JP2003281776A - メモリー構造とその読み出し機構 - Google Patents

メモリー構造とその読み出し機構

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JP2003281776A
JP2003281776A JP2002084380A JP2002084380A JP2003281776A JP 2003281776 A JP2003281776 A JP 2003281776A JP 2002084380 A JP2002084380 A JP 2002084380A JP 2002084380 A JP2002084380 A JP 2002084380A JP 2003281776 A JP2003281776 A JP 2003281776A
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Toyohiro Chikyo
豊裕 知京
Ahmet Parhat
パールハット=アヘメト
Akira Hasegawa
顕 長谷川
Yuji Matsumoto
祐司 松本
Hideomi Koinuma
秀臣 鯉沼
Noriaki Okazaki
紀明 岡崎
Tetsuya Hasegawa
哲也 長谷川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、大容量且つ高速読み出しの
次世代の記憶媒体としての利用が期待できる、メモリー
構造およびその読み出し機構を提供する。 【解決手段】 シリコン基板(4)上に誘電体もしく
は導電体が堆積され、その上部にその誘電体もしくは導
電体とは誘電率の異なる誘電体が堆積されたメモリー構
造であって、下部誘電体層(5)もしくは下部導電体層
(11)が基板上の所定位置に配積されており、その上
に上部誘電体層(6)が、下部誘電体層(5)もしくは
下部導電体層(11)が存在しない基板表面も含めて基
板(4)上の所定の平面範囲に堆積されたメモリー構造
とし、そのメモリー構造に対し、マイクロ波で走査する
ことによりマイクロ波の共振周波数の変化あるいは波長
変化が検出され、下部誘電体層(5)もしくは下部導電
体層(11)が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、メモリー
構造とその読み出し機構に関するものである。さらに詳
しくは、この出願の発明は、大容量且つ高速読み出しの
次世代の記憶媒体としての利用が期待できる、新しいメ
モリー構造とその読み出し機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】現在、コンピューター等にお
いては外部記憶媒体として光学式記憶媒体であるCD−
ROM、DVD−ROM等が一般的に使用されている。
これら光学式記憶媒体は直径12cmのプラスチック製
のディスクであって、そのディスクの記録層に0と1に
対応する小さな浅いビットが空いており、その0と1の
組み合わせによって様々な情報が記録されている。その
記録層にレーザーを照射し反射光の変化を測定すること
で記録された情報の読み取りを行っている。
【0003】しかしながら、これらCD−ROM、DV
D−ROM等の容量は最高でも十数GBであり、また読
み出し速度にも限界があるため、大容量で且つ読み出し
速度が高速の記憶媒体としてCD−ROM、DVD−R
OMを凌駕する記憶媒体が強く求められている。
【0004】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、CD−ROM、DVD−ROMと比べて大容
量且つ読み出し速度が高速の次世代の記憶媒体としての
利用が期待できる、新しいメモリー構造とその読み出し
機構を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第1には、基板上に
誘電体もしくは導電体が堆積され、その上部にその誘電
体もしくは導電体とは誘電率の異なる誘電体が堆積され
たメモリー構造であって、下部誘電体層もしくは下部導
電体層が基板上の所定位置に配積されており、その上に
上部誘電体層が、下部誘電体層もしくは下部導電体層が
存在しない基板表面も含めて基板上の所定の平面範囲に
堆積されていることを特徴とするメモリー構造を提供す
る。
【0006】第2には、この出願の発明は、第1の発明
において、上部誘電体層と下部誘電体層が異なる誘電率
の酸化膜であることを特徴とするメモリー構造を提供す
る。
【0007】第3には、第1または2の発明において、
基板がシリコン基板であることを特徴とするメモリー構
造を提供する。
【0008】第4には、第1ないし3のいずれかの発明
のメモリー構造に対し、マイクロ波で走査することによ
りマイクロ波の共振周波数の変化あるいは波長変化が検
出され、下部誘電体層もしくは下部導電体層が検出され
ることを特徴とするメモリー構造の読み出し機構を提供
する。
【0009】第5には、第4の発明において、マイクロ
波の共振周波数の変化の検出が、マイクロ波共振周波数
検出器の探針での走査により行われることを特徴とする
メモリー構造の読み出し機構を提供する。
【0010】さらに、第6には、第5の発明において、
走査する探針が、表面層である上部誘電体層と接触また
は非接触の状態であることを特徴とするメモリー構造の
読み出し機構をも提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】この出願の発明のメモリー構造
は、基板上に誘電体もしくは導電体が堆積され、その上
部にその誘電体もしくは導電体とは誘電率の異なる誘電
体が堆積されたメモリー構造であり、下部誘電体層もし
くは下部導電体層が基板上の所定位置に配積されてお
り、その上に上部誘電体層が、下部誘電体層もしくは下
部導電体層が存在しない基板表面も含めて基板上の所定
の平面範囲に堆積された構造をなしている。
【0012】なお下部層が誘電体層である場合、たとえ
ば、上部誘電体層と下部誘電体層を異なる誘電率の酸化
膜とすることができ、上部誘電体層には任意の酸化膜を
使用でき、また下部誘電体層には、上部誘電体層と異な
る誘電率を有する任意の酸化膜を用いることができる。
【0013】また下部層が導電体層である場合、その導
電体層としては任意の金属あるいは金属と同等の電気伝
導性を有する任意の物質を用いることができる。
【0014】この出願の発明のメモリー構造に対してマ
イクロ波で走査することにより、下部誘電体層もしくは
下部導電体層の有無によって、マイクロ波の共振周波数
あるいは波長が変化するため、それらが高い感度で検出
され、その結果、配積された下部誘電体層もしくは下部
導電体層を高い感度で検出することができる。
【0015】なお、マイクロ波の共振周波数の変化の検
出は、マイクロ波共振周波数検出器の探針での走査によ
り行うことができ、その場合、走査する探針が表面層で
ある上部誘電体層と接触または非接触の状態でマイクロ
波の共振周波数の変化を検出することができる。
【0016】また基板としてはシリコン基板が適してお
り、この出願の発明のメモリー構造とその読み出し機構
は、シリコンとその上に堆積された下部誘電体層、下部
導電体層もしくは上部誘電体層との界面の現象をマイク
ロ波で走査することによって観察し、下部誘電体層もし
くは下部導電体層の有無により、マイクロ波の共振周波
数の変化あるいは波長変化が高い感度で検出されるもの
と考えられる。
【0017】なお、この出願の発明のメモリー構造にお
いては、表面が平面である場合はもちろんのこと、表面
に多少の凸凹を有している場合においても下部誘電体層
もしくは下部導電体層を検出することが可能である。ま
た上部誘電体層のさらに上部に、上部誘電体層および下
部誘電体層(下部導電体層)とは異なる誘電率の誘電体
層の保護膜を設けることも可能である。
【0018】この出願の発明のメモリー構造の試料は、
たとえばシリコン基板上に、下部誘電体層として、Al
2O3(酸化アルミニウム)を配置制御して2nm堆積し
極薄膜を点在させ、その上に室温で上部誘電体層として
のHfO2(酸化ハフニウム)を基板全体に200nm
堆積することで作製することができる。
【0019】そしてコイルとコンデンサによって構成さ
れたマイクロ波共振回路と、コンデンサと並列に取り付
けられた探針を用いてこのメモリー構造の試料を走査す
る。このときマイクロ波の共振周波数は、探針と上部誘
電体層のHfO2膜、あるいは探針と上部誘電体層のH
fO2膜および下部誘電体層のAl2O3膜で構成される
コンデンサの静電容量に伴って変化する。この変化量を
観察することで選択的に点在する下部誘電体層のAl2
O3膜を高い感度で検出することができる。
【0020】下部誘電体層であるAl2O3膜の水平方向
の大きさはサブμmまで縮小することが可能であること
から、下部誘電体層のAl2O3膜を所定位置に配積する
ことでテラbitの情報量の書き込みが期待でき、また
この出願の発明のメモリー構造の読み出し機構は、探針
と表面層である上部誘電体層が非接触の状態で走査が可
能なことから、メモリー構造に記憶された情報の高速読
み出しが可能となる。
【0021】以上により、この出願の発明のメモリー構
造とその読み出し機構により、従来のCD−ROM,D
VD−ROMに比べて簡単な構造で大容量の情報が書き
込み可能であり且つ高速で読み出すことができる次世代
の記憶媒体の提供が期待できる。
【0022】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定される
ものではなく、細部については様々な態様が可能である
ことは言うまでもない。
【0023】
【実施例】<実施例1>図1に、マイクロ波共振周波数
検出器(1)による誘電体計測システム(2)を示す。
これにより、この出願の発明のメモリー構造の試料
(3)の下部誘電体層の検出を行った。
【0024】まず2種類の試料(3)として、シリコン
基板(4)上にパルスレーザー堆積法により、図2に示
すように、金属マスクを用いて下部誘電体層として半径
がR=410μm、R=260μmおよびR=100μ
mの円形状の厚さ30ÅのSiO2膜とAl2O3膜
(5)をそれぞれ室温で所定位置に配置し、つづいて、
その上に上部誘電体層として、下部誘電体層のSiO2
膜、Al2O3膜(5)とは誘電率の異なるHfO2(酸
化ハフニウム)膜(6)を室温で1000Åの厚さに成
長させ、シリコン基板(4)の表面全体を覆ったものを
それぞれ作製した。
【0025】図1に示すように、1.5GHzのエバネ
ッセントマイクロ波を用いるマイクロ波共振周波数検出
器(1)には、探針(7)に1.5GHzの共振回路
(8)が取り付けられており、共振回路(8)はコイル
(9)とコンデンサ(10)によって形成されている。
探針(7)の先端と上部誘電体層のHfO2膜(6)、
あるいは探針(7)、上部誘電体層のHfO2膜(6)
および下部誘電体層のSiO2膜(Al2O3膜)(5)
で構成されるコンデンサの静電容量の変化が共振周波数
の変化をもたらす。このマイクロ波共振周波数検出器
(1)の探針(7)で試料(3)を走査することにより
試料(3)の誘電率の変化が測定され、下部誘電体層と
してのSiO2膜とAl2O3膜(5)が検出された。な
お走査速度は0.2cm/secとした。
【0026】その走査結果を、図3<a><b>に示
す。ここで図3<a>は下部誘電体層がAl2O3膜の場
合であり、<b>は下部誘電体層がSiO2膜の場合で
ある。これらの図に示しているように半径100μmの
大きさのSiO2膜、Al2O3膜(5)の点が明瞭に観
測されたことがわかる。また、探針(7)を試料表面か
ら5μm離しても、つまり探針(7)が試料表面と非接
触であっても同様の分解能でSiO2膜、Al2O3膜
(5)の点が観測された。 <実施例2>次に下部層として導電体(金属)であるP
t(白金)を用いてその検出を試みた。
【0027】まず、図2に示すように、実施例1と同様
に半径がR=410μm、R=260μmおよびR=1
00μmの円形状の厚さが2nmのPt膜(11)をシ
リコン基板上に所定位置に配置させ、つづいてその上部
にHfO2(酸化ハフニウム)膜を室温で1000Åの
厚さに成長させ、シリコン基板の表面全体を覆い、試料
を作製した。そして、図1に示すような実施例1と同様
のマイクロ波共振数検出器(1)の探針(7)を走査さ
せることによって下部導電体層であるPt膜(11)の
検出を行った。
【0028】その走査結果を図4に示す。図4から半径
100μmの大きさのPt膜(11)が明瞭に観測され
たことがわかる。また、探針(7)を試料表面から5μ
m離しても、つまり探針(7)が試料表面と非接触であ
っても同様の分解能でPt膜(11)の点が観測され
た。
【0029】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおりこの出願の発
明によって、CD−ROM、DVDROMと比べ、簡単
な構造で大容量の情報を書き込むことができ、さらに高
速で読み出すことのできる次世代の記憶媒体としての利
用が期待できる、新しいメモリー構造およびその読み出
し機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のメモリー構造およびその読み出し機
構の性能を評価するためのマイクロ波共振周波数検出器
による誘電体計測システムを例示した図である。
【図2】実施例における下部誘電体層であるSiO2膜
とAl2O3膜の配置図である。
【図3】実施例における下部誘電体層であるSiO2膜
とAl2O3膜をマイクロ波共振周波数検出器によって検
出した画像である。
【図4】他の実施例における下部導電体層であるPt膜
をマイクロ波共振周波数検出器によって検出した画像で
ある。
【符号の説明】
1 マイクロ波共振周波数検出器 2 誘電体計測システム 3 試料 4 Si(100)基板 5 Al2O3膜またはSiO2膜 6 HfO2膜、ZrO2膜またはAl2O3膜 7 探針 8 共振回路 9 コイル 10 コンデンサ 11 Pt膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 祐司 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 鯉沼 秀臣 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 岡崎 紀明 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 (72)発明者 長谷川 哲也 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 Fターム(参考) 5D029 HA06 JB50 KA30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に誘電体もしくは導電体が堆積さ
    れ、その上部にその誘電体もしくは導電体とは誘電率の
    異なる誘電体が堆積されたメモリー構造であって、下部
    誘電体層もしくは下部導電体層が基板上の所定位置に配
    積されており、その上に上部誘電体層が、下部誘電体層
    もしくは下部導電体層が存在しない基板表面も含めて基
    板上の所定の平面範囲に堆積されていることを特徴とす
    るメモリー構造。
  2. 【請求項2】 上部誘電体層と下部誘電体層が異なる誘
    電率の酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の
    メモリー構造。
  3. 【請求項3】 基板がシリコン基板であることを特徴と
    する請求項1または2に記載のメモリー構造。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のメ
    モリー構造に対し、マイクロ波で走査することによりマ
    イクロ波の共振周波数の変化あるいは波長変化が検出さ
    れ、下部誘電体層もしくは下部導電体層が検出されるこ
    とを特徴とするメモリー構造の読み出し機構。
  5. 【請求項5】 マイクロ波の共振周波数の変化の検出
    が、マイクロ波共振周波数検出器の探針での走査により
    行われることを特徴とする請求項4に記載のメモリー構
    造の読み出し機構。
  6. 【請求項6】 走査する探針が、表面層である上部誘電
    体層と接触または非接触の状態であることを特徴とする
    請求項5に記載のメモリー構造の読み出し機構。
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