JP5089074B2 - Storage device - Google Patents
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Description
本発明は、記憶装置および当該記憶装置を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a memory device and a semiconductor device including the memory device.
近年、絶縁表面上に複数の回路が集積され、様々な機能を有する半導体装置の開発が進められている。また、アンテナを設けることにより、無線によるデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置は、無線チップ(IDタグ、ICタグ、ICチップ、RF(Radio Frequency)タグ、無線タグ、電子タグ、RFID(Radio Frequency Identification)タグともよばれる)とよばれ、既に一部の市場で導入されている。 In recent years, development of semiconductor devices having various functions in which a plurality of circuits are integrated on an insulating surface has been promoted. In addition, development of a semiconductor device capable of transmitting and receiving data wirelessly by providing an antenna is in progress. Such a semiconductor device is called a wireless chip (also referred to as an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF (Radio Frequency) tag, a wireless tag, an electronic tag, or an RFID (Radio Frequency Identification) tag). Has been introduced in the market.
現在実用化されているこれらの半導体装置の多くは、Si等の半導体基板を用いた回路(IC(Integrated Circuit)チップとも呼ばれる)とアンテナとを有し、当該ICチップは記憶回路(メモリとも呼ぶ)や制御回路等から構成されている。特に多くのデータを記憶可能な記憶回路を備えることによって、より高機能で付加価値が高い半導体装置の提供が可能となる。また、これらの半導体装置は低コストで作製することが要求されており、近年、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機TFTや有機メモリ等の開発が盛んに行われている(例えば特許文献1)。
記憶回路としては、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどが挙げられる。このうち、DRAM、SRAMは揮発性の記憶回路であり、電源をオフするとデータが消去されてしまうため、電源をオンする度にデータを書き込む必要がある。FeRAMは不揮発性の記憶回路であるが、強誘電体層を含む容量素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。マスクROMは、簡単な構造であるが、製造工程でデータを書き込む必要があり、追記することはできない。EPROM、EEPROM、フラッシュメモリは、不揮発性の記憶回路ではあるが、2つのゲート電極を含む素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。 The storage circuit, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), mask ROM (Read Only Memory), EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), flash memory, and the like. Among these, DRAM and SRAM are volatile storage circuits, and data is erased when the power is turned off. Therefore, it is necessary to write data every time the power is turned on. FeRAM is a non-volatile memory circuit, but a manufacturing process increases because a capacitor element including a ferroelectric layer is used. Although the mask ROM has a simple structure, it is necessary to write data in the manufacturing process and cannot be additionally written. Although EPROM, EEPROM, and flash memory are non-volatile memory circuits, the number of manufacturing steps increases because an element including two gate electrodes is used.
上記問題を鑑み、本発明は、製造時以外にデータの書き込み及び消去が可能である不揮発性の記憶装置及びそれを有する半導体装置を提供することを目的とする。また、小型で安価な不揮発性の記憶装置及びそれを有する半導体装置の提供を課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device capable of writing and erasing data other than at the time of manufacturing and a semiconductor device having the nonvolatile memory device. It is another object of the present invention to provide a small and inexpensive nonvolatile memory device and a semiconductor device including the nonvolatile memory device.
本発明の一は、一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有する記憶素子を有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録することを特徴とする記憶装置である。 One embodiment of the present invention includes a memory element including a pair of conductive layers and an organic compound sandwiched between the pair of conductive layers. The organic compound has liquid crystallinity, and the first voltage is applied to the pair of conductive layers. Is applied to the organic compound, and the organic compound is heated to cause phase transition of the organic compound from the first phase to the second phase, thereby recording data.
また、本発明の一は、記憶素子がマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory elements are arranged in a matrix and a writing circuit, and the memory element includes a pair of conductive layers and an organic compound sandwiched between the pair of conductive layers. The organic compound has liquid crystallinity, and the data is obtained by applying a first voltage to the pair of conductive layers and heating the organic compound to change the phase of the organic compound from the first phase to the second phase. Is a storage device.
また、本発明の一は、メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路とを有し、メモリセルはトランジスタと記憶素子とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix and a writing circuit. The memory cell includes a transistor and a memory element. The memory element includes a pair of conductive layers and a pair of conductive layers. An organic compound sandwiched between the conductive layers, and the organic compound has liquid crystallinity, the first voltage is applied to the pair of conductive layers, the organic compound is heated, and the organic compound is converted into the first phase. The storage device is characterized in that data is recorded by performing phase transition from the first phase to the second phase.
また、本発明の一は、記憶素子がマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路と、消去回路とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録し、一対の導電層に第2の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を前記第2の相から前記第1の相へ相転移させることでデータを消去することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory elements are arranged in a matrix, a writing circuit, and an erasing circuit, and the memory elements are sandwiched between a pair of conductive layers and a pair of conductive layers. The organic compound has liquid crystallinity, the first voltage is applied to the pair of conductive layers, the organic compound is heated, and the organic compound is phase-shifted from the first phase to the second phase. Data is recorded, and a second voltage is applied to the pair of conductive layers to heat the organic compound, and the data is erased by causing the organic compound to transition from the second phase to the first phase. And a storage device.
また、本発明の一は、メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路と、消去回路とを有し、メモリセルはトランジスタと記憶素子とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録し、一対の導電層に第2の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を前記第2の相から前記第1の相へ相転移させることでデータを消去することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix, a writing circuit, and an erasing circuit. The memory cell includes a transistor and a memory element. The memory element is a pair of conductive elements. The organic compound sandwiched between the pair of conductive layers, the organic compound has liquid crystallinity, the first voltage is applied to the pair of conductive layers to heat the organic compound, and the organic compound is Data is recorded by phase transition from the first phase to the second phase, a second voltage is applied to the pair of conductive layers, and the organic compound is heated to remove the organic compound from the second phase. A storage device is characterized in that data is erased by phase transition to one phase.
有機化合物は、第1の温度範囲でアイソトロピック相であり、第2の温度範囲でスメクチック相であり、第3の温度範囲で結晶相であり、第1の温度範囲は第2の温度範囲より高く、第2の温度範囲は第3の温度範囲より高い。 The organic compound is an isotropic phase in the first temperature range, a smectic phase in the second temperature range, a crystalline phase in the third temperature range, and the first temperature range is greater than the second temperature range. The second temperature range is higher than the third temperature range.
なお、有機化合物を加熱して第1の相とし有機化合物を急冷した後、一対の導電層に第1の電圧を印加する場合、第1の相はアイソトロピック相であり、第2の相はスメクチック相である。または、第1の相はアイソトロピック相であり、第2の相は結晶相である。又は、第1の相はスメクチック相であり、第2の相は結晶相である。 Note that when a first voltage is applied to the pair of conductive layers after the organic compound is heated to be a first phase and then rapidly cooled, the first phase is an isotropic phase and the second phase is It is a smectic phase. Alternatively, the first phase is an isotropic phase and the second phase is a crystalline phase. Alternatively, the first phase is a smectic phase and the second phase is a crystalline phase.
また、本発明の一は、記憶素子がマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路と、消去回路とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録し、有機化合物を加熱した後、加熱を止め、前記有機化合物を冷却して前記第2の相から前記第1の相へ相転移させることでデータを消去することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory elements are arranged in a matrix, a writing circuit, and an erasing circuit, and the memory elements are sandwiched between a pair of conductive layers and a pair of conductive layers. The organic compound has liquid crystallinity, the first voltage is applied to the pair of conductive layers, the organic compound is heated, and the organic compound is phase-shifted from the first phase to the second phase. Data is recorded, and after heating the organic compound, the heating is stopped, the organic compound is cooled, and the data is erased by causing a phase transition from the second phase to the first phase. Is a storage device.
また、本発明の一は、メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、書き込み回路と、消去回路とを有し、メモリセルはトランジスタと記憶素子とを有し、記憶素子は一対の導電層と、一対の導電層に挟持される有機化合物とを有し、有機化合物は、液晶性を有し、一対の導電層に第1の電圧を印加し有機化合物を加熱して、有機化合物を第1の相から第2の相へ相転移させることでデータを記録し、有機化合物を加熱した後、加熱を止めて、前記有機化合物を冷却して前記第2の相から前記第1の相へ相転移させることでデータを消去することを特徴とする記憶装置である。 Another embodiment of the present invention includes a memory cell array in which memory cells are arranged in a matrix, a writing circuit, and an erasing circuit. The memory cell includes a transistor and a memory element. The memory element is a pair of conductive elements. The organic compound sandwiched between the pair of conductive layers, the organic compound has liquid crystallinity, the first voltage is applied to the pair of conductive layers to heat the organic compound, and the organic compound is Data is recorded by phase transition from the first phase to the second phase, the organic compound is heated, then the heating is stopped, the organic compound is cooled, and the second phase is changed to the first phase. The storage device is characterized in that data is erased by causing phase transition to.
なお、第1の相は結晶相であり、第2の相はスメクチック相である。また、第1の相は結晶相であり、第2の相はアイソトロピック相である。また、第1の相はスメクチック相であり、第2の相はアイソトロピック相である。 The first phase is a crystal phase, and the second phase is a smectic phase. The first phase is a crystal phase, and the second phase is an isotropic phase. The first phase is a smectic phase, and the second phase is an isotropic phase.
また、本発明の一は、上記記憶素子と、アンテナとして機能する導電層と、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層に接続する第1のトランジスタと、アンテナとして機能する導電層に接続する第2のトランジスタとを有することを特徴とする半導体装置である。 One embodiment of the present invention is the above memory element, a conductive layer functioning as an antenna, a first transistor connected to the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element, and a conductive layer functioning as an antenna. And a second transistor connected to the semiconductor device.
上記記憶素子の有機化合物は、加熱時において液晶性を示す有機半導体で形成される。液晶性を示す有機半導体の代表例としては、下記一般式(1)〜(13)があげられる。 The organic compound of the memory element is formed of an organic semiconductor that exhibits liquid crystallinity when heated. Typical examples of the organic semiconductor exhibiting liquid crystallinity include the following general formulas (1) to (13).
本発明の記憶装置は、一対の導電層に電圧を印加することで選択的にデータを記録及び消去することが可能である。このため、製造時以外に任意の記憶素子を選択的に加熱し、データの書き込み及び消去をすることが可能である。また、データの書き込みや消去のために別途装置を設ける必要がないため、記憶装置の小型化及び簡易化が可能である。また、本発明を用いることによって、半導体装置を小型で安価に作製することが可能となる。 The memory device of the present invention can selectively record and erase data by applying a voltage to a pair of conductive layers. For this reason, it is possible to selectively heat an arbitrary storage element other than at the time of manufacture, and to write and erase data. In addition, since it is not necessary to provide a separate device for writing and erasing data, the storage device can be reduced in size and simplified. Further, by using the present invention, a semiconductor device can be manufactured in a small size and at low cost.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a structure of a memory element included in the memory device of the present invention will be described with reference to drawings.
図1には本発明の記憶装置が有する記憶素子のデータの読み込み、書き込み、及び消去の動作方法を示しており、図2〜4には本発明の記憶装置が有する記憶素子の断面構造を示す。 FIG. 1 shows an operation method of reading, writing, and erasing data of a memory element included in the memory device of the present invention, and FIGS. 2 to 4 show cross-sectional structures of the memory element included in the memory device of the present invention. .
図2(A)に示すように、記憶素子30は、第1の基板31上に形成される第1の導電層32と、第2の基板33上に形成される第2の導電層34と、第1の基板31及び第1の導電層32、並びに第2の基板33及び第2の導電層34に挟持される有機化合物層35とを有する。また、図2(B)に示すように、第1の基板31及び第1の導電層32の表面、第2の基板33及び第2の導電層34表面それぞれに有機化合物層を配向させる配向膜36、37を設けてもよい。配向膜36、37を設けることにより、有機化合物層の相変化を容易に行うことができる。
As shown in FIG. 2A, the
本発明の記憶素子は、有機化合物層の相転移による有機化合物層の移動度の変化によりデータの記録、読み取り、及び消去を行う。有機化合物層35は、温度により相転移が生じる液晶性の有機半導体を用いる。特に、スメクチック相を有するスメクチック液晶である有機半導体であることが好ましい。このため、図1(B)に示すように、T1>T2>T3>T0の場合、T1以上では、有機化合物層35はアイソトロピック相(以下、Iso相と示す。)、T2以上T1未満ではスメクチック相(以下、Sm相と示す。)、T3以上T2未満では結晶相のように、温度により相転移が生じ、異なる相を示す。また、Sm相においては、SmA相、SmB相、SmC相、SmD相、SmE相、SmF相、SmG相、SmH相等の複数のSm相を有してもよい。
The memory element of the present invention records, reads, and erases data by changing the mobility of the organic compound layer due to the phase transition of the organic compound layer. The
また、本発明の記憶素子の有機化合物層は有機半導体で形成されているため、Iso相ではμ1の移動度を有し、Sm相ではμ2の移動度を有し、結晶相ではμ3の移動度を有する。結晶相は結晶性が高いため移動度が高く、Iso相では分子が等方的なため、移動度が低い。このため、μ1<μ2<μ3である。 In addition, since the organic compound layer of the memory element of the present invention is formed of an organic semiconductor, the Iso phase has μ1 mobility, the Sm phase has μ2 mobility, and the crystal phase has μ3 mobility. Have Since the crystal phase has high crystallinity, the mobility is high, and in the Iso phase, the molecule is isotropic, so the mobility is low. Therefore, μ1 <μ2 <μ3.
また、Sm相がSmA相乃至SmH相の複数の相を有する場合、それぞれ異なる移動度を有する。 Further, when the Sm phase has a plurality of phases of SmA phase to SmH phase, each has different mobility.
次に、データの書き込みを行う際の動作について、図1及び図3を用いて説明する。なお、図1(C)〜(E)において書き込みを行う動作は、移動度の低い有機化合物層を移動度の高い有機化合物層に相転移させてデータを書き込む場合を示す。以下、このような書込み動作を、第1の書き込み動作と示す。また右矢印は書き込みを示し、左矢印は消去を示す。また、図3においては、第1の導電層32、有機化合物層35、及び第2の導電層34で形成される記憶素子30を示す。また、第1の導電層32b、有機化合物層35、及び第2の導電層34で形成される記憶素子30bを示す。また、第1の導電層32c、有機化合物層35、及び第2の導電層34で形成される記憶素子30cを示す。
Next, an operation for writing data will be described with reference to FIGS. Note that the writing operation in FIGS. 1C to 1E shows a case where data is written by causing a phase transition of an organic compound layer having low mobility to an organic compound layer having high mobility. Hereinafter, such a write operation is referred to as a first write operation. The right arrow indicates writing, and the left arrow indicates erasing. 3 shows the
図1(C)に示すように、Iso相(移動度μ1)から結晶相(移動度μ3)への相転移を利用して、第1の書き込み動作を行う場合について説明する。書込みを行う記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34にV2以上の電圧を印加しジュール熱を発生させて、有機化合物層35をT1以上まで加熱しIso相にした後、有機化合物層35をT0まで急冷する。このときの有機化合物層はIso相であり、移動度はμ1である。また、V2は消去電圧である(図3(A)参照)。
As shown in FIG. 1C, the case where the first writing operation is performed using the phase transition from the Iso phase (mobility μ1) to the crystal phase (mobility μ3) will be described. After applying a voltage of V2 or higher to the first
なお、ここでは有機化合物層35をT1以上まで加熱しIso相にした後、有機化合物層35をT0まで急冷することにより、有機化合物層35をIso相に保つ(固定する)ことが可能である。記憶素子を急冷する冷却手段としては、冷却液体や冷却気体を用いればよく、冷却液体としては液体窒素等、冷却気体としては希ガス等がある。
Here, after the
次に、第1の導電層32及び第2の導電層34にV1以上V2未満の電圧を印加しジュール熱を発生させて、有機化合物層35aをT3以上T2未満とする。なお、V1は書き込み電圧である。この結果、相転移1が生じ、有機化合物層35aは結晶相になり、有機化合物層35aの移動度はμ3に変化する(図1(C)、図3(B)参照)。有機化合物層35aがIso相から結晶相へ転移した記憶素子30は、他の記憶素子30b、30cと比較すると電気抵抗が大幅に小さくなり、電流値が大きくなる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
Next, a voltage of V1 or more and less than V2 is applied to the first
次に、図1(C)において、第1の読み出し動作について説明する。第1の導電層32、32b、32c及び第2の導電層34にV1未満の電圧を印加し記憶素子30、30b、30cに電流を流す。このときの各記憶素子の電流値や電気抵抗によって、データの読み取りを行う。例えば、書き込みを行っていない記憶素子30b、30cの有機化合物層はIso相である。このため、有機化合物層35の移動度は低く、記憶素子30b、30cの電気抵抗が高く電流値が低い。このような記憶素子30b、30cを「0」のデータとする。一方、記憶素子30は書き込みが行われ、有機化合物層35aは結晶相のため、有機化合物層35aの移動度が高く、記憶素子30の電気抵抗が低く電流値が高い。このような記憶素子30を「1」のデータとすることができる。このように記憶素子の電気抵抗や電流値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
Next, the first reading operation is described with reference to FIG. A voltage lower than V1 is applied to the first
次に、図1(C)において、第1の消去を行う動作について説明する。書き込みを行った記憶素子30の第1の導電層32及び第2の導電層34にV2以上の電圧を印加し、それにより発生するジュール熱により有機化合物層35aをT1以上まで加熱する。この結果、相転移2が生じ有機化合物層はIso相になる。次に、有機化合物層をT0まで急冷する(図3(C)参照)。この結果、記憶素子30の有機化合物層の移動度はμ1となり、データを消去することが可能である。
Next, an operation for performing first erasing will be described with reference to FIG. A voltage of V2 or higher is applied to the first
なお、ここでは有機化合物層35aをT1以上まで加熱しIso相にした後、急冷することにより、有機化合物層35aをIso相に保つ(固定する)ことが可能である。
Note that, here, the
また、図1(D)に示すように、Iso相(移動度μ1)からSm相(移動度μ2)への相転移を利用して書き込みを行ってもよい。上記第1の書き込み動作と同様に、有機化合物層35をIso相とする。次に、選択した記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1以上消去電圧V2未満の電圧を印加しジュール熱を発生させて、有機化合物層35aをT2以上T1未満とする。この結果、相転移3が生じ、有機化合物層35aはSm相になり、有機化合物層35aの移動度はμ2に変化する。有機化合物層35aがIso相からSm相へ転移した記憶素子は電気抵抗が大幅に小さくなり、電流値が大きくなる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
In addition, as shown in FIG. 1D, writing may be performed using a phase transition from the Iso phase (mobility μ1) to the Sm phase (mobility μ2). Similar to the first write operation, the
次に、図1(D)において、読み出しを行う動作について説明する。第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1未満の電圧を印加し記憶素子30に電流を流す。このときの記憶素子に電圧を印加して電流を流す前後における電流値や電気抵抗の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
Next, an operation of performing reading is described with reference to FIG. A voltage lower than the write voltage V <b> 1 is applied to the first
次に、図1(D)において、消去を行う動作について説明する。書き込みを行った第1の導電層32及び第2の導電層34に消去電圧V2以上の電圧を印加し、それにより発生するジュール熱により有機化合物層35aをT1以上まで加熱する。この結果、相転移4が生じ有機化合物層35aはIso相になる。次に、有機化合物層35aをT0まで急冷してIso相に固定する。この結果、有機化合物層の移動度はμ1となり、データを消去することが可能である。
Next, an operation for erasing will be described with reference to FIG. A voltage equal to or higher than the erasing voltage V2 is applied to the first
また、図1(E)に示すように、Sm相(移動度μ2)から結晶相(移動度μ3)への相転移を利用して書き込みを行ってもよい。上記第1の書き込み動作と同様に、すべての記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に電圧を印加しジュール熱を発生させ、有機化合物層35をT2以上T1未満まで加熱しSm相にした後、T0まで急冷しSm相に固定する。このときの有機化合物層35はSm相であり、移動度はμ2である。次に、選択した記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に電圧を印加しジュール熱を発生させ、有機化合物層35aをT3以上T2未満とする。この結果、相転移5が生じ、有機化合物層35aは結晶相になり、移動度はμ3に変化する。有機化合物層35aがSm相から結晶相へ転移した記憶素子は電気抵抗が大幅に小さくなり、電流値が大きくなる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
Further, as shown in FIG. 1E, writing may be performed using a phase transition from the Sm phase (mobility μ2) to the crystal phase (mobility μ3). Similar to the first write operation, a voltage is applied to the first
次に、図1(E)において、読み出しを行う動作について説明する。第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1未満の電圧を印加し記憶素子30に電流を流す。このときの電流値や抵抗値によって、データの読み取りを行う。
Next, an operation of performing reading will be described with reference to FIG. A voltage lower than the write voltage V <b> 1 is applied to the first
次に、図1(E)において、消去を行う動作について説明する。書込みを行った記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に消去電圧V2以上の電圧を印加し、それにより発生するジュール熱により有機化合物層35aをT2以上T1未満まで加熱する。この結果、相転移6が生じ有機化合物層はSm相になる(図1(E)参照)。次に、有機化合物層をT0まで急冷してSm相を固定する。この結果、記憶素子30の移動度はμ2となり、データを消去することが可能である。
Next, an operation for erasing will be described with reference to FIG. A voltage equal to or higher than the erasing voltage V2 is applied to the first
次に、第1の書き込み動作とは異なる第2の書き込み動作について図1(B)、(F)〜(H)を用いて説明する。なお、図1(F)〜(H)において、移動度の高い有機化合物層を移動度の低い有機化合物層に相転移させてデータを書き込む場合を示す。また右矢印は書き込みを示し、左矢印は消去を示す。 Next, a second write operation different from the first write operation will be described with reference to FIGS. 1B and 1F. Note that FIGS. 1F to 1H illustrate the case where data is written by causing a phase transition of an organic compound layer having high mobility to an organic compound layer having low mobility. The right arrow indicates writing, and the left arrow indicates erasing.
図1(F)に示すように、結晶相(移動度μ3)からSm相(移動度μ2)への相転移を利用して、書き込みを行う場合について説明する。選択した記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に電圧を印加し電流を流し、結晶相の有機化合物層35をT2以上T1未満まで加熱した後、急冷してSm相を固定する。この結果、相転移7が生じ、有機化合物層35aはSm相になり、移動度はμ2に変化する。即ち、書込みを行わなかった記憶素子と比較して、書込みを行った記憶素子の電気抵抗が上がり電流値が下がる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
As shown in FIG. 1F, a case where writing is performed using a phase transition from a crystal phase (mobility μ3) to an Sm phase (mobility μ2) will be described. A voltage is applied to the first
また、図1(F)において、読み出しを行う動作について説明する。第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1未満の電圧を印加し記憶素子30に電流を流す。このときの記憶素子の電流値や電気抵抗の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
In addition, an operation of reading data is described with reference to FIG. A voltage lower than the write voltage V <b> 1 is applied to the first
また、図1(F)において、第1の消去動作とは異なる第2の消去を行う動作について説明する。第2の消去を行う動作は、書込みを行った記憶素子のSm相である有機化合物層35aをT2以上T1未満まで加熱して有機化合物層35aの流動性を高めた後、T3以上T2未満まで徐冷して結晶相を固定する。具体的には、記憶素子の加熱をやめて有機化合物層35aを冷却して、有機化合物層35aをSm相から結晶相へ変化させる。この結果、相転移8が生じ、有機化合物層35は結晶相になり、記憶素子30の移動度はμ3となる。即ち、有機化合物層35aは書き込みを行っていない記憶素子の有機化合物層と同様の相となり、データを消去することが可能である。
In addition, in FIG. 1F, an operation for performing a second erase different from the first erase operation is described. The second erasing operation is performed by heating the
また、図1(G)に示すように、結晶相(移動度μ3)からIso相(移動度μ1)への相転移を利用して書き込みを行ってもよい。選択した記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に電圧を印加し電流を流し、結晶相の有機化合物層35をT1以上まで加熱した後、急冷してIso相を固定する。この結果、相転移9が生じ、有機化合物層35aはIso相になり、記憶素子30の移動度はμ1に変化する。即ち、書込みを行わなかった記憶素子と比較して、書込みを行った記憶素子の電気抵抗が上がり電流値が下がる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
In addition, as shown in FIG. 1G, writing may be performed using a phase transition from a crystal phase (mobility μ3) to an Iso phase (mobility μ1). A voltage is applied to the first
また、図1(G)において、読み出しを行う動作について説明する。第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1未満の電圧を印加し記憶素子に電流を流す。このときの記憶素子の電流値や電気抵抗の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
In addition, an operation of reading data is described with reference to FIG. A voltage lower than the write voltage V1 is applied to the first
また、図1(G)において、消去を行う動作は、書込みを行った記憶素子のIso相である有機化合物層35aをT1以上で加熱して有機化合物層の35a流動性を高めた後、T3以上T2未満まで徐冷して結晶相を固定する。具体的には、記憶素子の加熱をやめて有機化合物層35aを冷却して、有機化合物層35aをIso相から結晶相へ変化させる。この結果、相転移10が生じ、有機化合物層35は結晶相になり、記憶素子30の移動度はμ3となる。即ち、有機化合物層35aは書き込みを行っていない記憶素子の有機化合物層と同様の相となり、データを消去することが可能である。
In FIG. 1G, the erasing operation is performed by heating the
また、図1(H)に示すように、Sm相(移動度μ2)からIso相(移動度μ1)への相転移を利用して書き込みを行ってもよい。選択した記憶素子の第1の導電層32及び第2の導電層34に電圧を印加し電流を流し、Sm相の有機化合物層35をT1以上まで加熱した後、急冷してIso相を固定する。この結果、相転移11が生じ、有機化合物層35aはIso相になり、記憶素子30の移動度はμ1に変化する。即ち、書込みを行わなかった記憶素子と比較して、書込みを行った記憶素子の電気抵抗が上がり電流値が下がる。このように、一対の導電層に電圧を印加し、記憶素子の電気抵抗や電流値の変化を利用してデータの書き込みを行う。
In addition, as shown in FIG. 1H, writing may be performed using phase transition from the Sm phase (mobility μ2) to the Iso phase (mobility μ1). A voltage is applied to the first
また、図1(H)において、読み出しを行う動作について説明する。第1の導電層32及び第2の導電層34に書き込み電圧V1未満の電圧を印加し記憶素子に電流を流す。このときの記憶素子の電流値や電気抵抗の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
In addition, an operation of reading data is described with reference to FIG. A voltage lower than the write voltage V1 is applied to the first
また、図1(H)において、消去を行う動作は、書込みを行った記憶素子のIso相である有機化合物層35aをT1以上で加熱して有機化合物層の流動性を高めた後、T2以上T1未満まで徐冷してSm相を固定する。具体的には、記憶素子の加熱をやめて有機化合物層35aを冷却して、有機化合物層35aをIso相からSm相へ変化させる。この結果、相転移12が生じ、有機化合物層35はSm相になり、記憶素子30の移動度はμ2となり、即ち、有機化合物層35は書き込み行っていない記憶素子の有機化合物層と同様の相となり、データを消去することが可能である。
In FIG. 1H, the erasing operation is performed by heating the
さらには、SmA乃至SmHの異なるスメクチック相で相転移させその移動度の変化を用いて、記憶素子の書き込み及び消去を行ってもよい。 Further, writing and erasing of the memory element may be performed using a change in mobility caused by phase transition in different smectic phases of SmA to SmH.
以上の構成により、選択された記憶素子の一対の導電層に電圧を印加し、有機化合物層を相転移させることで、データの書き込み及び消去を行うことができる。このため、書き込み及び消去用の装置を別途有する必要がないため、記憶装置の小型化及び簡易化が可能である。 With the above structure, data can be written and erased by applying a voltage to the pair of conductive layers of the selected memory element to cause phase transition of the organic compound layer. For this reason, it is not necessary to have a separate writing and erasing device, so that the storage device can be reduced in size and simplified.
次に、記憶素子の構成について図2及び図3を用いて説明する。第1の基板31及び第2の基板33は、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いることができる。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、熱可塑性を示す樹脂層を有するフィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる)を用いることもできる。また、この他にも、Si等の半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ(FET)の上部や、ガラス等の基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)の上部に記憶素子30を設けることができる。また、第1の基板31及び第2の基板33は、透光性でも遮光性でもよいため、基板の選択幅が広がる。
Next, the structure of the memory element will be described with reference to FIGS. As the
また、第1の導電層32と第2の導電層34には、導電性の高い金属、合金、化合物等からなる単層または積層構造を用いることができる。代表的には、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す)、または珪素を含有したインジウム錫酸化物、2〜20%の酸化亜鉛(ZnO)を含む酸化インジウム等の透光性酸化導電膜が挙げられる。また、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または当該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(WN)、窒化モリブデン(MoN))等が挙げられる。また、リチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらのいずれかを含む合金(MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Er)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
For the first
有機化合物層35は、半導体の挙動を示す有機化合物(有機半導体)で有り、且つ液晶性を示す化合物を用いる。代表的には、前記一般式(1)〜(13)で表される化合物である。いずれの場合も、m及びnは1〜5までの整数である。また、R1又はR2は、直鎖状又は分岐状アルキル基、アルコキシ基、又は前記一般式(14)で表される不飽和結合を有する基を示す。アルキル基としては、炭素数1〜18であり、具体的にはメチル基、エチル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基等があげられる。
The
なお、R1及びR2は同一の基であっても良く、異なる基であっても良い。 R 1 and R 2 may be the same group or different groups.
また、前記一般式(1)〜(13)で表される化合物の式中A1乃至A3は、前記一般式(15)〜(24)のいずれか一つ又は複数を示す。なお、A1乃至A3は同一の基であっても良く、異なる基であっても良い。 In the formulas of the compounds represented by the general formulas (1) to (13), A 1 to A 3 represent one or more of the general formulas (15) to (24). A 1 to A 3 may be the same group or different groups.
また、有機化合物層35に用いることが可能な化合物の好ましい代表例としては、下記一般式(25)〜(29)が挙げられる。
有機化合物層35は、公知の液晶注入法や液晶滴下法等により形成することができる。このときの有機化合物層の厚さ、即ち第1の導電層及び第2の導電層の距離は0.5〜6μm、好ましくは1〜2μmが望ましい。
The
また、図4(A)に示すように、記憶素子30は、図2と比較して第2の基板上に形成される第2の導電層を有さず、第1の基板31上に、第1の導電層32と、第1の導電層32を覆う有機化合物層35と、有機化合物層35を覆う第2の導電層34とを有してもよい。また、ここでは、第2の導電層34を覆うように、保護膜として機能する絶縁層38を設ける。このような構造の記憶素子は、複数の基板を必要とせず、コスト削減が可能である。また、第1の基板及び第2の基板の貼りあわせを行わなくとも記憶素子を形成することが可能であるため、作製工程を簡略化することが可能である。
Further, as shown in FIG. 4A, the
この様な構造の記憶素子において、有機化合物層35及び第2の導電層34は、蒸着法、電子ビーム蒸着法等により形成することが可能である。このため、有機化合物層の厚さは、10〜300nm、望ましくは50〜200nmであることが好ましい。有機化合物層の厚さが、上記範囲より薄い場合、有機化合物層の均一性が低下し、記憶素子の書き込み・消去特性のばらつきが生じやすい。
In the memory element having such a structure, the
蒸着法、電子ビーム蒸着法等により形成する有機化合物層35は、上記した液晶性を有する有機半導体で有り、且つ液晶性を示す化合物において、分子量2000以下、好ましくは分子量1000以下の有機化合物を用いることができる。
The
保護膜として機能する絶縁層38は、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等で形成されることが好ましい。
The insulating
また、図4(A)に示す記憶素子30において、第1の導電層32を介して有機化合物層35と反対側に、整流性を有する素子を設けてもよい(図4(B))。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極が接続されたトランジスタ、またはダイオードである。ここでは、第3の導電層41及び半導体層42で構成されるダイオード44を第1の導電層32に接して設ける。なお、第2の導電層34を介して有機化合物層35と反対側に整流性を有する素子を設けてもよい。さらには、整流性を有する素子は、有機化合物層35と第1の導電層32との間に設けてもよい。また、有機化合物層35と第2の導電層34との間に整流性を有する素子を設けてもよい。ダイオードの代表例としては、PN接合ダイオード、PIN接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等が挙げられる。また、他の構成のダイオードを用いてもよい。このように、整流性がある素子を設けることにより、1つの方向にしか電流が流れないために、読み出し誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。
In the
また、隣接する各々の記憶素子間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各記憶素子に設けられた各有機化合物層を分離するため、各記憶素子に設けられた各有機化合物層の間に隔壁(絶縁層)を設けてもよい。つまり、各記憶素子ごとに有機化合物層を選択的に設けた構成としてもよい。 In addition, when there is a concern about the influence of a horizontal electric field between adjacent memory elements, each organic compound provided in each memory element is separated in order to separate each organic compound layer provided in each memory element. A partition wall (insulating layer) may be provided between the layers. In other words, an organic compound layer may be selectively provided for each memory element.
また、図4(C)に示すように、第1の導電層32を覆う有機化合物層35を設ける際に、第1の導電層32の段差により生じる有機化合物層35の段切れや各メモリセル間における横方向への電界の影響を防止するために、各記憶素子の第1の導電層32間に隔壁(絶縁層)39を設けてもよい。なお、隔壁(絶縁層)39の断面において、隔壁(絶縁層)39の側面は、第1の導電層32の表面に対して10度以上60度未満、より好ましくは25度以上45度以下の傾斜角度を有することが好ましい。さらには、隔壁(絶縁層)39表面が湾曲していることが好ましい。その後、第1の導電層32および隔壁(絶縁層)39を覆うように、有機化合物層35及び第2の導電層34を形成する。
In addition, as shown in FIG. 4C, when the
また、図4(D)に示すように、隔壁(絶縁層)39の代わりに、第1の基板31上の第1の導電層32上に、第1の導電層32の一部を覆う層間絶縁層40aと、層間絶縁層上に設けられた隔壁(絶縁層)40bを設けてもよい。このような層間絶縁層40a及び隔壁(絶縁層)40bを有する記憶素子は、第1の導電層32が第1の方向に延び、第2の導電層34が第1の方向と垂直な第2の方向に延びた構造の場合、特に好ましい。
Further, as shown in FIG. 4D, an interlayer covering a part of the first
第1の導電層32の一部を覆う層間絶縁層40aは、各記憶素子30ごとに開口部を有する。また、隔壁(絶縁層)40bは層間絶縁層上で開口部が形成されない領域に設けられる。また、隔壁(絶縁層)40bは、第2の導電層34と同様に第2の方向に伸びる。また、隔壁(絶縁層)40bは、層間絶縁層表面に対して隔壁(絶縁層)40bの側壁の断面が、95度以上135度以下の傾斜角度を有する。
The interlayer insulating
隔壁(絶縁層)40bはフォトリソグラフィ法に従い、未露光部分が残存するポジ型感光性樹脂を用い、パターンの下部がより多くエッチングされるように露光量または現像時間を調節することによって形成する。また、隔壁(絶縁層)40bの高さは、有機化合物層35及び第2の導電層34の厚さより大きく設定する。この結果、第1の基板31全面に有機化合物層35及び第2の導電層34を第1の基板31上に蒸着する工程のみで、有機化合物層35及び第2の導電層34が電気的に独立した複数の領域に分離され、且つ第1の方向と交差する方向に伸長するストライプ状の有機化合物層35及び第2の導電層34を形成することができる。このため、工程数を削減することが可能である。なお、隔壁(絶縁層)40b上にも有機化合物層35a及び導電層34aが形成されるが、有機化合物層35及び第2の導電層34とは分断される。
The partition wall (insulating layer) 40b is formed by using a positive photosensitive resin in which an unexposed portion remains, and adjusting the exposure amount or the development time so that the lower part of the pattern is etched more in accordance with a photolithography method. The height of the partition wall (insulating layer) 40 b is set to be larger than the thickness of the
本実施の形態の記憶装置は、選択された一対の導電層に電圧を印加することでデータを記録及び消去することが可能である。このため、製造時以外に任意の記憶素子を選択的に加熱しデータを書き込み及び消去することが可能である。また、データの書き込みや消去のために別途装置を設ける必要がないため、記憶装置の小型化及び簡易化が可能である。さらには、可撓性を有する基板を用いて記憶素子を形成することで、可撓性を有する記憶装置を作製することが可能である。 The memory device of this embodiment can record and erase data by applying a voltage to a selected pair of conductive layers. Therefore, it is possible to write and erase data by selectively heating an arbitrary storage element other than during manufacturing. In addition, since it is not necessary to provide a separate device for writing and erasing data, the storage device can be reduced in size and simplified. Further, by forming a memory element using a flexible substrate, a flexible memory device can be manufactured.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、パッシブマトリクス型の記憶装置の場合に関して示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment, structural examples of memory elements included in the memory device of the present invention will be described with reference to drawings. More specifically, the case of a passive matrix memory device will be described.
図5(A)に示したのは本実施の形態の記憶装置16の一構成例であり、メモリセル21がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ22、カラムデコーダ26aと読み出し回路26bとセレクタ26cを有するビット線駆動回路26、ロウデコーダ24aとレベルシフタ24bを有するワード線駆動回路24、書き込み回路25、消去回路27等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース23を有している。書き込み回路25及び消去回路27は、それぞれ昇圧回路及び制御回路等で構成される。なお、ここで示す記憶装置16の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。
FIG. 5A shows an example of the structure of the
メモリセル21は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続する第1の導電層と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続する第2の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合物層は、第1の導電層と第2の導電層の間に設けられている。
The
メモリセルアレイ22の上面構造と断面構造の一例に関して図6に示す。なお、図6(A)はメモリセルアレイ22の上面構造を示しており、図6(A)におけるA−B間の断面構造が図6(B)に対応している。なお、図6(A)において有機化合物層35、第2の基板33は省略している。
An example of a top surface structure and a cross-sectional structure of the
メモリセルアレイ22には、メモリセル21がマトリクス状に設けられている(図6(A)参照)。メモリセル21は、記憶素子30を有する(図6(B)参照。)。記憶素子30は、第1の基板31上において第1の方向に延びた第1の導電層32と、第2の基板上において第1の方向と垂直な第2の方向に延びた第2の導電層34と、第1の導電層32及び第2の導電層34に挟持される有機化合物層35とを有する。
記憶素子30は、実施の形態1で示す記憶素子30を適宜適用することができる。
As the
次に、有機メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する(図5、図6参照)。なお、書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態(電気的作用を加えていない状態)をデータ「0」、電気特性を変化させた状態を「1」とする。 Next, an operation when data is written to the organic memory will be described (see FIGS. 5 and 6). Writing is performed by changing the electrical characteristics of the memory cell. The initial state of the memory cell (the state where no electrical action is applied) is data “0”, and the state where the electrical characteristic is changed is “1”. To do.
データの書き込みを行う場合、メモリセル21にデータ「1」を書き込む場合、カラムデコーダ26a、セレクタ26c、ロウデコーダ24a、レベルシフタ24bによりメモリセル21を選択する。具体的には、ロウデコーダ24a、レベルシフタ24bによって、メモリセル21に接続されるワード線W3に所定の電圧V2を印加する。また、カラムデコーダ26a、セレクタ26cによって、メモリセル21に接続されるビット線B3を書き込み回路25に接続する。そして、書き込み回路25からビット線B3へ書き込み電圧V1を出力する。こうして、当該メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間には電圧Vw=V1−V2を印加する。メモリセルの第1の導電層32と第2の導電層34との間に第1の電圧を印加すると、第1の導電層32及び第2の導電層34の間の有機化合物層がジュール熱で加熱される。この結果、有機化合物層が第1の相から第2の相へ相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。この結果、記憶素子を電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。(図5(A)参照)。
When writing data, when writing data “1” in the
実施の形態1の第1の書き込み動作方法を用いる場合、有機化合物層が移動度の低い第1の相から移動度の高い第2の相へ相転移した記憶素子は他の記憶素子と比較すると電気抵抗が大幅に小さくなり電流値が大きくなる。このように、電圧印加により、記憶素子の電気抵抗の変化を利用してデータの書き込みを行う。例えば、第1の電圧を印加していない有機化合物層を「0」のデータとする場合、「1」のデータを書き込む際は、所望の記憶素子の一対の導電層に電圧を印加し、有機化合物層の相転移を生じさせ、記憶素子の電気抵抗を小さくし電流値を大きくする。 In the case where the first writing operation method of Embodiment 1 is used, a memory element in which the organic compound layer undergoes a phase transition from the first phase having low mobility to the second phase having high mobility is compared with other memory elements. The electrical resistance is significantly reduced and the current value is increased. In this manner, data is written by utilizing a change in electric resistance of the memory element by applying a voltage. For example, in the case where an organic compound layer to which no first voltage is applied is “0” data, when writing “1” data, a voltage is applied to a pair of conductive layers of a desired storage element, The phase transition of the compound layer is caused to reduce the electrical resistance of the memory element and increase the current value.
なお、実施の形態1の第2の書き込み動作を用いる場合、有機化合物層が、移動度の高い第1の相から移動度の低い第2の相へ相転移した記憶素子は他の記憶素子と比較すると電気抵抗が大きくなり電流値が小さくなる。これを応用してデータの書き込みを行ってもよい。 Note that in the case where the second writing operation of Embodiment 1 is used, a memory element in which the organic compound layer is phase-shifted from the first phase with high mobility to the second phase with low mobility is different from other memory elements. In comparison, the electrical resistance increases and the current value decreases. Data may be written by applying this.
なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ「1」が書き込まれないよう制御する。例えば、非選択のワード線および非選択のビット線を浮遊状態とすればよい。メモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間は、ダイオード特性など、選択性を確保できる特性を有する必要がある。 Note that data “1” is controlled not to be written in the memory cell connected to the non-selected word line and the non-selected bit line. For example, unselected word lines and unselected bit lines may be set in a floating state. The first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell must have characteristics such as diode characteristics that can ensure selectivity.
一方、メモリセル21にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル21には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、カラムデコーダ26a、セレクタ26c、ロウデコーダ24a、レベルシフタ24bによってメモリセル21を選択するが、書き込み回路26bからビット線B3への出力電位を、選択されたワード線W3の電位あるいは非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間に、メモリセル21の電気特性を変化させない程度の電圧を印加すればよい。
On the other hand, when data “0” is written in the
次に、有機メモリのデータの消去を行う際の動作について説明する。実施の形態1の第1の消去動作方法を用いてデータの消去を行う場合、ロウデコーダ24a、カラムデコーダ26a、セレクタ26cにより、1つの記憶素子30を選択し、その後、消去回路を用いて、当該メモリセル21のデータを消去する。メモリセルの第1の導電層32と第2の導電層34との間に第2の電圧を印加すると、第1の導電層32及び第2の導電層34の間の有機化合物層がジュール熱で加熱される。この結果、有機化合物層が移動度の高い第2の相から移動度の低い第1の相へ相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。この結果、記憶素子の電気抵抗が変化する。
Next, an operation when erasing data in the organic memory will be described. When data is erased using the first erase operation method of the first embodiment, one
なお、実施の形態1の第1の消去動作方法を用いてデータの消去を行う場合、有機化合物層が、書き込みにより移動度の低い第1の相から移動度の高い第2の相へ相転移した記憶素子は、一度加熱した後徐冷することで有機化合物層が移動度の低い第2の相から移動度の高い第1の相へ相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。これを応用してデータの消去を行ってもよい。 Note that in the case where data is erased using the first erase operation method of Embodiment 1, the organic compound layer undergoes phase transition from the first phase having low mobility to the second phase having high mobility by writing. In the memory element, when the organic compound layer is gradually cooled after being heated once, the organic compound layer undergoes a phase transition from the second phase having low mobility to the first phase having high mobility, and the mobility of the organic compound layer changes. . Data may be erased by applying this.
有機化合物層が第2の相から第1の相へ相転移した記憶素子は、書き込む前の記憶素子と同様の電気抵抗となる。このように、電圧印加により、記憶素子の電気抵抗の変化を利用してデータの消去を行う。 The memory element in which the organic compound layer has phase-shifted from the second phase to the first phase has the same electrical resistance as the memory element before writing. In this manner, data is erased by applying a voltage and utilizing a change in electrical resistance of the memory element.
続いて、有機メモリからデータの読み出しを行う際の動作について説明する。ここでは、読み出し回路26bは、抵抗素子46とセンスアンプ47を含む構成とする。但し、読み出し回路26bの構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。
Next, an operation when reading data from the organic memory will be described. Here, the
データの読み出しは、第1の導電層32と第2の導電層34の間に電圧を印加して、有機化合物層35の電気抵抗を読み取ることにより行う。例えば、上述したように、電圧印加によりデータの書き込みを行う場合、電圧印加していないときの抵抗値Ra1と、電圧印加して有機化合物が相転移したときの抵抗値Rb1とは、Ra1>Rb1を満たす。このような抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。
Data is read by applying a voltage between the first
例えば、メモリセルアレイ22が含む複数のメモリセル21から、x列目y行目に配置されたメモリセル21のデータの読み出しを行う場合、まず、ロウデコーダ24a、カラムデコーダ26a、セレクタ26cにより、x列目のビット線Bxと、y行目のワード線Wyを選択する。そうすると、メモリセル21が含む有機化合物層と、抵抗素子46とは、直列に接続された状態となる。このように、直列に接続された2つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードPの電位は、有機化合物層35の抵抗値Ra又はRbに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードPの電位は、センスアンプ47に供給され、当該センスアンプ47において、「0」と「1」のどちらのデータを有しているかを判別される。その後、センスアンプ47において判別された「0」と「1」のデータを含む信号が外部に供給され、データを読み取ることができる。
For example, when reading data from the
上記の方法によると、有機化合物層35の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。しかしながら、電流値を比較する方法でもよい。これは、例えば、有機化合物層に電圧印加していないときの電流値Ia1と、電圧印加して有機化合物層を相転移させたときの電流値Ib1は、Ia1<Ib1を満たすことを利用するものである。
According to the above method, the state of the electrical resistance of the
本実施の形態の記憶装置は、一対の導電層に電圧を印加することでデータを記録及び消去することが可能である。このため、製造時以外に任意の記憶素子を選択的に加熱しデータを書き込み及び消去することが可能である。また、データの書き込みや消去のために別途装置を設ける必要がないため、記憶装置の小型化及び簡易化が可能である。さらには、可撓性を有する基板を用いて記憶素子を形成することで、可撓性を有する記憶装置を作製することが可能である。 In the memory device of this embodiment, data can be recorded and erased by applying a voltage to a pair of conductive layers. Therefore, it is possible to write and erase data by selectively heating an arbitrary storage element other than during manufacturing. In addition, since it is not necessary to provide a separate device for writing and erasing data, the storage device can be reduced in size and simplified. Further, by forming a memory element using a flexible substrate, a flexible memory device can be manufactured.
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態2とは異なる構成を有する記憶装置について説明する。具体的には、アクティブマトリクス型の記憶装置の場合に関して示す。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a memory device having a structure different from that in
図7(A)に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセル221がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ222、カラムデコーダ226aと読み出し回路226bとセレクタ226cを有するビット線駆動回路226、ロウデコーダ224aとレベルシフタ224bを有するワード線駆動回路224、書き込み回路227、消去回路228等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース223を有している。書き込み回路227及び消去回路228は、それぞれ昇圧回路及び制御回路等で構成される。なお、ここで示す記憶装置216の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。
FIG. 7A illustrates an example of a structure of the memory device described in this embodiment. A
メモリセル221は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続する第1の配線と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続する第2の配線と、トランジスタ240と、記憶素子241とを有する。記憶素子241は、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造を有する。
The
次に、上記構成を有するメモリセルアレイ222の上面図と断面図の一例に関して図8を用いて説明する。なお、図8(A)はメモリセルアレイ222の上面図の一例を示しており、図8(B)は図8(A)におけるA−B間の断面図を示している。なお、図8(A)においては、第2の基板及びその上に形成される第2の導電層を省略している。また、トランジスタ240のソース配線又はドレイン配線に接続される第1の導電層の一部を省略している。
Next, an example of a top view and a cross-sectional view of the
メモリセルアレイ222は、複数のメモリセル221がマトリクス状に設けられている。又、メモリセル221は、第1の基板230上にスイッチング素子として機能するトランジスタ240および当該トランジスタ240に接続された記憶素子241とを有している。記憶素子241は、トランジスタ240を覆う絶縁層249上に形成されると共にトランジスタ240のソース配線又はドレイン配線に接続する第1の導電層243と、第2の基板242上に形成される第2の導電層245と、第1の導電層243及び第2の導電層245に挟持される有機化合物層244とで形成される。また、トランジスタ及び第1の導電層が形成される第1の基板230と、第2の基板242との距離(セルギャップ)を一定にするため、絶縁層249と第2の導電層245との間にスペーサ250を設けてもよい。なお、ここでは、絶縁層105、トランジスタ240、トランジスタ240を覆う絶縁層249、及び第1の導電層243を素子形成層253と示す(図8(A)、図8(B)参照。)。
In the
第1の導電層243及び第2の導電層245は、実施の形態1に示す第1の導電層32及び第2の導電層34の材料及び形成方法を適宜用いることができる。また、トランジスタ240として、薄膜トランジスタを用いている。
For the first
トランジスタ240に用いることが可能な薄膜トランジスタの一態様について、図15を参照して説明する。図15(A)はトップゲート型の薄膜トランジスタを適用する一例を示している。第1の基板230上に絶縁層105が設けられ、絶縁層105上に薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタは、絶縁層105上に半導体層1302、ゲート絶縁層として機能することができる絶縁層1303が設けられている。絶縁層1303の上には、半導体層1302に対応してゲート電極1304が形成され、その上層に保護層として機能する絶縁層1305、層間絶縁層として機能する絶縁層248が設けられている。また、半導体層のソース領域及びドレイン領域それぞれに接続するソース配線又はドレイン配線1306が形成される。さらにその上層に、保護層として機能する絶縁層を形成しても良い。
One mode of a thin film transistor that can be used for the
半導体層1302は、結晶構造を有する半導体で形成される層であり、非単結晶半導体若しくは単結晶半導体を用いることができる。特に、非晶質若しくは微結晶質の半導体を、レーザ光の照射により結晶化させた結晶質半導体、加熱処理により結晶化させた結晶性半導体、加熱処理とレーザ光の照射を組み合わせて結晶化させた結晶性半導体を適用することが好ましい。加熱処理においては、シリコン半導体の結晶化を助長する作用のあるニッケルなどの金属元素を用いた結晶化法を適用することができる。
The
レーザ光を照射して結晶化する場合には、連続発振レーザ光の照射若しくは繰り返し周波数が10MHz以上であって、パルス幅が1ナノ秒以下、好ましくは1乃至100ピコ秒である高繰返周波数超短パルス光を照射することによって、結晶性半導体が溶融した溶融帯を、当該レーザ光の照射方向に連続的に移動させながら結晶化を行うことができる。このような結晶化法により、大粒径であって、結晶粒界が一方向に延びる結晶性半導体を得ることができる。キャリアのドリフト方向を、この結晶粒界が延びる方向に合わせることで、トランジスタにおける電界効果移動度を高めることができる。例えば、400cm2/V・sec以上の移動度を実現することができる。 In the case of crystallization by irradiating with laser light, high repetition frequency with continuous wave laser light irradiation or repetition frequency of 10 MHz or more and pulse width of 1 nanosecond or less, preferably 1 to 100 picoseconds. By irradiating with ultrashort pulse light, crystallization can be performed while continuously moving the molten zone in which the crystalline semiconductor is melted in the irradiation direction of the laser light. By such a crystallization method, a crystalline semiconductor having a large particle diameter and a crystal grain boundary extending in one direction can be obtained. By adjusting the carrier drift direction to the direction in which the crystal grain boundary extends, the field-effect mobility in the transistor can be increased. For example, a mobility of 400 cm 2 / V · sec or more can be realized.
上記結晶化工程を、ガラス基板の耐熱温度(約600℃)以下の結晶化プロセスを用いる場合、大面積ガラス基板を用いることが可能である。このため、基板あたり大量の半導体装置を作製することが可能であり、低コスト化が可能である。 When the crystallization process is performed using a crystallization process at a heat resistant temperature (about 600 ° C.) or lower of the glass substrate, a large-area glass substrate can be used. Therefore, a large amount of semiconductor devices can be manufactured per substrate, and the cost can be reduced.
また、ガラス基板の耐熱温度以上の加熱により、結晶化工程を行い、半導体層1302を形成してもよい。代表的には、絶縁性基板に石英基板を用い、非晶質若しくは微結晶質の半導体を700度以上で加熱して半導体層1302を形成する。この結果、結晶性の高い半導体を形成することが可能である。このため、応答速度や移動度などの特性が良好で、高速な動作が可能な薄膜トランジスタを提供することができる。
Alternatively, the
ゲート電極1304は金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。また、上記した金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第1層と当該金属から成る第2層とを積層させた構造としても良い。積層構造とする場合には、第1層の端部が第2層の端部より外側に突き出した形状としても良い。このとき第1層を金属窒化物とすることで、バリアメタルとすることができる。すなわち、第2層の金属が、絶縁層1303やその下層の半導体層1302に拡散することを防ぐことができる。
The
ゲート電極1304の側面には、サイドウォール(側壁スペーサ)1308が形成される。各サイドウォールは、基板上にCVD法により酸化珪素で形成される絶縁層を形成し、該絶縁層をRIE(Reactive ion etching:反応性イオンエッチング)法により異方性エッチングすることで形成できる。
Sidewalls (sidewall spacers) 1308 are formed on the side surfaces of the
半導体層1302、絶縁層1303、ゲート電極1304などを組み合わせて構成されるトランジスタは、シングルドレイン構造、LDD(低濃度ドレイン)構造、ゲートオーバーラップドレイン構造など各種構造を適用することができる。ここでは、サイドウォールが重畳する半導体層において、低濃度不純物領域1310が形成されるLDD構造の薄膜トランジスタを示す。また、シングルゲート構造、等価的には同電位のゲート電圧が印加されるトランジスタが直列に接続された形となるマルチゲート構造、半導体層を上下にゲート電極で挟むデュアルゲート構造を適用することができる。
Various structures such as a single drain structure, an LDD (lightly doped drain) structure, and a gate overlap drain structure can be applied to a transistor including the
絶縁層248は、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンなどの無機絶縁材料、又はアクリル樹脂及びポリイミド樹脂などの有機絶縁材料で形成する。スピン塗布やロールコーターなど塗布法を用いて絶縁層を形成する場合には、有機溶媒中に溶かされた絶縁膜材料を塗布した後、熱処理により酸化シリコンで絶縁層を形成することもできる。例えば、シロキサン結合を含む膜を塗布法により形成しておいて、200乃至400度での熱処理により酸化シリコンで絶縁層を形成することができる。絶縁層248を、塗布法で形成される絶縁層やリフローにより平坦化した絶縁層を用いることで、その層上に形成する配線の断線を防止することができる。また、多層配線を形成する際にも有効に利用することができる。
The insulating
絶縁層248の上に形成されるソース配線又はドレイン配線1306は、ゲート電極1304と同じ層で形成される配線と交差して設けることが可能であり、多層配線構造を形成している。絶縁層248と同様に機能を有する絶縁層を複数積層して、その層上に配線を形成することで多層配線構造を形成することができる。ソース配線又はドレイン配線1306はチタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層構造、モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)との積層構造など、アルミニウム(Al)のような低抵抗材料と、チタン(Ti)やモリブデン(Mo)などの高融点金属材料を用いたバリアメタルとの組み合わせで形成することが好ましい。
A source wiring or a
図15(B)は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを適用する一例を示している。第1の基板230上に絶縁層105が形成され、その上に薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタには、ゲート電極1304、ゲート絶縁層として機能する絶縁層1303、半導体層1302、チャネル保護層1309、保護層として機能する絶縁層1305、層間絶縁層として機能する絶縁層248が設けられている。さらにその上層には、保護層として機能する絶縁層を形成しても良い。ソース配線又はドレイン配線1306は、絶縁層1305の層上若しくは絶縁層248の層上に形成することができる。なお、ボトムゲート型の薄膜トランジスタの場合は、絶縁層105が形成されなくともよい。
FIG. 15B illustrates an example in which a bottom-gate thin film transistor is applied. The insulating
また、第1の基板230が可撓性を有する基板である場合、基板の耐熱温度がガラス基板等の非可撓性基板と比較して低い。このため、薄膜トランジスタは、有機半導体を用いて形成することが好ましい。
In the case where the
ここで、有機半導体を用いる薄膜トランジスタの構造について、図15(C)、(D)を参照して説明する。図15(C)は、スタガ型の有機半導体トランジスタを適用する一例を示している。可撓性を有する基板1401上に有機半導体トランジスタが設けられている。有機半導体トランジスタは、ゲート電極1402、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層1403、ゲート電極及びゲート絶縁膜として機能する絶縁層と重畳する半導体層1404、半導体層1404に接続するソース配線又はドレイン配線1306が形成されている。なお、半導体層は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層1403とソース配線およびドレイン配線1306とに一部挟持されている。
Here, a structure of a thin film transistor using an organic semiconductor is described with reference to FIGS. FIG. 15C illustrates an example of applying a staggered organic semiconductor transistor. An organic semiconductor transistor is provided over a
ゲート電極1402は、ゲート電極1304と同様の材料及び手法により、形成することができる。また、液滴吐出法を用い、乾燥・焼成してゲート電極1402を形成することができる。また、可撓性を有する基板上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成してゲート電極1402を形成することができる。微粒子の代表例としては、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主成分とする微粒子でもよい。また、インジウム錫酸化物(ITO)などの導電性酸化物を主成分とする微粒子でもよい。
The
ゲート絶縁膜として機能する絶縁層1403は、絶縁層1303と同様の材料及び手法により形成することができる。但し、有機溶媒中に溶解する絶縁膜材料を塗布した後、熱処理により絶縁層を形成する場合、熱処理温度が可撓性を有する基板の耐熱温度より低い温度で行う。
The insulating
有機半導体トランジスタの半導体層1404の材料としては、多環芳香族化合物、共役二重結合系化合物、フタロシアニン、電荷移動型錯体等が挙げられる。例えばアントラセン、テトラセン、ペンタセン、6T(ヘキサチオフェン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、PTCDA(ペリレンカルボン酸無水化物)、NTCDA(ナフタレンカルボン酸無水化物)などを用いることができる。また、有機半導体トランジスタの半導体層1404の材料としては、有機高分子化合物等のπ共役系高分子、カーボンナノチューブ、ポリビニルピリジン、フタロシアニン金属錯体等が挙げられる。特に骨格が共役二重結合から構成されるπ共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニレン、ポリチオフェン誘導体、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリパラフェニレン誘導体又はポリパラフェニレンビニレン誘導体を用いると好ましい。
Examples of the material of the
また、有機半導体トランジスタの半導体層の形成方法としては、基板上に膜厚の均一な膜が形成できる方法を用いればよい。厚さは1nm以上1000nm以下、好ましくは10nm以上100nm以下が望ましい。具体的な方法としては、蒸着法、塗布法、スピンコーティング法、バーコート法、溶液キャスト法、ディップ法、スクリーン印刷法、ロールコーター法又は液滴吐出法を用いることができる。 As a method for forming the semiconductor layer of the organic semiconductor transistor, a method that can form a film having a uniform thickness on the substrate may be used. The thickness is 1 nm to 1000 nm, preferably 10 nm to 100 nm. As a specific method, an evaporation method, a coating method, a spin coating method, a bar coating method, a solution casting method, a dip method, a screen printing method, a roll coater method, or a droplet discharge method can be used.
図15(D)は、コプレナー型の有機半導体トランジスタを適用する一例を示している。可撓性を有する基板1401上に有機半導体トランジスタが設けられている。有機半導体トランジスタは、ゲート電極1402、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層1403、ソース配線又はドレイン配線1306、ゲート電極及びゲート絶縁層として機能する絶縁層に重畳する半導体層1404が形成されている。また、ソース配線又はドレイン配線1306は、ゲート絶縁層として機能する絶縁層及び半導体層に一部挟持されている。
FIG. 15D illustrates an example in which a coplanar organic semiconductor transistor is used. An organic semiconductor transistor is provided over a
さらには、薄膜トランジスタや有機半導体トランジスタはスイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。 Further, the thin film transistor and the organic semiconductor transistor may be provided in any configuration as long as they can function as a switching element.
また、単結晶基板やSOI基板を用いて、トランジスタ240を形成し、その上に記憶素子を設けてもよい。SOI基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するSIMOXと呼ばれる方法を用いて形成すればよい。このような単結晶半導体で形成されるトランジスタは、応答速度や移動度などの特性が良好なために、高速な動作が可能なトランジスタを提供することができる。また、トランジスタは、その特性のバラツキが少ないために、高い信頼性を実現した半導体装置を提供することができる。
Alternatively, the
絶縁層249は、有機溶媒中に溶かされた絶縁膜材料をスピン塗布やロールコーターなど塗布法を用いて塗布した後、熱処理して形成することが好ましい。この結果、絶縁層249の表面の平坦性を向上させることが可能である。また、トランジスタのソース配線又はドレイン配線1306の位置に関わらず、第1の導電層243を自由に配置することができる。この結果、記憶素子及びトランジスタをより高集積化することが可能となる。
The insulating
第1の導電層243と第2の導電層245の材料および形成方法は、上記実施の形態1で示した材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。
A material and a formation method of the first
また、有機化合物層244は、上記実施の形態1で示した有機化合物層35と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。
The
また、第1の導電層243と有機化合物層244との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。なお、整流性を有する素子は、有機化合物層244と第2の導電層245との間に設けてもよい。
Further, a rectifying element may be provided between the first
スペーサ250は、球状、柱状等のスペーサを適宜用いることができる。ここでは、球状スペーサが散布されているが、有機樹脂等を用いて柱状スペーサを絶縁層249又は第2の導電層245上に形成してもよい。
As the
さらには、記憶素子241の代わりに、実施の形態1の図4で示すような、記憶素子の第2の導電層が第2の基板上に形成されず、第1の導電層上に有機化合物層及び第2の導電層が積層された記憶素子を適宜用いることができる。
Further, instead of the
また、第1の基板230上に剥離層を設け、剥離層上に素子形成層253を形成した後、素子形成層253を剥離層から剥離し、第3の基板461上に接着層462を介して素子形成層253を貼り合わせても良い(図10参照)。なお剥離方法としては、(1)耐熱性の高い第1の基板と素子形成層253の間に剥離層として金属酸化物層を設け、当該金属酸化物層を結晶化により脆弱化して、当該素子形成層253を剥離する方法、(2)耐熱性の高い第1の基板と素子形成層253の間に剥離層として水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射により非晶質珪素膜の水素ガスを放出させて耐熱性の高い基板を剥離する方法、または剥離層に非晶質珪素膜を設け、エッチングにより当該非晶質珪素膜を除去することで、当該素子形成層253を剥離する方法、(3)素子形成層253が形成された耐熱性の高い第1の基板を機械的に削除する、又は溶液やNF3、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスによるエッチングで除去する方法、(4)耐熱性の高い第1の基板と素子形成層253の間に剥離層として金属層及び金属酸化物層を設け、当該金属酸化物層を結晶化により脆弱化し、金属層の一部を溶液やNF3、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスによりエッチングで除去した後、脆弱化された金属酸化物層を物理的に剥離する方法等を用いればよい。
In addition, a separation layer is provided over the
また、第3の基板461としては、実施の形態1で示した第1の基板31で示した可撓性基板、熱可塑性を示す樹脂層を有するフィルム等を用いることで、記憶装置の小型、薄型、軽量化を図ることが可能である。
Further, as the
次に、記憶装置216にデータの書き込みを行うときの動作について説明する(図7、図8参照)。
Next, an operation when data is written to the
まず、電圧印加によりデータの書き込みを行うときの動作について説明する。ここでは、x列目y行目のメモリセル221にデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、ロウデコーダ224a、カラムデコーダ226a、セレクタ226cにより、x列目のビット線Bxと、y行目のワード線Wyが選択され、x列目y行目のメモリセル221が含むトランジスタ240がオン状態となる。続いて、書き込み回路により、x列目のビット線Bxに、所定の電圧が印加される。x列目のビット線Bxに印加された電圧は、選択された記憶素子の第1の導電層243と接続されており、第1の導電層243と第2の導電層245の間には電位差が生じる。そうすると、有機化合物層244がジュール熱で加熱される。この結果、有機化合物層の相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。この結果、記憶素子の電気抵抗が変化する。
First, an operation when data is written by voltage application will be described. Here, a case where data is written to the
実施の形態1の第1の書き込み動作方法を用いる場合、有機化合物層が移動度の低い第1の相から移動度の高い第2の相へ相転移した記憶素子は、他の記憶素子と比較すると電気抵抗が大幅に小さくなり電流値が大きくなる。このように、電圧印加により、記憶素子の電気抵抗の変化を利用してデータの書き込みを行う。例えば、第1の電圧を印加していない有機化合物層を「0」のデータとする場合、「1」のデータを書き込む際は、所望の記憶素子の一対の導電層に電圧を印加し、有機化合物層の相転移を生じさせ、記憶素子の電気抵抗を小さくし電流値を大きくする。 In the case where the first writing operation method of Embodiment 1 is used, a memory element in which the organic compound layer is phase-shifted from the first phase having low mobility to the second phase having high mobility is compared with other memory elements. As a result, the electrical resistance is significantly reduced and the current value is increased. In this manner, data is written by utilizing a change in electric resistance of the memory element by applying a voltage. For example, in the case where an organic compound layer to which no first voltage is applied is “0” data, when writing “1” data, a voltage is applied to a pair of conductive layers of a desired storage element, The phase transition of the compound layer is caused to reduce the electrical resistance of the memory element and increase the current value.
なお、実施の形態1の第2の書き込み動作を用いる場合、有機化合物層が移動度の高い第1の相から移動度の低い第2の相へ相転移した記憶素子は、他の記憶素子と比較すると電気抵抗が大きくなり電流値が小さくなる。これを応用してデータの書き込みを行ってもよい。 Note that in the case where the second writing operation of Embodiment 1 is used, the memory element in which the organic compound layer has undergone a phase transition from the first phase with high mobility to the second phase with low mobility is different from other memory elements. In comparison, the electrical resistance increases and the current value decreases. Data may be written by applying this.
次に、電圧印加によりデータの消去を行うときの動作について説明する。実施の形態1の第1の消去動作方法を用いてデータの消去を行う場合、ロウデコーダ224a、カラムデコーダ226a、セレクタ226cにより、x列目のビット線Bxと、y行目のワード線Wyが選択され、x列目y行目のメモリセル221が含むトランジスタ240がオン状態となる。続いて、消去回路により、x列目のビット線Bxに、所定の電圧が印加される。x列目のビット線Bxに印加された電圧は、選択された記憶素子の第1の導電層243と接続されており、第1の導電層243と第2の導電層245の間には電位差が生じる。そうすると、有機化合物層244がジュール熱で加熱される。この結果、有機化合物層が移動度の高い第2の相から移動度の低い第1の相へ相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。この結果、記憶素子の電気抵抗が変化する。
Next, an operation when data is erased by applying a voltage will be described. When data is erased using the first erase operation method of Embodiment 1, the
なお、実施の形態1の第2の消去動作方法を用いてデータの消去を行う場合、有機化合物層が、書き込みにより移動度の高い第1の相から移動度の低い第2の相へ相転移した記憶素子は、加熱後徐冷することで有機化合物層が移動度の低い第2の相から移動度の高い第1の相へ相転移が起こり、有機化合物層の移動度が変化する。これを応用してデータの消去を行ってもよい。 Note that in the case where data is erased using the second erase operation method of Embodiment 1, the organic compound layer undergoes phase transition from the first phase having high mobility to the second phase having low mobility by writing. In the memory element, the organic compound layer undergoes phase cooling from the second phase having low mobility to the first phase having high mobility by slowly cooling after heating, and the mobility of the organic compound layer changes. Data may be erased by applying this.
有機化合物層が第2の相から第1の相へ相転移した記憶素子は、書き込む前の記憶素子と同様の電気抵抗となる。このように、電圧印加により、記憶素子の電気抵抗の変化を利用してデータの消去を行う。 The memory element in which the organic compound layer has phase-shifted from the second phase to the first phase has the same electrical resistance as the memory element before writing. In this manner, data is erased by applying a voltage and utilizing a change in electrical resistance of the memory element.
次に、電圧印加により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。ここでは、読み出し回路226bは、抵抗素子246とセンスアンプ247を含む構成とする。但し、読み出し回路226bの構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。
Next, an operation when data is read by applying a voltage will be described. Here, the
データの読み出しは、第1の導電層243と第2の導電層245の間に電圧を印加して、有機化合物層244の相の状態を読み取ることにより行う。具体的には、有機化合物層244の抵抗値を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。例えば、メモリセルアレイ222が含む複数のメモリセル221から、x列目y行目のメモリセル221のデータの読み出しを行う場合、まず、ロウデコーダ224a、カラムデコーダ226a、セレクタ226cにより、x列目のビット線Bxと、y行目のワード線Wyを選択する。そうすると、x列目y行目に配置されたメモリセル221が含むトランジスタ240がオン状態になる。
Data is read by applying a voltage between the first
その後、メモリセル221が含む記憶素子241と、抵抗素子246とは、直列に接続された状態となる。このとき、記憶素子241は1つの抵抗素子として見なすことができ、このように、直列に接続された2つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードPの電位は、記憶素子241の抵抗値Ra又はRbに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードPの電位は、センスアンプ247に供給され、当該センスアンプ247において、「0」と「1」のどちらのデータを有しているかを判別される。その後、センスアンプ247において判別された「0」と「1」のデータを含む信号が外部に供給される。
After that, the
次に、抵抗素子としてトランジスタを用いた場合において、電圧印加により記憶素子のデータの読み出しを行う際の動作について、図11に具体例を挙げて説明する。 Next, in the case where a transistor is used as the resistance element, an operation when data is read from the memory element by voltage application will be described with reference to a specific example in FIG.
図11は、書き込みを行っていない記憶素子、即ち「0」のデータの記憶素子の電流電圧特性951と、「1」のデータの書き込みを行った記憶素子の電流電圧特性952と、抵抗素子246の電流電圧特性953を示しており、ここでは抵抗素子246としてトランジスタを用いた場合を示す。
FIG. 11 shows a current-
図11において、「0」のデータの記憶素子を有するメモリセルでは、記憶素子の電流電圧特性951とトランジスタの電流電圧特性953との交点954が動作点となり、このときのノードPの電位はV2(V)となる。ノードPの電位はセンスアンプ247に供給され、当該センスアンプ247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「0」と判別される。
In FIG. 11, in a memory cell having a storage element of data “0”, an
一方、「1」のデータの書き込みが行われた記憶素子を有するメモリセルでは、記憶素子の電流電圧特性952とトランジスタの電流電圧特性953との交点955が動作点となり、このときのノードPの電位はV1(V)(V1<V2)となる。ノードPの電位はセンスアンプ247に供給され、当該センスアンプ247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「1」と判別される。
On the other hand, in a memory cell having a memory element in which data of “1” is written, an
このように、記憶素子241の抵抗値に従って、抵抗分割された電位を読み取ることによって、メモリセルに記憶されたデータを判別することができる。
As described above, the data stored in the memory cell can be determined by reading the resistance-divided potential in accordance with the resistance value of the
上記の方法によると、記憶素子241の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、データを電圧値で読み取っている。しかしながら、記憶素子241が有するデータを、電流値により読み取ってもよい。
According to the above method, data is read as a voltage value by utilizing the difference in resistance value of the
なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
本実施の形態の記憶装置は、一対の導電層に電圧を印加することでデータを記録及び消去することが可能である。このため、製造時以外に任意の記憶素子を選択的に加熱しデータを書き込み及び消去することが可能である。また、データの書き込みや消去のために別途装置を設ける必要がないため、記憶装置の小型化及び簡易化が可能である。さらには、可撓性を有する基板を用いて記憶素子を形成することで、可撓性を有する記憶装置を作製することが可能である。 In the memory device of this embodiment, data can be recorded and erased by applying a voltage to a pair of conductive layers. Therefore, it is possible to write and erase data by selectively heating an arbitrary storage element other than during manufacturing. In addition, since it is not necessary to provide a separate device for writing and erasing data, the storage device can be reduced in size and simplified. Further, by forming a memory element using a flexible substrate, a flexible memory device can be manufactured.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態で示す記憶装置を有する半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a semiconductor device including the memory device described in the above embodiment will be described with reference to drawings.
本実施の形態で示す半導体装置は、非接触でデータの読み出しと書き込みが可能であることを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向に配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の3つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。 The semiconductor device described in this embodiment is characterized in that data can be read and written in a non-contact manner. A data transmission format is an electromagnetic which performs communication by mutual induction with a pair of coils arranged opposite to each other. There are roughly divided into a coupling system, an electromagnetic induction system that communicates using an induction electromagnetic field, and a radio system that communicates using radio waves, but any system may be used.
複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例を図9を用いて説明する。 An example of a structure of a semiconductor device in the case where an antenna is provided over a substrate provided with a plurality of elements and memory elements will be described with reference to FIGS.
図9(A)はパッシブマトリクス型で構成される記憶回路を有する半導体装置を示している。半導体装置は、第1の基板230上に形成されたトランジスタ451、452、トランジスタを覆う絶縁層249、絶縁層249上に形成されトランジスタ452に接続する記憶素子の第1の導電層371a〜371c、及びアンテナとして機能する導電層353を有する素子形成層351と、第2の基板242に形成された第2の導電層363と、第1の導電層371a〜371c及び第2の導電層363に挟持される有機化合物層364で形成される。また、記憶素子は、第1の導電層371a〜371c、第2の導電層363、及び第1の導電層371a〜371cと第2の導電層363に挟持される有機化合物層364で形成される。また、絶縁層249と第2の導電層363との間にスペーサ250を設けてもよい。
FIG. 9A illustrates a semiconductor device having a memory circuit formed of a passive matrix type. The semiconductor device includes
なおトランジスタ451は、半導体装置の電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路、制御回路、インターフェース回路のいずれかを構成し、トランジスタ452は記憶素子の第1の導電層371a〜371cの電位を制御する。
Note that the
アンテナとして機能する導電層353は、トランジスタのソース配線およびドレイン配線と同じ層で形成される。なお、この構成に限られずアンテナとして機能する導電層353を、トランジスタの下方や上方の層に形成してもよい。この場合、アンテナとして機能する導電層353の材料としては、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、アンテナとして機能する導電層353の形成方法は、蒸着、スパッタ、CVD法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の各種印刷法または液滴吐出法等を用いることができる。
The
記憶素子部352は複数の記憶素子352a〜352cを有する。また、記憶素子352aは、絶縁層249上に形成される第1の導電層371aと、有機化合物層364と、第2の基板242上に形成される第2の導電層363とを有する。また、記憶素子352bは、絶縁層249上に形成される第1の導電層371bと、有機化合物層364と、第2の基板242上に形成される第2の導電層363とを有する。また、記憶素子352cは、絶縁層249上に形成される第1の導電層371cと、有機化合物層364と、第2の基板242上に形成される第2の導電層363とを有する。第1の導電層371a〜371cは、トランジスタ452のソース配線又はドレイン配線に接続されている。
The
また、記憶素子部352は上記実施の形態で示した記憶素子と同様の構造、材料及び作製方法を適宜用いて形成することができる。
The
また、記憶素子部352において、上記実施の形態で示したように、第1の導電層371a〜371cと有機化合物層364との間、または有機化合物層364と第2の導電層363との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子は、実施の形態1で上述したものを用いることが可能である。
Further, in the
素子形成層351に含まれるトランジスタ451、452は、実施の形態3で示すトランジスタ240を適宜用いることができる。
As the
また、第1の基板230上に剥離層、素子形成層351を形成し、実施の形態3に示す剥離方法を適宜用いて素子形成層351を剥離し、基板上に接着層を用いて貼り付けてもよい。第1の基板としては、実施の形態1の第1の基板31で示した可撓性基板、熱可塑性樹脂層を有するフィルム等を用いることで、記憶装置の小型、薄型、軽量化を図ることが可能である。
Further, a peeling layer and an
また、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。センサとしては、温度、湿度、照度、ガス(気体)、重力、圧力、音(振動)、または加速度を物理的又は化学的手段により検出する素子が挙げられる。センサは、代表的には抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。 Further, a sensor connected to the transistor may be provided. Examples of the sensor include an element that detects temperature, humidity, illuminance, gas (gas), gravity, pressure, sound (vibration), or acceleration by physical or chemical means. The sensor is typically formed of a semiconductor element such as a resistance element, a capacitive coupling element, an inductive coupling element, a photovoltaic element, a photoelectric conversion element, a thermoelectric element, a transistor, a thermistor, or a diode.
図9(B)にアクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置の一例を示す。なお、図9(B)については、図9(A)と異なる部分に関して説明する。 FIG. 9B illustrates an example of a semiconductor device including an active matrix memory circuit. Note that FIG. 9B will be described with respect to portions different from those in FIG.
図9(B)に示す半導体装置は、第1の基板230上に形成されたトランジスタ451〜453、トランジスタを覆う絶縁層249、絶縁層249上に形成されトランジスタ452に接続する記憶素子356aの第1の導電層371a、トランジスタ453に接続する記憶素子356bの第1の導電層371b、トランジスタ451〜453を覆う絶縁層249、及びアンテナとして機能する導電層353を有する素子形成層351と、第2の基板242に形成された第2の導電層363と、第1の導電層371a、371b及び第2の導電層363に挟持される有機化合物層364とで形成される。また、記憶素子部356は、記憶素子356a、356bで構成される。記憶素子356aは、第1の導電層371aと、第2の導電層363と、第1の導電層371a及び第2の導電層363に挟持される有機化合物層364とで形成される。記憶素子356bは、第1の導電層371b、第2の導電層363と、第1の導電層371b及び第2の導電層363に挟持される有機化合物層364とで形成される。また、絶縁層249と第2の導電層363との間にスペーサ250を設けてもよい。
The semiconductor device illustrated in FIG. 9B includes
なお、第1の導電層371a、第1の導電層371bは、それぞれトランジスタのソース配線またはドレイン配線に接続されている。すなわち、記憶素子毎にトランジスタが設けられている。
Note that the first
また、記憶素子356a、356bは上記実施の形態で示した構造、材料及び作製方法を適宜用いて形成することができる。また、記憶素子356a、356bにおいても、上述したように、第1の導電層371a、371bと有機化合物層364との間、または有機化合物層364と第2の導電層363との間に整流性を有する素子を設けてもよい。
The
第1の基板230上に剥離層、素子形成層351を形成し、実施の形態3に示す剥離方法を適宜用いて素子形成層351を剥離し、可撓性を有する基板上に接着層を用いて貼り付けてもよい。
A peeling layer and an
なお、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。センサとしては、温度、湿度、照度、ガス(気体)、重力、圧力、音(振動)、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出する素子が挙げられる。センサは、代表的には抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。 Note that a sensor connected to the transistor may be provided. Examples of the sensor include an element that detects temperature, humidity, illuminance, gas (gas), gravity, pressure, sound (vibration), acceleration, and other characteristics by physical or chemical means. The sensor is typically formed of a semiconductor element such as a resistance element, a capacitive coupling element, an inductive coupling element, a photovoltaic element, a photoelectric conversion element, a thermoelectric element, a transistor, a thermistor, or a diode.
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。 Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.
本実施の形態により安価な半導体装置を提供することが可能となる。また、可撓性を有する基板を用いて記憶素子を形成することで、可撓性を有する半導体装置を作製することが可能である。 According to this embodiment, an inexpensive semiconductor device can be provided. In addition, by forming a memory element using a flexible substrate, a flexible semiconductor device can be manufactured.
ここで、本発明の半導体装置の構成について、図12を参照して説明する。図12(A)に示すように、本発明の半導体装置20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェース回路15、記憶装置16、バス17、アンテナ18を有する。
Here, the structure of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12A, the
また、図12(B)に示すように、本発明の半導体装置20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェース回路15、記憶装置16、バス17、アンテナ18の他、中央処理ユニット1を有しても良い。
Further, as shown in FIG. 12B, the
また、図12(C)に示すように、本発明の半導体装置20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェース回路15、記憶装置16、バス17、アンテナ18、中央処理ユニット1の他、検出素子3、検出制御回路4からなる検出部2を有しても良い。
Further, as shown in FIG. 12C, the
本実施の形態の半導体装置は、素子形成層のトランジスタにより、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェース回路15、記憶装置16、バス17、アンテナ18、中央処理ユニット1の他、検出素子3、検出制御回路4からなる検出部2等を構成することで、小型でセンシング機能を有すると共に、電波を送受信することが可能な半導体装置を形成することが可能である。
The semiconductor device of this embodiment includes a
電源回路11は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置20の内部の各回路に供給する電力を生成する回路である。クロック発生回路12は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置20の内部の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調/変調回路13は、リーダライタ19と交信するデータを復調/変調する機能を有する。制御回路14は、記憶装置16を制御する機能を有する。アンテナ18は、電磁波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ19は、半導体装置との交信、及びそのデータに関する処理を制御する。なお、半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。
The
記憶装置16は、実施の形態1〜3に示す記憶素子から選択される1つ又は複数を有する。有機化合物層を有する記憶素子は、小型化、薄膜化および大容量化を同時に実現することができるため、記憶装置16を有機化合物層を有する記憶素子で設けることにより、半導体装置の小型化、軽量化を達成することができる。
The
検出部2は、温度、圧力、流量、光、磁気、音(振動)、加速度、湿度、照度、気体成分、液体成分、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出することができる。また、検出部2は、物理量または化学量を検出する検出素子3と当該検出素子3で検出された物理量または化学量を電気信号等の適切な信号に変換する検出制御回路4とを有している。検出素子3としては、抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオード、静電容量型素子、圧電素子などの素子等で形成することができる。なお、検出部2は複数設けてもよく、この場合、複数の物理量または化学量を同時に検出することが可能である。
The
また、ここでいう物理量とは、温度、圧力、流量、光、磁気、音(振動)、加速度、湿度、照度等を指し、化学量とは、ガス等の気体成分やイオン等の液体成分等の化学物質等を指す。化学量としては、他にも、血液、汗、尿等に含まれる特定の生体物質(例えば、血液中に含まれる血糖値等)等の有機化合物も含まれる。特に、化学量を検出しようとする場合には、必然的にある特定の物質を選択的に検出することになるため、あらかじめ検出素子3に検出したい物質と選択的に反応する物質を設けておく。例えば、生体物質の検出を行う場合には、検出素子3に検出させたい生体物質と選択的に反応する酵素、抗体分子または微生物細胞等を高分子化合物等に固定化して設けておくことが好ましい。
The physical quantity here refers to temperature, pressure, flow rate, light, magnetism, sound (vibration), acceleration, humidity, illuminance, etc., and the chemical quantity is a gas component such as gas or a liquid component such as ion. Refers to chemical substances. In addition, the chemical amount includes organic compounds such as specific biological substances (for example, blood glucose level contained in blood) contained in blood, sweat, urine and the like. In particular, when a chemical amount is to be detected, a specific substance is necessarily selectively detected. Therefore, a substance that selectively reacts with a substance to be detected is provided in advance in the
本発明により無線チップとして機能する半導体装置9210を形成することができる。無線チップの用途は広範にわたるが、例えば、半導体装置9210を紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図13(A)参照)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等、図13(B)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図13(C)参照)、乗物類(自転車等、図13(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札(図13(E)、図13(F)参照)等の物品に設けて使用することができる。また、半導体装置9210を動物類や人体に設けることができる。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ)及び携帯電話等を指す。
According to the present invention, a
本発明の半導体装置9210は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、半導体装置9210は各物品に固定される。本発明の半導体装置9210は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置9210を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
The
次に、本発明の半導体装置9210を実装した電子機器の一態様について図面を参照して説明する。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、筐体2700、2706、パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705を有する(図14参照)。パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に嵌着される。ハウジング2702はパネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置9210を用いることができる。プリント配線基板2703に実装される本発明の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU、Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等の複数の機能を有する。
Next, one mode of an electronic device in which the
パネル2701は、接続フィルム2708を介して、プリント配線基板2703と接続される。上記のパネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703は、操作ボタン2704やバッテリ2705と共に、筐体2700、2706の内部に収納される。パネル2701が含む画素領域2709は、筐体2700に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
The
なお、筐体2700、2706は、携帯電話機の外観形状を一例として示したものであり、本実施例に係る電子機器は、その機能や用途に応じて様々な態様に変容しうる。
Note that the
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体2700、2706内部の限られた空間を有効に利用することができる。さらには、電子機器を小型化することが可能である。
As described above, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight, and the limited space inside the
本実施例では、本発明の記憶素子に電圧を印加してデータを書き込んだときの電圧電流特性を図16に示す。 In this embodiment, FIG. 16 shows voltage-current characteristics when data is written by applying a voltage to the memory element of the present invention.
本実施例で作製した試料は、基板上に絶縁層を形成し、絶縁層上に形成された第1の導電層、第1の導電層上に形成された有機化合物層、有機化合物層上に形成された第2の導電層で構成される記憶素子を有する。 In the sample manufactured in this example, an insulating layer is formed on a substrate, the first conductive layer formed on the insulating layer, the organic compound layer formed on the first conductive layer, and the organic compound layer A memory element including the formed second conductive layer is included.
本実施例では、基板にガラス基板を用い、第1の導電層にスパッタリング法により形成された厚さ100nmのチタン層を用い、有機化合物層に蒸着法により形成された厚さ100nmの4−cyano−4’−n−octyloxybiphenylを用い、第2の導電層に蒸着法により形成された厚さ200nmのアルミニウム層を用いた。また、記憶素子の第1の導電層及び第2の導電層が重複する上面形状を正方形とし、この一辺の長さを10μmとした。このときの書込み方法としては、0Vから0.01Vごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。また、各電圧の印加時間を100msecとした。 In this embodiment, a glass substrate is used as a substrate, a 100 nm-thick titanium layer formed by a sputtering method is used as a first conductive layer, and a 100-nm-thick 4-cyano formed by an evaporation method as an organic compound layer. Using -4'-n-octyloxybiphenyl, an aluminum layer having a thickness of 200 nm formed by a vapor deposition method was used as the second conductive layer. In addition, the upper surface shape where the first conductive layer and the second conductive layer of the memory element overlap was a square, and the length of one side was 10 μm. As a writing method at this time, sweep measurement was performed to measure the current value of the sample at each voltage while increasing the voltage from 0 V to 0.01 V. Moreover, the application time of each voltage was 100 msec.
図16に、本実施例で用いた試料の書込み特性を示す。横軸は書き込み電圧であり、縦軸は書き込み電流値を表す。破線90で囲んだプロットは、書込み前の記憶素子の印加電圧に対する電流値を示し、破線91で囲んだプロットは書込み後の記憶素子の印加電圧に対する電流値を示す。約1.5Vで書込みが可能であることが分かる。即ち、低電圧で書込み可能であるため、本実施例で示される記憶素子を有する半導体装置は、消費電力を低減することが可能である。また、低電圧で書き込むことが可能であるため、RFIDタグ等の無線で情報を送受信することが可能な半導体装置において、アンテナから入力された交流信号を基に生成される電力であっても、データの書込み、消去、及び書き換えを行うことが可能である。
FIG. 16 shows the writing characteristics of the sample used in this example. The horizontal axis represents the write voltage, and the vertical axis represents the write current value. A plot surrounded by a
本実施例では、本発明の記憶素子に電圧を印加してデータを書き込んだときの電圧電流特性を図17に示す。 In this embodiment, FIG. 17 shows voltage-current characteristics when data is written by applying a voltage to the memory element of the present invention.
本実施例で作製した試料は、基板上に絶縁層を形成し、絶縁層上に形成された第1の導電層、第1の導電層上に形成された有機化合物層、有機化合物層上に形成された第2の導電層で構成される記憶素子を有する。 In the sample manufactured in this example, an insulating layer is formed on a substrate, the first conductive layer formed on the insulating layer, the organic compound layer formed on the first conductive layer, and the organic compound layer A memory element including the formed second conductive layer is included.
本実施例では、基板にガラス基板を用い、第1の導電層にスパッタリング法により形成された厚さ100nmのチタン層を用い、有機化合物層に蒸着法により形成された厚さ100nmの4−cyanophenyl−4’−n−octyloxyphenylbenzoateを用い、第2の導電層に蒸着法により形成された厚さ200nmのアルミニウム層用いた。また、記憶素子の第1の導電層及び第2の導電層が重複する上面形状を正方形とし、この一辺の長さを10μmとした。このときの書込み方法としては、0Vから0.01Vごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。また、各電圧の印加時間を100msecとした。 In this example, a glass substrate is used as a substrate, a titanium layer with a thickness of 100 nm formed by a sputtering method is used as a first conductive layer, and a 4-cyanophenyl with a thickness of 100 nm formed by an evaporation method in an organic compound layer. Using -4′-n-octyloxyphenylbenzoate, an aluminum layer having a thickness of 200 nm formed by a vapor deposition method was used as the second conductive layer. In addition, the upper surface shape where the first conductive layer and the second conductive layer of the memory element overlap was a square, and the length of one side was 10 μm. As a writing method at this time, sweep measurement was performed to measure the current value of the sample at each voltage while increasing the voltage from 0 V to 0.01 V. Moreover, the application time of each voltage was 100 msec.
図17に、本実施例で用いた試料の書込み特性を示す。横軸は書き込み電圧であり、縦軸は書き込み電流値を表す。破線92で囲んだプロットは、書込み前の記憶素子の印加電圧に対する電流値を示し、破線93で囲んだプロットは書込み後の記憶素子の印加電圧に対する電流値を示す。約2Vで書込みが可能であることが分かる。即ち、低電圧で書込み可能であるため、本実施例で示される記憶素子を有する半導体装置は、消費電力を低減することが可能である。また、低電圧で書き込むことが可能であるため、無線チップに代表される無線で情報を送受信することが可能な半導体装置において、アンテナから入力された交流信号を基に生成される電力であっても、データの書込み、消去、及び書き換えを行うことが可能である。
FIG. 17 shows the writing characteristics of the sample used in this example. The horizontal axis represents the write voltage, and the vertical axis represents the write current value. A plot surrounded by a
Claims (3)
前記有機化合物は液晶性を有し、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に第1の電圧を印加することで、前記有機化合物をアイソトロピック相から移動度が異なる結晶相へ相転移させてデータを記録することを特徴とする記憶装置。 A storage element including a first conductive layer, a second conductive layer on the first conductive layer, and an organic compound sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer;
The organic compound has liquid crystallinity,
By applying a first voltage between the first conductive layer and the second conductive layer, the mobility records data by phase transition to a different crystal phases the organic compound from the isotropic phase A storage device.
前記有機化合物は液晶性を有し、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に第1の電圧を印加することで、前記有機化合物をアイソトロピック相から移動度が異なるスメクチック相へ相転移させてデータを記録することを特徴とする記憶装置。 A storage element including a first conductive layer, a second conductive layer on the first conductive layer, and an organic compound sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer;
The organic compound has liquid crystallinity,
By applying a first voltage between the first conductive layer and the second conductive layer, mobility is a phase transition to a different smectic phase to record data of the organic compound from the isotropic phase A storage device.
前記有機化合物は液晶性を有し、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に第1の電圧を印加することで、前記有機化合物をスメクチック相から移動度が異なる結晶相へ相転移させてデータを記録することを特徴とする記憶装置。 A storage element including a first conductive layer, a second conductive layer on the first conductive layer, and an organic compound sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer;
The organic compound has liquid crystallinity,
By applying a first voltage between the first conductive layer and the second conductive layer, to record data mobility by phase transition to a different crystal phases the organic compound from the smectic phase A storage device.
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