之類的基于電氣的存儲設備比較的安全 性優(yōu)勢。例如，如與熔絲類型的存儲器相反，機械存儲設備可以被再編程（然而，其可以被 制作為非再編程的）。
[0040] 關于納繼電器結構對于功率門控CMOS電路的應用，在實施例中，尤其在低吞吐 量應用中，機械開關可以使用較低的功率利用。在一個這種實施例中，納機械開關被用作 到CMOS電路的功率門控器件，其可以在細粒度級別與CMOS進行集成，并導致提高的能量 效率。此外，根據(jù)一個實施例，本文描述了自門控晶體管，其是自動將源極與漏極物理斷開 (抑制斷開狀態(tài)泄漏）的CMOS-機械混合式晶體管。當器件沒有被使用時，器件自動地"睡 眠"，實現(xiàn)了細粒度功率門控而不犧牲器件面積，并消除了決定何時至門功率的復雜性。
[0041] 關于納繼電器結構針對振蕩器的應用，在實施例中，除了靜態(tài)開關操作之外，納機 械結構可以示出具有AC輸入的諧振行為，其可以用于針對移動和SoC應用的RF濾波器和 振蕩器。當跨電容器（例如，由氣隙所分隔開的納米線和電極）施加AC電壓時，由于時變 電壓而內(nèi)在地產(chǎn)生AC電流。在納米線的諧振頻率處，AC電流可以示出來自線的機械諧振 的大的增強，其引起時變電容和另外的AC電流源。CMOS-兼容的納機械振蕩器的優(yōu)勢可以 包括（但不限于）具有前端集成的片上單片RF組件，并通過調整DC偏置條件來使得頻率 范圍能夠優(yōu)化，并且器件結構使得電可調的諧振器中心頻率能夠實現(xiàn)。此外，器件可以在大 陣列中制備，以便增強輸出信號并提高相位噪聲和溝道選擇性。其它應用包括在諧振器的 情況中對管芯上的溫度進行感測。在這種情況中，溫度改變使得器件的諧振頻率偏移，這種 偏移可以被測量到?；诶^電器的溫度傳感器比芯片上的溫度傳感器有利，因為這種器件 可以被制備得小得多。
[0042] 如下面結合圖1所描述的，在實施例中，納機械器件被制備在硅晶圓上。器件包括 在一端或兩端上耦合（附接）到材料的納米線，并懸浮在空隙中?？障犊梢允钦婵盏模畛?有氣體的或填充有液體的。納米線的一端或兩端連接到固體材料，該固體材料是其錨定點。 因此，可以制備單錨納米線或雙錨納米線。錨可以由導電材料組成，創(chuàng)建到納米線的電路 徑。錨還可以具有與其耦合的多條納米線。
[0043] 圖1例示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的（a)錨定在一側上的納米線繼電器100A和（b) 錨定在兩側上的納米線繼電器100B的平面視圖，以及（c)錨定在一側上的納米線繼電器的 第一制備步驟100C和（d)錨定在一側上的納米線繼電器的第二制備步驟100D的橫截面視 圖。參考圖1，標記為"IN"的區(qū)域是絕緣體。標記為"M"的區(qū)域是金屬或半導體。標記為 "GM"的區(qū)域是在絕緣層與納米線之間具有絕緣層的金屬或半導體。標記為"A"的區(qū)域是錨 定材料，并可以是導電或絕緣材料。"空隙"區(qū)域不包含固體材料，但可以包含氣體、液體或 者可以是真空。器件可以相對于下層襯底取向為與頁面平行或垂直。在圖1的（c)部分， 納米線中繼器被示出為鄰近CMOS晶體管制備，具有隨后形成的密封件（例如，針對由蓋構 造進行密閉性密封描繪了示例性工藝）。因此，在一個這種實施例中，密封可以是封蓋工藝， 其中絕緣材料或金屬被沉積具有差的方向性。金屬填充端口，并隨后使用CMP來進行平面 化。如在圖1的（d)中所描繪的，諸如互連構造之類的另外的線后端工藝隨后可以例如通 過標準的后端CMOS工藝來執(zhí)行。要理解的是，如果選擇幾何結構以使得繼電器不會短路到 柵極（例如，對于振蕩器或具有機械停止件的繼電器），則可以不必使柵極絕緣。或者，代替 在柵極電極上具有絕緣件，絕緣件還可以位于納米線上。并且，可能的情況是，如果挑選幾 何結構以使得繼電器在"閉合"位置不接觸柵極，則不必需要絕緣件。
[0044] 再次參考圖1，在實施例中，納米線由半導體材料或者半導體、金屬和/或絕緣體 的復合材料組成。半導體材料可以在下層晶圓的其它區(qū)域內(nèi)與常規(guī)M0S晶體管共享。在一 個實施例中，可以將其中包住納米線的空隙的壁劃分成不同的功能區(qū)。區(qū)域可以包括金屬 或半導體（例如，可選地在金屬或半導體與納米線之間具有絕緣層）或絕緣體。此外，在一 個實施例中，空隙的壁形成了矩形盒體，并且功能區(qū)被設置在盒體的任意可用的一側上。要 理解的是，如下面更詳細描述的，對上面所描述區(qū)域的選擇和配線可以提供功能器件，例如 邏輯開關、功率開關或存儲器件。
[0045] 在實施例中，再次參考圖1，為了創(chuàng)建空隙，對于這樣的納機械器件通常執(zhí)行釋放 蝕刻，其中對先前沉積的犧牲材料進行蝕刻。由于納米線可以是單晶，諸如外延生長工藝之 類的兼容工藝被用于納米線材料。這里，用于CMOS晶體管的本領域中公知的納米線制備可 以被延伸到制備基于納米線的納機械器件，并提供工藝路徑來變得可與那些晶體管集成用 于高容量的制造。這種方法提供了本發(fā)明的一個或多個實施例中所描述的器件的獨特特 征，其中，可以實現(xiàn)機械和CMOS器件的細粒度混合。如結合圖1的（c)部分所描述的，在實 施例中，接著繼電器的制造，對結構進行鈍化以使得氣隙被密封。如結合圖1的（d)部分所 描述的，在這種鈍化之后，使用標準后端CMOS工藝來繼續(xù)互連件的制造。
[0046] 總的來說，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，下面更詳細描述了十一個示例性的 納機械器件。這些器件包括機械邏輯開關、優(yōu)化接觸電極和柵極幾何結構的基本邏輯開關、 具有非線性彈簧的機械邏輯開關、用于互補型邏輯的器件、抓放中繼器、具有斷開的源極的 混合式M0S-繼電器晶體管、功率門控繼電器、非易失性存儲設備、電子隧穿繼電器、機械諧 振振蕩器以及通過硅的壓阻性質的電流調制。
[0047] 在第一個方面，根據(jù)本發(fā)明的實施例，下面結合圖2描述了機械邏輯開關，圖2例 示了（a)處于初始斷開位置的納米線繼電器開關200A，（b)處于閉合位置的繼電器200B， 以及（c)處于替代的斷開位置的繼電器200C的平面視圖。參考圖2,區(qū)域GM對應于柵極， 具有電壓Vg并具有涂覆柵極的電氣絕緣層。區(qū)域Ml對應于輸出端子，具有電壓Vout。區(qū) 域M2對應于參考電壓，Vref，其電氣連接到納米線。在閉合位置，Ml和M2具有電氣連接。
[0048] 為了將繼電器從斷開位置（圖2(a)或圖2(c))切換到閉合位置（圖2(b))，設置 Vg以使得在Vg與Vref之間的絕對差大于某個閾值電壓。在納米線與GM之間感應靜電力， 引起納米線朝向GM和Ml移動。納米線接觸Ml，在Ml與M2之間創(chuàng)建了電路徑，引起Vout 轉到Vref。這是開關的閉合狀態(tài)。由于絕緣層，GM和納米線不具有電路徑。
[0049] 為了將繼電器從閉合位置（圖2(b))切換到斷開位置（圖2(a)或圖2(c))，設置 Vg以使得在Vg與Vref之間的絕對差小于某個閾值電壓。減小在GM與納米線之間的靜電 力，造成納米線移動遠離Ml并從M2斷開。這是開關的斷開狀態(tài)。取決于Vg以及絕緣體和 納米線觸點的粘附性質，納米線可以回到圖2(a)或圖2(c)中的斷開狀態(tài)。
[0050] 在實施例中，與CMOS晶體管作為開關相比，圖2的器件的優(yōu)勢包括納米線繼電器 具有較低的開關能量、在斷開狀態(tài)下幾乎沒有漏電流通過源極端子和漏極端子、以及當進 行開關時具有接近垂直的電流-電壓關系。與其它現(xiàn)有的機械開關相比，納米線繼電器可 以與CM0S晶體管單片地進行制備、較小、并且由于較小而開關地較快。超過現(xiàn)有工作的另 一個優(yōu)勢是在"塌陷"模式下工作的可能性，該"塌陷"模式是在圖2(c)中所示出的替代的 斷開狀態(tài)。這種狀態(tài)通過對納米線界面的粘附性質進行控制來實現(xiàn)，并且這種狀態(tài)是有利 的，因為減小了在斷開到閉合狀態(tài)之間的開關時間，提高了開關的瞬態(tài)性能。
[0051] 已經(jīng)開發(fā)了數(shù)值模擬來測試納機械器件的操作，其指示了圖2的器件的可行性。 所模擬的納米線是l〇〇nm長、10nm寬、5nm厚、具有l(wèi)OOGPa的彈性模數(shù)、5nm的斷開狀態(tài)間隙 距離，10zJ的Hamaker常數(shù)，以及l(fā)nm2的實際接觸面積。下面所描述的圖3示出了閉合和 斷開時的I-V關系。下面還描述的圖4示出了當開關從其斷開狀態(tài)切換到閉合狀態(tài)時開關 的瞬態(tài)響應。使用對量子隧穿的WKB估計并利用對朝向源極電極移動的納米線進行動態(tài)多 重物理量有限元分析，給出納米線相對于源極導體的位置來確定電流值。下面所描述的圖5 示出了力的關系隨著間隙分隔距離而變化，示出了線中的彈簧力（取自基礎梁理論）、靜電 拉入力（被估計為一組平行板電容器）以及界面的粘附力（使用Hamaker理論來計算）。
[0052] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例，對于使源極-漏極接觸具有l(wèi)nm2面積的機械邏輯開 關或功率開關的I-V關系模擬圖300。圖示300顯示了幾乎無限的斜率和可忽略的斷開狀 態(tài)電流，這些是超過CMOS開關的改進。參考圖2,Ids對應于Ml與M2之間的電流，并且Vgd 是GM與M2之間的電壓差。滯后由于靜電力的r-2依賴性和觸點的粘附性而存在。這種情 況中的電流轉移是由于隧穿而引起，并且由于觸點中原子的鈍化而得到〇. 44nm，leV的勢 皇。
[0053] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例說明了納機械開關從斷開狀態(tài)改變到閉合狀態(tài)（在時 間=0施加柵極電壓）的瞬態(tài)行為的圖示400。參考圖示400,示出了針對跨越lnm2接觸 界面的兩個不同勢皇的隧穿電流。在源極與漏極之間的最小距離是大約0. 44nm，對應于最 大的Ids。在該圖示中Vds=IV。電流的波動是由于當繼電器切換時整個接觸面積和分隔 距離的小變化，這種小變化是機械位置的函數(shù)。
[0054] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例說明了對于機械開關中l(wèi)nm2的觸點，力的關系相對于 分隔距離的圖示500。圖示500示出了由柵極所施加的靜電力（F靜# (Felectrostatic))、 從開關斷開到閉合狀態(tài)以及從閉合到斷開狀態(tài)的梁的有效彈簧力(Fspring))，以及 觸點的粘附力（FMf (Fadh))。對應的開關是可操作的，因為靜電力大于彈簧力，容許發(fā)生拉 入。此外，閉合到斷開的彈簧力大于粘附力，允許發(fā)生拉出。工作電壓是IV。如果利用"塌 陷的"操作（如在圖2(C)中），那么閉合到斷開的彈簧力可以小于觸點處的粘附力，實現(xiàn)了 較低電壓的操作。
[0055] 在第二個方面中，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，描述了具有優(yōu)化的接觸電極和柵 極幾何結構的機械邏輯開關。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例例示了具有接觸電極被放置在末 端處的繼電器與具有接觸電極被放置于較接近固支邊緣以加大彈簧回復力的繼電器相比 較的斷開和閉合位置的示意圖600。
[0056] 參考圖6,繼電器結構具有柵極電極和接觸電極。柵極電極機械地致動懸臂，以使 得懸臂與接觸電極接觸，并且電流傳導通過源極和漏極。足夠高的彈簧回復力允許繼電器 克服粘附并回到其斷開的斷開狀態(tài)。接觸電極可以被策略性放置，以使得彈簧回復力最大 化。通過找出懸臂的機械彈簧常數(shù)以及懸臂從其中立位置偏