CN1866567A - 半导体装置及其制作方法和用于写入存储元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目标在于以低成本和高成品率提供较高性能和较高可靠性的存储装置以及配置有该存储装置的半导体装置。本发明的半导体装置具有存储元件，该存储元件包括位于第一和第二导电层之间的有机化合物层和绝缘层。当熔化时，由于有机化合物的表面张力，有机化合物层的有机化合物聚集。通过向第一和第二导电层施加电压，执行对存储元件的写入。
Description
技术领域
本发明涉及半导体装置及其制作方法。
背景技术
近年来，目标识别技术已经引起较大关注，这种目标识别技术可以通过将ID(识别号)分配给单个目标而显示其上的数据例如历史，来用于生产、管理等。首先，不需要接触就可以发送和接收数据的半导体装置已经处于研发阶段。作为这样的半导体装置，在公司、商场等正在开始采用RFID(射频识别)(还称作是ID标签、IC芯片、RF(射频)标签、无线标签、电子标签和无线芯片)等。
这些半导体装置中的每个装置都包括天线、使用硅(Si)半导体衬底等的电路(还被称作是IC(集成电路)芯片)，并且该IC(集成电路)芯片是由存储电路(以后还称作是存储器)、控制电路等构成的。另外，人们正在积极研发在它们的控制电路、存储电路等中使用有机化合物的有机薄膜晶体管(以后称作是TFT)、有机存储器等(例如，日本专利公开号No.H7-22669)。
然而，在使用有机化合物的存储电路中，其中通过在一对电极之间提供有机化合物来形成存储元件，在有机化合物层较厚的情况下，根据存储电路的尺寸写电压的上升成为一个问题。另一方面，在元件的尺寸较小和有机化合物层较薄的情况下，所述元件容易受到灰尘或者电极层表面上的凸起和凹陷的影响，这样导致诸如存储器性能(写电压等)的变化或者异常写入的问题。
发明内容
因此，本发明提供了以低成本和高产出制作较高性能和较高可靠性的存储装置以及配备有这种存储装置的半导体装置的技术。
当有机化合物材料的物质的温度升高到该物质的玻璃转变温度时，所述物质变成流体。因此，由包含有机化合物材料的物质制成的有机化合物层变成流体合成物(物质)，所述流体合成物在玻璃转变温度或者较高的温度下没有固定的形状并且在性能上类似于液体。当该有机化合物层变成流体合成物时，材料的形状不再保持在固态，而是随着时间在变化。材料(物质)的表面张力或者相对于所述材料将形成区域的表面的润湿性(在固态不会有多大的影响)开始相当大地影响合成物形状的变形或者影响该材料流动的方向、速度等。
表面张力是降低液体的表面积所需要的能量，并且可以认为是当液体聚集成球形时所释放的能量(附着能)。因此，当流体材料具有高的表面张力时，所述材料容易移动并且聚集成为球形。此外，材料的淌度(mobility)、方向、速度等由于表面张力在相当程度上与相对于所述材料形成的区域表面的润湿性相关。
固体表面(将形成的物质)的润湿性受到所述表面的化学性质的影响。如果所述物质相对于流体合成物具有低的润湿性，那么所述物质的表面变成相对于流体材料具有低润湿性的区域(以后也称作是低润湿性区域)，并且与这种材料的接触角较大。因此，所述流体合成物不会在表面区域上扩展并且排斥润湿所述表面。另一方面，如果所述物质相对于流体合成物具有高的润湿性(以后称为是高润湿区域)，则与所述材料的接触角较小。因此，所述流体材料在区域表面上扩展并且与表面的润湿很好。另外，润湿性还涉及表面能。具有低润湿性的区域的表面能较低，具有高润湿性的区域的表面能较高。
当将形成区域(其中形成有机化合物材料)表面的润湿性相对于所述材料较低时(差的润湿性)，由于表面张力进一步促进了所述材料的聚集。用于形成有机化合物层的有机化合物材料具有较高的淌度，并且所述材料在所述表面上聚集。因此，通过在第一导电层上提供相对于有机化合物层具有差润湿性的绝缘层(在第一导电层上将形成有机化合物层)，可以在短时间内使得有机化合物层的薄膜厚度不均匀，有机化合物层变形，并且所述第一导电层和第二导电层短路。此外，存在这样的情况，其中电场集中在绝缘层较薄的区域，并且发生介质击穿，这样使得第一和第二导电层短路。从而，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
在本发明中，在有机化合物层(构成了包含在存储装置中的存储元件)和一对导电层(所述有机化合物层夹在该一对导电层之间)中的至少一个导电层之间形成相对于有机化合物材料(用作有机化合物层)具有低(差)润湿性的绝缘层。在本发明中，绝缘层具有绝缘性质。绝缘层可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是大于等于1nm并且小于等于2nm)，并且根据所述绝缘层的材料和制作方法，所述绝缘层不一定是连续薄膜的形状，可以是非连续的岛状形状。在导电层和有机化合物层之间的界面处形成的绝缘层允许载流子的隧道注入；因此流动有隧道电流。因此，在第一和第二导电层之间施加电压时，电流流向有机化合物层从而产生热量。当有机化合物层的温度升高到其玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层的材料变成流体合成物。由于合成物(有机化合物材料)的表面张力和相对于绝缘层表面的差润湿性，所述流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层的厚度变得不均匀，并且有机化合物层变形，第一和第二导电层部分互相接触并且发生短路。最终，在施加电压前后，存储元件的电导率不同。
注意，在该说明书中，半导体装置指的是通过利用半导体性质而发挥作用的装置。通过使用本发明，有可能制作具有多层导线层的集成电路和诸如处理器芯片的半导体装置。
本发明半导体装置的一个方面具有包括位于第一和第二导电层之间的有机化合物层和绝缘层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于有机化合物的表面张力而聚集。通过向第一和第二导电层施加电压，可以执行对存储元件的写入。
本发明的半导体装置的一个方面具有包括第一和第二导电层之间的绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于所述有机化合物的表面张力而聚集，所述有机化合物的表面张力大于绝缘层的表面张力。通过向第一和第二导电层施加电压，可以执行对存储元件的写入。
本发明的半导体装置的一个方面具有包括第一和第二导电层之间的绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于所述有机化合物的表面张力而聚集。熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低的润湿性。通过向第一和第二导电层施加电压，可以执行对存储元件的写入。
本发明的半导体装置的一个方面具有包括第一和第二导电层之间的绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于所述有机化合物的表面张力而聚集。熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低的润湿性，因此使得聚集增强。通过向第一和第二导电层施加电压，执行对存储元件的写入。
本发明的半导体装置的一个方面具有包括第一和第二导电层之间的绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于所述有机化合物的表面张力而聚集，所述有机化合物的表面张力大于绝缘层的表面张力。熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低的润湿性。通过向第一和第二导电层施加电压，执行对存储元件的写入。
本发明的半导体装置的一个方面具有包括第一和第二导电层之间的绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层的存储元件。当熔化时，有机化合物层中的有机化合物由于所述有机化合物的表面张力而聚集，所述有机化合物的表面张力大于绝缘层的表面张力。熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低的润湿性，因此使得聚集增强。通过向第一和第二导电层施加电压，执行对存储元件的写入。
在上述半导体装置中，在执行对存储元件的写入之后，部分第一和第二导电层可以互相接触，或者可以改变有机化合物层的薄膜厚度。
在上述半导体装置中，当通过向第一和第二导电层施加电压执行对存储元件的写入时，有机化合物层中的有机化合物熔化。
通过本发明，可以以低成本和高产出制作高性能和高可靠性的半导体装置。
附图说明
图1是说明本发明的视图。
图2A到2C是说明本发明存储装置的视图。
图3是本发明的存储装置的视图。
图4A和4B是说明本发明存储装置的视图。
图5是本发明的存储装置的视图。
图6是本发明的存储装置的视图。
图7是本发明的存储装置的视图。
图8A和8B是说明本发明存储装置的视图。
图9A到9C是说明本发明存储装置的视图。
图10是本发明的半导体装置的视图。
图11是本发明的半导体装置的视图。
图12A和12B是说明本发明半导体装置的制作方法的视图。
图13A到13G是说明本发明半导体装置的视图。
图14A是说明本发明存储装置的视图，图14B是说明本发明存储装置的电路图。
图15是可以应用于本发明的微滴排放(droplet discharging)装置的结构。
图16是本发明的存储装置的视图。
图17A到17C是说明本发明存储装置的视图。
图18A到18C是说明本发明存储装置的视图。
具体实施方式
尽管参考附图借助于实施例模式和实施例将描述本发明，但是应当理解的是各种修改和变型对于本领域技术人员来讲都是显而易见的。此外，除非这些修改和变型脱离了本发明的范围否则应当解释成是在本发明的范围之内。此外，在本发明的结构中具有相似功能的相同部分在不同的附图中用相同的附图标记表示，因此省略了对这些部分的详细描述。
实施例模式1
在该实施例模式中，将参考附图说明包含在本发明的存储装置中的存储元件的一个结构实例。更具体的说，将描述无源矩阵存储装置的结构。
参考图1A到1D和图9A到9C来描述本发明的存储元件和其工作机制。在该实施例模式中，在有机化合物层(构成了包含在存储装置中的存储元件)和一对导电层(有机化合物层夹在其间)中的至少一个导电层之间形成相对于用作有机化合物层的有机化合物材料具有低(差)润湿性的绝缘层。通过提供绝缘层，存储元件的性质没有变化并且变得稳定，从而可以执行正常的写入。
仅仅在导电层和有机化合物层之间需要提供绝缘层。绝缘层可以提供在有机化合物层和第一和第二导电层之一或者两者之间。
图9A是绝缘层提供在第一导电层和有机化合物层之间的实例。绝缘层51、有机化合物层52以及第二导电层53以这样的顺序形成在第一导电层50上。
图9B是绝缘层提供在第二导电层和有机化合物层之间的实例。有机化合物层62、绝缘层61、以及第二导电层63以这样的顺序形成在第一导电层60上。
图9C是绝缘层提供在有机化合物层和第一与第二导电层两者之间的实例。第一导电层70、第一绝缘层71、有机化合物层72、第二绝缘层74、以及第二导电层53以这样的顺序形成。
作为用于第一导电层50、60和70以及第二导电层53、63和73的材料，使用具有高电导率的元素、化合物等。作为用于有机化合物层52、62和72的材料，在该实施例模式中使用通过电效应改变结晶度、电导率或者形状的物质。由于具有上述结构的存储元件的电导率在施加电压前后改变，对应于“初始条件”和“电导率改变后”的两个值可以存储在存储元件中。对于在施加电压前后存储元件的电导率的变化进行了描述。
在该实施例模式中，参考使用图9A中示出的有机存储器的图1A到1D来描述本发明的有机存储器的原理。图1A示出了在施加电压之前的有机存储器，该存储器是由第一导电层50、绝缘层51、有机化合物层52以及第二导电层53构成的。绝缘层51提供在第一导电层50和有机化合物层52之间。构成有机化合物层52的有机化合物(变成液体合成物)具有高的表面张力。所述液体合成物并没有润湿和扩展，并且由于它相对于所提供的(以便与该液体合成物接触)绝缘层51的表面具有低(差)润湿性，因此排斥绝缘层51的表面。
当用作有机化合物材料的物质的温度升高到该物质的玻璃转变温度时，该物质变成流体。因此，由包含有机化合物材料的物质构成的有机化合物层变成流体合成物(物质)，该流体合成物(物质)在玻璃转变温度或者更高的温度处没有固定的形状，并且性能类似于液体。当有机化合物层变成流体合成物时，材料的形状不再保持在固态，并且随着时间而变化。材料(物质)的表面张力或者相对于所述材料将形成区域的表面的润湿性(在固态不会有多大的影响)开始相当大地影响合成物的形状变形或者影响该材料流动的方向、速度等。
表面张力是用于降低液体的表面积所需要的能量，并且可以认为是液体聚集成球形时所释放的能量(附着能)。因此，当流体材料具有高的表面张力时，所述材料容易移动并且聚集成球形。此外，由于表面张力，材料的淌度、方向、速度等与相对于所述材料将要形成的区域表面的润湿性非常相关。
当在第一导电层50和第二导电层53之间施加电压时，电流流向有机化合物层，从而产生热量。当有机化合物层的温度升高到其玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层的有机化合物材料变成流体合成物。由于构成有机化合物层的有机化合物材料具有高的表面张力，该有机化合物材料比绝缘层51更容易聚集，从而形成球形。由于高的表面张力，流体合成物聚集以便沿着箭头45指示的方向移动；因而变形成有机化合物层42a。根据有机化合物层42a的变形，第二导电层53也变形成第二导电层43b(参考图1B)。
当将要形成的区域(其中形成有机化合物材料)表面的润湿性相对于材料来讲较低(差)时，由于表面张力所述材料的聚集被进一步增强。由于绝缘层51相对于用于形成有机化合物层52的有机化合物材料具有低(差)的润湿性，因此，在绝缘层51的表面上有机化合物材料在沿着箭头46的方向的淌度增大，从而有机化合物层42b变成薄膜厚度更不均匀的形状。根据有机化合物层42b的变形，第二导电层43a还变形成第二导电层43a(参考图1C)。
最终，有机化合物层42b变形成有机化合物层42c并且在绝缘层51上变成不连续层；从而，在绝缘层51上形成不存在有机化合物的区域47(参考图1D)。此后，第一导电层50和第二导电层43c部分相互接触。因此，第一导电层50和第二导电层43c被短路。另外，还存在这样的情况，其中电场集中在有机化合物层较薄的区域，并且高电场可能导致第一和第二导电层之间的短路。从而，存储元件的电导率在施加电压前后存在差异。
尽管图1D示出了其中第一和第二导电层在一个存储元件内的多个点处被短路的实例，但是本发明不限于此。当在该存储元件内的至少一个点处减小有机化合物层的厚度，并且第一和第二导电层短路时，可以执行对存储元件的写入。不用说的是，当如图1D所示在多个点处第一和第二导电层短路时，可以安全地执行对存储元件的写入；从而提高可靠性。
如在该实施例模式中所示，通过在第一导电层上提供相对于有机化合物层具有差润湿性的绝缘层，可以有助于有机化合物层的变形并且使得有机化合物层的薄膜厚度不均匀，在所述第一导电层上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层。因此，第一和第二导电层可以被安全地短路。从而，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异，存储元件的性质没有变化并且变得稳定；因此可以执行正常的写入。
在该实施例模式中，所提供的以便与有机化合物层接触的绝缘层相对于有机化合物材料来讲具有低(差)润湿性。另外，有机化合物材料比绝缘层具有较高的表面张力。因此，在有机化合物材料变成液态的情况下，该有机化合物材料容易聚集并且相对于将要形成的区域具有差的润湿性。因此，如在该实施例模式中所述，当相对于有机化合物材料具有低润湿性的材料用作绝缘层时，在绝缘层的表面上进一步提高了有机化合物材料的聚集，并且使得有机化合物层变形。
另一方面，通过将诸如金属氧化物或者金属氮化物的无机化合物和有机化合物混合，可以得到有机化合物和无机化合物的高耐热性和稳定的混合层。这是由于有机化合物和无机化合物在分子级上相互牢固的附着。因此，即使在有机化合物材料被加热以便被熔化，变成液态，并且由于表面张力而变形称为球形时，但是由于有机化合物在分子级牢固附着到无机化合物上，仍可以防止有机化合物的变形。当在存储元件的第一和第二导电层之间提供稳定的混合层时，由于有机化合物和无机化合物之间的高附着性可以防止有机化合物的聚集而使得有机化合物层不容易变形。此外，由于无机化合物也是绝缘体，因此绝缘体稳定地存在于第一和第二导电层之间。因此可以防止第一和第二导电层被短路。也就是说，当在形成第一导电层之后当形成有机化合物层以便覆盖有机化合物和无机化合物的混合层时，即使混合层是薄的薄膜，但仍可认为第一和第二导电层不容易被短路。因此，当在该实施例模式中仅仅示出有机化合物时，在有机化合物受热熔化之后由于表面张力该有机化合物聚集。因此，有机化合物层存在不连续性。从而，第一和第二导电层在不存在有机化合物的区域中相互接触并且被短路。
在该实施例模式中，绝缘层具有绝缘性质。绝缘层可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是大于等于1nm并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层的材料和制造方法，所述绝缘层不一定具有连续薄膜的形状，可以是不连续的岛状形状。在说明书的其它附图中，示出的绝缘层是连续的层，绝缘层还可以是不连续的岛状形状。在导电层和有机化合物层之间的界面处形成的绝缘层允许载流子的隧道注入，因此流动有隧道电流。因此，当在第一和第二导电层之间施加电压时，电流流向有机化合物层，从而产生热量。当有机化合物层的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层的材料变成流体合成物。由于合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层(形成物质)表面的差的润湿性，该流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层的厚度变得不均匀并且有机化合物层变形，第一和第二导电层互相部分接触且发生短路。最终，在施加电压前后存储元件的导电性存在差异。
最终，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定，因此可以执行对每个元件的正常写入。另外，由于通过绝缘层中的隧道电流提高了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。因此，可以防止在导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
注意，施加到本发明存储元件的第一导电层的电压可能比施加该存储元件的第二导电层的电压要高。可替换的方案是，施加到第二导电层的电压高于施加到第一导电层的电压。在存储元件具有整流特性的情况下，在第一和第二导电层之间可以提供电势差，使得正向偏置电压或者反向偏置电压被施加到该存储元件上。
在图3中示出了本发明的存储装置的一个结构实例。该结构实例具有：其中存储单元721配置成矩阵形的存储单元阵列722；具有列解码器726b、读取电路726b以及选择器726c的位线驱动电路726；具有行解码器724a和电平移动器724b的字线驱动电路724，以及包括写入电路等并且执行与外界交互作用的接口723。注意，这里示出的存储装置716的结构仅仅是一个实例，该存储装置可以具有其它的电路诸如读出放大器、输出电路以及缓冲器，并且在位线驱动电路中可以提供写入电路。
存储单元721具有构成字线Wy(1≤y≤n)的第一导电层、构成位线Bx(1≤x≤m)的第二导电层以及有机化合物层。有机化合物层是作为第一和第二导电层之间的单层或者叠层来提供的。
在图2A中示出了存储单元阵列722的顶视图，并且在图2B和2C中示出了沿着图2A中的线A-B的截面视图。注意，在图2A中没有示出绝缘层754，但是在图2B中示出了绝缘层754。
存储单元阵列722具有：第一导电层751a、751b和751c以及沿着第一方向延伸的间隔(绝缘层)755；所提供的用于覆盖第一导电层751a、751b和751c以及间隔(绝缘层)755的有机化合物层752；沿着第二方向即垂直于第一方向延伸的第二导电层753a、753b和753c(参考图2A)。有机化合物层752提供在第一导电层751a、751b和751c以及第二导电层753a、753b和753c之间。另外，绝缘层754作为保护薄膜提供，用于覆盖第二导电层753a、753b和753c(参考图2B)。在第一导电层751a、751b和751c上绝缘层756和有机化合物层752以这样的顺序形成。注意，在相互靠近的存储单元之间的横向方向中存在电场效应的情况下，所提供的用于每个存储单元的有机化合物层752可以分离。另外，对于每个存储单元来讲绝缘层756可以分离。
图2C是图2B的修改实例，在衬底790上具有第一导电层791a、791b和791c，有机化合物层792，第二导电层793b以及作为保护层的绝缘层794。在第一导电层791a、791b和791c上绝缘层796和有机化合物层792以这样的顺序形成。作为图2C中示出的第一导电层791a、791b和791c，第一导电层可以具有锥形端部以及其中曲率半径连续变化的形状。通过使用微滴排放方法等可以形成如第一导电层791a、791b和791c的形状。当第一导电层的弯曲表面具有这样的曲率时，将被堆叠的导电层和有机化合物层的覆盖率是良好的。
另外，可以形成间隔(绝缘层)以便覆盖第一导电层的端部。所述间隔(绝缘层)作为将一个存储元件与另一个存储元件分开的壁。图8A和8B示出了其中第一导电层的端部被间隔(绝缘层)覆盖的结构。
图8A示出了这样的实例，其中在第一导电层771a、771b和771c以及有机化合物层772之间形成绝缘层776。在该实施例模式中，间隔(绝缘层)775形成为锥形以便覆盖第一导电层771a、771b和771c的每个端部。在提供在衬底770上的第一导电层771a、771b和771c以及绝缘层776上，间隔(绝缘层)775、有机化合物层772、第二导电层773b和绝缘层774以这样的顺序形成。
在图8B所示的存储装置中，间隔(绝缘层)765具有其中曲率半径连续变化的曲率和形状。在第一导电层761a、761b和761c上分别形成绝缘层766a、766b和766c。如在图8B中所示，对于每个存储元件来讲绝缘层可以分离。在提供在衬底760上的第一导电层761a、761b和761c以及绝缘层766a、766b和766c上，有机化合物层762、第二导电层763b和绝缘层764以这样的顺序形成。
在本发明中，通过使用无机绝缘体或者热稳定和化学稳定并且没有注入载流子的有机化合物形成绝缘层。混合在有机化合物层中的绝缘体优选具有10-10s/m或者更小的电导率，更优选的是具有大于等于10-10s/m和小于等于10-14s/m的电导率。在下面描述了可以用作绝缘层的无机绝缘体和有机化合物的实例。
在本发明中，作为用作绝缘层的无机绝缘体可以使用这样的氧化物，诸如：氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氧化铷(Rb2O)、氧化铍(BeO)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化钪(Sc2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO2)、氧化芦(RfO2)、氧化钽(TaO)、氧化锝(TcO)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钴(CoO)、氧化钯(PdO)、氧化银(Ag2O)、氧化铝(Al2O3)、氧化镓(Ga2O3)或者氧化铋(Bi2O3)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用氟化物，诸如氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氟化钾(KF)、氟化铷(RbF)、氟化铍(BeF2)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化锶(SrF2)、氟化钡(BaF2)、氟化铝(AlF3)、三氟化氮(NF3)、六氟化硫(SF6)或者氧化锰(MnF3)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用氯化物，诸如氯化锂(LiCl)、氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化铍(BeCl2)、氯化钙(CaCl2)、氯化钡(BaCl2)、氯化铝(AlCl3)、氯化硅(SiCl4)、氯化锗(GeCl4)、氯化锡(SnCl4)、氯化银(AgCl)、氯化锌(ZnCl)、四氯化钛(TiCl4)、三氯化钛(TiCl3)、氯化锆(ZrCl4)、氯化铁(FeCl3)、氯化钯(PdCl2)、三氯化锑(SbCl3)、二氯化锑(SbCl2)、氯化锶(SrCl2)、氯化铊(TlCl)、氯化铜(CuCl)、氯化锰(MnCl2)或者氯化钌(RuCl2)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用溴化物，诸如溴化钾(KBr)、溴化铯(CsBr)、溴化银(AgBr)、溴化钡(BaBr2)、溴化硅(SiBr4)或者溴化锂(LiBr)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用碘化物，诸如碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)、碘化钡(BaI2)、碘化铊(TlI)、碘化银(AgI)、碘化钛(TiI4)、碘化钙(CaI2)、碘化硅(SiI4)、或者碘化铯(CsI)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用碳酸盐，诸如碳酸锂(Li2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸镁(MgCO3)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)、碳酸钡(BaCO3)、碳酸锰(MnCO3)、碳酸铁(FeCO3)、碳酸钴(CoCO3)、碳酸镍(NiCO3)、碳酸铜(CuCO3)、碳酸银(Ag2CO3)或者碳酸锌(ZnCO3)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用硫酸盐，诸如硫酸锂(Li2SO4)、硫酸钾(K2SO4)、硫酸钠(Na2SO4)、硫酸镁(MgSO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸锶(SrSO4)、硫酸钡(BaSO4)、硫酸钛(Ti2(SO4)3)、硫酸锆(Zr(SO4)2)、硫酸锰(MnSO4)、硫酸亚铁(FeSO4)、硫酸铁(Fe2(SO4)3)、硫酸钴(CoSO4)、硫酸钴(Co2(SO4)3)、硫酸镍(NiSO4)、硫酸铜(CuSO4)、硫酸银(Ag2SO4)、硫酸锌(ZnSO4)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、硫酸铟(In2(SO4)3)、硫酸锡(SnSO4)、硫酸锡(Sn(SO4)2)、硫酸锑(Sb2(SO4)3)或者硫酸铋(Bi2(SO4)3)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用硝酸盐，诸如硝酸锂(LiNO3)、硝酸钾(KNO3)、硝酸钠(NaNO3)、硝酸镁(Mg(NO3)2)、硝酸钙(Ca(NO3)2)、硝酸锶(Sr(NO3)2)、硝酸钡(Ba(NO3)2)、硝酸钛(Ti(NO3)4)、硝酸锶(Sr(NO3)2)、硝酸钡(Ba(NO3)2)、硝酸锆(Zr(NO3)4)、硝酸锰(Mn(NO3)2)、硝酸亚铁(Fe(NO3)2)、硝酸铁(Fe(NO3)3)、硝酸钴(Co(NO3)2)、硝酸镍(Ni(NO3)2)、硝酸铜(Cu(NO3)2)、硝酸银(AgNO3)、硝酸锌(Zn(NO3)2)、硝酸铝(Al(NO3)2)、硝酸铟(In(NO3)3)、硝酸锡(Sn(NO3)2)或者硝酸铋(Bi(NO3)3)。
在本发明中，作为可以用作绝缘层的另一无机绝缘体，可以使用氮化物，诸如氮化铝(AlN)或者氮化硅(SiN)；或者羧酸盐，诸如醋酸锂(LiCOOCH3)、醋酸钾(KCOOCH3)、醋酸钠(NaCOOCH3)、醋酸镁(Mg(COOCH3)2)、醋酸钙(Ca(COOCH3)2)、醋酸锶(Sr(COOCH3)2)或者醋酸钡(Ba(COOCH3)2)。
在本发明中，前述无机绝缘体中的一种或者多种绝缘体可以用作绝缘层。
在本发明中，对于绝缘层来讲可以使用具有带隙为3.5eV或者更大，更优选的是4eV或者更大且6eV或者更小的有机化合物，对于这样的带隙来讲载流子不容易注入。例如，可以使用，聚酰亚胺、丙烯腈系纤维、聚酰胺、苯并环丁烯、聚酯、线型酚醛树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂、法郎树脂、邻苯二甲酸二烯丙基树脂或者硅氧烷树脂。
在本发明中，前述有机化合物中的一种或者多种有机化合物可以用作绝缘层。
在本发明中，通过使用前述无机绝缘体和有机化合物中的一种或者多种可以形成绝缘层。在本发明中，绝缘层具有绝缘性质。
使用诸如共蒸发的蒸发方法、诸如旋转涂覆方法的施加方法以及溶胶-凝胶方法可以形成绝缘层。另外，可以使用微滴排放(喷射)方法(根据其模式还被称作是油墨-喷射方法)，所述方法通过选择排放(注射)用于特定目的的混合合成物的液滴能够形成预定图案；将目标转移或者绘制成期望图案的方法，例如各种印刷方法(用于形成期望图案的方法，诸如丝网印刷(油印)、胶板(光刻)印刷、凸版印刷或者照相凹版(凹雕)印刷)。
对于存储单元的上述结构中的衬底750、760、770和780，除了玻璃衬底或者柔性衬底之外可以使用石英衬底、硅衬底、金属衬底、不锈钢衬底等。柔性衬底是可以弯曲的衬底(柔性的)。例如，可以使用由聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜等制成的塑料衬底。另外，可以使用叠层薄膜(聚丙烯、聚酯、乙烯基、聚氟乙烯、聚氯乙烯等)、由含纤维的材料制成的纸、基膜(诸如聚酯、聚酰胺、无机沉积薄膜和纸)等。另外，存储单元阵列722可以提供在场效应晶体管(FET)(形成在诸如Si的半导体衬底上)上，或者提供在薄膜晶体管(TFT)上(该薄膜晶体管形成在玻璃衬底等上)。
对于第一导电层751a到751c；第一导电层761a到761c；第一导电层771a到771c；第一导电层791a到791c；第二导电层753a到753c；第二导电层763a到763c；第二导电层773a到773c；第二导电层793a到793c，使用高导电性的元素或者化合物等。典型的可以使用下面单个元素的单层或者叠层、或者包含下面多种元素的合金的单层或者叠层：金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等。作为包含上述多种元素的合金，例如可以使用包含Al和Ti的合金；包含Al、Ti和C的合金；包含Al和Ni的合金；包含Al和C的合金；包含Al、Ni和C的合金；包含Al和Mo的合金等。
使用蒸发方法、溅射方法、CVD方法、印刷方法或者微滴排放方法可以形成第一导电层751a到751c；第一导电层761a到761c；第一导电层771a到771c；第一导电层791a到791c；第二导电层753a到753c；第二导电层763a到763c；第二导电层773a到773c；第二导电层783a到783c。
在第一导电层751a到751c；第一导电层761a到761c；第一导电层771a到771c；第一导电层791a到791c；第二导电层753a到753c；第二导电层763a到763c；第二导电层773a到773c；第二导电层793a到793c中，可以提供第一导电层或者第二导电层，或者提供两者以便具有透光性。使用透明导电材料形成具有透光性的导电层，或者如果没有使用透明导电材料，则形成其厚度允许光透射的具有透光性的导电层。作为透明导电材料，可以使用具有透光性的氧化物导电材料，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)和添加镓的氧化锌(GZO)等。可以使用氧化物导电材料，所述氧化物导电材料使用其中2-20wt％的氧化锌(ZnO)与ITO混合、含有氧化硅的氧化铟锡(以后称作是ITSO)或者是含有氧化硅的氧化铟的靶来形成的。
使用其中电导率被电效应改变的有机化合物来形成有机化合物层752、762、772和792。可以以单层或者多层的叠层来提供有机化合物层752、762、772和792。另外，使用其中导电率被电效应改变的有机化合物形成的叠层来提供有机化合物层。
作为可以形成有机化合物层752、762、772和792的有机化合物，可以使用由聚酰亚胺、丙烯腈系纤维、聚酰胺、苯并环丁烯、环氧树脂等表示的有机树脂。
作为可以形成有机化合物层752、762、772和792的有机化合物(其中通过电效应改变电导率)，可以使用具有空穴传输性质的有机化合物材料或者使用具有电子传输性质的有机化合物材料。
作为具有空穴传输性质的有机化合物材料，可以使用芳族胺化合物(换句话说，具有苯环-氮键)，诸如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(简写为α-NPD)；4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(简写为TPD)；4，4’，4”-三(N，N-二苯基-氨基)-三苯胺(简写为TDATA)；4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(简写为MTDATA)；和4，4’，-二(N-(4-(N，N-二-m-甲苯基氨基)苯基)-N-苯基氨基)-联苯(简写为DNTPD)，或者酞菁化合物，诸如酞菁(简写为H2Pc)、铜酞菁(简写为CuPc)以及氧钒基酞菁(简写为VOPc)。这里提到的物质主要是具有空穴迁移率为10-6cm2/Vs或者更大，更优选的是10-6cm2/Vs或者更大并且等于10-2cm2/Vs或者更小的物质。
作为具有电子传输性质的有机化合物材料，可以使用由具有喹啉骨架或者苯并喹啉骨架的金属合成物制成的材料，诸如三(8-羟基喹啉)铝(简写为Alq3)，三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简写为Almq3)，二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简写为BeBq2)和二(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-苯基吡啶基-铝(简写为BAlq)等。另外，可以使用具有恶唑基或者噻唑基的配合基的金属合成物制成的材料，诸如二[2-(2-羟苯基)benzoxazolato]锌(简写为Zn(BOX)2)以及二[2-(2-羟苯基)benzothiazolato]锌(简写为Zn(BTZ)2)。另外，除了金属合成物之外，可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4恶二唑(简写为PBD)；1，3-二[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4恶二唑-2-基]苯(简写为OXD-7)；3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4噻唑(简写为TAZ)；3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4噻唑(简写为p-EtTAZ)；红菲绕啉(简写为BPhen)；浴铜灵(简写为BCP)等。这里提到的物质主要是具有电子迁移率为10-6cm2/Vs或者更大，更优选的是10-6cm2/Vs或者更大并且等于10-2cm2/Vs或者更小的物质。
在本发明中，对于有机化合物层来讲可以使用上述有机化合物材料的一种或者多种。
可以使用蒸发方法、电子束蒸发方法、溅射方法、CVD方法等来形成有机化合物层752，762，772和792。在使用多种材料的情况下，通过同时沉积每种材料可以形成有机化合物层。可以通过结合相同的方法或者不同类型的方法来形成有机化合物层，诸如通过电阻加热蒸发的共蒸发、通过电子束蒸发的共蒸发、通过电阻加热蒸发和电子束蒸发的共蒸发、通过电阻加热蒸发和溅射的沉积，以及通过电子束蒸发和溅射的沉积。
注意，使用这样的薄膜厚度来形成有机化合物层752，762，772和792，使得通过电效应改变存储元件的电导率。
作为间隔(绝缘层)765和775，可以使用无机绝缘材料，诸如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化铝、氮化铝或者氧氮化铝；丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物；耐热性的高分子化合物，诸如聚酰亚胺、芬芳聚酰胺或聚苯并咪唑；或者硅氧烷树脂。注意，硅氧烷树脂对应于含有Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构是通过硅(Si)和氧(O)之间的键来构成的。作为取代基，使用包含至少氢的有机基团(例如烷基或者是芳香族烃)。作为取代基，还可以使用氟代基团。可替换的方案是，包含至少氢的有机基团和氟代基团可以用作取代基。另外，使用诸如聚乙烯醇或者聚乙烯醇缩丁醛的乙烯树脂；或者诸如环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂或者聚氨酯树脂的树脂材料。另外，可以使用有机材料，诸如苯并环丁烯、聚对苯二甲撑、氟化芳醚，或者聚酰亚胺，或者包含水溶性均聚物和水溶性共聚物的合成材料。作为制作方法，可以使用诸如等离子体CVD方法或者热CVD方法的蒸发生长方法或者溅射方法。另外，还可以使用微滴排放方法或者印刷方法(用于形成图案的方法，诸如丝网印刷或者胶板印刷)。还可以使用通过涂覆方法得到的TOF薄膜、SOG薄膜等。
在通过微滴排放方法排放合成物来形成导电层、绝缘层等之后，将表面通过压力挤压而被平坦化，从而增加了平整度。作为挤压的方法，通过扫描表面上的滚筒状物体或者使用平坦的板状物体来垂直挤压所述表面可以降低不均匀度。在挤压时可以执行加热步骤。另外，通过熔剂等可以使得所述表面软化或者熔化，并且使用气刀可以除去该表面的不均匀部分。另外，可以使用CMP方法来抛光该表面的不均匀部分。当由于微滴排放方法造成出现不均匀时，可以施加该CMP步骤来平坦化所述表面。
另外，在该实施例模式的前述结构中，可以分别在第一导电层50、60和70，第一导电层751a到751c，第一导电层761a到761c，第一导电层771a到771c和第一导电层791a到791c与绝缘层51、有机化合物层62、绝缘层71，绝缘层756，绝缘层766a和766b，绝缘层776和绝缘层796之间提供具有整流性质的元件。具有整流性质的元件是其中栅电极和漏电极连接的晶体管或者是二极管。采用这样的方式，通过提供具有整流性质的二极管，由于电流仅仅沿着一个方向流动，这样降低了误差并且提高了读取容限。注意，可以分别在有机化合物层52，有机化合物层62，有机化合物层72，有机化合物层752，有机化合物层762，有机化合物层772和有机化合物层792与第二导电层53，第二导电层63，第二导电层73，第二导电层753a到753c，第二导电层763a到763c，第二导电层773a到773c和第二导电层793a到793c之间提供具有整流性质的元件。
通过使用本发明的存储元件，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于通过绝缘层中的隧道电流提高了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。因此，可以防止在导电之前初始状态中的存储元件被短路的缺陷。最终，可以以高产出提供具有高可靠性的存储装置和半导体装置。
实施例模式2
在该实施例模式中，将描述具有不同于实施例模式1的结构的存储装置。特别是，描述有源矩阵存储装置的结构。
图5示出了在该实施例模式中描述的存储装置的一个结构实例，它包括：其中存储单元231配置成矩阵形的存储单元阵列232；具有列解码器226a、读取电路226b以及选择器226c的位线驱动电路226；具有行解码器224a和电平移动器224b的字线驱动电路224；以及包括写入电路等并且执行与外界交互作用的接口223。注意，这里示出的存储装置217的结构仅仅是一个实例，该存储装置可以具有其它的电路诸如读出放大器、输出电路或缓冲器，并且在位线驱动电路中可以提供写入电路。
存储单元231具有构成字线Wy(1≤y≤n)的第一导线、构成位线Bx(1≤x≤m)的第二导线、晶体管210a以及存储元件215b。存储元件215b具有其中有机化合物层被夹在一对导电层之间的结构。
在图4A中示出了存储单元阵列232的顶视图，并且在图4B中示出了沿着图4A中的线E-F的截面视图。另外，省略了绝缘层216、有机化合物层212、第二导电层213、绝缘层214并且在图4A中没有示出，但是在图4B中都示出了这些层。
在存储单元阵列232中，将沿着第一方向延伸的第一导线205a和205b以及沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的第二导线202布置成矩阵。另外，第一导线连接到晶体管210a和晶体管210b的源电极或者漏电极，并且第二导线连接到晶体管210a和晶体管210b的栅电极。第一导电层206a和206b连接到晶体管210a和210b的源电极或者漏电极，所述第一导电层206a和206b没有连接到第一导线。另外，通过堆叠第一导电层206a和206b、绝缘层216、有机化合物层212以及第二导电层213来提供存储元件215a和存储元件215b。在相互临近的每个存储单元231之间提供间隔(绝缘层)207，并且在第一导电层和间隔(绝缘层)207上堆叠有机化合物层212和第二导电层213。提供绝缘层214作为第二导电层213上的保护层。另外，作为晶体管210a和210b，使用薄膜晶体管(参考图4B)。
在衬底200上提供图4B中的存储装置，并且具有绝缘层201a、201b、208、209和211；构成晶体管210a的半导体层204a；栅电极层202a；还用作源电极层或者漏电极层的第一导线205a；构成晶体管210b的半导体层204b；和栅电极层202b。尽管，在实施例模式1中描述了在图8中形成间隔之前形成绝缘层的情况，但是该实施例模式示出了在形成间隔(绝缘层)207之后形成绝缘层216的情况。在本发明中，由于仅仅需要在导电层和有机化合物层之间提供绝缘层，可以首先形成绝缘层或者间隔。在第一导电层206a和206b以及间隔(绝缘层)207上，绝缘层216、有机化合物层212以及第二导电层213以这样的顺序形成。尽管在该实施例模式中，绝缘层提供在第一导电层和有机化合物层之间，但是绝缘层可以仅仅提供在有机化合物层和第二导电层之间，如实施例模式1所述的。可替换的方案是，第一导电层、第一绝缘层、有机化合物层、第二绝缘层和第二导电层以这样的顺序堆叠，以便插入有机化合物层。
在该实施例模式中，绝缘层具有绝缘性质。该绝缘层可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是1nm或者更大并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层的材料和制作方法，绝缘层不一定具有连续薄膜的形状可以是不连续的岛状形状。在导电层和有机化合物层之间的界面处形成的绝缘层216允许载流子的隧道注入；因此电流稳定的流向有机化合物层212。因此，当电压施加到第一导电层206a和206b以及第二导电层213时，电流流向有机化合物层；从而产生热量。当有机化合物层的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层的材料变成流体合成物。因为该合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层(形成物质)表面的差润湿性，流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持在固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层的厚度变得不均匀并且有机化合物层变形，第一导电层和第二导电层部分相互接触，并且发生短路。最终，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异。
如在该实施例模式中所述的，通过在第一导电层206a和206b上提供相对于有机化合物层212具有差润湿性的绝缘层216，可以促进有机化合物层212的变形并且使得有机化合物层212的薄膜厚度变得不均匀，在所述第一导电层206a和206b上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层212。从而，第一导电层和第二导电层可以被进一步安全地短路。结果，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
从而，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道效应改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。从而，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
另外，如在图6中所示，存储元件265a和265b可以分别连接到提供在单晶半导体衬底250上的场效应晶体管260a和260b。这里，构建存储元件265a和265b，以便提供绝缘层270，从而覆盖场效应晶体管260a和260b的源电极层或者漏电极层255a到255d，并且第一导电层256a、第一导电层256b、间隔(绝缘层)267、绝缘层266a和266b、有机化合物层262a和262b和第二导电层263提供在绝缘层270上。类似于绝缘层266a和266b以及有机化合物层262a和262b，使用掩模等，对于每个存储单元可以选择性地提供绝缘层和有机化合物层。另外，在图6中示出的存储装置还具有元件隔离区域268、绝缘层269、261和264。绝缘层266a和266b形成在第一导电层256a和256b以及间隔267上，并且有机化合物层262a和262b、和第二导电层263形成在绝缘层266a和266b上。尽管在该实施例模式中绝缘层可以提供在第一导电层和有机化合物层之间，但是绝缘层可以仅仅提供在有机化合物层和第二导电层之间，如在实施例模式1中所示的。可替换的方案是，第一导电层、第一绝缘层、有机化合物层、第二绝缘层和第二导电层以这样的顺序堆叠，其间插入有机化合物层。
在该实施例模式中，绝缘层266a和266b具有绝缘性质。该绝缘层可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是1nm或者更大并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层的材料和制作方法，绝缘层不一定具有连续薄膜的形状可以是不连续的岛状形状。分别在第一导电层256a和256b与有机化合物层262a和262b之间的界面处形成的绝缘层266a和266b允许载流子的隧道注入；因此电流稳定的流向有机化合物层262a和262b。因此，当电压施加到第一导电层256a和256b以及第二导电层263时，电流流向有机化合物层262a和262b；从而产生热量。当有机化合物层262a和262b的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层262a和262b的材料变成流体合成物。因为该合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层266a和266b表面的差润湿性，流体合成物聚集以便流动(移动)，而没有保持在固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层262a和262b的厚度变得不均匀并且有机化合物层262a和262b变形，第一导电层256a和256b和第二导电层263部分接触，并且使得第一导电层256a和256b和第二导电层263安全地短路。最终，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异。
如在该实施例模式中所述的，通过在第一导电层256a和256b上提供相对于有机化合物层262a和262b具有差润湿性的绝缘层266a和266b，可以促进有机化合物层262a和262b的变形并且使得有机化合物层262a和262b的薄膜厚度变得不均匀，在所述第一导电层256a和256b上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层262a和262b。然后，第一导电层256a和256b和第二导电层263可以被进一步安全地短路。结果，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
从而，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道效应改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。因此，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
采用这样的方式，通过提供绝缘层270形成存储元件，可以随意地布置第一导电层。换句话说，在图4B的结构中，在没有形成晶体管210a和210b的源电极层或者漏电极层的区域中，有必要提供存储元件215a和215b，然而根据上述的结构，例如可以在晶体管210a和210b上形成存储元件215a和215b。最终，可以实现存储装置217的较高集成。
晶体管210a和210b只要可以作为开关元件，它们可以具有任意类型的结构。另外，各种半导体可以用于半导体层，诸如非晶半导体、结晶半导体、多晶半导体以及微晶半导体，并且可以使用有机化合物来形成有机晶体管。尽管，在图4A中示出了在具有绝缘性质的衬底上提供平面类型的薄膜晶体管的实例，但是所述晶体管可以具有交叉类型或者反向交叉类型的结构。
在图7中示出了具有反向交叉类型结构的薄膜晶体管的实例。反向交叉类型结构薄膜晶体管的晶体管290a和290b被提供在衬底280上。晶体管290a具有绝缘层288、栅电极层281、非晶半导体层282、每层都具有一种导电类型的半导体层283a和283b、以及源电极或者漏电极层285；并且该源电极或者漏电极层是构成存储元件的第一导电层286。通过堆叠间隔(绝缘层)287构建存储元件295a和295b，以便覆盖第一导电层286a和286b的端部，然后在第一导电层286a和286b以及间隔(绝缘层)287上形成有机化合物层292、第二导电层293以及作为保护层的绝缘层294。尽管在该实施例模式中绝缘层可以提供在第一导电层和有机化合物层之间，但是绝缘层可以仅仅提供在有机化合物层和第二导电层之间，如在实施例模式1中所示的。可替换的方案是，第一导电层、第一绝缘层、有机化合物层、第二绝缘层和第二导电层以这样的顺序堆叠，其间插入有机化合物层。
在该实施例模式中，绝缘层296具有绝缘性质。该绝缘层296可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是1nm或者更大并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层296的材料和制作方法，绝缘层296不一定具有连续薄膜的形状可以是不连续的岛状形状。在第一导电层286a和286b与有机化合物层292之间的界面处形成的绝缘层296允许载流子的隧道注入；因此电流流向有机化合物层292。因此，当电压施加到第一导电层286a和286b以及第二导电层293时，电流流向有机化合物层292；从而产生热量。当有机化合物层292的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层292的材料变成流体合成物。因为该合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层296(形成物质)表面的差润湿性，流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持在固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层292的厚度变得不均匀并且有机化合物层292变形，第一导电层286a和286b与第二导电层293部分接触，这样使得第一导电层286a和286b与第二导电层293短路。最终，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异。
如在该实施例模式中所述的，通过在第一导电层286a和286b上提供相对于有机化合物层292具有差润湿性的绝缘层296a和296b，可以促进有机化合物层292的变形并且使得有机化合物层292的薄膜厚度变得不均匀，在所述第一导电层286a和286b上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层292。然后，第一导电层286a和286b和第二导电层293可以被进一步安全地短路。结果，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
从而，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道效应改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。因此，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
在图7所示的存储装置中，使用微滴排放方法来形成栅电极层281、源电极层或者漏电极层285、第一导电层286a、第一导电层286b以及间隔(绝缘层)287。微滴排放方法是这样的一种方法，其中包含成分形成材料(流体)的合成物作为微滴排放(注射)，从而形成需要的图案。包含成分形成材料的微滴被排放到成分的待形成区域，并且通过烘烤、干燥等来固化而将成分形成需要的图案。
图15示出了用作微滴排放方法的微滴排放装置的一个模式。微滴排放工具1403的每个头1405和1412连接到控制工具1407，并且该控制工具1407受到计算机1410的控制，使得可以绘制预先编程的图案。例如基于形成在衬底1400上的标记1411作为参考，可以确定绘制定时。可替换的方案是，基于衬底1400的边缘作为参考，可以固定参考点。通过成像工具1404来检测参考点，并且通过图像处理工具1409将其转换成数字信号。然后，该数字信号被计算机1410识别以产生控制信号，并且该控制信号被传输到控制工具1407。使用电荷耦合装置(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器等可以用作成像工具1404。不用说的是，关于将形成在衬底1400上的图案的数据被存储在存储媒体1408中，并且基于所述数据将控制信号传输到控制工具1407，使得微滴排放工具1403的每个头1405和1412可以被单独控制。从材料供应源1413和1414通过管分别向头1405和1412提供将被排放的材料。
头1405具有一种内部结构，该内部结构具有被液体材料填充的空间，如虚线1406所示；以及作为排放开口的喷嘴。尽管没有示出，头1412的内部结构类似于头1405的内部结构。当头1405和1412的喷嘴尺寸互不相同时，可以同时汲取具有不同宽度的不同材料。还可以从一个头来排放导电材料、有机材料、无机材料等来绘制图案。在绘制宽区域诸如层间膜的情况下，可以从多个喷嘴同时排放相同的材料以提高物料通过量，从而可以执行绘制。当使用大尺寸的衬底时，头1405和1412可以任意地在沿着箭头所指方向在衬底上扫描，并且可以任意地设置将被绘制的区域。这样，可以在一个衬底上绘制多个相同的图案。
在通过微滴排放方法形成导电层的情况下，如下来形成导电层：排放包含颗粒状导电材料的合成物，通过烘烤来熔合或者焊接并且结合以便固化。通过这样的排放以及烘烤包含如前面提到的导电材料的合成物而形成的导电层(或者绝缘层)倾向于显示具有许多晶界的多晶状态，而通过溅射方法形成的导电层(或者绝缘层)倾向于呈现柱形的结构。
另外，任意结构可以用作包含在晶体管中的半导体层。例如，可以形成杂质区域(包括源区、漏区和LDD区)，并且可以使用p沟道型或者n沟道型。可以提供绝缘层(侧壁)以与栅电极的侧表面接触，或者可以在源区和漏区中的一个或者两者中以及栅电极中形成硅化物层。作为用于硅化物层的材料，可以使用镍、钨、钼、钴、铂等。
作为在该实施例模式中所描述的材料和形成第一导电层206a、206b、256a、256b、286a和286b以及第二导电层213、263和293的方法，可以使用在实施例模式1中所描述的任一材料和形成方法。
通过使用与实施例模式1中描述的有机化合物层752相同的材料和形成方法可以提供有机化合物层212、262a、262b以及292。
另外，可以在第一导电层206a、206b、256a、256b、286a和286b以及绝缘层216、266a、266b和296之间提供整流元件。所述整流元件通常指的是其中栅电极和漏电极连接的晶体管或者二极管。例如，可以使用通过堆叠n型半导体层和p型半导体层提供的PN结二极管。采用这样的方式，由于通过提供整流二极管电流仅仅沿着一个方向流动，因此可以减小误差并且提高读取容限。注意，在提供二极管的情况下，不仅可以提供具有PN结的二极管，而且可以提供具有另一结构的二极管，诸如具有PIN结的二极管或者雪崩二极管。注意，整流元件可以提供在有机化合物层212、262a、262b和292与第二导电层213、263和293之间。
通过本发明的存储元件，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道电流改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。从而，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。最终，可以以高产出提供具有高可靠性的存储装置和半导体装置。
实施例模式3
在该实施例模式中，参考附图描述具有前述实施例模式中所描述的存储装置的半导体装置的实例。
在该实施例模式中描述的半导体存储装置能够读取和写入数据而没有接触。数据传输方法大致划分成：使用布置在相对位置的一对线圈通过互感进行通信的电磁耦合方法，通过感应电磁场进行通信的电磁感应方法以及通过使用无线电波进行通信的无线电波方法，并且可以使用这些方法中的任一种方法。可以采用两种方法来提供用于传输数据的天线。一种方法是在配置有多个元件和存储元件的衬底上提供天线，另一种方法是在配置有多个元件和存储元件的衬底上提供端子部分，并且将提供在另一衬底上的天线连接到所述端子部分。
首先，参考图10描述在配置有多个元件和存储元件的衬底上提供天线的情况下半导体装置的一个结构实例。
图10描述了包括具有有源矩阵结构的存储装置的半导体装置。在衬底300上提供元件形成层335，该元件形成层具有包含晶体管310a和310b的晶体管部分330、包含晶体管320a和320b的晶体管部分340以及绝缘层301a、301b、308、311、316和314。在元件形成层335上提供作为天线的导电层343和存储元件部分325。
注意，这里示出的是在元件形成层335上提供作为天线的导电层343或存储元件部分325的情况，然而本发明并不限于这样的结构，有可能在元件形成层335下方或者作为元件335的相同层的下方提供作为天线的导电层343或存储元件部分325。
存储元件部分325包括存储元件315a和315b。通过在第一导电层306a上堆叠间隔(绝缘层)307a、间隔(绝缘层)307b、有机化合物层312以及第二导电层313来形成存储元件315a。通过在第一导电层306b上堆叠间隔(绝缘层)307b、间隔(绝缘层)307c、绝缘层326、有机化合物层312以及第二导电层313来提供存储元件315b。另外，形成作为保护薄膜的绝缘层314以便覆盖第二导电层313。其中多个存储元件315a和315b分别形成的第一导电层306a和306b连接到晶体管310a和310b的源电极层或者漏电极层。换句话说，每个存储元件连接到一个晶体管。完全形成绝缘层326和有机化合物层312从而覆盖第一导电层306a和306b以及间隔(绝缘层)307a、307b、和307c；然而可以在每个存储单元中选择性地形成绝缘层326和有机化合物层312。注意，可以使用在前述实施例模式中所描述的材料和形成方法来形成存储元件315a和315b。
在本发明中，由于仅仅需要在导电层和有机化合物层之间提供绝缘层，因此可以首先形成绝缘层或者间隔。尽管在该实施例模式中，绝缘层是提供在第一导电层和有机化合物层之间，然而绝缘层也可以仅仅提供在有机化合物层和第二导电层之间。可替换的方案是，第一导电层、第一绝缘层、有机化合物层、第二绝缘层以及第二导电层以这样的顺序堆叠，以便如实施例模式1中所描述的那样插入有机化合物层。
在该实施例模式中，绝缘层326具有绝缘性质。该绝缘层326可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是1nm或者更大并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层的材料和制作方法，绝缘层不一定具有连续薄膜的形状可以是不连续的岛状形状。在第一导电层306a和306b与有机化合物层312之间的界面处形成的绝缘层326允许载流子的隧道注入；因此电流稳定地流向有机化合物层312。因此，当电压施加到第一导电层306a和306b以及第二导电层313时，电流流向有机化合物层312；从而产生热量。当有机化合物层312的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层312的材料变成流体合成物。因为该合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层326(形成物质)表面的差润湿性，流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持在固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层312的厚度变得不均匀并且有机化合物层312变形，第一导电层306a和306b与第二导电层313部分接触，这样使得第一导电层306a和306b和第二导电层313短路。最终，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异。
如在该实施例模式中所述的，通过在第一导电层306a和306b上提供相对于有机化合物层312具有差润湿性的绝缘层326，可以促进有机化合物层312的变形并且使得有机化合物层312的薄膜厚度变得不均匀，在所述第一导电层306a和306b上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层312。从而，第一导电层306a和306b和第二导电层313可以被进一步安全地短路。结果，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
从而，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道效应改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。因此，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
另外，在存储元件315a中，具有整流性质的元件可以提供在第一导电层306a和绝缘层326之间，或者提供在有机化合物层312和第二导电层313之间，如在前述实施例模式中所示的。作为具有整流性质的元件，可以使用上述元件的其中之一。注意，对于存储元件315b来讲，情况同样如此。
这里，作为天线的导电层343是提供在与第二导电层313形成在同一层中的导电层342之上。注意，作为天线的导电层可以与第二导电层313形成在同一层中。
作为用作天线的导电层343的材料，可以使用选自金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)等的单个元素和包含上述多种元素的合金。另外，作为天线的导电层343可以通过蒸发方法、溅射方法、CVD方法、诸如丝网印刷和照相凹版印刷的各种印刷方法、微滴排放方法等。
使用p沟道TFT、n沟道TFT或者结合p沟道TFT和n沟道TFT的CMOS可以提供包含在元件形成层335中的每个晶体管310a、310b、320a和320b。另外，任一类型的结构可以用作包含在晶体管310a、310b、320a和320b中的半导体层。例如，可以形成杂质区域(包括源区、漏区和LDD区)，或者可以形成p沟道型或n沟道型。此外，可以形成绝缘层(侧壁)以便与栅电极的侧表面接触，并且可以对于栅电极和源区与漏区中的一个或者两者来形成硅化物层。作为硅化物层的材料，可以使用镍、钨、钼、钴、钯等。
另外，可以使用有机晶体管来提供包含在元件形成层335中的晶体管310a、310b、320a和320b，其中使用有机化合物形成构成晶体管的半导体层。在这样的情况下，可以直接在由柔性衬底诸如塑料构成的衬底300上，使用印刷方法、微滴排放方法等来形成包含有机晶体管的元件形成层335。通过使用印刷方法、微滴排放方法等的形成方法允许以低成本制作半导体装置。
可以使用如上面所述的蒸发方法、溅射方法、CVD方法、印刷方法、微滴排放方法等来形成元件形成层335、存储元件315a和315b以及作为天线的导电层343。注意，可以接受的是在不同的部分中使用不同的方法。例如通过在衬底上形成由Si等制成的半导体层，然后通过热处理来将其晶化可以提供需要高速操作的晶体管，从而通过使用印刷方法或者微滴排放方法在元件上提供有机晶体管作为起到开关元件作用的晶体管。
注意，可以提供连接到晶体管的传感器。作为传感器来讲，可以给出通过物理或者化学装置来检测温度、湿度、亮度、气体、重力、压力、声音(振动)、加速度以及其它性质的元件。所述传感器通常通过诸如电阻元件的半导体元件、电容耦合元件、电感耦合元件、光电动的元件、光电转换元件、热电动的元件、晶体管、热敏电阻器或者二极管来形成。
接下来，参考图11描述在其上提供有多个元件和存储元件的衬底中提供端子部分，并且将提供在另一衬底上的天线连接到该端子部分的情况下半导体装置的一个结构实例。
图11示出了具有无源矩阵类型的存储装置的半导体装置，其中元件形成层385提供在衬底350上，存储元件部分375提供在元件形成层385上，作为天线的导电层393提供在衬底396上，以便电连接到元件形成层385。注意，尽管图11示出了存储元件部分375或者作为天线的导电层393提供在元件形成层385上的情况，但是本发明并不限于这样的结构，存储元件部分375可以与元件形成层385提供在相同的层中或者位于元件形成层385之下，或者作为天线的导电层393可以提供在元件形成层385之下。
存储元件部分375通过存储元件365a和365b构成。通过在第一导电层356上堆叠间隔(绝缘层)357a和357b、绝缘层376a、有机化合物层362a和第二导电层363a构成存储元件365a；通过在第一导电层356上堆叠间隔(绝缘层)357b、间隔(绝缘层)357c、绝缘层376b、有机化合物层362b和第二导电层363b构成存储元件365b。另外，形成作为保护薄膜的绝缘层364以便覆盖第二导电层363a和363b。另外，其中形成多个存储元件365a和365b的第一导电层356被连接到单个晶体管360b的源电极层或者漏电极层。换句话说，多个存储元件连接到相同的晶体管。另外，对于有机化合物层362a和362b来讲，对于每个存储单元提供间隔(绝缘层)357a、357b和357c以分离绝缘层；然而如果不需要考虑相邻存储单元之间的横向方向中的电场影响，则可以在整个表面上形成绝缘层。注意，可以使用如在前述实施例模式中所述的材料和制作方法来形成存储元件365a和365b。
在本发明中，因为仅仅需要在导电层和有机化合物层之间提供绝缘层，因此可以首先形成绝缘层或者间隔。尽管在该实施例模式中绝缘层提供在第一导电层和有机化合物层之间，但是绝缘层可以仅仅提供在有机化合物层和第二导电层之间，如在实施例模式1中所描述的。可替换的方案是，第一导电层、第一绝缘层、有机化合物层、第二绝缘层以及第二导电层以这样的顺序堆叠，有机化合物层插入在它们之间。
在该实施例模式中，绝缘层376a和376b具有绝缘性质。该每个绝缘层376a和376b可以是非常薄的薄膜(绝缘层的薄膜厚度是4nm或者更少，更优选的是1nm或者更大并且小于等于2nm)，并且根据绝缘层的材料和制作方法，绝缘层不一定具有连续薄膜的形状可以是不连续的岛状形状。在第一导电层356与有机化合物层362a/362b之间的界面处形成的绝缘层376a和376b允许载流子的隧道注入；因此电流稳定地流向有机化合物层362a和362b。因此，当电压施加到第一导电层356以及第二导电层263a和263b时，电流流向有机化合物层362a和362b；从而产生热量。当有机化合物层362a和362b的温度升高到它的玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层362a和362b的材料变成流体合成物。因为该合成物(有机化合物材料)的表面张力以及相对于绝缘层376a和376b(形成物质)表面的差润湿性，流体合成物聚集以便流动(移动)而没有保持在固态形状，并且改变形状。从而，有机化合物层362a和362b的厚度变得不均匀并且每个有机化合物层362a和362b变形，第一导电层356和第二导电层363a和363b部分接触，这样使得第一导电层355和第二导电层363a和363b短路。最终，在施加电压前后存储元件的电导率存在差异。
如在该实施例模式中所述的，通过在第一导电层356上提供相对于有机化合物层362a和362b具有差润湿性的绝缘层376a和376b，可以促进有机化合物层362a和362b的变形并且使得有机化合物层362a和362b的薄膜厚度变得不均匀，在所述第一导电层356上使用具有高表面张力的有机化合物形成有机化合物层362a和362b。从而，第一导电层356和第二导电层363a和363b可以被进一步安全地短路。结果，在施加电压前后，存储元件的电导率存在差异。
因而，存储元件的性质诸如写电压没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中安全地执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道效应改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的厚度。从而，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。
使用具有粘附性质的树脂395将包含元件形成层385和存储元件部分375的衬底与被提供有作为天线的导电层393的衬底396相互附着。通过包含在树脂395中的导电的微小颗粒394将元件形成层385和导电层393电连接。另外，可以使用诸如银浆、铜浆或者碳浆的导电粘附剂或者执行焊料结合的方法可以用来将包含元件形成层385和存储元件部分375的衬底附着到被提供有作为天线的导电层393的衬底396。
采用这样的方式，可以形成配置有存储装置和天线的半导体装置。在该实施例模式中，通过在衬底上形成薄膜晶体管可以提供元件形成层，或者使用Si等作为衬底的半导体衬底可以提供元件形成层，并且在所述衬底上形成场效应晶体管。另外，SOI衬底可以用作衬底，并且元件形成层可以提供在该衬底上。在这样的情况下，SOI衬底可以使用将晶片相互附着的方法或者称作是SIMOX的方法来形成SOI衬底，在所述SIMOX方法中，通过将氧离子注入到Si衬底中而在内部形成绝缘层。
另外，存储元件部分可以提供在配置有作为天线的导电层的衬底上。另外，可以提供连接到晶体管的传感器。
注意，通过任意地结合上述的实施例模式可以执行该实施例模式。另外，通过已知的分离步骤将半导体装置与衬底分离并且将该半导体装置粘附到柔性衬底，可以在柔性衬底上提供在该实施例模式中制作的半导体装置，从而可以得到柔性的半导体装置。该柔性衬底对应于由聚丙烯、聚酯、乙烯树脂、聚氟乙烯等制成的薄膜；由含纤维的材料制成的纸；由基膜(诸如聚酯、聚酰胺、无机蒸发薄膜或者纸)堆叠的薄膜；以及粘附性的合成树脂薄膜(丙烯酸基的合成树脂、环氧树脂基的合成树脂等)等。通过对处理对象进行热处理和加压处理得到薄膜。当执行热处理和加压处理时，通过热处理熔化了提供在薄膜的最外表面上的粘附剂层或者提供作为最外层的层(不是粘附剂层)，然后通过施加压力将其粘附。另外，粘附剂层可以或者不提供在基膜上。粘附层对应于包含粘附剂(诸如热固树胶、紫外树脂、环氧树脂或者树脂添加剂)的层。
通过本发明的存储元件，存储元件的性质(诸如写电压)没有变化并且变得稳定；从而可以在每个元件中执行正常的写入。另外，由于在绝缘层中通过隧道电流改进了载流子注入性质，因此可以增加有机化合物层的薄膜厚度。因此，可以防止导电之前在初始状态中存储元件被短路的缺陷。最终，可以以高产出提供具有高可靠性的存储装置和半导体装置。
实施例模式4
在该实施例模式中，在具有上述结构的半导体装置中进行了关于数据读取或写入的描述。
通过施加电效应可以对具有上述结构的半导体装置执行数据写入。描述了通过施加电效应执行数据写入的情况(图3)。
当通过施加电效应执行数据写入时，通过行解码器724a、列解码器726a和选择器726c选择一个存储单元721，并且从而通过使用写入电路将数据写入到存储单元721。特别是，高电压被选择性地施加到期望部分的有机化合物层752，使得其间流过高电流，并且使得第一导电层751b和第二导电层753b短路。
与其它部分的电阻相比，被短路部分的电阻相当低。采用这样的方式，通过利用由于施加电效应造成的两个导电层之间的电阻变化，执行数据写入。例如，在没有施加电效应的有机化合物层为数据“0”的情况下，当写入数据“1”时，通过将高电压选择性地施加到期望部分的有机化合物层，使得其间流过大电流并且造成短路而降低电阻。
接下来，描述了执行从存储元件中读取数据的操作(图16)。这里，读取电路726b具有包含电阻元件746和读出放大器747的结构。然而，读取电路726b的结构不限于上述的结构，可以使用任一类型的结构。
通过在第一导电层751b和第二导电层753b之间施加电压，并且读取有机化合物层752的电阻来执行数据读取。例如，如上所述，当通过施加电效应来执行数据写入时，没有施加电效应时的电阻值Ra1和施加电效应以导致两个导电薄膜之间短路时的电阻值Rb1满足Ra1＞Rb1。通过电学读取该电阻值的差执行数据读取。
例如，在包含在存储单元阵列722中的多个存储单元721中，当从布置在第x列和第y行中的存储单元721中读取数据时，首先，通过行解码器724a、列解码器726a以及选择器726c来选择第x列中的位线Bx和第y行中的字线Wy。然后，包含在存储单元721和电阻元件746中的有机化合物层互相串联连接。采用这样的方式，当在串联连接的两个电阻元件的两端施加电压时，节点α的电势根据有机化合物层752的电阻值Ra或者Rb变成分阻电势(resistsnce-divided potential)。然后，节点α的电势被提供给读出放大器747，并且在读出放大器747，判断是包含数据“0”还是“1”。从而，在读出放大器747被判断为包含数据“0”或者“1”的信号被提供到外部。
根据前述的方法，通过利用电阻值中的差和分阻，使用电压值读取有机化合物层的电阻的条件。然而，比较电流值的方法也是可以接受的。即，例如利用满足Ia1＜Ib1的事实，假设Ia1是在没有向有机化合物层施加电效应的情况下的电流值，Ib1是在施加电效应使得两个导电薄膜之间短路情况下的电流值。采用这样的方式，通过电学读取电流值中的差可以执行数据读取。
具有上述结构的存储元件和配置有该存储元件的半导体装置是非易失性的存储器；因此不需要用于保持数据的电池。可以提供紧凑尺寸、薄的、并且重量轻的半导体装置。另外，尽管通过使用在前述实施例模式中使用的绝缘材料作为有机化合物层有可能进行数据写入(附加的数据写入)，但是不能执行数据的重写。从而，可以防止伪造并且可以提供具有高安全性的半导体装置。
注意，在该实施例模式中，使用具有简单存储电路结构的无源矩阵存储元件和配置有该存储元件的半导体装置的实例进行了描述，然而在具有有源矩阵存储电路的情况下可以采用相同的方式来执行数据写入或者读取。
这里，参考图14A和14B中的特定实例来描述在有源矩阵类型的情况下通过电效应进行存储元件部分的数据读取。
图14A示出了当数据“0”写入到存储元件部分时存储元件部分的电流-电压性质951；当数据“1”写入到存储元件部分时存储元件部分的电流-电压性质952；以及电阻元件246的电流-电压性质953。这里，示出了电阻器用作电阻元件246的情况。另外，作为用于数据读取的操作电压，描述了在第一导电层243和第二导电层245之间施加3V的情况。
对于具有其中已经写入数据“0”的存储元件部分的图14A中的存储单元，存储元件部分的电流-电压性质951和电阻器的电流-电压性质953的交点954变成操作点，并且在这个时刻节点α的电势是V1(V)。该节点α的电势被提供给读出放大器247，并且在读出放大器247中，存储在前述存储单元中的数据被判断为“0”。
另一方面，对于具有其中已经写入数据“1”的存储元件部分的存储单元，存储元件部分的电流-电压性质952和电阻器的电流-电压性质953的交点955变成操作点，并且在这个时刻节点α的电势是V2(V)(V1＞V2)。该节点α的电势被提供给读出放大器247，并且在读出放大器247中，存储在前述存储单元中的数据被判断为“1”。
采用这样的方式，根据存储元件部分241的电阻值通过读取分阻电势，可以判断存储在存储单元中的数据。
注意，通过任意组合在前述实施例模式中已经描述的存储元件和配置有该存储元件的半导体装置的结构，可以执行该实施例模式。
实施例模式5
参考图12A和12B描述该实施例模式中的半导体装置的结构。如在图12A中所示，本发明的半导体装置20在没有接触的情况下具有数据交换功能，并且具有电源电路11；时钟发生电路12；数据解调/调制电路13；控制其它电路的控制电路14；接口电路15；存储电路16；数据总线17；天线(天线线圈)18以及传感器电路22。
电源电路11是基于从天线18输入的交流信号，用于产生提供给半导体装置20内的每个电路的各种电源的电路。时钟发生电路12是基于从天线18输入的交流信号，用于产生提供给半导体装置20内的每个电路的各种时钟信号的电路。数据解调/调制电路13具有与阅读器/写入器19进行通信的解调/调制数据的功能。控制电路14具有控制存储电路16的功能。天线18具有执行传输/接收电磁波或者电波的功能。阅读器/写入器19与半导体装置进行通信，控制该半导体装置并且对其数据进行处理。注意，半导体装置并不限于上述的结构，例如该结构可以添加有另一部件，诸如电源电压的限幅电路或者专用于加密的硬件。
存储电路16的特征在于具有存储元件，其中有机化合物层或者相变层插入在一对导电层之间。注意，存储电路16可以仅仅具有其中有机化合物层或者相变层插入在一对导电层之间的存储元件，或者可以具有另一结构的存储电路。该另一结构的存储电路对应于例如DRAM、SRAM、FeRAM、掩模型只读存储器、PROM、EPROM、EEPROM和闪存的一种或者多种。
传感器21包括半导体元件，诸如电阻元件、电容耦合元件、电感耦合元件、光电动的元件、光电转换元件、热电动的元件、晶体管、热敏电阻或者二极管。传感器电路22检测阻抗、电抗、电感、电压或者电流中的变化，然后执行模拟/数字转换(A/D转换)，并且将信号输出到控制电路14。
实施例模式6
通过本发明，可以形成作为处理器芯片(还称作是无线芯片、无线处理器、无线存储器和无线标签)的半导体装置。本发明的半导体装置具有广泛的使用范围，例如可以将其安装在钞票、硬币、有价证券、证书、不记名债券、包装箱、书籍、记录媒体、个人物品、车辆、食品、衣物、保健项目、商品、医药、电子装置等上来使用。
钞票和硬币是在市场中使用的货币并且包括以相同方式使用的某些货币，诸如在特定区域(收款收据)中使用的货币、纪念币等。有价证券指的是支票、股票、约定的票证等并且可以配置有处理器芯片90(参考图13A)。证书指的是驾照、居住证等并且可以配置有处理器芯片91(参考图13B)。车辆指的是诸如自行车的有轮车辆、船舶等并且可以配置有处理器芯片96(参考图13G)。不记名债券指的是邮票、rice coupon、各种赠券等。包装箱指的是用于盒饭等的包装纸、塑料瓶等并且可以配置有处理器芯片93(参考图13D)。书籍指的是文件、卷等并且可以配置有处理器芯片94(参考图13E)。记录媒体指的是DVD软件、录像带等并且可以配置有处理器芯片95(参考图13F)。个人物品指的是包、眼镜等并且可以配置有处理器芯片96(参考图13G)。食品指的是粮食、饮料等。衣物指的是穿戴、鞋袜等。保健项目指的是医疗装置、卫生设施等。商品指的是家具、照明装置等。医药指的是药品、农药等。电子装置指的是液晶显示装置、EL显示装置、电视装置(电视机和薄的电视机)、移动电话等。
本发明的半导体装置通过被安装在印刷衬底上、附着到表面上、注入等而被固定到物体上。例如，所述半导体装置通过插入在纸中而被固定到书籍中，或者通过插入在有机树脂中而被固定到由有机树脂制成的包装箱上。由于本发明的半导体装置实现了微型化、薄和轻重量，这样在将它固定到物体上之后并没有损坏物体本身的设计。另外，通过将本发明的半导体装置提供在钞票、硬币、有价证券、证书、不记名债券等上，可以提供鉴定功能，并且通过利用该鉴定功能，可以防止伪造。另外，通过将本发明的半导体装置提供在包装箱、记录媒体、个人物品、食品、衣物、商品、电子装置等上，可以提高检查系统等的效率。
接下来，对于其上安装有本发明半导体装置的电子装置的一个模式，参考附图进行描述。这里示出的一个实例是移动电话，该移动电话具有机壳2700和2706；面板2701；机架2702；印刷线路板2703；操作按钮2704；以及电池2706(参考图12B)。面板2701是可拆卸的包含在机架2702中，并且机架2702是固定到印刷线路板2703。根据其中将包含面板2701的电子装置，机架2702的形状和尺寸被适当的改变。在印刷线路板2703上，安装有多个封装的半导体装置，并且作为这些半导体装置中的一个装置，可以使用本发明的半导体装置。安装在印刷线路板2703上的多个半导体装置具有下列功能中的任一种功能：控制器、中央处理单元(CPU)、存储器、电源电路、音频处理电路、发射/接收电路等。
面板2701通过连接薄膜2708与印刷线路板2703结合。面板2701、机架2702以及印刷线路板2703与操作按钮2704和电池2705一起安装在机壳2700和2706中。将包含在面板2701中的像素区域2709布置成从提供在机壳2700中的开口窗口是可见的。
本发明的半导体装置在尺寸上紧凑、薄、并且重量轻，由于这些性质，使得可以有效地利用电子装置的机壳2700和2706内部的有限空间。
由于本发明的半导体装置具有简单结构的存储元件，其中有机化合物层夹在一对导电层之间，因此可以提供使用廉价半导体装置的电子装置。另外，本发明的半导体装置容易实现较高的集成；因此可以提供使用具有高容量存储电路的半导体装置的电子装置。
包含在本发明半导体装置中的存储装置的特征在于，通过电效应非易失性地执行数据写入，并且能够进行数据的附加写入。通过上述性质，可以防止通过重写来伪造，并且可以附加地写入新数据。从而，可以提供使用半导体装置(实现了较高的功能和较高的附加价值)的电子装置。
注意，机壳2700和2706示出了移动电话的外部形状的实例，并且根据功能或者使用，根据该实施例模式的电子装置可以转换成各种模式。
实施例模式7
在该实施例模式中，对于具有上述结构的存储装置中的数据读取或者写入进行了描述。
在图17A中示出了本发明的半导体装置的结构实例，包括：其中存储单元1721被提供成矩阵形的存储单元阵列1722；具有读取电路和写入电路的电路1726；解码器1724；以及解码器1723。注意，这里示出的存储电路1716的结构仅仅是一个实例，它可以具有其它电路，诸如读出放大器、输出电路、缓冲器或者与外界进行交互作用的接口。
存储单元1721具有连接到位线Bx(1≤x≤m)的第一导电层，连接到字线Wy(1≤y≤n)的第二导电层，和绝缘层。绝缘层作为单层或者作为叠层提供在第一和第二导电层之间。
参考图17A到17C以及图18A到18C描述无源矩阵存储装置的存储元件中执行数据写入的操作。通过电效应执行数据写入。注意，通过改变存储单元的电特性来执行写入，并且存储单元的初始条件(当没有施加电效应时的条件)的数据是数据“0”，其中电特性改变的条件为“1”。
当向存储单元1721写入数据“1”时，通过解码器1723和1724以及选择器1725选择存储单元1721。特别的，通过解码器1724将预定电压V2施加到与存储单元1721连接的字线W3。另外，通过解码器1723和选择器1725，连接到存储单元1721的位线B3连接到电路1726。然后，来自电路1726的写电压V1输出到位线B3。采用这样的方式，在构成存储单元1721的第一和第二导电层之间施加电势(电压)Vw＝V1-V2。通过适当选择电势Vw，物理或者电学地改变了导电层之间提供的绝缘层，并且执行数据“1”的写入。特别的，在读操作电压处，优选的是当数据为“1”时改变第一和第二导电层之间的电阻，使得该电阻与当数据为“0”时第一和第二导电层之间的电阻相比相当的低。例如，可以在范围(V1，V2)＝(0V，5到15V)或者(3到5V，-12到-2V)中适当地选择电势。电势Vw可以是5到15V，或者-5到-15V。
注意，控制未选择的字线和未选择的位线，使得数据“1”没有被写入与这些未选择的字线和位线连接的存储单元。例如，该未选择的字线和未选择的位线可以处于浮动状态。构成存储单元的第一和第二导电层需要具有二极管性质等，通过该二极管性质等可以精确选择线路。
另一方面，通过在存储单元1721上不施加电效应，将数据“0”写入到存储单元1721。关于电路操作，采用与写入“1”的情况相同的方式，通过解码器1723和1724以及选择器1725来选择存储单元1721；然而从电路1726输出到位线B3的输出电势近似等于选择字线W3的电势或者未选择字线的电势，并且没有改变存储单元1721的电特性的电压(例如，-5到5V)可以被施加到构成存储单元1721的第一和第二导电层之间。
从而，描述从无源矩阵存储装置中的存储元件执行数据读取操作(参考图17A到17C)。在具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元之间，通过利用构成存储单元的第一和第二导电层的电特性中的差异，来执行数据读取。作为一个实例，描述通过利用电阻中的差进行读取的方法，假设构成具有数据“0”的存储单元的第一和第二导电层之间的有效电阻(以后简单地称作是存储单元的电阻)在读电压时是R0，并且具有数据“1”的存储单元的电阻在读电压时是R1。注意，满足R1＜＜R0。例如，对于读取/写入电路的读部分的结构，可以考虑使用如在图17B中所示的电阻元件1746和差分放大器1747的电路1726。电阻元件1746具有电阻值Rr，并且满足R1＜Rr＜R0。还有可能使用晶体管1748来代替电阻元件1746，并且使用钟控的反相器1749来代替差分放大器(图17C)。钟控的反相器1749被输入信号Φ或者反相信号Φ，该信号Φ或者反相信号Φ在执行读取时变成Hi，在没有执行读取时变成Lo。无需说明的是，电路结构并不限于图17A到17C中所示的情况。
当执行从存储单元1721中读取数据时，通过解码器1723和1724以及选择器1725来首先选择存储单元1721。特别的，通过解码器1724，预定电压Vy施加到与存储单元1721连接的字线Wy。另外，通过解码器1723和选择器1725，与存储单元1721连接的位线Bx连接到电路1726的端子P。最终，端子P的电势Vp是通过电阻元件1746(电阻值Rr)和存储单元1721(电阻值R0或者R1)的分阻确定的值。从而，当存储单元1721具有数据“0”时，满足Vp0＝Vy+(V0-Vy)×R0(R0+Rr)。另外，当存储单元1721具有数据“1”时，满足Vp1＝Vy+(V0-Vy)×R1(R1+Rr)。最终，通过选择Vref使得位于图17B中的Vp0和Vp1之间；并且通过选择钟控反相器的变化点使得位于图17C中的Vp0和Vp1之间，根据数据“0”/“1”，通过输出Lo/Hi(或者Hi/Lo)作为输出电势Vout可以执行读取。
例如，使用Vdd＝3V来操作差分放大器，其中满足Vy＝0V，V0＝3V并且Vref＝1.5V。假设满足R0/Rr＝Rr/R1＝9，在存储单元的数据是“0”的情况下，满足Vp0＝2.7V，并且输出Hi作为Vout；在存储单元的数据是“1”的情况下，满足Vp1＝0.3V并且输出Lo作为Vout。采用这样的方式，可以执行存储单元的读取。
根据上述方法，通过利用电阻值中的差和分阻，使用电压值来读取绝缘层的电阻的条件。无需说明的是，读取方法并不限于该方法。例如，除了使用电阻中的差之外，还可以使用电流值中的差来执行读取。另外，在数据“0”和数据“1”之间的阈值电压不同的情况下，当存储单元的电特性具有二极管性质时，可以使用阈值电压中的差来进行读取。
对于向无源矩阵存储装置的存储元件执行数据写入的操作进行描述(参考图18A到18C)。
图18A到18C示出了在该实施例模式中描述的存储装置的一个结构实例，该存储装置包括其中存储单元1231布置成矩阵形的存储单元阵列1232、电路1226以及解码器1224和1223。电路1226具有读取电路和写入电路。注意，这里示出的存储装置1217的结构仅仅是一个实例，可以包括诸如读出放大器、输出电路、缓冲器、用于执行与外界交互作用的接口等的其它电路。
存储单元1231具有连接到位线Bx(1≤x≤m)的第一导线、连接到字线Wy(1≤y≤n)的第二导线、晶体管1210a、存储元件1215b以及存储单元1231。存储元件1215b具有其中绝缘层插入在第一导电层之间的结构。晶体管的栅电极连接到字线，源电极和漏电极中的一个连接到位线，源电极和漏电极中的另一个连接到存储元件的两个端子中的一个端子。存储元件的另一个端子连接到公共电极(电势Vcom)。
首先，描述通过电效应执行数据写入时的操作。注意，通过改变存储单元的电特性来执行写入，存储单元的初始条件(其中没有施加电效应的条件)的数据是数据“0”，其中电特性改变的条件为“1”。
这里，对布置在第n行第m列中的存储单元1231进行数据写入的情况进行描述。当数据“1”被写入到存储单元1231时，首先通过解码器1223和1224以及选择器1225来选择存储单元1231。具体的是，通过解码器1224将预定电压V22施加到与存储单元1231连接的字线Wn。另外，通过解码器1223和选择器1225，将与存储单元1231连接的位线Bm连接到具有读取电路和写入电路的电路1226。然后，写电压V21从电路1226输出到位线B 3。
采用这样的方式，构成存储单元的晶体管1210a被导通，位线被电连接到存储元件1215b，这样施加了大约Vw＝Vcom-V21的电势(电压)。注意，存储元件1215b的一个电极连接到具有电势Vcom的公共电极。通过适当地选择电势Vw，物理或者电学地改变了提供在导电层之间的绝缘层，并且执行了数据“1”的写入。具体的是，在读操作电压处，当数据是“1”时第一和第二导电层之间的电阻将被改变，使得与数据是“0”的情况相比，第一和第二导电层之间的电阻相当的低，或者简单地将它们短路。注意，电势可以适当地选自范围(V21，V22，Vcom)＝(5到15V，5到15V，0V)或者(-12到0V，-12到0V，3到5V)。电势Vw可以是5到15V或者-5到-15V。
控制未选择的字线和未选择的位线，使得数据“1”没有被写入到与该未选择的字线和未选择的位线连接的存储单元。具体地，将所连接的存储单元的晶体管截止的电势(例如0V)施加到该未选择的字线；并且将未选择的位线置于浮动状态，或者可以施加近似等于Vcom的电势。
另一方面，通过没有将电效应施加到存储单元1231可以将数据“0”写入到存储单元1231中。关于电路操作，例如采用与写入“1”的情况相同的方式，通过解码器1223和1224以及选择器1225来选择存储单元1231；然而，从电路1226输出到位线B 3的电势近似等于Vcom，或者将位线B3置于浮动状态。最终，施加了低电势(例如-5到5V)或者没有向存储元件1215b施加电压(电势)；因此没有改变电特性，并且实现了数据“0”的写入。
描述通过电效应执行数据读取的操作。这里，电路1226具有包括电阻元件1246和差分放大器1247的结构。应当注意的是，电路1226的结构并不限于上述的结构，可以是任意类型的结构。
然后，对于通过有源矩阵存储装置中的电效应执行数据读取时的操作进行描述。通过利用具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元之间的存储元件1215b的电特性中的差来执行数据读取。例如，描述了通过利用电阻中的差进行读取的方法，假设构成具有数据“0”的存储单元的存储元件的电阻在读电压时是R0，并且构成具有数据“1”的存储单元的存储元件的电阻在读电压时是R1。注意，满足R1＜＜R0。例如，对于读取/写入电路的读部分的结构，可以考虑使用如在图18B中所示的电阻元件1246和差分放大器1247的电路1226。电阻元件具有电阻值Rr，并且满足R1＜Rr＜R0。还有可能使用晶体管1249来代替电阻元件1246，并且使用钟控的反相器1248来代替差分放大器(图18C)。无需说明的是，电路结构并不限于图18A到18C中所示的情况。
当在第x行和第y列从存储单元1231中执行数据读取时，通过解码器1223和1224以及选择器1225来首先选择存储单元1231。具体地，通过解码器1224，将预定电压V24施加到与存储单元1231连接的字线Wy，并且晶体管1210a导通。另外，通过解码器1223和选择器1225，连接到存储单元1231的位线Bx被连接到电路1226的端子P。最终，通过电阻元件1246(电阻值Rr)和存储元件1215b(电阻值R0或者R1)的Vcom和V0的分阻来确定端子P的电势Vp。从而，当存储单元1231具有数据“0”时，满足Vp0＝Vcom+(V0-Vcom)×R0(R0+Rr)。另外，当存储单元1231具有数据“1”时，满足Vp1＝Vcom+(V0-Vcom)×R1(R1+Rr)。最终，通过选择Vref使得位于图18B中的Vp0和Vp1之间；并且通过选择钟控的反相器的变化点使得位于图18C中的Vp0和Vp1之间，根据数据“0”/“1”，通过输出Lo/Hi(或者Hi/Lo)作为输出电势Vout可以执行读取。
例如，差分放大器工作在Vdd＝3V，其中满足Vcom＝0V，V0＝3V并且Vref＝1.5V。假设满足R0/Rr＝Rr/R1＝9，如果晶体管1210a的导通电阻可以忽略，在存储单元的数据是“0”的情况下，满足Vp0＝2.7V，从Vout输出Hi；在存储单元的数据是“1”的情况下，满足Vp1＝0.3V，并且从Vout输出Lo。采用这样的方式，可以执行存储单元的读取。
根据上述方法，通过利用存储元件1215b的电阻值中的差和分阻，使用电压值来执行读取。无需说明的是，读取方法并不限于该方法。例如，除了使用电阻中的差之外，还可以使用电流值中的差来执行读取。另外，当存储单元的电特性具有二极管特性，该二极管特性具有使用数据“0”和“1”的不同的阈值电压时，可以使用阈值电压中的差来进行读取。
具有上述结构的存储元件和配置有该存储元件的存储装置是非易失性的存储器；因此，用于保持数据的电池就不再是必须的了，可以提供紧凑尺寸、薄的、重量轻的存储装置和半导体装置。另外，尽管通过使用在上述实施例模式中使用的绝缘材料作为绝缘层有可能进行数据写入(附加的数据写入)，但是不能执行数据的重写。从而，可以防止伪造并且可以提供具有高可靠性的存储装置和半导体装置。
通过任意地组合在上述实施例模式中描述的存储元件和配置有该存储元件的存储装置和半导体装置的结构，可以执行该实施例模式。
该申请是基于在2005年5月20日在日本专利局提交的日本专利申请序列号No.2005-147599的申请，其全部内容包含在此作为参考。
Claims (36)
1.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和有机化合物层，所述绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，有机化合物层的有机化合物聚集；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
2.根据权利要求1的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
3.根据权利要求1的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
4.根据权利要求1的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
5.根据权利要求1的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
6.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中有机化合物层的有机化合物具有比绝缘层高的表面张力，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，该有机化合物聚集；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
7.根据权利要求6的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
8.根据权利要求6的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
9.根据权利要求6的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
10.根据权利要求6的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
11.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，该有机化合物层的有机化合物聚集，熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低润湿性；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
12.根据权利要求11的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
13.根据权利要求11的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
14.根据权利要求11的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
15.根据权利要求11的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
16.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，该有机化合物层的有机化合物聚集，并且熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低润湿性，以便通过该低润湿性促进聚集；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
17.根据权利要求16的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
18.根据权利要求16的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
19.根据权利要求16的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
20.根据权利要求16的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
21.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中有机化合物层的有机化合物具有比绝缘层高的表面张力，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，该有机化合物聚集，并且熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低润湿性；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
22.根据权利要求21的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
23.根据权利要求21的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
24.根据权利要求21的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
25.根据权利要求21的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
26.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括绝缘层和与该绝缘层接触的有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，
其中有机化合物层的有机化合物具有比绝缘层高的表面张力，
其中当有机化合物熔化时，由于有机化合物的表面张力，该有机化合物聚集，并且熔化的有机化合物相对于绝缘层的表面具有低润湿性，以通过该低润湿性促进聚集；以及
通过向第一和第二导电层施加电压来执行对存储元件的写入。
27.根据权利要求26的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，使得第一导电层和第二导电层部分互相接触。
28.根据权利要求27的半导体装置，其中在执行了对存储元件的写入之后，改变有机化合物层的薄膜厚度。
29.根据权利要求28的半导体装置，其中熔化有机化合物，然后执行对存储元件的写入。
30.根据权利要求28的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
31.一种包括存储元件的半导体装置，该存储元件包括：
第一导电层和第二导电层；
提供在第一导电层和第二导电层之间的绝缘层；
提供在第一导电层和第二导电层之间的第一聚集的有机化合物层；
提供在第一导电层和第二导电层之间的第二聚集的有机化合物层；
其中在绝缘层与第一导电层和第二导电层之一之间提供第一聚集的有机化合物层和第二聚集的有机化合物层，和
其中第一导电层和第二导电层之一与第一聚集的有机化合物层和第二聚集的有机化合物层之间的绝缘层接触。
32.根据权利要求31的半导体装置，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
33.一种用于写入存储元件的方法，该存储元件包括绝缘层和有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，其中绝缘层提供在有机化合物层与第一导电层和第二导电层之一之间，所述方法包括：
在第一导电层和第二导电层之间施加电压以熔化有机化合物层；和
聚集熔化的有机化合物层，以在施加电压前后改变存储元件的电导率。
34.根据权利要求33的写入存储元件的方法，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
35.一种用于写入存储元件的方法，该存储元件包括绝缘层和有机化合物层，该绝缘层和有机化合物层提供在第一导电层和第二导电层之间，其中绝缘层提供在有机化合物层与第一导电层和第二导电层之一之间，所述方法包括：
在第一导电层和第二导电层之间施加电压以熔化有机化合物层；和
聚集熔化的有机化合物层，以改变第一导电层和第二导电层之间的电阻。
36.根据权利要求35的写入存储元件的方法，其中绝缘层的厚度是4nm或者更小。
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