DE112006000612T5 - Nichtflüchtiges Speicherelement - Google Patents

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Akihito Tsukuba Sawa
Takeshi Hachioji Fujii
Masashi Tsukuba Kawasaki
Yoshinori Tsukuba Tokura
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

Nichtflüchtiges Speicherelement mit:
einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität;
einem Mn-Oxid Ra1-xMaxMnO3 vom Perovskittyp und
Rb1-yMbyMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist;
wobei
Ma und Mb in den Formeln ein Erdalkalimetall repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen handelt;
Ra und Rb in den Formeln eine Seltene Erde repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden handelt;
der mittlere Innenradius von Rb kleiner als der von Ra ist;
und
0 < x, y < 1 gilt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft einen nichtflüchtigen Speicher, und spezieller betrifft sie ein nichtflüchtiges Speicherelement unter Verwendung eines Übergangsmetalloxidhalbleiters.
  • HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
  • Übergangsmetalloxide vom Perovskittyp eines stark korrelierten elektronischen Materials, wozu typische Beispiele Hochtemperatur-Supraleiter sowie Materialien mit kolossalem Magnetowiderstand sind, verfügen über derartige Eigenschaften, dass sich die elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften dramatisch ändern, wenn sich die Ladungskonzentration geringfügig ändert oder Stimulation durch ein extrem kleines externes Feld (Magnetfeld, elektrisches Feld, Licht oder dergleichen) vorliegt, weswegen eine aktive Erforschung zum Entwickeln von Elementen unter Verwendung dieser Änderungseigenschaften erfolgte.
  • Die Entdeckung eines Effekts (kolossaler Magnetowiderstand), gemäß dem sich der spezifische elektrische Widerstand einhergehend mit einem Metall-Isolator-Übergang über viele Zehnerpotenzen ändert, wobei es sich um einen Effekt dahingehend handelt, dass ein Magnetfeld eine Phase mit Ladungsordnung in Mn-Oxiden vom Perovskittyp, die durch R1-xAxMnO3 (R repräsentiert eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen; A repräsentiert ein Erdalkalimetall oder eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen) repräsentiert werden können, schmilzt, hat beim andauernden Prozess des Konzipierens und Entwickelns einschlägiger Substanzen zu immer mehr Forschung angespornt. Betreffend Eigenschaften dieses Metall-Isolator-Übergangs wurde im Nicht-Patentdokument darüber berichtet, dass die Isoliereigenschaften und die Eigenschaften des Metall-Isolator-Übergangs von Mn-Oxiden vom Perovskittyp, die durch R1-xAxMnO3 repräsentiert werden können, durch den mittleren Ionenradius von R bestimmt sind. Außerdem wurde darüber berichtet, dass die Bandbreite kleiner wird, wenn der mittlere Innenradius von R kleiner wird, und dass die Phase des Isolators betreffend die Phase mit geordneter Ladung stabiler wird, wodurch sich die Isoliereigenschaften verbessern.
  • Änderungseffekte betreffend einen kolossalen Elektrowiderstand (nachfolgend als CER bezeichnet), bei denen sich der spezifische elektrische Widerstand über viele Zehnerpotenzen erstreckt, wurden als Typ eines durch elektrische Felder und einen Strom verursachten Schmelzeffekts der Phase mit geordneter Ladung im System von Mn-Oxiden vom Perovskittyp, wie Pr0,7Ca0,3MnO3 entdeckt, und im Patentdokument 1 ist ein Seltene Erde unter Verwendung von CER-Effekten eingeführt.
  • Außerdem ist durch das Patentdokument 2 ein nichtflüchtiges Speicherelement mit einer Struktur eingeführt, gemäß der ein Übergangsmetalloxid vom Perovskittyp mit CER-Effekten, wie Pr0,7Ca0,3MnO3, für eine Halbleiterschalterschicht verwendet ist, die zwischen Metallelektroden eingebettet ist. Ein Widerstands-Direktzugriffsspeicher (nachfolgend als RRAM bezeichnet), der aus nichtflüchtigen Speicherelementen unter Verwendung dieses Übergangsmetalloxids vom Perovskittyp hergestellt ist, ist durch Hochgeschwindigkeitsbetrieb, niedrigen Energieverbrauch, zerstörungsfreies Auslesen und dergleichen, gekennzeichnet, zusätzlich zu nichtflüchtigen Eigenschaften, weswegen erwartet wird, dass er DRAMs, SRAMs, Flashspeicher und dergleichen als universeller Speicher ersetzt, weswegen seine Entwicklung fortschreitet.
  • Ferner wurde in jüngerer Zeit, wie in den Nicht-Patentdokumenten 1 und 3, darüber berichtet, dass sich CER-Effekte aus der Übergangsgrenzfläche zwischen Mn-Oxidhalbleitern vom Perovskittyp, wie Pr0,7Ca0,3MnO3, und anderen metallischen Materialien, wie Ag und Ti, ergeben. Betreffend nichtflüchtige Speicherelemente unter Verwendung von CER-Effekten, die sich aus der Übergangsgrenzfläche zwischen einem derartigen Mn-Oxidhalbleiter vom Perovskittyp und einem Metall ergeben, wurde darüber berichtet, dass sich der Widerstand in der Übergangsgrenzfläche reversibel zwischen einem Zustand mit hohem Widerstand und einem Zustand mit niedrigem Widerstand ändert, wenn ein elektrisches Feld anderer Polarität an das Element angelegt wird.
  • Die 1 zeigt die Struktur eines herkömmlichen Speicherelements aus einem Ti/Pr0,7Ca0,3MnO3/SrRuO3-Übergang mit einer Struktur, bei der nur eine Mn-Oxidhalbleiterschicht vom Perovskittyp zwischen Metallelektroden eingebettet ist, wobei der Übergang zwischen Pr0,7Ca0,3MnO3 und SrRuO3 für ohmschen Kontakt sorgt, und sich bei einem nichtflüchtigen Speicher CER-Effekte ergeben, die sich aus einem nicht-ohmschen Kontaktübergang zwischen Ti und Pr0,7Ca0,3MnO3 ergeben.
  • Bei der herkömmlichen Elementestruktur ist jedoch, obwohl Effekte eines nichtflüchtigen Speichers erzielt werden können, die sich aus einer Widerstandsänderung ergeben, das Ausmaß der Widerstandsänderung klein, und außerdem sind die Schalteigenschaften schlecht, weswegen die Eigenschaften bei der Widerstandsänderung des Elements nicht kontrolliert werden können.
    • Patentdokument 1: Veröffentlichung Nr. H10(1998)-255481 eines ungeprüften japanischen Patents
    • Patentdokument 2: Veröffentlichung Nr. 2003-338607 eines ungeprüften japanischen Patents
    • Patentdokument 3: US-Patent Nr. 6753561
    • Nicht-Patentdokument 1: Appl. Phys. Lett. Vol. 83, No. 5, S. 957
    • Nicht-Patentdokument 1: Appl. Phys. Lett. Vol. 85, No. 12, S. 317
    • Nicht-Patentdokument 1: Appl. Phys. Lett. Vol. 85, No. 18, S. 4073
    • Nicht-Patentdokument 4: Phys. Rev.B Vol. 68, No. 9, S. 094417 (2003)
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Demgemäß liegt der Erfindung, angesichts der oben beschriebenen Probleme beim Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Elementstruktur zu schaffen, bei der die Eigenschaften der Widerstandsänderung sowie die Schalteigenschaften verbessert sind und die Eigenschaften der Widerstandsänderung kontrolliert werden können.
  • MAßNAHMEN ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist durch die Erfindung ein nichtflüchtiges Speicherelement geschaffen, bei dem Rb1-yMbyMnO3 (in dieser Formel repräsentiert Rb eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden; Mb ist ein Erdalkalimetall und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen; und es gilt 0 < y < 1) mit höheren Isoliereigenschaften als denen von Ra1-xMaxMnO3, insbesondere Sm0,7Ca0,3MnO3, zwischen ein Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität und Ra1-xMaxMnO3 (in dieser Formel repräsentiert Ra eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden; Ma ist ein Erdalkalimetall und eine Feststofflösung eines oder meh rerer Typen von Erdalkalimetallen; und es gilt 0 < x < 1), speziell Pr0,7Ca0,3MnO3 oder La0,7Sr0,3MnO3 eingefügt ist.
  • Außerdem ist durch die Erfindung ein nichtflüchtiges Speicherelement mit einem Leiter mit tiefer Arbeitsfunktion als ohmscher Elektrode für das oben angegebene Mn-Oxid vom Perovskittyp, Ra1-xCaxMnO3, Pr0,7Ca0,3MnO3 vom Perovskittyp, oder Ra1-xSrxMnO3 oder La0,7Sr0,3MnO3 vom Perovskittyp geschaffen.
  • Außerdem ist durch die Erfindung ein nichtflüchtiges Speicherelement unter Verwendung von Ti als Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität geschaffen.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung kann eine Elementestruktur erhalten werden, bei der die Eigenschaften der Widerstandsänderung und die Schalteigenschaften verbessert sind und die Eigenschaften der Widerstandsänderung kontrolliert werden können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Elements zeigt.
  • 2 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines Elements gemäß der Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines Elements gemäß einem Beispiel 1 der Erfindung zeigt.
  • 4A und 4B sind Kurvenbilder, die die Änderung des Verhältnisses der Widerstandsänderung über die Breite einer Impulsspannung (Zeit) zeigen.
  • 5 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines Elements gemäß einem Beispiel 2 der Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Kurvenbild, das die Strom-Spannung-Eigenschaften eines nichtflüchtigen Speicherelements zeigt.
  • 7 ist ein Kurvenbild, das die Änderung des Widerstands über der Breite der Impulsspannung (Zeit) zeigt.
  • BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Die 2 zeigt die Grundkonfiguration der Erfindung, d.h. ein nichtflüchtiges Speicherelement, bei dem Rb1-yMbyMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des folgenden Ra1-xMaxMnO3 zwischen ein Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität und ein Mn-Oxid vom Perovskittyp Ra1-xMaxMnO3 (in den Formeln repräsentieren Ma und Mb Erdalkalimetalle und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen; Ra und Rb repräsentieren Seltene Erden und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden; der mittlere Innenradius von Rb ist kleiner als der mittlere Innenradius von Ra, und es gilt 0 < x, y < 1) eingefügt ist.
  • Nachfolgend wird die beste Art zum Ausführen der Erfindung auf Grundlage von Beispielen detailliert beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Die 3 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines nichtflüchtigen Speicherelements gemäß einem Beispiel 1 der Erfindung zeigt, wobei das Herstellverfahren für dasselbe das folgende ist.
  • Ein Leiter mit tiefer Arbeitsfunktion, wie SrRuO3, mit einer Dicke von 80 nm, der zu einer ohmschen Elektrode werden sollte, wurde auf einem einkristallinen Oxidsubstrat aus SrTiO3, bei dem es sich um einen Isolator handelt, durch gepulste Laserabscheidung unter derartigen Herstellbedingungen hergestellt, dass die Temperatur des Substrats 700°C betrug und der Sauerstoffdruck 100 mTorr betrug, und anschließend wurde Pr0,7Ca0,3MnO3 mit einer Dicke von 100 nm, das zu einem p-Halbleiter wurde, unter denselben Herstellbedingungen hergestellt, und dann wurde Sm0,7Ca0,3MnO3 mit einer Bandbreite, die kleiner als die von Pr0,7Ca0,3MnO3 ist und dessen Isolierung höher als die von Pr0,7Ca0,3MnO3 ist, mit einer Dicke von 2 nm auf der Oberseite hiervon unter denselben Herstellbedingungen hergestellt, und danach wurde die Temperatur auf 400°C abgesenkt, und bei einem Sauerstoffdruck von 400 Torr wurde ein Temperungsprozess für 30 Minuten ausgeführt.
  • Als nächstes wurde ein Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität, wie Ti, mit einer Dicke von 20 nm durch Elektronenstrahlabscheidung bei Raumtemperatur auf dem Sm0,7Ca0,3MnO3 abgeschieden, und so wurde eine Mehrschichtstruktur von Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/Pr0,7Ca0,3MnO3/SrRuO3 hergestellt. Die hergestellte Mehrschichtstruktur durch Fotolithografie und Ar-Ionenfräsen so bearbeitet, dass die Elementfläche 100 μm × 100 μm erreichte, und so wurde ein Seltene Erde mit einem Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/Pr0,7Ca0,3MnO3/SrRuO3-Übergang erhalten.
  • Die 4 ist ein Kurvenbild, das die Messergebnisse für die Widerstandsänderung bei Raumtemperatur zeigt, wenn eine Impulsspannung mit differierender zeitlicher Breite die Struktur des nichtflüchtigen Speicherelements gemäß der Erfindung angelegt wurde. In der 4A ist die positive Richtung diejenige, in der ein Strom vom unteren Teil zum oberen Teil des in der 3 dargestellten Speicherelements fließt. Bei diesen Messergebnissen verfügt die Widerstands des Elements über einen Wert, der dadurch erhalten wurde, dass die Stärke des Stroms gemessen wurde, wie er durch das Element floss, wenn eine Spannung von +1 V angelegt wurde. Wenn eine positive Impulsspannung (5 V in der 4A) an das Element angelegt wurde, wechselte der Zustand des Widerstands im Element auf einen solchen niedrigen Widerstands (RL), während dann, wenn eine negative Impulsspannung (–5 V in der 4A) angelegt wurde, der Zustand des Widerstands im Element auf einen solchen hohen Widerstands (RH) wechselte.
  • Das heißt, dass Speichereffekte durch eine durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufene Widerstandsänderung erzielt wurden, wobei sich der Zustand des Widerstands im Element reversibel zwischen einem solchem mit niedrigem Widerstand und einem solchem mit hohem Widerstand änderte, wenn die Polarität der an das Element angelegten Impulsspannung geändert wurde. Wenn die Breite (Zeit) der Impulsspannung zunahm, nahm das Verhältnis der Widerstandsänderung (RH/RL) zu.
  • Hierbei wurden bei herkömmlichen Strukturen unter den in der 4A dargestellten Bedingungen (zeitliche Breite der Impulsspannung: 100 μs) beinahe keine Speichereffekte auf Grund einer durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufenen Widerstandsänderung wahrgenommen.
  • Die 4B ist ein Kurvenbild, das die Änderung des Verhältnisses der Widerstandsänderung über die Breite (Zeit) der Impulsspannung bei einer herkömmlichen Struktur zeigt, die durch denselben Prozess wie den für die Struktur eines nichtflüchtigen Speicherelements gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Aus den 4A und 4B ist es erkennbar, dass das Verhältnis der Widerstandsänderung bei kurzer Impulsbreite im Vergleich zum Stand der Technik stark verbessert war, und zwar als Ergebnis des Einfügens von Sm0,7Ca0,3MnO3 in die Struktur des Elements gemäß der Erfindung. Das heißt, dass es erkennbar ist, dass Schalteigen schaften und Widerstandsänderungseigenschaften des nichtflüchtigen Speicherelements stark verbessert waren.
  • Dies, da die Eigenschaften des Ti/Pr0,7Ca0,3MnO3-Übergangs verbessert sind, wenn Sm0,7Ca0,3MnO3 mit einer kleineren Bandbreite als der von Pr0,7Ca0,3MnO3, d.h. mit höheren Isoliereigenschaften als denen von Pr0,7Ca0,3MnO3, eingefügt ist.
  • Obwohl bei diesem Beispiel Sm0,7Ca0,3MnO3 mit einer Dicke von 2 nm verwendet wurde, kann die Dicke desselben einer oder mehreren Molekülschichten entsprechen.
  • Außerdem wurde dann, wenn Sm in Sm0,7Ca0,3MnO3 durch ein anderes Seltene Erde ersetzt wurde, wobei es sich um eine Feststofflösung aus einem oder mehreren Typen von Seltenen Erden, wie Nd, handelt, eine ähnliche Verbesserung wahrgenommen, wenn der mittleren Innenradius der Seltene Erde kleiner als der von Pr war. Außerdem ist es möglich, ein geeignetes Verhältnis für das Seltene Erde zu Ca aus dem Inneren des Bereichs 0 < y < 0,3 auszuwählen, wobei die Isolierung von Rb1-yCayMnO3 höher wurde als die von Pr0,7Ca0,3MnO3.
  • Hierbei wird, allgemein gesagt, für y ein geeigneter Zahlenwert aus dem Inneren des Bereichs 0 < y < 1 ausgewählt, so dass die Isolierung des Mn-Oxids Rb1-yCayMnO3 vom Perovskittyp größer wird als die des Mn-Oxids Ra1-xCaxMnO3 vom Perovskittyp.
  • Beispiel 2
  • Die 5 ist ein Schnittdiagramm, das die Struktur eines nichtflüchtigen Speicherelements gemäß einem Beispiel 2 der Erfindung zeigt, wobei das Herstellverfahren für dasselbe das folgende ist.
  • Ein Leiter mit tiefer Arbeitsfunktion, wie SrRuO3, mit einer Dicke von 80 nm, der zu einer ohmschen Elektrode wurde, wurde auf einem einkristallinen Oxidsubstrat von SrTiO3, bei dem es sich um einen Isolator handelt, durch gepulste Laserabscheidung unter solchen Herstellbedingungen hergestellt, dass die Temperatur des Substrats 700°C betrug und der Sauerstoffdruck 100 mTorr betrug, und anschließend wurde La0,7Sr0,3MnO3 mit einer Dicke von 100 nm, das zu einem metallischen Übergangsmetalloxid vom Perovskittyp wurde, unter denselben Herstellbedingungen hergestellt, und dann wurde Sm0,7Ca0,3MnO3 mit einer Bandbreite, die kleiner als die von La0,7Sr0,3MnO3 ist und einer Isolierung, die höher als die von La0,7Sr0,3MnO3 ist, mit der Dicke einer Schicht eines Moleküls (0,4 nm) bis zu fünf Molekülen (2 nm) auf der Oberseite desselben unter denselben Herstellbedingungen hergestellt, und danach wurde die Temperatur auf 400°C abgesenkt, und es wurde für 30 Minuten ein Temperungsprozess bei einem Sauerstoffdruck von 400 Torr ausgeführt.
  • Als nächstes wurde ein Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität, wie Ti, mit einer Dicke von 20 nm auf dem Sm0,7Ca0,3MnO3 durch Elektronenstrahlabscheidung bei Raumtemperatur hergestellt, und so wurde eine Mehrschichtstruktur aus Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3 hergestellt. Die hergestellte Mehrschichtstruktur wurde durch Fotolithografie und Ar-Ionenfräsen so bearbeitet, dass die Elementfläche 100 μm × 100 μm einnahm, und so wurde ein Speicherelement mit einem Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang erhalten.
  • Die 6A und 6B sind Kurvenbilder, die Messergebnisse der Strom-Spannung-Eigenschaften der Struktur des nichtflüchtigen Speicherelements gemäß der Erfindung bei Raumtemperatur zeigen. In den Figuren repräsentiert n die Anzahl der Molekülschichten in der Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht. In den 6A und 6B ist die positive Richtung diejenige, in der ein Strom vom unteren zum oberen Teil des in der 5 dargestellten Speicherelements fließt. Bei diesen Messergebnissen wurde bei den Strom-Spannung-Eigenschaften im Element mit einem Ti/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang keine Hysterese beobachtet, während beim Element mit Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang, wenn die Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht in die Grenzfläche eingefügt ist, Hysterese bei den Strom-Spannung-Eigenschaften beobachtet wurde, wobei es sich um einen Effekt handelt, bei dem sich der durch ein elektrisches Feld und einen Strom induzierte Widerstand bei diesem Element ändert, wobei die Hysterese größer wurde, wenn die Dicke der eingefügten Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht von einer Molekülschicht auf fünf Molekülschichten erhöht wurde.
  • Das heißt, dass bei der Elementstruktur mit Ti/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang, bei der das Mn-Oxid vom Perovskittyp aus einer Schicht bestand, keine durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufene Widerstandsänderungseffekte erzielt wurden, während solche Effekte dann erzielt wurden, wenn eine Elementstruktur mit einem Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang verwendet wurde, bei der das Mn-Oxid vom Perovskittyp über eine Zweischichtstruktur verfügte. Außerdem ist es erkennbar, dass das Ausmaß der Hysterese bei den Strom-Spannung-Eigenschaften, entsprechend dem Ausmaß des Schaltens des Widerstands, durch Ändern der Dicke der Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht kontrolliert werden kann.
  • Die 7A bis 7D sind Kurvenbilder, die die Messergebnisse der Widerstandsänderung bei Raumtemperatur zeigen, wenn eine Impulsspannung mit verschiedenen zeitlichen Breiten an die Struktur des nichtflüchtigen Speicherelements gemäß der Erfindung angelegt wurde. In der Figur repräsentiert n die Anzahl der Molekülschichten in der Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht. In den 7A bis 7D ist die positive Richtung die Richtung, in der ein Strom vom unteren zum oberen Teil des in der 5 dargestellten Speicherelements fließt. Der Widerstand des Elements verfügt über einen Wert, der dadurch erzielt wurde, dass der Wert des Stroms gemessen wurde, wie er durch das Element floss, wenn eine Spannung von +1 V angelegt wurde. Wenn eine positive Impulsspannung (5 V in den 7A bis 7D) an das Element angelegt wurde, änderte sich der Zustand des Widerstands im Element auf einen solchen mit niedrigem Widerstand (RL), während dann, wenn ein negativer Spannungsimpuls (–5 V in den 7A bis 7D) angelegt wurde, sich der Zustand des Widerstands im Element auf einen solchen hohen Widerstands änderte (RH).
  • Das heißt, dass Speichereffekte durch eine durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufene Widerstandsänderung erzielt wurden, so dass sich der Zustand des Widerstands im Element zwischen einem solchem mit niedrigem Widerstand und einem solchen mit hohem Widerstand reversibel änderte, wenn die Polarität der an das Element angelegten Impulsspannung geändert wurde.
  • Außerdem war die Schaltgeschwindigkeit erhöht und das Ausmaß der Widerstandsänderung wurde größer, wenn die Dicke der in die Grenzfläche eingefügten Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht von einer Molekülschicht auf fünf Molekülschichten erhöht wurde.
  • Das heißt, dass es erkennbar ist, dass die Elementeigenschaften, beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit, wenn der Widerstand geändert wird, und das Ausmaß der Widerstandsänderung, durch Ändern der Dicke der eingefügten Sm0,7Ca0,3MnO3-Schicht kontrolliert werden können.
  • Dies, da sich die Speichereigenschaften auf Grund einer durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufenen Widerstandsänderung des Ti/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergangs verbessern und kontrollierbar werden, wenn Sm0,7Ca0,3MnO3 mit kleinerer Bandbreite als der von La0,7Sr0,3MnO3, d.h. mit höheren Isoliereigenschaften als denen von La0,7Sr0,3MnO3, eingefügt wird.
  • Hierbei wurde im Element mit einem Ti/La0,7Sr0,3MnO3/SrRuO3-Übergang unter den in den 7A bis 7D angegebenen Bedingungen (zeitliche Breite der Impulsspannung: 100 μs) keine Speicherungseffekte auf Grund einer durch ein elektrisches Feld und einen Strom hervorgerufenen Widerstandsänderung beobachtet.
  • Zu Vergleichszwecken zeigen die 6 und 7 Daten für ein Element mit Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3(100nm)/SrRuO3-Übergang. Das Element, bei dem fünf Molekülschichten von Sm0,7Ca0,3MnO3 eingefügt waren, hatte dieselben Eigenschaften wie das Element mit Ti/Sm0,7Ca0,3MnO3(100nm)/SrRuO3-Übergang.
  • Obwohl beim vorliegenden Beispiel La0,7Sr0,3MnO3 für die untere Schicht in der Zweischichtstruktur eines Oxids vom Perovskittyp verwendet ist, kann die untere Schicht ein Mn-Oxid vom Perovskittyp sein, das allgemein durch Ra1-xMaxMnO3 repräsentiert sein kann (Ra repräsentiert eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden; Ma repräsentiert ein Erdalkalimetall und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen), wie es aus dem Fall ersichtlich ist, bei dem Pr0,7Ca0,3MnO3 verwendet ist, wie beim Beispiel 1. Außerdem wurde zwar als eingefügtes Material Sm0,7Ca0,3MnO3 verwendet, jedoch wurde eine ähnliche Verbesserung wahrgenommen, wenn Sm durch eine andere Seltene Erde ersetzt wurde, bei der es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden, wie Pr handelte, wenn der mittlere Innenradius der Seltene Erde kleiner als der der Seltene Erde La in der unteren Schicht war. Außerdem wurde eine ähnliche Verbesserung beobachtet, wenn Ca durch ein anderes Erdalkalimetall ersetzt wurde, bei dem es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetall, wie Sr, handelte, wenn die Isolierung höher als die von La0,7Sr0,3MnO3 war. Außerdem wurde ein geeignetes Verhältnis der Seltene Erde zum Erdalkalimetall aus dem Inneren des Bereichs 0 < x < 1 ausgewählt, so dass die Isolie rung von Rb1-yMbyMnO3 höher als die des Mn-Oxids Ra1-xMaxMnO3 vom Perovskittyp wurde.
  • Obwohl bei den Beispielen 1 und 2 Ti als Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität verwendet ist, können beispielsweise Al, Nb, Ta, Zr, V, Mg, TaN, TiN oder Legierungen oder Verbindungen derselben verwendet werden. Außerdem wurde zwar SrRuO3 als Leiter zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts zu Pr0,7Ca0,3MnO3 und La0,7Sr0,3MnO3 verwendet, jedoch kann jedes beliebige Metall mit tiefer Arbeitsfunktion verwendet werden, wie Pt, Au, Re, Ir, IrO2 und RuO2.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es handelt sich um ein nichtflüchtiges Speicherelement, bei dem Rb1-yMbyMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen von Ra1-xMaxMnO3 zwischen dieses Ra1-xMaxMnO3 und ein Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität eingefügt ist, um die Widerstandsänderungseigenschaften sowie Schalteigenschaften zu verbessern und die Widerstandsänderungseigenschaften zu kontrollieren. (In den Formeln repräsentieren Ra und Rb Seltene Erden, und es handelt sich um Feststofflösungen eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden. Der mittlere Innenradius von Rb ist kleiner als der von Ra. Ma und Mb repräsentieren Erdalkalimetalle, und es handelt sich um Feststofflösungen eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen. Es gilt 0 < x, y < 1).

Claims (10)

  1. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; einem Mn-Oxid Ra1-xMaxMnO3 vom Perovskittyp und Rb1-yMbyMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist; wobei Ma und Mb in den Formeln ein Erdalkalimetall repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Erdalkalimetallen handelt; Ra und Rb in den Formeln eine Seltene Erde repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden handelt; der mittlere Innenradius von Rb kleiner als der von Ra ist; und 0 < x, y < 1 gilt.
  2. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; einem Mn-Oxid Ra1-xCaxMnO3 vom Perovskittyp und Rb1-yCayMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist; wobei Ra und Rb in den Formeln eine Seltene Erde repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden handelt; der mittlere Innenradius von Rb kleiner als der von Ra ist; und 0 < x, y < 1 gilt.
  3. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; einem Mn-Oxid Pr0,7Ca0,3MnO3 vom Perovskittyp und Rb1-yCayMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist; wobei Rb in der Formel eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden repräsentiert; und 0 < y < 1 gilt.
  4. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; dem Mn-Oxid Pr0,7Ca0,3MnO3 vom Perovskittyp und Sm0,7Ca0,3MnO3, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist.
  5. Nichtflüchtiges Speicherelement nach Anspruch 1 bis 4, bei dem ein Leiter mit tiefer Arbeitsfunktion für eine ohmsche Elektrode auf dem Mn-Oxid Ra1-xCaxMnO3 vom Perovskittyp oder dem Mn-Oxid Pr0,7Ca0,3MnO3 vom Perovskittyp verwendet ist.
  6. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; einem Mn-Oxid Ra1-xSrxMnO3 vom Perovskittyp und Rb1-yCayMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist; wobei Ra und Rb in den Formeln eine Seltene Erde repräsentieren, wobei es sich um eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden handelt; der mittlere Innenradius von Rb kleiner als der von Ra ist; und 0 < x, y < 1 gilt.
  7. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; einem Mn-Oxid La0,7Sr0,3MnO3 vom Perovskittyp und Rb1-yCayMnO3 mit höheren Isoliereigenschaften als denen des Mn-Oxids vom Perovskittyp, das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist; wobei Rb in der Formel eine Seltene Erde und eine Feststofflösung eines oder mehrerer Typen von Seltenen Erden repräsentiert; und 0 < y < 1 gilt.
  8. Nichtflüchtiges Speicherelement mit: einem Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität; dem Mn-Oxid La0,7Sr0,3MnO3 vom Perovskittyp und Sm0,7Ca0,3MnO3 das zwischen das Metall und das Mn-Oxid vom Perovskittyp eingefügt ist.
  9. Nichtflüchtiges Speicherelement nach den Ansprüchen 6 bis 8, bei dem ein Leiter mit tiefer Arbeitsfunktion für eine ohmsche Elektrode auf dem Mn-Oxid Ra1-xCaxMnO3 vom Perovskittyp oder dem Mn-Oxid Pr0,7Ca0,3MnO3 vom Perovskittyp verwendet ist oder dem Mn-Oxid Ra1-xSrxMnO3 vom Perovskittyp oder dem Mn-Oxid La0,7Sr0,3MnO3 vom Perovskittyp.
  10. Nichtflüchtiges Speicherelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei dem Ti als Metall mit flacher Arbeitsfunktion oder geringer Elektronegativität verwendet ist.
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