DE60127635T2

DE60127635T2 - Speicher, Verfahren und Anordnung zum Schreiben und Lesen

Info

Publication number: DE60127635T2
Application number: DE60127635T
Authority: DE
Inventors: Takashi Osaka-shi Nishihara; Rie Kadoma-shi Kojima; Noboru Hirakata-Shi Yamada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: DE60127635D1; EP1202285A3; HK1045022A1; US20020131309A1; EP1202285A2; CN1203550C; US6809401B2; CN1351379A; EP1202285B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Phasenänderungsspeicher zum Speichern von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung, die zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase auftreten kann, eine Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in den Speicher, eine Lesevorrichtung zum Lesen von Informationen aus dem Speicher und Schreib/Lese-Verfahren dafür.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK:
Ein Phasenänderungsspeicher, in dem Informationen aufgezeichnet oder gelöscht werden können, indem elektrische Energie wie z. B. ein elektrischer Strom eingebracht wird, ist bekannt. Das als Aufzeichnungsschicht eines solchen Phasenänderungsspeichers verwendete Material bewirkt eine reversible Änderung zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase auf Grund von Temperaturerhöhungen, die sich aus dem Anlegen der elektrischen Energie ergeben. Im Allgemeinen ist der elektrische Widerstand der kristallinen Phase niedrig, wohingegen der elektrische Widerstand der amorphen Phase hoch ist. Der Phasenänderungsspeicher ist ein nicht flüchtiger Speicher, in dem binäre Informationen unter Verwendung der Differenz des elektrischen Widerstandes zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase aufgezeichnet werden.
In den letzten Jahren wurde zusammen mit der Erhöhung der Menge an in einem Speicher aufzuzeichnenden Informationen ein Speicher mit einer größeren Kapazität verlangt. Um die Kapazität eines Phasenänderungsspeichers zu erhöhen, wurden zwei Vorschläge unterbreitet: (1) die Fläche einer Speicherzelle zur Aufzeichnung eines binären Werts wird verringert und mehrere solche Speicherzellen werden in einer Matrix angeordnet (Erhöhung der Oberflächendichte); (2) mehrwertige Informationen werden in einer einzelnen Speicherzelle gespeichert. In dieser Patentbeschreibung umfasst der "Mehrwert" nicht den "binären Wert".
Hinsichtlich des Vorschlags (1) besteht, da eine Grenze für einen Miniaturisierungsprozess in einem Herstellungsverfahren wie z. B. Photolithographie besteht, auch eine Grenze für die Steigerung der Oberflächendichte. Folglich ist es unmöglich, die Kapazität eines Phasenänderungsspeichers drastisch zu erhöhen.
Ein bekanntes herkömmliches Verfahren zum Aufzeichnen von mehrwertigen Informationen in einer einzelnen Speicherzelle ist in der japanischen nationalen Phase PCT-Offenlegungsschrift Nr. 11-510317 offenbart. Gemäß diesem herkömmlichen Verfahren wird der Widerstandswert einer Aufzeichnungsschicht einer Speicherzelle in einer schrittweisen Weise gesteuert, wodurch mehrwertige Informationen in der Speicherzelle gespeichert werden können. Eine solche schrittwiese Steuerung des Phasenzustandes in einer einzelnen Aufzeichnungsschicht beinhaltet jedoch vielmehr eine größere Schwierigkeit als die Steuerung des Phasenzustandes zwischen den zwei Phasenzuständen, d. h. der kristallinen Phase und der amorphen Phase.
JP-A-60164937 offenbart einen Speicher, wie er im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Speicher: eine erste Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund einer Temperaturerhöhung auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht wird; und eine zweite Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 aufweisen, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung t_x1 > t_x2 aufweisen, und R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1+ R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Pha se R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht, T_m1, die Beziehung 400 ≤ T_m1(°C) ≤ 800.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_m2, die Beziehung 300 ≤ T_m2(°C) ≤ 700.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, die Beziehung 130 ≤ T_x1(°C) ≤ 230.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung 160 ≤ T_x2(°C) ≤ 260.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, die Beziehung 5 ≤ t_x1(ns) ≤ 200.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung 2 ≤ t_x2(ns) ≤ 150.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Aufzeichnungsschicht drei Elemente, Ge, Sb und Te; und die zweite Aufzeichnungsschicht umfasst (Sb-Te)-M1, wobei M1 mindestens eines ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au und Mn besteht.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Aufzeichnungsschicht auf einem Substrat gebildet und die obere Elektrode ist auf der zweiten Aufzeichnungsschicht gebildet.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine untere Elektrode zwischen dem Substrat und der ersten Aufzeichnungsschicht gebildet.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zwischenschicht zwischen der ersten Aufzeichnungsschicht und der zweiten Aufzeichnungsschicht gebildet.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand r_a1 der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase 1,0 ≤ r_a1(Ω·cm) ≤ 1 × 10⁷.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand r_a2 der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase 2,0 ≤ r_a2(Ω·cm) ≤ 2 × 10⁷.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand r_c1 der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase 1 × 10^–3 ≤ r_c1(Ω·cm) ≤ 1,0.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand r_c2 der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase 1 × 10^–3 ≤ r_c2(Ω·cm) ≤ 1,0.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in einen Speicher geschaffen, wobei der Speicher umfasst: eine erste Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden; und eine zweite Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 aufweisen, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung t_x1 > t_x2 aufweisen, und R_a1+ R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist, und die Schreibvorrichtung umfasst: einen Impulsgenerator zum Erzeugen mindestens eines ersten bis dritten elektrischen Stromimpulses; und einen Anlegeabschnitt, durch den der mindestens erste bis dritte elektrische Stromimpuls an die erste Aufzeichnungsschicht und die zweite Aufzeichnungsschicht angelegt werden, wobei, um die erste Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während der Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht unverändert gehalten wird, der Impulsgenerator den ersten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) schafft, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, um die zweite Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht unverändert gehalten wird, der Impulsgenerator den zweiten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und, um sowohl die erste Aufzeichnungsschicht als auch die zweite Aufzeichnungsschicht von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, der Impulsgenerator den dritten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der eine Temperatur schafft, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude des ersten elektrischen Stromimpulses, I_c1, 0,02 ≤ I_c1(mA) ≤ 10, und die Impulsbreite des ersten elektrischen Stromimpulses, t_c1, ist 5 ≤ t_c1(ns) ≤ 200.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude des zweiten elektrischen Stromimpulses, I_c2, 0,05 ≤ I_c2(mA) ≤ 20, und die Impulsbreite des zweiten elektrischen Stromimpulses, t_c2, ist 2 ≤ t_c2(ns) ≤ 150.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude des dritten elektrischen Stromimpulses, I_a1, 0,1 ≤ I_a1(mA) ≤ 200, und die Impulsbreite des dritten elektrischen Stromimpulses, t_a1, ist 1 ≤ t_a1(ns) ≤ 100.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, um sowohl die erste Aufzeichnungsschicht als auch die zweite Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, der Impulsgenerator einen vierten elektrischen Stromimpuls, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude des vierten elektrischen Stromimpulses, I_c12, 0,05 ≤ I_c12(mA) ≤ 20, und die Impulsbreite des vierten elektrischen Stromimpulses, t_c12, ist 5 ≤ t_c12(ns) ≤ 200.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, wenn der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht, T_m1, und der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_m2, die Beziehung T_m1 ≠ T_m2 aufweisen, um die Aufzeichnungsschicht mit dem niedrigeren der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, während der Phasenzustand der Aufzeichnungsschicht mit dem höheren der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 in der kristallinen Phase gehalten wird, der Impulsgenerator einen fünften elektrischen Stromimpuls, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der niedrigere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 und niedriger als der höhere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude des fünften elektrischen Stromimpulses, I_a2, 0,05 ≤ I_a2(mA) ≤ 160, und die Impulsbreite des fünften elektrischen Stromimpulses, t_a2, ist 1 ≤ t_a2(ns) ≤ 100.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lesevorrichtung zum Lesen von Informationen aus einem Speicher geschaffen, wobei der Speicher umfasst: eine erste Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden; und eine zweite Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 aufweisen, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung t_x1 > t_x2 aufweisen, und R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist, und die Lesevorrichtung umfasst: einen Anlegeabschnitt, durch den ein elektrischer Stromimpuls an die erste und die zweite Aufzeichnungsschicht angelegt wird; eine Widerstandsmessvorrichtung zum Messen einer Summe der Widerstände der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht; und einen Bestimmungsabschnitt zum Bestimmen, welche der vier verschiedenen Summen von Widerstandswerten, R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2, gleich der gemessenen Summe der Widerstandswerte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt der elektrische Stromimpuls eine Amplitude I_r mit einer Größe, so dass eine Phasenänderung in der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht nicht verursacht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Amplitude I_r des elektrischen Stromimpulses I_r(mA) ≤ 0,02.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Speicher N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt) zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der mten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werten ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in einen Speicher geschaf fen, wobei der Speicher N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt) zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase umfasst, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werten ist, und die Schreibvorrichtung umfasst: einen Impulsgenerator zum Erzeugen von mindestens N Kristallisationsimpulsen und eines Amorphisationsimpulses und einen Anlegeabschnitt, durch den die mindestens N Kristallisationsimpulse und der Amorphisationsimpuls an die N Aufzeichnungsschichten angelegt werden, wobei, um nur die m-te Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während die Phasenzustände der anderen Aufzeichnungsschichten unverändert gehalten werden, der Impulsgenerator einen Kristallisationsimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt, und, um alle N Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, der Impulsgenerator den Amorphisationsimpuls erzeugt, der eine Temperatur schafft, die gleich dem oder höher als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, um alle N Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t_x erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_xN ≤ T_x erfüllt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, um die mten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x(m+n–1) ≤ T_x < T_x(m+n) erfüllt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, wenn jede der einen oder mehreren Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten einen Schmelzpunkt aufweist, der gleich einer oder niedriger als eine Temperatur T_m ist, und jede der anderen Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten einen Schmelzpunkt aufweist, der höher als die Temperatur T_m ist, um die eine oder mehreren Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, während die anderen Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase gehalten werden, der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls, der die Temperatur T_m erzeugt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lesevorrichtung um Lesen von Informationen aus einem Speicher geschaffen, wobei der Speicher N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt) zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase umfasst, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werten ist, und die Lesevorrichtung umfasst: einen Anlegeabschnitt, durch den ein elektrischer Stromimpuls an die N Aufzeichnungsschichten angelegt wird; eine Widerstandsmessvorrichtung zum Messen einer Summe der Widerstände der N Aufzeichnungsschichten; und einen Bestimmungsabschnitt zum Bestimmen, welcher der 2^N verschiedenen Werte für die Summe von Widerstandswerten gleich der gemessenen Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in einen Speicher geschaffen, wobei der Speicher umfasst: eine erste Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund von Temperaturer höhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden; und eine zweite Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 aufweisen, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung t_x1 > t_x2 aufweisen, und R_a1+ R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist, und das Schreibverfahren die Schritte umfasst: Erzeugen mindestens eines ersten bis dritten elektrischen Stromimpulses; und Anlegen des mindestens ersten bis dritten elektrischen Stromimpulses an die erste Aufzeichnungsschicht und die zweite Aufzeichnungsschicht, wobei im Schritt des Erzeugens des mindestens ersten bis dritten elektrischen Stromimpulses, um die erste Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während der Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht unverändert gehalten wird, der Impulsgenerator den ersten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, um die zweite Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht unverändert gehalten wird, der Impulsgenerator den zweiten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und um sowohl die erste Aufzeichnungsschicht als auch die zweite Aufzeichnungsschicht von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, der Impulsgenerator den dritten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen von Informationen aus einem Speicher geschaffen, wobei der Speicher umfasst: eine erste Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Infor mationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden; und eine zweite Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 aufweisen, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung t_x1 > t_x2 aufweisen, und R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist, und das Leseverfahren die Schritte umfasst: Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die erste Aufzeichnungsschicht und die zweite Aufzeichnungsschicht; Messen einer Summe der Widerstände der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht; und Bestimmen, welche der vier verschiedenen Summen von Widerstandswerten, R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2, gleich der gemessenen Summe der Widerstandswerte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in einen Speicher geschaffen, wobei der Speicher N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt) zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase umfasst, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werten ist, und das Schreibverfahren die Schritte umfasst: Erzeugen von mindestens N Kristallisationsimpulsen und eines Amorphisationsimpulses und Anlegen der mindestens N Kristallisationsimpulse und des Amorphisationsimpulses an die N Aufzeichnungsschichten, wobei im Schritt des Erzeugens der ersten bis (N+1)-ten elektrischen Stromimpulse, um nur die m-te Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern, während die Phasenzustände der anderen Aufzeichnungsschichten unverändert gehalten werden, der Impulsgenerator einen Kristallisationsimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt, und um alle N Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, der Impulsgenerator den Amorphisationsimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten ist.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen von Informationen von einem Speicher geschaffen, wobei der Speicher N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt) zum Aufzeichnen von Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase umfasst, die auf Grund Temperaturerhöhungen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werfen ist, und das Leseverfahren die Schritte umfasst: Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die N Aufzeichnungsschichten; Messen einer Summe der Widerstände der N Aufzeichnungsschichten; und Bestimmen, welcher der 2^N verschiedenen Werte für die Summe von Widerstandswerten gleich der gemessenen Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten ist.
Folglich macht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile möglich, dass sie folgendes schafft: einen Phasenänderungsspeicher, der mehrwertige Informationen speichert und in dem das Schreiben und Lesen von Informationen leicht durchgeführt werden kann; eine Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in einen solchen Phasenänderungsspeicher; eine Lesevorrichtung zum Lesen von Informationen aus einem solchen Phasenänderungsspeicher; und Schreib- und Leseverfahren, die in Verbindung mit einem solchen Phasenänderungsspeicher verwendet werden.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Fig. ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Struktur einer Schreib/Lese-Vorrichtung, die mit einem Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
2 stellt einen Übergang des Zustandes des Speichers auf der Basis der Phasenzustände der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht dar.
3 zeigt die Wellenformen von elektrischen Stromimpulsen, die verwendet werden, um die Phasenzustände der zwei Aufzeichnungsschichten zu ändern.
4 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren zum Lesen von Informationen vom Speicher unter Verwendung der Schreib/Lese-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 zeigt eine beispielhafte Struktur, die aus einer Speichervorrichtung mit mehreren Speichern der vorliegenden Erfindung, die in einer Matrix angeordnet sind, und einer externen Schaltung, die mit der Speichervorrichtung verbunden ist, gebildet ist.
6 zeigt einen Speicher mit N Aufzeichnungsschichten.
7 zeigt die Wellenformen von elektrischen Stromimpulsen, die verwendet werden, um die Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten zu ändern.
8 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren zum Lesen von Informationen vom Speicher unter Verwendung der Schreib/Lese-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
1 zeigt eine Struktur einer Schreib/Lese-Vorrichtung, die mit einem Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist. Die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 schreibt Informationen in den Speicher 11 oder liest Informationen aus dem Speicher 11.
Die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 umfasst einen Impulsgenerator 7 zum Erzeugen eines elektrischen Stromimpulses, einen Widerstandsmessabschnitt 8 zum Messen des Widerstandes des Speichers 11, Schalter 9 und 10, Anlegeabschnitte 13 zum Anlegen eines elektrischen Stromimpulses, der durch den Impulsgenerator 7 erzeugt wird, an den Speicher 11 und einen Bestimmungsabschnitt 16 zum Bestimmen des Widerstandswerts des Speichers 11, der vom Widerstandsmessabschnitt 8 gemessen wird.
Der Speicher 11 umfasst ein Substrat 1, eine untere Elektrode 2, die über dem Substrat 1 ausgebildet ist, eine erste Aufzeichnungsschicht 3, die über der unteren Elektrode 2 ausgebildet ist, eine Zwischenschicht 4, die über der ersten Aufzeichnungsschicht 3 ausgebildet ist, eine zweite Aufzeichnungsschicht 5, die über der Zwischenschicht 4 ausgebildet ist, und eine obere Elektrode 6, die über der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 ausgebildet ist.
Als Substrat 1 kann beispielsweise eine Harzplatte aus Polycarbonat oder dergleichen, eine Glasplatte, eine Keramikplatte aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder dergleichen, eine Si-Platte, Metallplatten aus Cu oder dergleichen usw. verwendet werden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele begrenzt. In der Ausführungsform 1 wird ein Si-Substrat als Substrat 1 verwendet. Als untere Elektrode 2 und obere Elektrode 6 kann beispielsweise ein Einzelmetallmaterial wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw. oder eine Kombination davon (Legierungsmaterial) verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch ein beliebiges Elektrodenmaterial verwendet werden, solange elektrische Energie an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Elektroden 2 und 6 angelegt werden kann. Die Zwischenschicht 4 ist zum Verhindern, dass Atome, die eine der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 bilden, sich dazwischen durch Diffusion bewegen, vorgesehen. Die Zwischenschicht 4 ist vorzugsweise elektrisch leitend und kann aus einem Einzelmetallmaterial wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw. oder einer Kombination davon (Legierungsmaterial) bestehen. Das Material der Zwischenschicht 4 ist jedoch nicht auf diese Materialien begrenzt. In der Ausführungsform 1 wird Pt in der unteren Elektrode 2, der Zwischenschicht 4 und der oberen Elektrode 6 verwendet.
Es sollte beachtet werden, dass eine beliebige Struktur zum Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 anstelle der unteren Elektrode 2 und/oder der oberen Elektrode 6 verwendet werden kann. Wenn das Substrat 1 beispielsweise elektrisch leitend ist, kann die untere Elektrode 2 weggelassen werden. Ferner kann die Zwischenschicht 4 weggelassen werden, wenn die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 aus einem solchen Material bestehen, dass Atome, die die Aufzeichnungsschichten 3 und 5 bilden, sich dazwischen nicht durch Diffusion bewegen.
Ferner bestehen die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 aus einem solchen Material, dass eine reversible Phasenänderung zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase durch Temperaturerhöhungen auf Grund des Anlegens von elektrischer Energie wie z. B. eines elektrischen Impulses oder dergleichen verursacht werden. Das Material der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 wird derart ausgewählt, dass die folgenden Bedingungen 1–3 erfüllt sind:

Bedingung 1: Die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht 3, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht 5, T_x2, erfüllen die Beziehung T_x1 < T_x2. In dieser Patentbeschreibung bedeutet "Kristalli sationstemperatur" eine Temperatur, bei der sich das Material einer Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändert.
Bedingung 2: Die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht 3, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht 5, t_x2, erfüllen die Beziehung T_x1 > t_x2. In dieser Patentbeschreibung bedeutet "Kristallisationszeit" eine Zeit, die verbracht wird, während dessen sich das Material einer Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändert.
Bedingung 3: Wenn der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase R_a2 ist, und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase R_c2 ist, sind R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden.

Durch Erfüllen der Bedingung 1 und Bedingung 2 können der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 jeweils in einen gewünschten Zustand (amorphe Phase oder kristalline Phase) gesetzt werden. Durch Erfüllen von Bedingung 3 können überdies vier Zustände, die durch Kombinationen des Phasenzustandes der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Phasenzustandes der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 dargestellt werden, unterscheidbar erfasst werden. Folglich können die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 des Speichers 11 Informationen mit 4 Werten (2 Bits) entsprechend den vier Zuständen speichern. In dieser Struktur wird der Phasenzustand von jeder Aufzeichnungsschicht zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase gesteuert. Dies ist leichter als eine schrittweise Steuerung des Phasenzustandes einer einzelnen Aufzeichnungsschicht.
Die Kristallisationstemperatur T_x1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 ist vorzugsweise 130 ≤ T_x1 ≤ (°C) 230. Die Kristallisationstemperatur T_x2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 ist vorzugsweise 160 ≤ T_x2(°C) ≤ 260. Die Kristallisationszeit t_x1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 ist vorzugsweise 5 ≤ t_x1(ns) ≤ 200. Die Kristallisationszeit t_x2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 ist vorzugsweise 2 ≤ t_x2(ns) ≤ 150.
Der spezifische Widerstand r_a1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase ist vorzugsweise 1,0 ≤ r_a1(Ω·cm) ≤ 1 × 10⁷. Der spezifische Widerstand r_a2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase ist vorzugsweise 2,0 ≤ r_a2(Ω·cm) ≤ 2 × 10⁷. Der spezifische Widerstand r_c1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase ist vorzugsweise 1 × 10^–3 ≤ r_c1(Ω·cm) ≤ 1,0. Der spezifische Widerstand r_c2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase ist vorzugsweise 1 × 10^–3 ≤ r_c2(Ω·cm) ≤ 1,0.
In der Ausführungsform 1 weisen der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht 3, T_m1, und der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht 5, T_m2, die Beziehung T_m1 > T_m2 auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung können diese Schmelzpunkte Tm₁ und T_m2 jedoch eine beliebige Beziehung aufweisen. In der Ausführungsform 1 sind der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 630°C bzw. 550°C. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 vorzugsweise 400 ≤ T_m1(°C) ≤ 800 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 ist vorzugsweise 300 ≤ T_m2(°C) ≤ 700.
Die erste Aufzeichnungsschicht 3 umfasst drei Elemente, Ge, Sb und Te. Die zweite Aufzeichnungsschicht 5 umfasst ein Materialsystem, das durch (Sb-Te)-M1 dargestellt ist, wobei M1 mindestens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au und Mn besteht. In der Ausführungsform 1 sind die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 Ge₈Sb₂Te₁₁ bzw. (Sb_0,7Te_0,3)₉₅Ge₅. In der Ausführungsform 1 sind die Kristallisationstemperatur T_x1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und die Kristallisationstemperatur T_x2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 170 °C bzw. 200 °C. Die Kristallisationszeit t_x1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und die Kristallisationszeit t_x2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 sind 130 ns bzw. 80 ns.
Ferner besitzt in der Ausführungsform 1 die untere Elektrode 2 aus Pt eine Fläche von 10 μm × 10 μm und eine Dicke von 0,1 μm. Die erste Aufzeichnungsschicht 3 aus Ge₈Sb₂Te₁₁ besitzt eine Fläche von 5 μm × 5 μm und eine Dicke von 0,1 μm. Die Zwischenschicht 4 aus Pt besitzt eine Fläche von 5 μm × 5 μm und eine Dicke von 0,1 μm. Die zweite Aufzeichnungsschicht 5 aus (Sb_0,7Te_0,3)₉₅Ge₅ besitzt eine Fläche von 5 μm × 5 μm und eine Dicke von 0,1 μm. Die obere Elektrode 6 aus Pt besitzt eine Fläche von 5 μm × 5 μm und eine Dicke von 0,1 μm. In dieser Struktur sind der Widerstandswert R_a1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase und der Widerstandswert R_a1 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase 1000 Ω bzw. 1500 Ω. Der Widerstandswert R_c1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase und der Widerstandswert R_c2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase sind 5 Ω bzw. 10 Ω.
Der Speicher 11 weist vier verschiedene Zustände auf, die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt sind, den Zustand 1 bis Zustand 4. Die Zustände 1–4 sind durch Kombinationen der Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 (amorphe Phase und kristalline Phase) dargestellt. Die Tabelle 1 zeigt die Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 und die Summe der Widerstandswerte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 für jeden der Zustände 1–4 des Speichers 11.
[Tabelle 1]
Wenn sich die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 beide in der amorphen Phase (Zustand 1) befinden, ist die Summe des Widerstandes der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Widerstandes der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 R_a1+ R_a2. Wenn sich die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase (Zustand 2) befindet, ist die Summe des Widerstandes der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Widerstandes der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 R_c1+ R_a2. Wenn sich die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase (Zustand 3) befindet, ist die Summe des Widerstandes der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Widerstandes der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 R_a1 + R_c2. Wenn sich die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 beide in der kristallinen Phase (Zustand 4) befinden, ist die Summe des Widerstandes der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Widerstandes der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 R_c1 + R_c2. Wie vorstehend beschrieben, ist die Summe der Widerstände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 unter den Zuständen 1–4 verschieden.
Als nächstes wird eine Prozedur zum Herstellen des Speichers 11 (Schritte S1101 bis S1106) beschrieben:
S1101: Das Substrat 1 wird einer Oberflächenbehandlung unterzogen und dann in eine Sputtervorrichtung eingeführt.
S1102: Ein Einzelmetall-Target, wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw., oder ein Legierungsmetall-Target aus diesen Metallen wird in einer Ar-Gasatmosphäre gesputtert, um die untere Elektrode 2 auszubilden.
S1103: Ein Legierungs-Target mit drei Elementen, Ge, Sb und Te, wird in einer Atmosphäre gesputtert, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Ar-Gasatmosphäre, einer Kr-Gasatmosphäre, einer gemischten Gasatmosphäre, die durch Ar-Gas und reaktives Gas, einschließlich mindestens eines von Sauerstoffgas und Stickstoffgas, gebildet ist, und einer gemischten Gasatmosphäre, die durch Kr-Gas und reaktives Gas gebildet ist, besteht, um die erste Aufzeichnungsschicht 3 auf der unteren Elektrode 2 auszubilden.
S1104: Ein Einzelmetall-Target, wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw., oder ein Legierungsmetall-Target dieser Metalle wird in einer Ar-Gasatmosphäre gesputtert, um die Zwischenschicht 4 auf der ersten Aufzeichnungsschicht 3 auszubilden.
S1105: Ein Legierungs-Target, mit einem Materialsystem, das durch (Sb-Te)-M1 dargestellt ist (wobei M1 mindestens eines ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au und Mn besteht) wird in einer Atmosphäre gesputtert, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Ar-Gasatmosphäre, einer Kr-Gasatmosphäre, einer gemischten Gasatmosphäre, die durch ein Ar-Gas und reaktives Gas, einschließlich mindestens eines von Sauerstoffgas und Stickstoffgas, gebildet ist, und einer gemischten Gasatmosphäre, die durch Kr-Gas und reaktives Gas gebildet ist, besteht, um die zweite Aufzeichnungsschicht 5 auf der Zwischenschicht 4 auszubilden.
S1106: Ein Einzelmetall-Target, wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw., oder ein Legierungsmetall-Target dieser Metalle wird in einer Ar-Gasatmosphäre gesputtert, um die obere Elektrode 6 auf der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 auszubilden.
In den Herstellungsschritten S1101 bis S1106 wird die Sputtervorrichtung verwendet, um die untere Elektrode 2, die erste Aufzeichnungsschicht 3, die Zwischenschicht 4, die zweite Aufzeichnungsschicht 5 und die obere Elektrode 6 auszubilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine beliebige Dünnschicht-Ausbildungsvorrichtung verwendet werden, um diese Schichten auszubilden. In der Ausführungsform 1 wird in Schritt S1101 die Oberfläche des Si-Substrats 1 in einer Nitridatmosphäre nitridiert. In dem so hergestellten Speicher 11 wird ein Au-Zuleitungsdraht an jede der unteren Elektrode 2 und der oberen Elektrode 6 gebondet. Die Au-Zuleitungsdrähte werden mit der Lese/Schreib-Vorrichtung 12 über die Anlegeabschnitte 13 verbunden.
Als nächstes werden ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in den Speicher 11 und ein Verfahren zum Löschen von Informationen aus dem Speicher 11 beschrieben. Wenn Informationen in den Speicher 11 geschrieben werden oder Informationen aus diesem gelöscht werden, wird der Schalter 9 geschlossen und der Schalter 10 wird geöffnet. Der Impulsgenerator 7 erzeugt einen elektrischen Stromimpuls mit einer Amplitude und Breite, die erforderlich sind, um die Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in gewünschte Phasenzustände zu ändern. Der vom Impulsgenerator 7 erzeugte elektrische Stromimpuls wird an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt.
2 stellt den Übergang des Zustandes des Speichers 11 auf der Basis der Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 dar.
In der Ausführungsform 1 werden mit Bezug auf Tabelle 1 in Verbindung mit 2 eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 1 in den Zustand 2 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 1 in den Zustand 3 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 1 in den Zustand 4 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 2 in den Zustand 3 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 2 in den Zustand 4 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 3 in den Zustand 2 verursacht eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 3 in den Zustand 4 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 4 in den Zustand 2 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 4 in den Zustand 3 verursacht, als "Schreib"-Operationen bezeichnet. Andererseits werden eine Operation, die einen Übergang zum Zustand 2 in den Zustand 1 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 3 in den Zustand 1 verursacht, eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 4 in den Zustand 1 verursacht, als "Lösch"-Operationen bezeichnet. Die Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 werden in gewünschte Phasenzustände geändert, wodurch Informationen in den Speicher 11 geschrieben werden können oder Informationen aus dem Speicher 11 gelöscht werden können.
Nachstehend werden Schritte zum Schreiben von Informationen in den und/oder Löschen von Informationen aus dem Speicher 11 mit Bezug auf 2 beschrieben:

Schritt S1: Wenn der Zustand 1 in den Zustand 2 geändert wird oder wenn der Zustand 3 in den Zustand 4 geändert wird, d. h. wenn die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird, während der Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 unverändert gehalten wird, erzeugt der Impulsgenerator 7 (1) einen ersten elektrischen Stromimpuls, der an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 (1) angelegt wird. Der erste elektrische Stromimpuls ergibt während einer Zeit (t); die t_x1 < t erfüllt, eine Temperatur (T), die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt. Spezielle Wellenformen des elektrischen Stromimpulses werden später mit Bezug auf 3 beschrieben.
Schritt S2: Wenn der Zustand 1 in den Zustand 3 geändert wird oder wenn der Zustand 2 in den Zustand 4 geändert wird, d. h. wenn der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 unverändert gehalten wird, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird, erzeugt der Impulsgenerator 7 einen zweiten elektrischen Stromimpuls, der an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt wird. Der zweite elektrische Stromimpuls ergibt während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T), die T_x2 ≤ T erfüllt.
Schritt S3: Wenn der Zustand 4 in den Zustand 1 geändert wird, d. h. wenn die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 beide von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden, erzeugt der Impulsgenerator 7 einen dritten elektrischen Stromimpuls, der an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt wird. Der dritte elektrische Stromimpuls ergibt eine Temperatur, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist.
Schritt S4: Wenn der Zustand 1 in den Zustand 4 geändert wird, d. h. wenn die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 beide von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert werden, erzeugt der Impulsgenerator 7 einen vierten elektrischen Stromimpuls, der an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt wird. Der vierte elektrische Stromimpuls ergibt während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T), die T_x2 ≤ T erfüllt. Es sollte beachtet werden, dass Schritt S4 nicht unentbehrlich ist, da der Schritt S4 ersetzt werden kann, indem nacheinander Schritt S1 und Schritt S2 oder Schritt S2 und Schritt S1 durchgeführt werden. Da Schritt S4 nicht unentbehrlich ist, ist ein Übergang des Zustandes des Speichers 11, der Schritt S4 entspricht, durch einen gestrichelten Pfeil in 2 dargestellt.
Schritt S5: Wenn der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Beziehung T_m1 > T_m2 aufweisen und der Zustand 4 in den Zustand 2 geändert wird, d. h. wenn der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase gehalten wird, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert wird, erzeugt der Impulsgenerator 7 einen fünften elektrischen Stromimpuls, der an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt wird. Der fünfte elektrische Stromimpuls ergibt eine Temperatur (T), die T_m2 ≤ T < T_m1 erfüllt. Es sollte beachtet werden, dass Schritt S5 nicht unentbehrlich ist, da Schritt S5 ersetzt werden kann, indem nacheinander Schritt S3 und Schritt S1 durchgeführt werden. Da Schritt S5 nicht unentbehrlich ist, ist ein Übergang des Zustandes des Speichers 11, der Schritt S5 entspricht, in 2 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt. Wenn alternativ der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Beziehung T_m1 < T_m2 aufweisen, wird der fünfte elektrische Stromimpuls, der eine Temperatur (T) schafft, die T_m1 ≤ T < T_m2 erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch ein Übergang vom Zustand 4 in den Zustand 3 erreicht werden kann.

Mit den Schritten S1 bis S3 können die Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 derart geändert werden, dass einer der Zustände 1–4 in einen anderen geändert wird. Wenn beispielsweise der Zustand 2 in den Zustand 1 geändert wird, werden Schritt S2 und Schritt S3 durchgeführt. Wenn der Zustand 3 in den Zustand 1 geändert wird, werden Schritt S1 und Schritt S3 durchgeführt. Wenn der Zustand 2 in den Zustand 3 geändert wird, werden Schritt S2, Schritt S3 und dann Schritt S2 durchgeführt. Wenn der Zustand 3 in den Zustand 2 geändert wird, werden Schritt S1, Schritt S3 und dann Schritt S1 durchgeführt. Wenn der Zustand 4 in den Zustand 3 geändert wird, werden Schritt S3 und dann Schritt S2 durchgeführt.
Wenn die aktuellen Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 bekannt sind, können die Phasenzustände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 durch eine Kombination der obigen Schritte in gewünschte Phasenzustände geändert werden. Die aktuellen Phasenzustände (anfängliche Zustände) der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 können durch ein Leseverfahren identifiziert werden, das später mit Bezug auf 4 beschrieben wird. Es sollte beachtet werden, dass, indem Schritt S2 und Schritt S1 oder Schritt S1 und Schritt S2 nacheinander durchgeführt werden, die Phasenzustände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 derart geändert werden, dass der Zustand des Speichers 11 von irgendeinem Zustand in den Zustand 4 geändert wird. Der so erreichte Zustand 4 kann als anfänglicher Zustand für das Ändern der Phasenzustände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 in gewünschte Phasenzustände verwendet werden. Mit einer solchen Anordnung kann die Leseoperation weggelassen werden, da es nicht erforderlich ist, die aktuellen Phasenzustände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu identifizieren. Der Anfangszustand des Speichers 11 ist jedoch nicht auf den Zustand 4 begrenzt.
Als nächstes wird die Wellenform eines elektrischen Stromimpulses, der verwendet wird, um die Phasenzustände der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu ändern, beschrieben.
3 zeigt die Wellenformen von elektrischen Stromimpulsen, die verwendet werden, um die Phasenzustände der zwei Aufzeichnungsschichten zu ändern. Der in 1 gezeigte Impulsgenerator 7 kann elektrische Stromimpulse mit verschiedenen Impulsamplituden (Wert des angelegten Stroms) und verschiedenen Impulsbreiten (Anlegezeit des Stroms) erzeugen.
Erster elektrischer Stromimpuls 21:
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird durch Anlegen des ersten elektrischen Stromimpulses 21 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 der Zustand 1 in den Zustand 2 geändert oder der Zustand 3 wird in den Zustand 4 geändert. Wenn der erste elektrische Stromimpuls 21 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt. In der Ausführungsform 1 sind die Impulsamplitude I_c1 und die Impulsbreite t_c1 des ersten elektrischen Stromimpulses 21 auf 2 mA bzw. 150 ns festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude I_c1 vorzugsweise 0,02 ≤ I_c1(mA) ≤ 10 und die Impulsbreite t_c1 ist vorzugsweise 5 ≤ t_c1(ns) ≤ 200. Wenn der erste elektrische Stromimpuls 21 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, werden nur in der ersten Aufzeichnungsschicht 3 die Kristallisationstemperatur (T_x1) und die Kristallisationszeit (t_x1) erreicht, so dass sich die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändert, während ein aktueller Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 unverändert bleibt.
In dieser Weise wird der erste elektrische Stromimpuls 21, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird, während der Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 unverändert gehalten wird.
Zweiter elektrischer Stromimpuls 22:
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird durch Anlegen des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 der Zustand 1 in den Zustand 3 geändert oder der Zustand 2 wird in den Zustand 4 geändert. Wenn der zweite elektrische Stromimpuls 22 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt. In der Ausführungsform 1 sind die Impulsamplitude I_c2 und die Impulsbreite t_c2 des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 auf 4 mA bzw. 100 ns festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude I_c2 vorzugsweise 0,05 ≤ I_c2(mA) ≤ 20 und die Impulsbreite t_c2 ist vorzugsweise 2 ≤ t_c2(ns) ≤ 150. Wenn der zweite elektrische Stromimpuls 22 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, werden nur in der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Kristallisationstemperatur (T_x2) und die Kristallisationszeit (t_x2) erreicht, so dass ein aktueller Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 unverändert bleibt, während sich die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändert.
In dieser Weise wird der zweite elektrische Stromimpuls 22, der während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 unverändert gehalten wird, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird.
Dritter elektrischer Stromimpuls 23:
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird durch Anlegen des dritten elektrischen Stromimpulses 23 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 der Zustand 4 in den Zustand 1 geändert. Wenn der dritte elektrische Stromimpuls 23 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist. In der Ausführungsform 1 werden die Impulsamplitude I_a1 und die Impulsbreite t_a1 des dritten elektrischen Stromimpulses 23 auf 50 mA bzw. 50 ns festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude I_a1 vorzugsweise 0,1 ≤ I_a1(mA) ≤ 200 und die Impulsbreite t_a1 ist vorzugsweise 1 ≤ t_a1(ns) ≤ 100. Wenn der dritte elektrische Stromimpuls 23 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird in jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 (in der Ausführungsform 1 T_m1 = 630 °C) erreicht oder überschritten, so dass beide Aufzeichnungsschichten 3 und 5 geschmolzen und dann abgeschreckt werden, und folglich sich beide Aufzeichnungsschichten 3 und 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase ändern. Die Impulsamplitude des dritten elektrischen Stromimpulses 23, I_a1, ist größer als die Stromwerte I_c1 und I_c2, die zum Ändern der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase erforderlich sind. Das heißt, um eine Temperatur zu erreichen, die höher ist als die Kristallisationstemperaturen T_x1 und T_x2 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 (d. h. T_m1 = 630 °C).
In dieser Weise wird der dritte elektrische Stromimpuls 23, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden.
Die ersten bis dritten elektrischen Stromimpulse 21–23 sind unentbehrlich, wenn unter Verwendung der Schreib/Lese-Vorrichtung 12 Informationen geschrieben werden. Durch Kombinationen der ersten bis dritten elektrischen Stromimpulse 21–23 kann der Zustand des Speichers 11 von irgendeinem aktuellen Zustand in irgendeinen anderen Zustand geändert werden.
Vierter elektrischer Stromimpuls 24:
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird durch Anlegen des vierten elektrischen Stromimpulses 24 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 der Zustand 1 in den Zustand 4 geändert. Wenn der vierte elektrische Stromimpuls 24 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die Temperatur beider Aufzeichnungs schichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt. Die Impulsamplitude des vierten elektrischen Stromimpulses 24, I_c12, ist gleich der Impulsamplitude I_c2 des zweiten elektrischen Stromimpulses 22. Die Impulsbreite des vierten elektrischen Stromimpulses 24, t_c12, ist gleich der Impulsbreite t_c1 des ersten elektrischen Stromimpulses 21. In der Ausführungsform 1 werden die Impulsamplitude I_c12 und die Impulsbreite t_c12 des vierten elektrischen Stromimpulses 24 auf 4 mA (=I_c2) bzw. 150 ns (=t_c1) festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude I_c12 vorzugsweise 0,05 ≤ I_c12(mA) ≤ 20 und die Impulsbreite t_c12 ist vorzugsweise 5 ≤ t_c12(ns) ≤ 200. Wenn der vierte elektrische Stromimpuls 24 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, werden sowohl in der ersten Aufzeichnungsschicht 3 als auch der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Kristallisationstemperatur T_x2 und die Kristallisationszeit t_x1 erreicht, so dass sich sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändern.
In dieser Weise wird der vierte elektrische Stromimpuls 24, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch sich sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändern.
Wie vorstehend beschrieben, ist der vierte elektrische Stromimpuls 24 nicht unentbehrlich, da der vierte elektrische Stromimpuls 24 durch Anlegen des ersten elektrischen Stromimpulses 21 und des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 ersetzt werden kann. Der vierte elektrische Stromimpuls 24 kann jedoch den Zustand des Speichers 11 vom Zustand 1 in den Zustand 4 im Vergleich zu einem Fall, in dem der erste elektrische Stromimpuls 21 und der zweite elektrische Stromimpuls 22 (oder der zweite elektrische Stromimpuls 22 und der erste elektrische Stromimpuls 21) nacheinander an den Speicher 11 angelegt werden, schneller ändern.
Fünfter elektrischer Stromimpuls 25:
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, wird durch Anlegen des fünften elektrischen Stromimpulses 25 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5, wobei der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungs schicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Beziehung T_m1 > T_m2 aufweisen, der Zustand 4 in den Zustand 2 geändert. Wenn der fünfte elektrische Stromimpuls 25 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die T_m2 ≤ T < T_m1 erfüllt. In der Ausführungsform 1 sind die Impulsamplitude I_a2 und die Impulsbreite t_a2 des fünften elektrischen Stromimpulses 25 auf 30 mA bzw. 50 ns festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Impulsamplitude I_a2 vorzugsweise 0,05 ≤ I_a2(mA) ≤ 160 und die Impulsbreite t_a2 ist vorzugsweise 1 ≤ t_a2(ns) ≤ 100. Wenn der fünfte elektrische Stromimpuls 25 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird in sowohl der ersten Aufzeichnungsschicht 3 als auch der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht 3 nicht erreicht, aber der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 (in der Ausführungsform 1 T_m2 = 550 °C) wird erreicht oder überschritten. Folglich wird der Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase gehalten, während nur die zweite Aufzeichnungsschicht 5 geschmolzen und dann abgeschreckt wird, um sie von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern. Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall, in dem der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Beziehung T_m1 < T_m2 aufweisen, der fünfte elektrische Stromimpuls 25 verwendet wird, um den Zustand 4 in den Zustand 3 zu ändern.
In dieser Weise wird in dem Fall, in dem der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der Schmelzpunkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 die Beziehung T_m1 ≠ T_m2 besitzen, der fünfte elektrische Stromimpuls 25, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der niedrigere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 ist und der niedriger ist als der höhere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt, wodurch eine der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5, die den niedrigeren Schmelzpunkt besitzt, von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert wird, während der Phasenzustand der anderen Aufzeichnungsschicht mit dem höheren Schmelzpunkt in der kristallinen Phase gehalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist der fünfte elektrische Stromimpuls 25 nützlich, wenn der Schmelzpunkt T_m1 der ersten Aufzeichnungsschicht 3 vom Schmelz punkt T_m2 der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 verschieden ist, ist jedoch nicht unentbehrlich, da der fünfte elektrische Stromimpuls 25 durch Anlegen des dritten elektrischen Stromimpulses 23 und des ersten elektrischen Stromimpulses 21 ersetzt werden kann. Der fünfte elektrische Stromimpuls 25 kann jedoch den Zustand des Speichers 11 vom Zustand 4 in den Zustand 2 oder Zustand 3 im Vergleich zu einem Fall, in dem der dritte elektrische Stromimpuls 23 und der erste elektrische Stromimpuls 21 nacheinander an den Speicher 11 angelegt werden, schneller ändern.
Als nächstes werden elektrische Stromimpulse 26–33, die durch Kombinieren von mindestens zwei der ersten bis fünften elektrischen Stromimpulse 21–25 erzeugt werden, mit Bezug auf 3 in Verbindung mit 2 beschrieben.
Elektrischer Stromimpuls 26:
Der elektrische Stromimpuls 26 wird durch Kombinieren des dritten elektrischen Stromimpulses 23 und des ersten elektrischen Stromimpulses 21 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 26 kann anstelle des fünften elektrischen Stromimpulses 25 verwendet werden, um den Zustand 4 in den Zustand 2 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 26 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten, und folglich werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 geschmolzen. Anschließend werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 abgeschreckt, so dass die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 verringert wird, um T_x1 ≤ T < T_x2 zu erfüllen. Der elektrische Stromimpuls 26 wird während einer Zeit (t), die t_x1 < t erfüllt, angelegt. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 26 zuerst die Amplitude I_a1 (in der Ausführungsform 1 I_a1 = 50 mA) und dann die Amplitude I_c1 (in der Ausführungsform 1 I_c1 = 2 mA) auf. Der elektrische Stromimpuls 26 besitzt insgesamt eine Impulsbreite t_c1 (in der Ausführungsform 1 t_c1 = 150 ns).
Wie vorstehend beschrieben, ist der elektrische Stromimpuls 26 nicht unentbehrlich, da er durch den fünften elektrischen Stromimpuls 25 ersetzt werden kann. Der elektrische Stromimpuls 26 kann jedoch den Zustand des Speichers 11 vom Zustand 4 in den Zustand 2 ändern, selbst wenn der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht 3 gleich jenem der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 ist, was durch den fünften elektrischen Stromimpuls 25 nicht erreicht werden kann.
Wenn der elektrische Stromimpuls 26, der zuerst eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, und dann während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t insgesamt erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 zuerst von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert und dann wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase gehalten wird. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 26 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 4 über den Zustand 1 in den Zustand 2 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 27:
Der elektrische Stromimpuls 27 wird durch Kombinieren des dritten elektrischen Stromimpulses 23 und des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 27 kann verwendet werden, um den Zustand 4 in den Zustand 3 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 27 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten, und folglich werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 geschmolzen. Anschließend werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 abgeschreckt, so da die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 verringert wird, um T_x2 ≤ T zu erfüllen. Der elektrische Stromimpuls 27 wird während einer Zeit (t) angelegt, die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 27 zuerst die Amplitude I_a1 und dann die Amplitude I_c2 (in der Ausführungsform 1 I_c2 = 4 mA) auf. Der elektrische Stromimpuls 27 besitzt insgesamt eine Impulsbreite t_c2 (in der Ausführungsform 1 t_c2 = 100 ns).
Wenn der elektrische Stromimpuls 27, der zuerst eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungs schichten 3 und 5 ist, und dann eine Temperatur (T) ergibt, die während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 insgesamt erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 zuerst von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert und dann wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase gehalten, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 27 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 4 über den Zustand 1 in den Zustand 3 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 28:
Der elektrische Stromimpuls 28 wird durch Kombinieren des ersten elektrischen Stromimpulses 21 und des dritten elektrischen Stromimpulses 23 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 28 kann verwendet werden, um den Zustand 3 in den Zustand 1 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 28 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, und dann weiter erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 28 zuerst die Amplitude I_c1 mit der Impulsbreite t_c1 und dann die Amplitude I_a1 mit der Impulsbreite t_a1 (in der Ausführungsform 1 t_a1 = 50 ns) auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 28, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, und dann eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase gehalten wird, und dann werden sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 28 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 3 über den Zustand 4 in den Zustand 1 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 29:
Der elektrische Stromimpuls 29 wird durch Kombinieren des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 und des dritten elektrischen Stromimpulses 23 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 29 kann verwendet werden, um den Zustand 2 in den Zustand 1 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 29 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt, und dann weiter erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 29 zuerst die Amplitude I_c2 mit der Impulsbreite t_c2 und dann die Amplitude I_a1 mit der Impulsbreite t_a1 auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 29, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und dann eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, and die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase gehalten, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird, und dann werden sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 29 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 2 über den Zustand 4 in den Zustand 1 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 30:
Der elektrische Stromimpuls 30 wird durch Kombinieren des vierten elektrischen Stromimpulses 24 und des dritten elektrischen Stromimpulses 23 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 30 kann verwendet werden, um den Zustand 2 oder Zustand 3 in den Zustand 1 zu ändern. Der elektrische Stromimpuls 30 kann anstelle des elektrischen Stromimpulses 28 oder des elektrischen Stromimpulses 29 verwendet werden. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 30 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt, und dann weiter erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 30 zuerst die Amplitude I_c2 mit der Impulsbreite t_c1 und dann die Amplitude I_a1 mit der Impulsbreite t_a1 auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 30, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und dann eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, können sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 ungeachtet dessen, in welcher Phase (kristalline Phase oder amorphe Phase) sich jede der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 befindet, in die kristalline Phase geändert werden, und dann werden sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 30 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 2 oder Zustand 3 über den Zustand 4 in den Zustand 1 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 31:
Der elektrische Stromimpuls 31 wird durch Kombinieren des zweiten elektrischen Stromimpulses 22 und des elektrischen Stromimpulses 27 (eine Kombination des dritten elektrischen Stromimpulses 23 und des zweiten elektrischen Stromimpulses 22) erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 31 kann verwendet werden, um den Zustand 2 in den Zustand 3 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 31 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, T_x2 ≤ T erfüllt. Anschließend wird während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten, so dass die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 geschmolzen werden; und dann werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 abgeschreckt, so dass die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 so verringert wird, dass sie T_x2 ≤ T erfüllt. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 31 zuerst die Amplitude I_c2 mit der Impulsbreite t_c2 auf und weist dann die Amplitude I_a1 plus die Amplitude I_c2 mit der Impulsbreite t_c2 auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 31, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und anschließend während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, und dann eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase gehalten, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird, und dann können sowohl die die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden und anschließend wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der amorphen Phase gehalten, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert wird. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 31 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 2 über den Zustand 4 und den Zustand 1 in den Zustand 3 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 32:
Der elektrische Stromimpuls 32 wird durch Kombinieren des ersten elektrischen Stromimpulses 21 und des fünften elektrischen Stromimpulses 25 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 32 kann verwendet werden, um den Zustand 3 in den Zustand 2 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 32 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, und dann weiter auf eine Temperatur T_m2 erhöht. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 28 zuerst die Amplitude I_c1 mit der Impulsbreite t_c1 und dann die Amplitude I_a2 (in der Ausführungsform 1 I_a2 = 30 mA) mit der Impulsbreite t_a2 (in der Ausführungsform 1 t_a2 = 50 ns) auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 32, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, und dann eine Temperatur T_m2 ergibt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase gehalten wird, und dann wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 in der kristallinen Phase gehalten, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert wird. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 32 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 3 über den Zustand 4 in den Zustand 2 geändert.
Elektrischer Stromimpuls 33:
Der elektrische Stromimpuls 33 wird durch Kombinieren des ersten elektrischen Stromimpulses 21 und des elektrischen Stromimpulses 26 (eine Kombination des dritten elektrischen Stromimpulses 23 und des ersten elektrischen Stromimpulses 21) erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 33 kann anstelle des elektrischen Stromimpulses 32 verwendet werden, um den Zustand 3 in den Zustand 2 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 33 an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 wird die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 auf eine Temperatur (T) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt. Während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, wird danach die Temperatur beider Aufzeichnungsschichten 3 und 5 erhöht, um den höheren der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 zu erreichen oder zu überschreiten; und dann werden die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 abgeschreckt, so dass die Temperatur (T) von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 verringert wird, so dass sie T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt. Wie in 3 gezeigt, weist der elektrische Stromimpuls 33 zuerst die Amplitude I_c1 mit der Impulsbreite t_c1 auf und weist dann die Amplitude I_a1 plus die Amplitude I_c1 mit der Impulsbreite t_c1 auf.
Wenn der elektrische Stromimpuls 33, der zuerst während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, und dann während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 ist, und anschließend eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 angelegt wird, wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der kristallinen Phase gehalten wird, und dann werden sowohl die erste Aufzeichnungsschicht 3 als auch die zweite Aufzeichnungsschicht 5 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert, und anschließend wird die erste Aufzeichnungsschicht 3 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die zweite Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase gehalten wird. Das heißt, wenn der elektrische Stromimpuls 33 an den Speicher 11 angelegt wird, wird der Zustand des Speichers 11 vom Zustand 3 über den Zustand 4 und den Zustand 1 in den Zustand 2 geändert.
Wenn einer der elektrischen Stromimpulse 28–33 an den Speicher 11 angelegt wird, ändert sich der Zustand des Speichers 11 immer für eine Weile in den Zustand 4, bevor er schließlich einen gewünschten Zustand erreicht. Eine solche Anordnung wird übernommen, da, wenn sich eine der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 in der amorphen Phase (Zustand mit hohem Widerstand) befindet, ein großer Teil der elektrischen Energie eines angelegten elektrischen Stromimpulses von der Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase verbraucht wird, und in einem solchen Fall ist es unmöglich, an die andere Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase elektrische Energie anzulegen, so dass der Phasenzustand von nur der Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase (Zustand mit niedrigem Widerstand) in die amorphe Phase geändert werden kann. Folglich sind die elektrischen Stromimpulse 28–33 derart ausgelegt, dass die Phasenzustände beider Aufzeichnungsschichten zuerst in die kristalline Phase geändert werden und dann in die amorphe Phase geändert werden.
Die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 (1) der vorliegenden Erfindung verwendet drei Arten von elektrischen Stromimpulsen und Kombinationen davon, um die Phasenzustände der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase derart zu steuern, dass der Phasenzustand von jeder der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 von irgendeinem Phasenzustand in einen gewünschten Phasenzustand geändert wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Lesen von Informationen aus dem Speicher 11 mit Bezug auf 1 beschrieben. Wenn Informationen aus dem Speicher 11 gelesen werden, wird der Schalter 10 geschlossen, so dass die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 mit dem Speicher 11 über die Anlegeabschnitte 13 verbunden wird. Der Widerstandsmessabschnitt 8 legt einen elektrischen Stromimpuls I_r an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 an und erfasst den Widerstandswert der Aufzeichnungsschichten 3 und 5 (die Summe des Widerstandswerts der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und des Widerstandswerts der zweiten Aufzeichnungsschicht 5) auf der Basis einer Potentialdifferenz, die zwischen der unteren Elektrode 2 und der oberen Elektrode 6 verursacht wird. Der elektrische Stromimpuls I_r kann durch den Impulsgenerator 7 anstelle des Widerstandsmessabschnitts 8 erzeugt werden. In diesem Fall wird der Schalter 9 geschlossen. Der elektrische Stromimpuls I_r besitzt eine Amplitude und Impulsbreite mit einer Größe, so dass keine Phasenänderung in der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5 verursacht wird. Der elektrische Stromimpuls I_r ist vorzugsweise I_r(mA) ≤ 0,02.
4 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren zum Lesen von Informationen aus dem Speicher 11 unter Verwendung der Schreib/Lese-Vorrichtung 12 der vorliegenden Erfindung darstellt. Nachstehend werden Schritte des Verfahrens zum Lesen von Informationen aus dem Speicher 11 mit Bezug auf 4 in Verbindung mit 1 beschrieben:

Schritt S401: Der elektrische Stromimpuls I_r wird an die erste Aufzeichnungsschicht 3 und die zweite Aufzeichnungsschicht 5 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt.
Schritt S402: Der Widerstandsmessabschnitt 8 misst die Summe der Widerstandswerte der ersten Aufzeichnungsschicht 3 und der zweiten Aufzeichnungsschicht 5.
Schritt S403: Der Bestimmungsabschnitt 16 bestimmt, welchem der Zustände 1–4 die gemessene Summe der Widerstandswerte entspricht.
Durch diese Schritte werden Informationen aus dem Speicher 11 gelesen.

In den in 2 und 4 dargestellten Beispielen besitzt die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 sowohl die Schreibfunktion als auch die Lesefunktion. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Vorrichtung 12 nur eine der Schreibfunktion (und Löschfunktion) und der Lesefunktion aufweisen. In dem Fall, in dem die Vorrichtung 12 nur eine Schreiboperation (und Löschoperation) durchführt, können der Widerstandsmessabschnitt 8 und der Bestimmungsabschnitt 16 aus der Vorrichtung 12 weggelassen werden. In diesem Fall ist die Vorrichtung 12 eine Vorrichtung zum Schreiben von Informationen in (oder Löschen von Informationen aus) dem Speicher 11. In dem Fall, in dem die Vorrichtung 12 nur eine Leseoperation durchführt, kann der Impulsgenerator 7 aus der Vorrichtung 12 weggelassen werden. Ferner können die Schalter 9 und 10 zum Umschalten zwischen der Schreibfunktion (und Löschfunktion) und der Lesefunktion manuell betätigt werden. Alternativ kann ein Steuerabschnitt zum Steuern der Schalter 9 und 10 auf der Basis eines von der Außenseite der Vorrichtung 12 extern gelieferten Befehls vorgesehen sein.
In dem in 1 dargestellten Beispiel wird nur ein einzelner Speicher 11 verwendet. Eine Speicherstruktur mit mehreren Speichern 11, die in einer Matrix angeordnet sind, liegt jedoch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine beispielhafte Struktur, die durch eine Speichervorrichtung mit mehreren Speichern der vorliegenden Erfindung, die in einer Matrix angeordnet sind, und einer externen Schaltung, die mit der Speichervorrichtung verbunden ist, gebildet ist. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen, die in 1 verwendet sind, bezeichnet und auf ausführliche Beschreibungen davon wird verzichtet.
Die externe Schaltung 54 umfasst einen Impulsgenerator 7, einen Widerstandsmessabschnitt 8, Schalter 9 und 10, einen Bestimmungsabschnitt 16 und einen Steuerabschnitt 51. Der Speicherabschnitt 58 umfasst Anlegeabschnitte 13 mit einem Zeilendecodierer und einem Spaltendecodierer, Bitleitungen 52, Wortleitungen 53 und eine Speichermatrix 55, die durch mehrere Speicher 11 gebildet ist.
Der Steuerabschnitt 51 liefert Steuerinformationen, die angeben, welche von einer Schreiboperation und einer Leseoperation durchgeführt werden soll, wie z. B. ein Befehl oder dergleichen, zum Impulsgenerator 7 und zum Widerstandsmessabschnitt 8 über eine Leitung 56. Auf der Basis der vom Steuerabschnitt 51 empfan genen Steuerinformationen öffnen oder schließen der Impulsgenerator 7 und der Widerstandsmessabschnitt 8 die Schalter 9 bzw. 10, um eine Schreiboperation oder eine Leseoperation durchzuführen. Ferner liefert der Steuerabschnitt 51 Adresseninformationen, die angeben, an welchen Speicher 11 in der Speichermatrix 55 ein elektrischer Stromimpuls angelegt werden soll, über eine Leitung 57 zu den Anlegeabschnitten 13.
Der Zeilendecodierer und der Spaltendecodierer der Anlegeabschnitte 13 wählen jeweils eine Wortleitung 53 und eine Bitleitung 52 entsprechend einem durch die empfangenen Adresseninformationen bezeichneten Speicher 11 aus. Dann wird ein elektrischer Stromimpuls an den bezeichneten Speicher 11 angelegt, um Informationen in den bezeichneten Speicher 11 zu schreiben oder Informationen aus diesem zu lesen.
Mehrere Speicher 11 mit jeweils einer in 1 gezeigten Struktur können in einer Matrix angeordnet sein, wie in 5 gezeigt, wodurch die Kapazität der Speichervorrichtung erhöht werden kann.
(Ausführungsform 2)
In der Ausführungsform 1 umfasst der Speicher 11 zwei Aufzeichnungsschichten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Anzahl der Aufzeichnungsschichten, die in einem einzelnen Speicher enthalten sind, nicht auf 2 begrenzt. In der Ausführungsform 2 wird ein Speicher mit N Aufzeichnungsschichten (N ist eine natürliche Zahl, die größer ist als 2 (N > 2)) beschrieben.
6 zeigt einen Speicher 60 mit N Aufzeichnungsschichten 62. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben, die in 1 verwendet sind, und auf ausführliche Beschreibungen davon wird verzichtet. Der Speicher 60 umfasst ein Substrat 1, 1. bis (N-1)-te Zwischenschichten 61, die N Aufzeichnungsschichten 62 und eine obere Elektrode 6.
Die 1. bis (N-1)-ten Zwischenschichten 61 sind aus demselben Grund wie für die Zwischenschicht 4 von 1 vorgesehen, d. h. zum Verhindern, dass Atome, die eine der N Aufzeichnungsschichten 62 bilden, sich dazwischen durch Diffusion bewegen, vorgesehen. Vorzugsweise sind die 1. bis (N-1)-ten Zwischenschichten 61 elektrisch leitend und bestehen aus einem Einzelmetallmaterial, wie z. B. Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W usw. oder einer Kombination davon (Legierungsmaterial). Das Material der Zwischenschichten 61 ist jedoch nicht auf diese Materialien begrenzt.
Es sollte beachtet werden, dass eine beliebige Struktur zum Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die N Aufzeichnungsschichten 62 anstelle der unteren Elektrode 2 und/oder der oberen Elektrode 6 verwendet werden kann. Wenn das Substrat 1 beispielsweise elektrisch leitend ist, kann die untere Elektrode 2 weggelassen werden. Ferner kann die Zwischenschicht 4 weggelassen werden, wenn die N Aufzeichnungsschichten 62 aus einem solchen Material bestehen, dass Atome, die die N Aufzeichnungsschichten 62 bilden, sich dazwischen nicht durch Diffusion bewegen.
Die N Aufzeichnungsschichten 62 bestehen aus einem solchen Material, dass eine reversible Phasenänderung zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase durch Temperaturerhöhungen auf Grund des Anlegens von elektrischer Energie wie z. B. eines elektrischen Impulses oder dergleichen verursacht werden. Das Material der N Aufzeichnungsschichten 62 wird derart ausgewählt, dass die folgenden Bedingungen 1-3 erfüllt sind:

Bedingung 1: Die Kristallisationstemperatur der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) unter den N Aufzeichnungsschichten 62, T_xm, erfüllt die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN.
Bedingung 2: Die Kristallisationszeit der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) unter den N Aufzeichnungsschichten 62, t_xm, erfüllt die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN.
Bedingung 3: Die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase sind voneinander verschieden, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase sind voneinander verschieden und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten ist einer von 2^N Werten.

Durch Erfüllen der Bedingung 1 und Bedingung 2 kann der Phasenzustand von jeder der N Aufzeichnungsschichten 62 in einen gewünschten Zustand (amorphe Phase oder kristalline Phase) gesetzt werden. Durch Erfüllen der Bedingung 3 können überdies 2^N Zustände, die durch Kombinationen der Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 dargestellt sind, unterscheidbar erfasst werden. Folglich können die N Aufzeichnungsschichten 62 des Speichers 60 Informationen mit 2^N Werten (N Bits) entsprechend den 2^N Zuständen speichern. In dieser Struktur wird der Phasenzustand von jeder Aufzeichnungsschicht zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase gesteuert. Dies ist leichter als eine schrittweise Steuerung des Phasenzustandes einer einzelnen Aufzeichnungsschicht.
Der Speicher 60 mit einer solchen Struktur kann anstelle des in 1 gezeigten Speichers 11 verwendet werden. Die in 1 gezeigte Schreib/Lese-Vorrichtung 12 kann verwendet werden, um Informationen in den Speicher 60 zu schreiben oder Informationen aus diesem zu lesen.
Im Speicher 60 mit der obigen Struktur befindet sich jede der N Aufzeichnungsschichten 62 in irgendeiner der amorphen Phase und der kristallinen Phase, wodurch der Zustand des Speichers 60 einer der 2^N Zustände sein kann, die durch Kombinationen der Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 ausgedrückt werden. In der Ausführungsform 2 bedeutet der "Zustand 1" einen Zustand, in dem sich alle der N Aufzeichnungsschichten 62 in der amorphen Phase befinden. Der "Zustand 2^N" bedeutet einen Zustand, in dem sich alle der N Aufzeichnungsschichten 62 in der kristallinen Phase befinden. Eine Operation, die einen Übergang vom Zustand 1 in irgendeinen des Zustandes 2 bis Zustandes 2^N verursacht, wird als "Schreib"-Operation bezeichnet. Andererseits wird eine Operation, die einen Übergang von irgendeinem vom Zustand 2 bis Zustand 2" in den Zustand 1 verursacht, als "Lösch"-Operationen bezeichnet. Die Phasenzustände von jeder der N Aufzeichnungsschichten 62 werden in gewünschte Phasenzustände geändert, wodurch Informationen in den Speicher 60 geschrieben werden können oder Informationen aus dem Speicher 60 gelöscht werden können.
Als nächstes werden ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in den Speicher 60 und ein Verfahren zum Löschen von Informationen aus dem Speicher 60 mit Bezug auf die Schreib/Lese-Vorrichtung 12, die in 1 gezeigt ist, beschrieben (unter der Annahme, dass der in 1 gezeigte Speicher 11 gegen den Speicher 60 von 6 ausgetauscht ist).
Wenn Informationen in den Speicher 60 geschrieben oder Informationen aus diesem gelöscht werden, wird der Schalter 9 geschlossen und der Schalter 10 wird geöffnet. Der Impulsgenerator 7 erzeugt einen elektrischen Stromimpuls mit einer Amplitude und Breite, die erforderlich sind, um die Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 in gewünschte Phasenzustände zu ändern. Der vom Impulsgenerator 7 erzeugte elektrische Stromimpuls wird an die N Aufzeichnungsschichten 62 des Speichers 60 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt.
7 zeigt die Wellenformen von elektrischen Stromimpulsen, die verwendet werden, um die Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 zu ändern.
Elektrischer Stromimpuls (Kristallisationsimpuls) 70:
Der Kristallisationsimpuls 70 wird verwendet, um nur die m-te Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern. Der Kristallisationsimpuls 70 wird für jede der N Aufzeichnungsschichten 62 geliefert. Wenn der Kristallisationsimpuls 70 an die N Aufzeichnungsschichten 62 angelegt wird, wird die Temperatur aller N Aufzeichnungsschichten 62 auf eine Temperatur (T_x) erhöht, die während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt. Durch Anlegen des Kristallisationsimpulses 70 mit einer Amplitude I_cm und Impulsbreite t_cm an die N Aufzeichnungsschichten 62 wird nur in der m-ten Aufzeichnungsschicht die Kristallisationstemperatur (T_xm) und die Kristallisationszeit (t_xm) erreicht, so dass sich nur die m-te Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändert.
Durch Anlegen des Kristallisationsimpulses 70, der während einer Zeit (t_x), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur (T_x) ergibt, die T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt, an die N Aufzeichnungsschichten 62 über die Anlegeabschnitte 13 wird folglich nur die m-te Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert, während die Phasenzustände der anderen Aufzeichnungsschichten unverändert gehalten werden. Es sollte beachtet werden, dass wenn m = 1, die obige Beziehung t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) als t_x1 ≤ t_x ausgedrückt werden kann. Wenn m = N, kann die obige Beziehung T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) als T_xN ≤ T_x ausgedrückt werden.
Elektrischer Stromimpuls (Amorphisationsimpuls) 71:
Der Amorphisationsimpuls 71 wird verwendet, um den Zustand des Speichers 60 vom Zustand 2^N in den Zustand 1 zu ändern. Wenn der Amorphisationsimpuls 71 an die N Aufzeichnungsschichten 62 angelegt wird, wird die Temperatur aller N Aufzeichnungsschichten 62 auf eine Temperatur erhöht, die gleich dem oder höher als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 ist. Durch Anlegen eines solchen Amorphisationsimpulses 71 mit einer Amplitude I_aN+1 und Impulsbreite t_aN+1 an die N Aufzeichnungsschichten 62 erreichen oder überschreiten alle der N Aufzeichnungsschichten 62 ihre Schmelzpunkte, damit sie geschmolzen werden, und anschließend werden alle der N Aufzeichnungsschichten 62 abgeschreckt, wodurch alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden.
Durch Anlegen des Amorphisationsimpulses 71, der eine Temperatur ergibt, die gleich dem oder höher als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 ist, an die N Aufzeichnungsschichten 62 über die Anlegeabschnitte 13 können alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden.
Indem nacheinander die Kristallisationsimpulse 70 für jeweilige Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase unter den N Aufzeichnungsschichten 62 an den Speicher 60 angelegt werden, kann ein beliebiger aktueller Zustand des Speichers 60 in den Zustand 2^N geändert werden. Durch Anlegen des Amorphisationsimpulses 71 an den Speicher 60, der sich im Zustand 2^N befindet, kann alternativ der Speicher 60 vom Zustand 2^N in den Zustand 1 geändert werden. Wenn sich der Speicher 60 im Zustand 1 befindet, kann alternativ, indem an den Speicher 60 nacheinander die Kristallisationsimpulse für eine oder mehrere Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase unter den N Aufzeichnungsschichten 62 angelegt werden, deren Änderung von der amorphen Phase in die kristalline Phase gewünscht ist, der Speicher 60 vom Zustand 1 in irgendeinen gewünschten Zustand geändert werden. Unter Verwendung der Kristallisationsimpulse 70, des Amorphisationsimpulses 71 oder Kombinationen davon kann der Zustand des Speichers 60 von irgendeinem der 2^N Zustände in einen anderen geändert werden.
Elektrischer Stromimpuls 72:
Der elektrische Stromimpuls 72 wird verwendet, um die m-ten bis (m+n-1)-ten Aufzeichnungsschichten (1 ≤ m ≤ N) unter den N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase zu ändern. Wenn der elektrische Stromimpuls 72 an die N Aufzeichnungsschichten 62 über die Anlegeabschnitte 13 angelegt wird, wird die Temperatur aller N Aufzeichnungsschichten 62 auf eine Temperatur (T_x) erhöht, die während einer Zeit (t_x), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, T_x(m+1–1) ≤ T_x < T_x(m+n) erfüllt. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 72 mit einer Amplitude I_c(m+n–1) und Impulsbreite t_cm an die N Aufzeichnungsschichten 62 werden in jeder der m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten die Kristallisationstemperatur (T_x(m+n–1)) und die Kristallisationszeit (t_xm) erreicht, so dass sich alle der m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändern.
Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 72, der während einer Zeit (t_x), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur (T_x) ergibt, die T_x(m+n–1) ≤ T_x < T_x(m+n) erfüllt, an die N Aufzeichnungsschichten 62 über die Anlegeabschnitte 13 können folglich alle der m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert werden.
Der elektrische Stromimpuls 72 ist nicht unentbehrlich, da die m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert werden können, indem nacheinander die Kristallisationsimpulse 70 entsprechend den m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten an den Speicher 60 angelegt werden. Der elektrische Stromimpuls 72 kann jedoch die m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase im Vergleich zu einem Fall, in dem die Kristallisationsimpulse 70 entsprechend den m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten nacheinander an den Speicher 60 angelegt werden, schneller ändern.
Elektrischer Stromimpuls 73:
Der elektrische Stromimpuls 73 wird verwendet, um den Zustand des Speichers 60 vom Zustand 1 in den Zustand 2^N zu ändern. Wenn der elektrische Stromimpuls 73 an die N Aufzeichnungsschichten 62 angelegt wird, wird die Temperatur aller N Aufzeichnungsschichten 62 auf eine Temperatur (T_x) erhöht, die während einer Zeit (t_x), die t_x1 ≤ t_x erfüllt, eine Temperatur (T_x) ergibt, die T_xN ≤ T_x erfüllt. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 73 mit einer Amplitude I_cN und einer Impulsbreite t_c1 an die N Aufzeichnungsschichten 62 werden in allen der N Aufzeichnungsschichten 62 die Kristallisationstemperatur (T_xN) und die Kristallisationszeit (t_x1) erreicht, so dass sich alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändern.
Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 73, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t_x erfüllt, eine Temperatur (T_x) ergibt, die T_xN ≤ T_x erfüllt, an die N Aufzeichnungsschichten 62 durch die Anlegeabschnitte 13 können folglich alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert werden.
Der elektrische Stromimpuls 73 ist nicht unentbehrlich, da alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase geändert werden können, indem nacheinander die Kristallisationsimpulse 70 an den Speicher 60 angelegt werden. Der elektrische Stromimpuls 73 kann jedoch den Zustand des Speichers 60 vom Zustand 1 in den Zustand 2^N im Vergleich zu einem Fall, in dem die Kristallisationsimpulse 70 nacheinander an den Speicher 60 angelegt werden, schneller ändern.
Elektrischer Stromimpuls 74:
Der elektrische Stromimpuls 74 wird durch Kombinieren des elektrischen Stromimpulses 73 und des Amorphisationsimpulses 71 erzeugt. Der elektrische Stromimpuls 74 wird verwendet, wenn sich zumindest eine Aufzeichnungsschicht unter den N Aufzeichnungsschichten 62 in der amorphen Phase befindet, um den Zustand des Speichers 60 in den Zustand 1 zu ändern. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 74 an die N Aufzeichnungsschichten 62 wird die Temperatur (T) aller N Aufzeichnungsschichten 62 auf eine Temperatur (T_x) erhöht, die während einer Zeit (t_x), die t_x1 ≤ t_x erfüllt, T_x ≥ T_xN erfüllt, und dann weiter erhöht, um den höchsten der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 zu erreichen. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 74 an die N Aufzeichnungsschichten 62, der zuerst die Amplitude I_cN mit der Impulsbreite t_c1 und dann die Amplitude I_aN+1 mit der Impulsbreite t_aN+1 aufweist, wird in allen der N Aufzeichnungsschichten 62 die Kristallisationstemperatur (T_xN) und die Kristallisa tionszeit (t_x1) erreicht, so dass sich alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der amorphen Phase in die kristalline Phase ändern, und dann alle der N Aufzeichnungsschichten 62 den höchsten der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 erreichen oder überschreiten, so dass alle der N Aufzeichnungsschichten 62 geschmolzen werden. Anschließend werden alle der N Aufzeichnungsschichten 62 abgeschreckt, wodurch alle der N Aufzeichnungsschichten 62 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden.
Der elektrische Stromimpuls 74 ist nicht unentbehrlich, da alle der N Aufzeichnungsschichten 62 in die kristalline Phase (Zustand 2^N) geändert werden können, indem nacheinander die Kristallisationsimpulse 70 an den Speicher 60 angelegt werden, und dann kann der Zustand des Speichers 60 vom Zustand 2^N in den Zustand 1 geändert werden, indem der Amorphisationsimpuls 71 an den Speicher 60 angelegt wird. Der elektrische Stromimpuls 74 kann jedoch den Zustand des Speichers 60 von irgendeinem Zustand abgesehen vom Zustand 2^N in den Zustand 1 im Vergleich zu einem Fall, in dem die Kristallisationsimpulse 70 für die erste bis N-te Aufzeichnungsschicht und der Amorphisationsimpuls 71 nacheinander an den Speicher 60 angelegt werden, schneller ändern.
Elektrischer Stromimpuls 75:
Der elektrische Stromimpuls 75 wird in dem Fall verwendet, in dem jede der einen oder mehreren Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten 62 einen Schmelzpunkt aufweist, der gleich einer oder niedriger als eine Temperatur T_m ist, und jede der anderen Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten 62 einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als eine Temperatur T_m, um die eine oder die mehreren Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase zu ändern, während die andere Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase gehalten wird. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 75 an die N Aufzeichnungsschichten 62 wird die Temperatur (T) aller N Aufzeichnungsschichten 62 erhöht, so dass jede der einen oder der mehreren Aufzeichnungsschichten die Temperatur T_m erreicht. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 75 mit der Amplitude I_am und der Impulsbreite t_am an die N Aufzeichnungsschichten 62 erreicht jede der einen oder mehreren Aufzeichnungsschichten, die Schmelzpunkte gleich der oder niedriger als die Temperatur T_m aufweisen, die Temperatur T_m, so dass sie sich von der kristallinen Phase in die amorphe Phase ändert.
Die Temperatur T_m kann eine beliebige Temperatur sein, die gleich dem oder höher als der niedrigste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 und niedriger als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 ist. Durch Bestimmen der Temperatur T_m können die N Aufzeichnungsschichten 62 in eine Gruppe, die aus einer oder mehreren Aufzeichnungsschichten besteht, von denen jede einen Schmelzpunkt aufweist, der gleich der oder niedriger als die Temperatur T_m ist, und eine Gruppe, die aus den anderen Aufzeichnungsschichten besteht, von denen jede einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als die Temperatur T_m, unterteilt werden. Durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses 75, der die Temperatur T_m ergibt, an die N Aufzeichnungsschichten 62 kann jede der Aufzeichnungsschichten mit einem Schmelzpunkt gleich der oder niedriger als die Temperatur T_m von der kristallinen Phase in die amorphe Phase geändert werden.
Der elektrische Stromimpuls 75 ist nützlich, wenn die Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten 62 verschieden sind, aber nicht unentbehrlich, da nur (eine) gewünschte Aufzeichnungsschichten) unter den N Aufzeichnungsschichten 62 in die kristalline Phase geändert werden kann, indem nacheinander der Amorphisationsimpuls 71 und die Kristallisationsimpulse 70 an den Speicher 60 anstelle des elektrischen Stromimpulses 75 angelegt werden. Der elektrische Stromimpuls 75 kann jedoch nur (eine) gewünschte Aufzeichnungsschichten) unter den N Aufzeichnungsschichten 62 in die kristalline Phase im Vergleich zu einem Fall, in dem der Amorphisationsimpuls 71 und die Kristallisationsimpulse 70 nacheinander an den Speicher 60 angelegt werden, schneller ändern.
Wenn aktuelle Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 bekannt sind, können die Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 durch eine Kombination der Kristallisationsimpulse 70 und des Amorphisationsimpulses 71 in gewünschte Phasenzustände geändert werden. Die aktuellen Phasenzustände (anfängliche Zustände) der N Aufzeichnungsschichten 62 können durch ein Leseverfahren identifiziert werden, das später mit Bezug auf 8 beschrieben wird. Es sollte beachtet werden, dass, indem an den Speicher 60 nacheinander die Kristallisationsimpulse 70 entsprechend der jeweiligen der ersten bis N-ten Aufzeichnungsschichten angelegt werden (oder indem der elektrische Stromimpuls 73 an den Speicher 60 angelegt wird) der Zustand des Speichers 60 von irgendeinem Zustand in den Zustand 2^N geändert wird. Der so erreichte Zustand 2^N kann als Anfangszustand zum Ändern der Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 in gewünschte Phasenzustände verwendet werden. Mit einer solchen Anordnung kann die Leseoperation weggelassen werden, da es nicht erforderlich ist, die aktuellen Phasenzustände der N Aufzeichnungsschichten 62 zu identifizieren. Der Anfangszustand des Speichers 60 ist jedoch nicht auf den Zustand 2^N begrenzt.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Lesen von Informationen vom Speicher 60 mit Bezug auf die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 von 1 beschrieben (unter der Annahme, dass der in 1 gezeigte Speicher 11 gegen den Speicher 60 von 6 ausgetauscht ist). Das Leseverfahren der Ausführungsform 2 ist im Wesentlichen dasselbe wie jenes der Ausführungsform 1, das mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. Wenn Informationen aus dem Speicher 60 gelesen werden, wird der Schalter 10 geschlossen, so dass die Schreib/Lese-Vorrichtung 12 mit dem Speicher 60 über die Anlegeabschnitte 13 verbunden wird. Der Widerstandsmessabschnitt 8 legt einen elektrischen Stromimpuls I_r an die N Aufzeichnungsschichten 62 an und erfasst den Widerstandswert der N Aufzeichnungsschichten 62 (die Summe der Widerstandswerte von jeder der N Aufzeichnungsschichten 62) auf der Basis einer Potentialdifferenz, die zwischen der unteren Elektrode 2 und der oberen Elektrode 6 verursacht wird. Der elektrische Stromimpuls I_r besitzt eine Amplitude und Impulsbreite mit einer Größe, so dass keine Phasenänderung in den N Aufzeichnungsschichten 62 verursacht wird.
8 ist ein Ablaufplan, der das Verfahren zum Lesen von Informationen aus dem Speicher 60 unter Verwendung der Schreib/Lese-Vorrichtung 12 der vorliegenden Erfindung darstellt. Nachstehend werden Schritte des Verfahrens zum Lesen von Informationen aus dem Speicher 60 mit Bezug auf 8 in Verbindung mit 1 beschrieben:

Schritt S801: Der elektrische Stromimpuls I_r wird an die N Aufzeichnungsschichten 62 durch die Anlegeabschnitte 13 angelegt.
Schritt S802: Der Widerstandsmessabschnitt 8 misst die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten 62.
Schritt S803: Der Bestimmungsabschnitt 16 bestimmt, welchem der Zustände 1–2^N die gemessene Summe der Widerstandswerte entspricht.

Durch diese Schritte werden Informationen aus dem Speicher 60 gelesen.
Es sollte beachtet werden, dass mehrere Speicher 60 mit jeweils einer in 6 gezeigten Struktur in einer Matrix angeordnet sein können, wie in 5 gezeigt, wodurch die Kapazität einer Speichervorrichtung erhöht werden kann.
Im Speicher 60 von 6 sind die Aufzeichnungsschichten 62 in der Reihenfolge von der ersten Aufzeichnungsschicht zur N-ten Aufzeichnungsschicht ausgebildet. Die ersten bis N-ten Aufzeichnungsschichten können jedoch in irgendeiner anderen Reihenfolge (z. B. in einer zufälligen Reihenfolge) ausgebildet sein.
Ein Speicher der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Aufzeichnungsschicht und eine zweite Aufzeichnungsschicht, von denen jede Informationen unter Verwendung einer reversiblen Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase aufzeichnet, die auf Grund von Temperaturerhöhungen auftreten kann, die durch Anlegen des elektrischen Stromimpulses verursacht werden. Die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, besitzen die Beziehung T_x1 < T_x ₂ und die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, besitzen die Beziehung t_x1 > t_x2, so dass jede der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht in einen gewünschten Phasenzustand (amorphe Phase oder kristalline Phase) gesetzt werden kann. Wenn der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist, sind ferner R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden. Vier Zustände des Speichers, die durch Kombinationen des Phasenzustandes der ersten Aufzeichnungsschicht und des Phasenzustandes der zweiten Aufzeichnungsschicht dargestellt sind, können folglich unterscheidbar erfasst werden. In dieser Struktur wird der Phasenzustand von jeder Aufzeichnungsschicht zwischen der kristallinen Phase und der amorphen Phase gesteuert. Dies ist leichter als eine schrittweise Steuerung des Phasenzustandes einer einzelnen Aufzeichnungsschicht. Die Anzahl von Aufzeichnungsschichten ist nicht auf 2 begrenzt.
Dieselben Effekte der vorliegenden Erfindung können selbst mit einem Speicher mit mehr als zwei Aufzeichnungsschichten erhalten werden.

Claims

Speicher, der umfasst: eine erste Aufzeichnungsschicht (3), um Informationen aufzuzeichnen, indem eine reversible Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase genutzt wird, die auf Grund von Temperaturanstiegen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden; und eine zweite Aufzeichnungsschicht (5), um Informationen aufzuzeichnen, indem eine reversible Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase genutzt wird, die auf Grund von Temperaturanstiegen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, und die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung T_x1 < T_x2 haben, die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht t_x1 und die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht t_x2 die Beziehung t_x1 > t_x2 haben und R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c2 + R_a2 und R_c1 + R_c2 voneinander verschieden sind, wobei der Widerstandswert der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c1 ist, der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase R_a2 ist und der Widerstandswert der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase R_c2 ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht, T_m1, die Beziehung 400 ≤ T_m1(°C) ≤ 800 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_m2, die Beziehung 300 ≤ T_m2(°C) ≤ 700 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Kristallisationstemperatur der ersten Aufzeichnungsschicht, T_x1, die Beziehung 130 ≤ T_x1(°C) ≤ 230 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Kristallisationstemperatur der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_x2, die Beziehung 160 ≤ T_x2(°C) ≤ 260 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Kristallisationszeit der ersten Aufzeichnungsschicht, t_x1, die Beziehung 5 ≤ t_x1(ns) ≤ 200 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Kristallisationszeit der zweiten Aufzeichnungsschicht, t_x2, die Beziehung 2 ≤ t_x2(ns) ≤ 150 erfüllt.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem: die erste Aufzeichnungsschicht drei Elemente, Ge, Sb und Te enthält; und die zweite Aufzeichnungsschicht (Sb-Te)-M1 enthält, wobei M1 wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au und Mn besteht.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem die erste Aufzeichnungsschicht auf einem Substrat gebildet ist und die obere Elektrode auf der zweiten Aufzeichnungsschicht gebildet ist.
Speicher nach Anspruch 9, bei dem zwischen dem Substrat und der ersten Aufzeichnungsschicht eine untere Elektrode gebildet ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem zwischen der ersten Aufzeichnungsschicht und der zweiten Aufzeichnungsschicht eine Zwischenschicht gebildet ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der spezifische Widerstand r_a1 der ersten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase 1,0 ≤ r_a1(Ω·cm) ≤ 1 × 10⁷ ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der spezifische Widerstand r_a2 der zweiten Aufzeichnungsschicht in der amorphen Phase 2,0 ≤ r_a2(Ω·cm) ≤ 2 × 10⁷ ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der spezifische Widerstand r_c1 der ersten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase 1 × 10^–3 ≤ r_c1(Ω·cm) ≤ 1,0 ist.
Speicher nach Anspruch 1, bei dem der spezifische Widerstand r_c2 der zweiten Aufzeichnungsschicht in der kristallinen Phase 1 × 10^–3 ≤ r_c2(Ω·cm) ≤ 1,0 ist.
Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in einen Speicher nach Anspruch 1, die umfasst: einen Impulsgenerator, um wenigstens erste bis dritte elektrische Stromimpulse zu erzeugen; und einen Anlegeabschnitt, durch den die wenigstens ersten bis dritten elektrischen Stromimpulse an die erste Aufzeichnungsschicht und an die zweite Aufzeichnungsschicht angelegt werden, wobei zum Ändern der ersten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase bei unverändert gehaltenem Phasenzustand der zweiten Aufzeichnungsschicht der Impulsgenerator den ersten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, zum Ändern der zweiten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase bei unverändert gehaltenem Phasenzustand der ersten Aufzeichnungsschicht der Impulsgenerator den zweiten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und zum Ändern sowohl der ersten Aufzeichnungsschicht als auch der zweiten Aufzeichnungsschicht von der kristallinen Phase in die amorphe Phase der Impulsgenerator den dritten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Impulsamplitude des ersten elektrischen Stromimpulses, I_c1, 0,02 ≤ I_c1(mA) ≤ 10 erfüllt und die Impulsbreite des ersten elektrischen Stromimpulses, t_c1, 5 ≤ t_c1(ns) ≤ 200 erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Impulsamplitude des zweiten elektrischen Stromimpulses, I_c2, 0,05 ≤ I_c2(mA) ≤ 20 erfüllt und die Impulsbreite des zweiten elektrischen Stromimpulses, t_c2, 2 ≤ t_c2(ns) ≤ 150 erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Impulsamplitude des dritten elektrischen Stromimpulses, I_a1, 0,1 ≤ I_a1(mA) ≤ 200 erfüllt und die Impulsbreite des dritten elektrischen Stromimpulses, t_a1, 1 ≤ t_a1(ns) ≤ 100 erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 16, bei der zum Ändern sowohl der ersten Aufzeichnungsschicht als auch der zweiten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase der Impulsgenerator einen vierten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Impulsamplitude des vierten elektrischen Stromimpulses, I_c12, 0,05 ≤ I_c12(mA) ≤ 20 erfüllt und die Impulsbreite des vierten elektrischen Stromimpulses, t_c12, 5 ≤ t_c12(ns) ≤ 200 erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 16, bei der dann, wenn der Schmelzpunkt der ersten Aufzeichnungsschicht, T_m1, und der Schmelzpunkt der zweiten Aufzeichnungsschicht, T_m2, die Beziehung T_m1 # T_m2 erfüllen, zum Ändern der Aufzeichnungsschicht mit dem niedrigeren der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 von der kristallinen Phase in die amorphe Phase unter Beibehaltung des Phasenzustandes der Aufzeichnungsschicht mit dem höheren der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 in der kristallinen Phase der Impulsgenerator einen fünften elektrischen Stromimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich oder höher als der niedrigere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 und niedriger als der höhere der Schmelzpunkte T_m1 und T_m2 ist.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Impulsamplitude des fünften elektrischen Stromimpulses, I_a2, 0,05 ≤ I_a2(mA) ≤ 160 erfüllt und die Impulsbreite des fünften elektrischen Stromimpulses, t_a2, 1 ≤ t_a2(ns)≤ 100 erfüllt.
Lesevorrichtung zum Lesen von Informationen von einem Speicher nach Anspruch 1, die umfasst: einen Anlegeabschnitt, durch den ein elektrischer Stromimpuls an die erste und die zweite Aufzeichnungsschicht angelegt wird; eine Widerstandsmessvorrichtung, um eine Summe der Widerstände der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht zu messen; und einen Bestimmungsabschnitt, um zu bestimmen, mit welcher der vier verschiedenen Summen von Widerstandswerten, R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2, die gemessene Summe der Widerstandswerte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht gleich ist.
Lesevorrichtung nach Anspruch 24, bei der der elektrische Stromimpuls eine Amplitude I_r besitzt, die eine Größe hat, derart, dass in der ersten und in der zweiten Aufzeichnungsschicht keine Phasenänderung hervorgerufen wird.
Lesvorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Amplitude I_r des elektrischen Stromimpulses I_r(mA) ≤ 0,02 erfüllt.
Speicher, der umfasst: N Aufzeichnungsschichten (N ist ein natürliche Zahl, die N > 2 erfüllt), um Informationen aufzuzeichnen, indem eine reversible Phasenänderung zwischen einer kristallinen Phase und einer amorphen Phase genutzt wird, die auf Grund von Temperaturanstiegen auftritt, die durch Anlegen eines elektrischen Stromimpulses verursacht werden, wobei die Kristallisationstemperatur T_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht (1 ≤ m ≤ N) die Beziehung T_x1 < T_x2 < ... < T_xm–1 < T_xm < T_xm+1 < ... < T_xN erfüllt, wobei die Kristallisationszeit t_xm der m-ten Aufzeichnungsschicht die Beziehung t_x1 > t_x2 > ... > t_xm–1 > t_xm > t_xm+1 > ... > t_xN erfüllt und wobei die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der amorphen Phase voneinander verschieden sind, die Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten in der kristallinen Phase voneinander verschieden sind und die Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten einer von 2^N Werten ist.
Schreibvorrichtung zum Schreiben von Informationen in einen Speicher nach Anspruch 27, die umfasst: einen Impulsgenerator zum Erzeugen von wenigstens N Kristallisationsimpulsen und Amorphisationsimpulsen und einen Anlegeabschnitt, durch den die wenigstens N Kristallisationsimpulse und Amorphisationsimpulse an die N Aufzeichnungsschichten angelegt werden, wobei zum Ändern nur der m-ten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase unter Beibehaltung der Phasenzustände der anderen Aufzeichnungsschichten der Impulsgenerator einen Kristallisationsimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur T ergibt, die T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt, und zum Ändern aller N Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase der Impulsgenerator den Amorphisationsimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich oder höher als der höchste Schmelzpunkt der N Aufzeichnungsschichten ist.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 28, bei der zum Ändern aller N Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t_x erfüllt, eine Temperatur T ergibt, die T_xN ≤ T_x erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 28, bei der zum Ändern der m-ten bis (m+n–1)-ten Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten von der amorphen Phase in die kristalline Phase der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1) erfüllt, eine Temperatur T ergibt, die T_x(m+n–1) ≤ T_x < T_x(m+n) erfüllt.
Schreibvorrichtung nach Anspruch 28, bei der dann, wenn jede von einer oder mehreren Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten einen Schmelzpunkt hat, der gleich oder niedriger als eine Temperatur T_m ist, und jede der anderen Aufzeichnungsschichten unter den N Aufzeichnungsschichten einen Schmelzpunkt hat, der höher als die Temperatur T_m ist, zum Ändern der einen oder der mehreren Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase unter Beibehaltung des kristallinen Phasenzustandes der anderen Aufzeichnungsschichten der Impulsgenerator einen elektrischen Stromimpuls erzeugt, der die Temperatur T_m ergibt.
Lesevorrichtung zum Lesen von Informationen von einem Speicher nach Anspruch 27, die umfasst: einen Anlegeabschnitt, durch den ein elektrischer Stromimpuls an die N Aufzeichnungsschichten angelegt wird; eine Widerstandsmessvorrichtung, um eine Summe der Widerstände der N Aufzeichnungsschichten zu messen; und einen Bestimmungsabschnitt, um zu bestimmen, mit welchem der 2^N verschiedenen Werte für die Summe von Widerstandswerten die gemessene Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten gleich ist.
Verfahren zum Schreiben von Informationen in einen Speicher nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen wenigstens erster bis dritter elektrischer Stromimpulse; und Anlegen der wenigstens ersten bis dritten elektrischen Stromimpulse an die erste Aufzeichnungsschicht und an die zweite Aufzeichnungsschicht, wobei in dem Schritt des Erzeugens der wenigstens ersten bis dritten elektrischen Stromimpulse zum Ändern der ersten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase unter Beibehaltung des Phasenzustandes der zweiten Aufzeichnungsschicht der Impulsgenerator den ersten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x1 ≤ t erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x1 ≤ T < T_x2 erfüllt, zum Ändern der weiten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase unter Beibehaltung des Phasenzustandes der ersten Aufzeichnungsschicht der Impulsgenerator den zweiten elektrischen Stromimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_x2 ≤ t < t_x1 erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_x2 ≤ T erfüllt, und zum Ändern sowohl der ersten Aufzeichnungsschicht als auch der zweiten Aufzeichnungsschicht von der kristallinen Phase in die amorphe Phase der Impulsgenerator den dritten Stromimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich oder höher als der höhere der Schmelzpunkte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht ist.
Verfahren zum Lesen von Informationen aus einem Speicher nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst: Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die erste Aufzeichnungsschicht und an die zweite Aufzeichnungsschicht; Messen einer Summe der Widerstände der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht; und Bestimmen, mit welcher der vier verschiedenen Summen von Widerstandswerten, R_a1 + R_a2, R_a1 + R_c2, R_c1 + R_a2 und R_c1 + R_c2, die gemessene Summe der Widerstandswerte der ersten und der zweiten Aufzeichnungsschicht gleich ist.
Verfahren zum Schreiben von Informationen in einen Speicher nach Anspruch 27, das die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen von wenigstens N Kristallisationsimpulsen und Amorphisationsimpulsen und Anlegen der wenigstens N Kristallisationsimpulse und Amorphisationsimpulse an die N Aufzeichnungsschichten, wobei im Schritt des Erzeugens der ersten bis (N+1)-ten elektrischen Stromimpulse zum Ändern nur der m-ten Aufzeichnungsschicht von der amorphen Phase in die kristalline Phase unter Beibehaltung der Phasenzustände der anderen Aufzeichnungsschichten der Impulsgenerator einen Kristallisationsimpuls erzeugt, der während einer Zeit (t), die t_xm ≤ t_x < t_x(m–1)erfüllt, eine Temperatur (T) ergibt, die T_xm ≤ T_x < T_x(m+1) erfüllt, und zum Ändern aller der N Aufzeichnungsschichten von der kristallinen Phase in die amorphe Phase der Impulsgenerator den Amorphisationsimpuls erzeugt, der eine Temperatur ergibt, die gleich oder höher als der höchste der Schmelzpunkte der N Aufzeichnungsschichten ist.
Verfahren zum Lesen von Informationen von einem Speicher nach Anspruch 27, das die folgenden Schritte umfasst: Anlegen eines elektrischen Stromimpulses an die N Aufzeichnungsschichten; Messen einer Summe der Widerstände der N Aufzeichnungsschichten; und Bestimmen, mit welchem der 2^N verschiedenen Werte für die Summe von Widerstandswerten die gemessene Summe der Widerstandswerte der N Aufzeichnungsschichten gleich ist.