンタクト３９１を配置できる。このように、ナノチューブ３１１が検知コンタクト３４２に向かって傾斜する時にナノチューブ３１１がコンタクト３９１及び分離層３９２に接触しないようにコンタクト３９１が天井（図示せず）の一部分を形成するのが好ましい。従って、メモリセル３００への摩耗が減少する。
【００４８】
繰り返して言うが、電荷閉じ込め層３３０の周囲のどこにでも、いずれかの個数の検知コンタクト（例えば、検知コンタクト３４２）を配置でき、本発明の原理に従って機能を達成するように構成できる。さらに、メモリセル３００における動作を実行するのに１つ以上のコンタクト（例えば、コンタクト３２１，３２２）をも利用でき、１つ以上の電荷閉じ込め層（例えば、電荷閉じ込め層３３０）の周囲の様々な場所に配置できる。このような構成は、本発明の精神の範囲内にある。これら原理をさらに示す更なる実施形態を以下に詳細に説明する。
【００４９】
各読み取り動作後、再書き込みする必要なしに、メモリセル３００を何度も読み取ることができることを当業者は理解するであろう。このことは、電荷閉じ込め層が読み取られ、電荷を含んでいると決定された場合、電荷閉じ込め層へ再書き込みされる電荷を必要とする数多くの従来のマイクロメートルスケールのメモリセルよりも優れた利点である。その理由は、このようなメモリセルが電荷を電荷閉じ込め層から除去してこの電荷を読み取るからである。
【００５０】
検知回路３８２及び制御回路３８１をもＮＥＭメモリセル３００に含めることができる。検知回路３８２を、例えば、コンタクト３４２に結合して、ナノチューブ３１１がコンタクト３４２に電気的に結合されている時に制御回路３８１からコンタクト３４１へ供給された電気信号を検知できる。検知回路３８２をも、例えば、コンタクト３９１に結合して、ナノチューブ３１１がいつコンタクト３９１に電気的に結合されたかを（例えば、コンタクト３４１に供給された電気信号がいつナノチューブ３１１を通ってコンタクト３９１へ流れるかを、あるいは、逆もまた同様に）検知できる。制御回路３８１を、例えば、書き込み／消去コンタクト３２１及び３２２に結合して、適切な電気信号を電荷閉じ込め層３３０へ供給できる。検知回路３８２及び制御回路３８１をＮＥＭメモリセル３００の別の構成要素に結合できることを当業者は理解するであろう。例えば、制御回路３８１をコンタクト３４２に結合でき、検知回路３８２をコンタクト３４１に結合できる。その上、磁界発生器３７２により磁界３７１を発生するのが好ましい。
【００５１】
ナノチューブ３１１が装着部材により基部３０１に一般に固定されていることを当業者は理解するであろう。このような装着部材は、例えば、ナノチューブ３１１と基部部材３０１との間に配置されたいずれかの個数の構成要素を含めることができる。例えば、ナノチューブ３１１をコンタクト３４１により、または、コンタクト３４１及び分離層３５２の双方により基部３０１に装着できる。好ましくは、ナノチューブ３１１の一部が基部３０１に対して動かないように装着用構成要素によりナノチューブ３１１を基部３０１に固定する。さらに、これら装着用構成要素を、基部３０１に対して自由に動くことができるナノチューブ３１１の少なくとも１つの別の部分にも設けるのが好ましい。
【００５２】
図４には、ナノチューブ４１１を含むＮＥＭメモリセル４００を示す。好適な実施形態では、ナノチューブ４１１の端部が自由に動けるようにナノチューブ４１１の中央が基部部材４０４に取り付けられている。ナノチューブ４１１を中央で、例えば、分離層４３１または４０１により安定させることができる。
【００５３】
分子４２１を収容するようにナノチューブ４１１を製作できる。分子４２１は電荷閉じ込め特性を呈することができる。例えば、分子４２１を窒化酸化物または誘電性分子とすることができる。分子４２１がナノチューブ４１１の内部に位置する結果として、ナノチューブ４１１内に挿入された電荷を捕獲できる。その結果として、本発明の原理に従ってナノチューブに基づくメモリセルを構築できる。
【００５４】
ＮＥＭメモリセル４００では、書き込み動作は、次の通りに生じる。コンタクト層４０５または４０６のいずれかとの電気接続をそれぞれ生成するために場所４１３または４１５のいずれかへ帯電部材４０２，４０３によりナノチューブ４１１を操作する。例えば、ナノチューブ４１１がコンタクト４０５と電気的に結合するようにナノチューブ４１１が帯電部材４０２に引き付けられると、その時、コンタクト４０５に加えられた信号で分子４２１を帯電することができる。代替例のように、大きい電圧信号が分離層４３１に浸透するようにこの信号をコンタクト層４３２上に配置することによりナノチューブ４１１を帯電できる。
【００５５】
ＮＥＭメモリセル４００では、読み取り動作は、次の通りに生じる。「引き付ける」電荷（例えば、書き込み動作中、ナノチューブ４１１に位置する電荷と反対の電荷）を帯電部材層４０２（及び／または帯電部材４０３）に配置できる。次に、コンタクト４０５，４０６を用いて、ナノチューブ４１１がいつコンタクト４０５，４０５と接触するかを検知する。零または低電荷（例えば、論理０）がナノチューブ４１１に存在すれば、帯電部材４０２，４０３に配置された電荷の量は、コンタクト４０５，４０６と電気接続を生じた時に比較的大きい。高電荷（例えば、論理１）がナノチューブ４００に存在すれば、帯電部材４０２，４０２に配置された電荷の量は、コンタクト４０５，４０６と電気接続を生じた時に比較的小さい。従って、この例のように、ナノチューブ４１１と電気的なコンタクト４０５，４０６との間で電気接続を生じるために帯電部材４０２，４０３上に必要とされる電荷の量を測定することによりＮＥＭメモリセル４００を読み取ることができる。
【００５６】
特定量の電荷を蓄え、ナノチューブ４１１内で互いに区別できることを当業者は理解するであろう。この例では、コンタクト４０５，４０６によりナノチューブ４１１を検知するために帯電部材４０２，４０３に加えられるべき電荷の量を利用して、ナノチューブ４１１に蓄えられている電荷の量を決定できる。その結果として、ナノチューブ４１１が複数の電荷プロファイルを保持するように複数の状態を記憶し、区別できる（例えば、４つの測定可能な状態は、ナノチューブ４１１に２ビットを記憶できるようにする）。上述した読み取り動作が、ナノチューブ４１１に蓄えられた電荷の放電を生じさせることができることを当業者は理解するであろう。しかし、ナノチューブ４１１に２つの移動自在端部を含めることにより、ナノチューブ４１１が読み取られる時にナノチューブ４１１を書き込むことができる（すなわち、同時に起こる読み取り／書き込み動作）。例えば、帯電部材４０２，４０３が連結されるようにＮＥＭメモリセル４００を構築できる。例えば、コンタクト４０５を用いて、ナノチューブ４１１内の電荷を検知できる。コンタクト４０６を用いてナノチューブ４１１に電荷を書き込むことができる。好適な実施形態では、コンタクト４０６に加えられる電荷の量を、帯電部材４０２，４０３に加えられた電荷の量に比例させることができる。その結果として、複数の状態を同時にナノチューブ４１１に書き込み、且つ読み取ることができる。しかし、電荷がナノチューブ４１１に適切に蓄えられることを確実にするため、ＮＥＭメモリセル４００の「書き込み」端部を切り離す前にＮＥＭメモリセル４００の「読み取り」端部を切り離すことを必要とする場合がある。従って、用途に従って、帯電部材４０２，４０３を互いに独立させ、電気的に分離できる。コンタクト４３２によりＮＥＭメモリセル４００に同時に書き込み、且つ再書き込みすることもできる。
【００５７】
１つだけの移動自在端部を持つナノチューブでもＮＥＭメモリセルを実施できる。特に、例えば帯電部材４０２及びコンタクト４０５のみが必要とされるように、ナノチューブ４１１の一端にも、分離層４０１を介してナノチューブ４１１を基部部材４０４に取り付けることができる。この例は、図４の線４５１の左側に示す構造体に類似するＮＥＭメモリセル４００を用いる。コンタクト４０５を、検知及び書き込みコンタクトの双方として利用するのが好ましい。しかし、ナノチューブ４１１を書き込み、または再書き込みするのにコンタクト４３２を依然として利用できる。
【００５８】
メモリセルに代わる手段のように、ナノチューブに基づくインバータからメモリ部品（例えば、メモリラッチ）を構築するのに本発明の原理を利用できる。
【００５９】
図５には、３つの検知コンタクト５２０，５３０，５４０及び２つの電荷閉じ込め層５５０，５６０を含むメモリセル５００を示す。１つのナノチューブ５１０は、電荷閉じ込め層５５０，５６０の双方を読み取るために利用されている。その結果として、１つのナノチューブ５１０だけを含むが、２つのメモリセルの機能を達成するものとしてメモリセル５００を実際には見ることができる。
【００６０】
電荷閉じ込め層５５０をコンタクト５５１，５５２に書き込むことができ、あるいは、これらコンタクト５５１，５５２により消去できる。同様に、電荷閉じ込め層５６０をコンタクト５６１，５６２に書き込むことができ、あるいは、これらコンタクト５６１，５６２により消去できる。ナノチューブ５１０は、導電性固定装置５０３により基部５０２に据え付けられている。非導電層５０２は、メモリセル彫刻及び構成要素分離層として利用される。図５には、正味の電荷が電荷閉じ込め層５５０または５６０のいずれかに全く存在しない時にメモリセル５００がどのように動作できるかに関する一例を示す。この実施形態では、ナノチューブ５１０は静止位置にあり、検知コンタクト５２０，５３０，５４０から分離されている。電荷がナノチューブ５１０に加えられるとすれば、ナノチューブ５１０の位置は一般に、ほとんど変えられない。その理由は、反発力または引力のどちらも電荷閉じ込め層５５０，５６０により発生されないからである。図６〜８には、電荷閉じ込め層５５０，５６０がナノチューブ５１０の位置の移動を行う場合の様々な例の幾つかを示す。
【００６１】
図６には、正味の負電荷が電荷閉じ込め層５５０，５６０の双方に蓄えられ、正味の正電荷５１１が導電性固定装置５０３を介してナノチューブ５１０に加えられている場合のメモリセル５００を示す。特に、負の電荷プロファイル５５３，５６３が、ナノチューブ５１０を検知コンタクト５４０に電気的に結合させる下方への動きを起こし、従って、蓄えられた電荷を持つ電荷閉じ込め層５５０，５６０を表す信号を制御回路（図示せず）に供給するのが好ましい。検知コンタクト５２０，５４０，５３０の各々（または、検知コンタクト５２０，５４０，５４０に結合しているナノチューブと関連する信号）を状態の情報にマッピングできる。従って、メモリセル５００は、２ビット（４つの状態）の情報を記憶できる。また、磁界をメモリセル５００に永久に課すか、あるいは、導電性固定装置５０３に加えられた信号に従ってメモリセル５００に選択的に課すことができる。
【００６２】
図６には、電荷プロファイル５５３及び電荷プロファイル５６３が電荷閉じ込め層５５０，５６０内にそれぞれ蓄えられている場合のメモリセル５００を示す。この場合、反対極性の電荷をナノチューブ５１０の端部に与えれば、引力がナノチューブ５１０に検知コンタクト５４０を結合させるのが好ましい。
【００６３】
図７には、電荷プロファイル５５３だけが電荷閉じ込め層５５０により形成されている場合のメモリセル５００を示す。この場合、反対極性の電荷をナノチューブ５１０の端部に与えれば、引力がナノチューブ５１０に検知コンタクト５２０を結合させるのが好ましい。
【００６４】
図８には、電荷プロファイル５６３だけが電荷閉じ込め層５６０により形成されている場合のメモリセル５００を示す。この場合、反対極性の電荷をナノチューブ５１０の端部に与えれば、引力がナノチューブ５１０に検知コンタクト５３０を結合させるのが好ましい。
【００６５】
更なる検知コンタクト及び電荷閉じ込め層をメモリセル５００内に含めることができることを当業者は理解するであろう。さらに、メモリセル５００を、図示した極性の使用だけに限定しない。メモリセル５００は、反対極性あるいはそれらの組み合わせを容易に利用できる。例えば、電荷閉じ込め層５５３は負の電荷プロファイルを蓄積するが、電荷閉じ込め層５６０は正の電荷プロファイルを蓄積できる。
【００６６】
図９には、複数の電荷プロファイル９５１，９５２を保持できる１つの電荷閉じ込め層９５０が含まれるメモリセル９００を示す。図示の実施形態では、２つの電荷プロファイルが含まれる。しかし、多数の追加の電荷プロファイルを電荷閉じ込め層９５０内に含めることができる。電荷閉じ込め層９５０は、複数の異なるビットを記憶できる。電荷閉じ込め層９５０を、例えば、酸化膜・窒化膜・酸化膜層とすることができる。
【００６７】
電荷プロファイル９５１，９５２を消去し、コンタクト９６１〜９６４により書き込むことができる。実施可能性を損なうことなく、コンタクト９６１〜９６４をメモリセル９００から取り除くことができることを当業者は理解するであろう。あるいはまた、例えば、追加のビットを記憶し、より迅速に消去し、より正確に消去し、より迅速に書き込み、そして、より正確に書き込むために追加のコンタクトを電荷閉じ込め層９５０の周囲に配置できる。
【００６８】
好ましくは、メモリセル９００が次の通りに動作する。電荷プロファイル９５１のみが存在し、反対極性の電荷がナノチューブ９１０に加えられていれば、検知コンタクト９２０は信号を受信する。電荷プロファイル９５１及び９５２の双方が存在し、反対極性の電荷がナノチューブ９１０に加えられていれば、検知コンタクト９３０は信号を受信する。電荷プロファイル９５２のみが存在し、反対極性の電荷がナノチューブ９１０に加えられていれば、検知コンタクト９４０は信号を受信する。電荷プロファイル９５１または９５２のどちらも存在しなければ、検知コンタクト９２０，９３０，９４０のいずれも信号を受信しない。従って、電荷閉じ込め層９５０内に記憶された２ビットから４つの状態を決定できる。４進法の論理システムが用いられる場合、１つの４進法のビットをメモリセル９００から読み取ることができる。検知コンタクト９２０，９３０，９４０を、例えば、ナノチューブ９１０より上に配置できるので、ナノチューブ９１０に加えられた電荷の極性が、電荷閉じ込め層９５０に蓄えられた電荷と同じであれば、電荷プロファイル９５１，９５２からの反発力がナノチューブ９１０とこれら検知コンタクトとの間に電気的な結合を発生させる。
【００６９】
図１０には、１つのシングルビットメモリセル１０５０が含まれ、コンタクト１０５１，１０５２に加えられた信号により書き込まれ、消去されるメモリセル１０００を示す。メモリセル１０００は、導電性固定装置１００３に結合され、非導電層１００２により基部１００１に据え付けられたナノチューブ１０１０を含む。検知コンタクト１０２０，１０３０，１０４０も含まれている。
【００７０】
メモリセル１０００は、複数の状態を１つの電荷プロファイルから決定できる原理を示す。例えば、小さい、中位の、そして、大きい電荷を電荷閉じ込め層１０５０内に蓄えることができる。小さい電荷が蓄えられ、適切な信号がナノチューブ１０１０に加えられたならば、ナノチューブ１０１０が検知コンタクト１０２０を電気的に結合するのが好ましい。中位の電荷が蓄えられ、適切な信号がナノチューブ１０１０に加えられたならば、ナノチューブ１０１０が検知コンタクト１０３０を電気的に結合するのが好ましい。大きい電荷が蓄えられ、適切な信号がナノチューブ１０１０に加えられたならば、ナノチューブ１０１０が検知コンタクト１０４０を電気的に結合するのが好ましい。信号がナノチューブ１０１０に加えられ、検知コンタクト１０２０，１０３０，１０４０のいずれもナノチューブ１０１０から信号を受け取らなければ、４番目の状態を決定できる。
【００７１】
ナノチューブ１０１０が常に１つだけの検知コンタクトを結合するように導電性検知コンタクト１０２０，１０３０，１０４０が、異なる寸法１０９１，１０９２，１０９３を持つことができることを当業者は理解するであろう。あるいはまた、検知コンタクト１０２０，１０３０，１０４０は、同じ寸法を持つことができる。このような実施形態では、制御回路（図示せず）は、例えば、電荷閉じ込め層１０５０に最も近い（または、電荷閉じ込め層１０５０から最も遠い）どの検知コンタクトが、閉じ込め層１０５０内に蓄えられた（または、蓄えられていない）電荷の量を決定するためにナノチューブ１０１０に加えられた信号を表す信号を受信したかを簡単に決定する必要がある。
【００７２】
コンタクト１０２０，１０３０，１０４０の各々をそれら自体ナノメートルスケールのビーム（例えば、ナノチューブ）とするか、あるいは、ナノメートルスケールのビーム（例えば、ナノチューブ）に結合できるので、ナノチューブ１０１０が、コンタクト１０２０，１０３０，１０４０の代わりにこれらナノメートルスケールのビームと電気的に結合することを当業者は理解するであろう。その結果として、あるナノメートルスケールのビームが良好な（例えば、低い）摩耗特性を呈するので、システム１０００内での摩耗を最小限に抑える。さらに、ナノチューブ１０１０をその両端において層１００２に取り付ける（すなわち、基部１００１に装着する）ことができる。このような実施形態では、これら２つの装着された端部間の部分は、自由に動くことができる。両端で装着するナノチューブ１０１０は、システム１０００で安定性を増大させ、その結果として、ナノチューブ１０１０の制御レベルを増大させる。ナノチューブ１０１０が両端に取り付けられていれば、寸法１０９１，１０９２，１０９３がピラミッド形状を形成するのが好ましいことを当業者は理解するであろう。
【００７３】
２つの構成要素が互いに電気的に相互作用するため、これら２つの構成要素が共に接続しなくてもよく、または結合しなくてもよいことを当業者は理解するであろう。従って、少なくともこの用途のために、一方の構成要素が他方の構成要素に電気的に影響を及ぼす時、２つの構成要素が共に電気的に結合されることを当業者は理解するであろう。電気的な結合は、例えば、一方の構成要素が他方の構成要素に電気的に影響を及ぼすような２つの構成要素間の物理的な接続または結合、容量結合、電磁結合、空隙（例えば、真空管）により分離された２つの導体間の自由電荷の流れ、並びに、誘導結合を含めることができる。
【００７４】
更なる有利なナノメートルスケールの電気機械組立体は、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ氏など著「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｓｃａｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｂｅａｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓａｍｅ」と題された一般に譲渡された同時係属の米国特許出願第１の０／４５３３２６号明細書（代理人整理番号ＡＭＢ／００２）、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ氏など著「Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された一般に譲渡された同時係属の米国特許出願第１の０／４５３７８３号明細書（代理人整理番号ＡＭＢ／００３）、Ｐｉｎｋｅｒｔｏｎ氏など著「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈｅｓ  ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ」と題された一般に譲渡された同時係属の米国特許出願第１の０／４５３３７３号明細書（代理人整理番号ＡＭＢ／００５）に記載されている。これら明細書はすべて、参考のために全体に導入されたものであり、同日に出願されている。
【００７５】
上記の説明から、本発明がナノメートルスケールの電気機械メモリセル及びその使用方法を提供することを当業者は認識するであろう。ここで説明した様々な構造を本発明から逸脱することなく、組み合わせることができることを当業者は理解するであろう。例えば、磁界を図１０のナノメートルスケールのメモリセル１０００に含めることができる。本発明が、この明細書で開示された形態以外にも多くの形態をとることができることも認識するであろう。従って、本発明が、開示された方法、システム及び装置に限定されず、本発明の精神の範囲内にある変更形態及び修正形態を含むものとすることを強調する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明の原理に従って構築されたナノメートルスケールの電気機械メモリセルを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の原理に従って構築された別のナノメートルスケールの電気機械メモリセルを示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の原理に従って構築された図１からのナノメートルスケールの電気機械メモリセルの一実施形態を示す３次元斜視図である。
【図４】図４は、本発明の原理に従って構築された図２のナノメートルスケールの電気機械メモリセルの一実施形態を示す３次元斜視図である。
【図５】図５は、本発明の原理に従って構築された別のナノメートルスケールの電気機械メモリセルを示す３次元斜視図である。
【図６】図６は、本発明の原理に従って構築された図５からのメモリセルの一実施形態の機能を示す３次元斜視図である。
【図７】図７は、本発明の原理に従って構築された図５からのメモリセルの一実施形態の機能を示す３次元斜視図である。
【図８】図８は、本発明の原理に従って構築された図５からのメモリセルの一実施形態の機能を示す３次元斜視図である。
【図９】図９は、本発明の原理に従って構築された別のナノメートルスケールの電気機械メモリセルを示す３次元斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の原理に従って構築された更なる別のナノメートルスケールの電気機械メモリセルを示す３次元斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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