JP2009500844A - 急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子及びその動作方法 - Google Patents
急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子及びその動作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009500844A JP2009500844A JP2008520173A JP2008520173A JP2009500844A JP 2009500844 A JP2009500844 A JP 2009500844A JP 2008520173 A JP2008520173 A JP 2008520173A JP 2008520173 A JP2008520173 A JP 2008520173A JP 2009500844 A JP2009500844 A JP 2009500844A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- material layer
- metal
- memory device
- voltage
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 129
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052781 Neptunium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 238000000761 in situ micro-X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0007—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising metal oxide memory material, e.g. perovskites
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/8615—Hi-lo semiconductor devices, e.g. memory devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/823—Device geometry adapted for essentially horizontal current flow, e.g. bridge type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
- H10N70/8833—Binary metal oxides, e.g. TaOx
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/884—Other compounds of groups 13-15, e.g. elemental or compound semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- H10N99/03—Devices using Mott metal-insulator transition, e.g. field effect transistors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/30—Resistive cell, memory material aspects
- G11C2213/32—Material having simple binary metal oxide structure
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/50—Resistive cell structure aspects
- G11C2213/51—Structure including a barrier layer preventing or limiting migration, diffusion of ions or charges or formation of electrolytes near an electrode
Abstract
構造変化を経ずに均一な薄膜を保持して、高速スイッチング動作が可能なメモリ素子及びその動作方法を提供する。その素子及び方法は、電子のエネルギー変化により急激に金属−絶縁体転移をする金属−絶縁体転移物質層にコンタクトさせられ、熱により融解されて転移物質層に導電性経路を形成する少なくとも２個の電極を備える。
Description
本発明は、メモリ素子及びその動作方法に係り、特に急激な金属−絶縁体転移（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ；ＭＩＴ）を利用したメモリ素子及びその動作方法に関する。
メモリ素子の一つの事例として、結晶質と非結晶質との間の構造変化を伴った相転移を利用した相変化メモリ素子がある。相変化メモリ素子は、相変化物質を融解させるために高温が必要とされ、結晶化に長時間を要し、反復的なスイッチング動作の信頼性が低下する。なぜなら、相変化メモリ素子は、相変化物質の構造変化を利用するためである。
メモリ素子の他の事例として、物質の構造変化に伴う抵抗変化を利用する抵抗変化メモリ素子がある。抵抗変化メモリ素子は、米国特許第５，７６１，１１５号明細書（特許文献１）、米国特許第５，８９６，３１２号明細書（特許文献２）、米国特許第５，９１４，８９３号明細書（特許文献３）、米国特許第６，０８４，７９６号明細書（特許文献４）及び米国特許第６，６５３，１９３号明細書（特許文献５）並びにＳ．Ｓｅｏらの論文（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，８５，ｐ５６５５，２００４）（非特許文献１）に公開されている。上記資料によれば、抵抗変化メモリ素子は、上記抵抗変化を起こす物質（以下、抵抗変化物質）内に存在する樹枝状結晶導体を利用するものである。即ち、抵抗変化物質に電圧を加えれば、樹枝状結晶導体が成長又は縮少して抵抗変化を誘発する。具体的には、抵抗変化物質に正の電圧を加えれば、樹枝状結晶導体が成長して電極間に導電性経路が形成されて、上記抵抗変化物質は、電気伝導度の高い状態である低抵抗状態になる。一方、負の電圧を加えれば、樹枝状結晶導体が縮小して上記導電性経路が縮小し、上記抵抗変化物質は、高抵抗状態に転換される。
他方、抵抗変化メモリ素子は、抵抗変化物質の構造変化を伴う。即ち、抵抗変化物質は、樹枝状結晶導体を含んで少なくとも二つの相が存在する不均一な物質である。また、抵抗変化メモリ素子は、樹枝状結晶導体が生成されていないか、その濃度が薄ければ、メモリの特性を具現化できないという短所がある。さらに、抵抗変化メモリ素子は、高抵抗状態で発熱が起きて長期的にメモリの特性を失う虞もある。
また、不揮発性相変化メモリ素子及び抵抗変化メモリ素子は構造変化を経るために、高速スイッチング素子には適していない。従って、構造変化を経ずに均一な薄膜を保持し、高速スイッチング動作の可能な新しい形態のメモリ素子が要求されている。
米国特許第５，７６１，１１５号明細書
米国特許第５，８９６，３１２号明細書
米国特許第５，９１４，８９３号明細書
米国特許第６，０８４，７９６号明細書
米国特許第６，６５３，１９３号明細書
Ｓ．Ｓｅｏらの論文（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，８５，ｐ５６５５，２００４）
Ｈ．Ｔ．Ｋｉｍらの論文（Ｎｅｗ Ｊ．Ｐｈｙｓ．６（２００４）５２
本発明が解決しようとする技術的課題は、構造変化を経ずに均一な薄膜を保持し、高速スイッチング動作の可能なメモリ素子を提供するところにある。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、上記メモリ素子の動作方法を提供するところにある。
上記技術的課題を達成するための本発明に係るメモリ素子は、基板と、前記基板上に位置し、ホールドーピングによる電子のエネルギー変化により急激に金属−絶縁体転移をする金属−絶縁体転移物質層と、前記転移物質層にコンタクトさせられ、熱により融解されて前記転移物質層に導電性経路を形成する少なくとも２個の電極と、を備える。
前記電極は単結晶又は多結晶であり、熱により容易に融解する融点を有する物質からなり得る。
本発明の実施例において、前記電極は、相互に離隔して配置された二つの電極を提示しており、二つの電極間の間隔は、前記導電性経路が十分に形成される程度であることが望ましい。
前記他の技術的課題を達成するための本発明に係るメモリ素子の動作方法は、先ず、ホールドーピングによる電子のエネルギー変化により急激に金属−絶縁体転移をする金属−絶縁体転移物質層を基板上に形成し、その後、熱により融解されて前記転移物質層に導電性経路を形成する少なくとも２個の電極を前記転移物質層にコンタクトさせ、前記電極に第１電圧を印加して前記電極を融解させて前記転移物質層上に導電性経路を形成し、前記電極に第２電圧を印加して前記金属−絶縁体転移物質層を金属状態に保持させる。ホールドーピングによる急激な金属−絶縁体転移についての内容は、Ｈ．Ｔ．Ｋｉｍらの論文（Ｎｅｗ Ｊ．Ｐｈｙｓ．６（２００４）５２（非特許文献２）に説明されている。
前記導電性経路を形成するステップ以後に、前記転移物質層が絶縁体に転移するように第３電圧を前記電極に印加するステップをさらに備え得る。前記第３電圧は、前記導電性経路における表面張力を低減させて前記導電性経路を電気的に開放させることができる。
前記メモリ素子は、前記第１電圧ではオン状態を保持し、前記第２電圧ではオフ状態を保持し、前記第１電圧と前記第２電圧との差は、前記転移物質層の形状、使用された前記転移物質層の種類及び前記二つの電極間の間隔により決定され得る。
本発明に係るＭＩＴ転移を利用したメモリ素子及びその動作方法によれば、ＭＩＴ物質層を覆う導電性経路を利用してオン状態を定義することにより、構造変化を経ずに均一な薄膜を保持して高速スイッチング動作の可能なメモリ素子を提供することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。後述する実施例は、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は、後述する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。実施例全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を表す。
本発明の実施例は、急激な金属−絶縁体転移（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ；ＭＩＴ）物質層を利用して構造変化を伴わないメモリ素子を提供することである。構造変化を伴わなければ、高速のスイッチング動作ができて欠陥が発生する虞が大きく低減し、高品質のメモリ素子を作ることができる。ここで、ＭＩＴ物質層は、電子間のエネルギー変化により急激に絶縁体から金属に相転移する特徴を有する。具体的な例として、ＭＩＴ物質層は、束縛されて金属的な電子構造を有する絶縁体に正孔を注入すると、電子間のエネルギー変化により急激に金属に相転移する。ＭＩＴ物質層は、酸素、炭素、半導体元素（ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族）、転移金属元素、希土類元素、ランタン系元素を含む低濃度の正孔が添加された無機物化合物半導体及び絶縁体、低濃度の正孔が添加された有機物半導体及び絶縁体、低濃度の正孔が添加された半導体、並びに、低濃度の正孔が添加された酸化物半導体及び絶縁体のうち選択された少なくとも一つを含むことができる。
図１は、本発明の実施例に適用された急激なＭＩＴ物質層の電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）との関係を例示した図面である。
図１を参照すると、急激なＭＩＴ物質層は、絶縁体ａから金属ｃに急激に電気的特性が変化する臨界電圧ｂを有する。図示された例において、本発明に適用された急激なＭＩＴ物質層の臨界電圧ｂは、約４５Ｖである。具体的には、両端の電圧降下が０Ｖから約４５Ｖまではほとんど電流が流れない絶縁体ａであり、約４５Ｖより大きい電圧では金属状態ｃである。即ち、約４５Ｖで電流の不連続ジャンプが起きる。臨界電圧は、急激なＭＩＴ物質層を備える素子の構造及び使用された物質層種類によって変化し得る。
本発明に係る不揮発性メモリ素子は、図１を参照して説明したＭＩＴ物質層と、ＭＩＴ物質層の両端に配置され、熱により融解されてＭＩＴ物質層に導電性経路を形成する少なくとも２個の電極とを備える。以下、本発明の実施例は、上記ＭＩＴ物質層及び電極が配置されている状態を中心に区分されて説明される。
図２は、本発明の第１実施例に係るメモリ素子１００（以下、第１メモリ素子）を示す断面図であり、水平構造の２端子素子として具現化された例を図示する。
図２を参照すると、基板１０２上にＭＩＴ物質層１０６が形成されている。ここで、ＭＩＴ物質層１０６は、基板１０２の一部表面上にのみ配置され得る。また、基板１０２とＭＩＴ物質層１０６との間にバッファ層１０４をさらに配置することができる。バッファ層１０４は、基板１０２の全面に配置され得る。ＭＩＴ物質層１０６には、二つの電極、例えば、第１電極１０８と第２電極１１０とがコンタクトさせられている。
基板１０２は、特別な制限はないが、例えば、サファイア単結晶、シリコン、ガラス、水晶、化合物半導体及びプラスチック等の多様な物質を使用することができる。但し、ガラスやプラスチックの場合は反応温度の制限があり、プラスチックの場合にはフレキシブル基板として使用することができる。シリコン、ガラス及び水晶は、基板１０２に８インチ以上の直径が要求される条件で有利であり、このために絶縁膜上のシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ＳＯＩ）を使用してもよい。
バッファ層１０４は、ＭＩＴ物質層１０６の結晶性を改善して付着力を向上させるためのものである。このために、ＭＩＴ物質層１０６の格子定数と類似した値を有する結晶性薄膜を使用することが望ましい。例えば、バッファ層１０４は、酸化アルミニウム膜、高誘電膜、結晶性金属膜及びシリコン酸化膜のうち、少なくともいずれか一つの膜を使用することができる。ここで、酸化アルミニウム膜は、結晶性がある程度保持される程度であれば十分であり、シリコン酸化膜は、可能な限り薄く形成することが望ましい。特に、結晶性に優れた高誘電膜、例えば、ＴｉＯ２膜、ＺｒＯ２膜、Ｔａ２Ｏ５膜及びＨｆＯ２膜又はこれらの混合膜及び／又は結晶性金属膜を含む多層膜をバッファ層１０４として形成することができる。
二つの電極１０８、１１０は、導電性物質であれば、適用には制限がない。例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕの金属、前記金属の化合物、並びに、前記金属及び前記化合物を含む酸化物で形成された少なくとも１層であり得る。ここで、前記金属の化合物には、ＴｉＮ及びＷＮがあり、前記金属及び前記化合物を含む酸化物には、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）及びＡＺＯ（Ａｌ−Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）あるいはＺｎＯがある。
しかし、本発明に係る第１メモリ素子１００に適用する二つの電極１０８、１１０は、外部から印加される電圧により発生するジュール熱により融解しなければならない。これにより、二つの電極１０８、１１０は、上記ジュール熱により容易に融解することが望ましい。例えば、タングステン（Ｗ）は、本発明に係る第１メモリ素子の電極として使用するには融点が高い。ＭＩＴ物質層１０６の厚さは１０乃至１００００ｎｍが望ましい。二つの電極１０８、１１０に電圧を印加すると、電流は基板１０２に水平方向に流れる。電圧が印加されると、ＭＩＴ物質層１０６には、図１のようなＭＩＴが観察される。一方、ＭＩＴ物質層１０６の厚さの変化によって臨界電圧は変化し得る。
図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明に係る第１メモリ素子１００の電圧によるＭＩＴ物質層１０６の表面状態の変化を平面的に示すＳＥＭ写真である。ここで、第１メモリ素子１００は、バッファ層１０４なしに、基板１０２はＡｌ２Ｏ３、ＭＩＴ物質層１０６はＶＯ２、電極１０８、１１０は積層されたＣｒ及びＣｕからなる水平構造の２端子素子を使用した。
図３Ａを参照すると、高い融解温度を有する二電極１０８、１１０に電圧が印加されるが、二電極１０８、１１０は所定間隔だけ離隔しており、それぞれＭＩＴ物質層１０６の両側面を覆っている。図３Ａから分かるように、ＭＩＴ物質層１０６の表面には何の変化も起きないことが示されている。即ち、ＭＩＴ物質層１０６は、絶縁状態を保持する。また、ＭＩＴ物質層１０６は、複数の結晶粒からなる多結晶であり得る。場合によって、ＭＩＴ物質層１０６は、単結晶であり得る。このように、何の変化も起きない状態を１次状態という。
図３Ｂを参照すると、低い融解温度を有する二つの電極１０８、１１０に一定の電圧が印加されると、二つの電極１０８、１１０のうち一つの電極、例えば、第２電極１１０の一部分１２０がジュール熱により融解する。これにより、本発明の第１実施例に適用された電極１０８、１１０は、上記ジュール熱により容易に融解する物質からなることが望ましい。融解した電極の一部分１２０は、ＭＩＴ物質層１０６の表面を覆いつつ、結晶粒間の結晶粒界に侵入する。もし、ＭＩＴ物質層１０６が単結晶であれば、融解した電極の一部分１２０は、露出させられたＭＩＴ物質層１０６の表面を覆うことができる。このように、電極の一部分が融解した状態を２次状態という。
図３Ｃを参照すると、二つの電極１０８、１１０に電場又は電流をさらに印加すると、図３Ｂで説明した第２電極１１０は、ジュール熱によりさらに融解して、ＭＩＴ物質層１０６の表面に沿って流れて第１電極１０８と連結された導電性経路１３０を形成する。即ち、導電性経路１３０は、第２電極１１０が融解して形成されたものである。導電性経路１３０をなす電極物質は、結晶粒間の結晶粒界に侵入する。結晶粒界に侵入した電極物質は、ＭＩＴ物質層１０６の電子状態を変化させて、ＭＩＴ物質層１０６を急激に金属状態に転移させる。例えば、上記電極物質は、ＭＩＴ物質層１０６に正孔を添加する。これにより、第１電極１０８と第２電極１１０とは電気的に連結され、ＭＩＴ物質層１０６は金属状態を保持する。ＭＩＴ物質層１０６が単結晶である場合には、ＭＩＴ物質層１０６の表面を覆う導電性経路１３０が多結晶の場合と同じ役割を担う。このように、二つの電極１０８、１１０が電気的に連結された状態を３次状態という。二つの電極１０８、１１０間の間隔は、導電性経路１３０を十分に形成する程度であればよい。
図４Ａは、本発明に係る第１メモリ素子１００における電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）との関係を示す図面であり、図４Ｂは、図４Ａのａ部分を拡大した図面である。ここで、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、□は１次状態、○は２次状態、そして△及び▽は３次状態を表す。図４Ａ及び図４Ｂにおける電圧と電流との関係は、図３Ａ乃至図３Ｃを参照して説明した第１メモリ素子と同じ傾向を示す。また、上記図面は、バッファ層（図２の１０４）が基板１０２とＭＩＴ物質層１０６との間に挿入されていない状態で測定したものである。
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、１次状態（□）のＶ−Ｉ曲線１４０でのＭＩＴ物質層１０６は、約２８．５Ｖの臨界電圧で急激に絶縁体から金属に転移する。約２８．５Ｖの臨界電圧は、本発明に係る第１メモリ素子１００では高抵抗状態と定義され、これはオフ状態とみなされる。即ち、電圧を印加した直後のＶ−Ｉ曲線１４０ａでＭＩＴ物質層１０６は絶縁体である。
２次状態（○）のＶ−Ｉ曲線１４２でのＭＩＴ物質層１０６は、約２６Ｖの臨界電圧において急激に絶縁体から金属に転移する。約２６Ｖの臨界電圧は、本発明に係る第１メモリ素子１００では１次状態と同じく高抵抗状態と定義され、これはオフ状態とみなされる。即ち、図４Ｂにおいて電圧を印加した直後のＶ−Ｉ曲線１４２ａでＭＩＴ物質層１０６は、部分的に融解した電極物質（図３Ｂの１２０）で覆われた部分を除いては絶縁体である。このとき、二つの電極１０８、１１０は電気的に連結されていないため、まだオフ状態を保持する。
３次状態（△及び▽）のＶ−Ｉ曲線１４４におけるＭＩＴ物質層１０６は、約６Ｖの臨界電圧において急激に絶縁体から金属に転移する。約６Ｖの臨界電圧は、本発明に係る第１メモリ素子１００では低抵抗状態に定義され、これはオン状態とみなされる。即ち、電圧を印加した直後のＶ−Ｉ曲線１４４ａから分かるように、ＭＩＴ物質層１０６は、１次又は２次状態に比べて高い電流値を有し、これによりＭＩＴ物質層１０６上に導電性経路（図３Ｃの１３０）が形成されていることが分かる。
一方、２次状態のオフ状態を定義する電圧約２６Ｖと、３次状態でオン状態を定義する電圧約６Ｖとの差である約２０Ｖは、本発明に係る第１メモリ素子のメモリ単位になり得る。ここで、上記メモリ単位は、ＭＩＴ物質層１０６の形状、使用された物質層１０６の種類及び二つの電極１０８、１１０の間隔等により変化し得る。
さらに、導電性経路１３０は、ＭＩＴ物質層１０６に例えば正孔を注入して、１次又は２次状態に比べて相対的に低い臨界電圧で急激な絶縁体−金属転移を起こす。オン状態を保持し続ければ、第１メモリ素子１００は不揮発性状態である。従って、本発明に係る第１メモリ素子１００は、不揮発性メモリ素子として応用され得る。一方、先立って二つの電極１０８、１１０に印加された電圧の逆の電圧を印加するか、ＭＩＴ物質層の金属状態が破壊される程度まで電圧を印加すると、第１メモリ素子１００は、再び高抵抗状態のオフ状態に復帰することができる。これは、ＭＩＴ物質層１０６が絶縁体に転移され、導電性経路１３０が破壊されたことを意味する。オフ状態の回復は、図５を参照して説明する。
図５は、第１メモリ素子１００の３次状態において測定した電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）との関係を示す図面である。ここで、○は３次状態を表す。このとき、第１メモリ素子１００は、基板１０２はＡｌ２Ｏ３、ＭＩＴ物質層１０６はＶＯ２、電極１０８、１１０は積層されたＣｒ及びＣｕからなる水平構造の２端子素子を使用した。
図５を参照すると、３次状態（○）のＶ−Ｉ曲線でのＭＩＴ物質層１０６は、約６．５Ｖの臨界電圧で急激に絶縁体から金属に転移する。約６．５Ｖの臨界電圧は、本発明に係る第１メモリ素子１００では低抵抗状態と定義され、これはオン状態とみなされる。
二つの電極１０８、１１０に印加された電圧が増加するにつれて、ＭＩＴ物質層１０６は、次のような過程による電流の変化を示す。約６．５Ｖで急激な絶縁体−金属転移現象が発生する。即ち、ＭＩＴ物質層１０６は、部分的に金属状態に転移される。臨界電圧である約６．５Ｖにおいて、不連続ジャンプ１５２が起こる。不連続ジャンプは、ＭＩＴ物質層１０６上に導電性経路１３０が形成されて、ＭＩＴ物質層１０６が３次状態に変換されたことを意味する。即ち、第１メモリ素子１００は、不揮発性状態に転換されている。
印加電圧が臨界電圧を超えて増加すると、ＭＩＴ物質層１０６は、金属の特徴であるオームの法則によって抵抗値が線形的に変化する。即ち、臨界電圧を通過すると、ＭＩＴ物質層１０６は、二つの電極が電気的に連結されたオン状態となる。一方、約１０ｍＡの電流は、非常に高い電流密度である約１×１０６Ａ／ｃｍ２に相当する。電流を増加させ続けると、約１１ｍＡレベル１５６において急激に電流は減少して絶縁状態１５８になる。即ち、電流が約１１ｍＡレベル１５６より大きくなれば、金属状態から絶縁状態に転移されることを示している。このとき、増加させられたジュール熱は、表面張力を低減する方向に導電性経路１３０を融解させて、導電性経路１３０を電気的に開放させる。例えば、ＭＩＴ物質層１０６上に存在する導電性経路１３０は融解されて滴状になって互いに分離される。
本発明に係る第１メモリ素子は、従来の相変化メモリ素子や抵抗変化メモリ素子とは根本的に異なる。具体的には、本発明に係る第１メモリ素子は、電極を融解させてＭＩＴ物質層の表面を覆ってＭＩＴ物質層に正孔を添加することによって、オン状態を誘導するものである。これにより、ＭＩＴ物質層の構造変化は伴わない。
これに対し、相変化メモリ素子は過電流による熱によって高低抗の晶質状態である相変化物質を融解させて低抵抗の非晶質状態に変化させた後、急冷して低抵抗の非晶質状態を保持するものである。抵抗変化メモリ素子は、抵抗変化物質を形成する時に樹枝状結晶体を存在させ、正（＋）の電圧で樹枝状結晶体を成長させて低抵抗状態を保持させるものである。相変化メモリ素子と抵抗変化メモリ素子とはいずれも構造変化を伴う。
一方、本発明に係る第１メモリ素子を一つの単位として複数の第１メモリ素子が集積された形態の集積回路を製作することができる。このとき、集積回路の集積度を高めるために、ＭＩＴ物質層１０６の大きさを小さくすることが望ましい。従って、ＭＩＴ物質層１０６は、集積度を向上させるために有利である。
図６は、本発明の第２実施例に係るメモリ素子２００（以下、第２メモリ素子）を示す断面図であり、垂直構造の２端子素子として具現化された例を図示する。ここで、第２メモリ素子２００は、基板２０２はＳｉ、バッファ層２０４はＳｉＯ２、ＭＩＴ物質層２０８はＺｒＯ２、電極２０６、２１０は積層されたＣｒ及びＣｕからなる垂直構造の２端子素子を使用している。
図６を参照すると、基板２０２上に第１電極２０６、ＭＩＴ物質層２０８及び第２電極２１０が順次に積層された構造を有する。即ち、二つの電極のうち、第１電極２０６、例えば、ソース電極は、ＭＩＴ物質層２０８の下面に配置されており、二つの電極のうち、第２電極２１０、例えば、ドレイン電極はＭＩＴ物質層２０８の上面に配置されている。また、基板２０２と第１電極２０６との間にバッファ層２０４をさらに配置することができる。二つの電極２０６、２１０間の間隔、即ち、ＭＩＴ物質層２０８の厚さは、ＭＩＴ物質層２０８内に第１メモリ素子について説明した導電性経路を十分に形成することができる程度であればよい。但し、本発明に係る第２メモリ素子２００に使用されるＭＩＴ物質層２０８は、多結晶であることが望ましい。
上記第２メモリ素子２００の動作は、ＭＩＴ物質層２０８が金属に転移されて流れる電流の方向が基板２０２に垂直方向という点を除いては、第１メモリ素子１００の動作と同一である。第１電極２０６、ＭＩＴ物質層２０８及び第２電極２１０の積層順序を除いては、その製造方法も前述した第１メモリ素子１００の製造方法と同一である。但し、第２メモリ素子は、第１メモリ素子と異なる形態で製作することができる可能性を提示し、これにより本発明に係るメモリ素子は、上記第１メモリ素子や第２メモリ素子に限定されずに多様に変形された形態で製造することができる。
図７は、本発明に係る第２メモリ素子２００における電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）との関係を示す図面である。第１実施例で説明した３次状態において、●は第１回測定、○は第２回測定におけるＶ−Ｉ関係を表す。
図７を参照すると、第１回測定（●）では、約６．０Ｖの臨界電圧において急激なＭＩＴを示している。第２回測定（○）では、第１電極２０６及び第２電極２１０に印加する電圧のサイズが増加するにつれて、非常に大きい電流が流れる現象２２２と再び急激に電流が減少する現象２２４とを示す。これは、第１実施例による第１メモリ素子１００の動作と一致する。
＜実験例＞
本発明の実験例では、基板１０２はＡｌ２Ｏ３、ＭＩＴ物質層１０６は低濃度の正孔が添加されたｐ型ＧａＡｓ、電極１０８、１１０は積層されたＣｒ及びＣｕからなる水平構造の２端子素子を使用した。
本発明の実験例では、基板１０２はＡｌ２Ｏ３、ＭＩＴ物質層１０６は低濃度の正孔が添加されたｐ型ＧａＡｓ、電極１０８、１１０は積層されたＣｒ及びＣｕからなる水平構造の２端子素子を使用した。
図８Ａは、電圧が印加されていない時（Ａ）のＭＩＴ物質層に対するマイクロＸ線回折紋についての写真である。
図８Ｂは、臨界電圧を超える電圧印加時におけるＭＩＴ物質層に対するマイクロＸ線回折紋についての写真である。
図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、ＭＩＴ物質層についての写真は同じ回折紋を示すが、これは、ＭＩＴ物質が同じ構造であるということを意味する。即ち、金属−絶縁体転移が起きた臨界電圧前後にＭＩＴ物質層の構造は変化していない。ＭＩＴ物質層の構造変化が伴わなければ高速スイッチング動作が可能であり、ＭＩＴ物質層に欠陥が発生する可能性がほとんどないので、高品質のメモリ素子を製造することができる。
以上、本発明の望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって様々な変形が可能である。
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に位置し、ホールドーピングによる電子のエネルギー変化により急激に金属−絶縁体転移をする金属−絶縁体転移物質層と、
前記転移物質層にコンタクトさせられ、熱により融解されて前記転移物質層に導電性経路を形成する少なくとも２個の電極と、
を備えることを特徴とする金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子。 - 前記転移物質層は、酸素、炭素、半導体元素（ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族）、転移金属元素、希土類元素、ランタン系元素を含む低濃度の正孔が添加された無機物化合物半導体及び絶縁体、低濃度の正孔が添加された有機物半導体及び絶縁体、低濃度の正孔が添加された半導体、並びに、低濃度の正孔が添加された酸化物半導体及び絶縁体のうち選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子。
- 前記電極は、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｃ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｕ、Ｎｐ、Ｐｕの金属、前記金属の化合物、並びに、前記金属及び前記化合物を含む酸化物のうち選択された少なくとも一つ以上の物質からなることを特徴とする請求項１に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子。
- 前記電極は、相互に離隔して配置された二つの電極であることを特徴とする請求項１に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子。
- 前記二つの電極のうち、一つの電極は、前記金属−絶縁体転移物質層の下面に配置され、他の電極は、前記金属−絶縁体物質層の上面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子。
- 電子間のエネルギー変化により急激に金属−絶縁体転移をする金属−絶縁体転移物質層を基板上に形成するステップと、
前記転移物質層にコンタクトする少なくとも２個の電極を形成するステップと、
前記電極に第１電圧を印加して前記電極を融解させて、前記転移物質層に導電性経路を形成するステップと、
を含むことを特徴とする急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。 - 前記導電性経路を形成するステップ以後に、
前記転移物質層が絶縁体に転移するように第３電圧を前記電極に印加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。 - 前記第３電圧は、前記導電性経路における表面張力を低減して前記導電性経路を電気的に開放させることを特徴とする請求項７に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。
- 前記導電性経路をなす前記電極は、前記転移物質層の多結晶の結晶粒界に侵入することを特徴とする請求項６に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。
- 前記導電性経路を形成するステップは、
前記電極に前記第１電圧を印加して前記電極のうち一つの電極を融解させるステップと、
前記第１電圧を印加し続けて、前記融解した電極を前記転移物質層に流すステップと、
前記第１電圧を印加し続けて、前記融解した電極を対向する前記電極と電気的に連結させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。 - 前記メモリ素子は、前記第１電圧ではオフ状態を保持し、第２電圧ではオン状態を保持することを特徴とする請求項６に記載の急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子の動作方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20050058654 | 2005-06-30 | ||
| KR10-2005-0058654 | 2005-06-30 | ||
| KR10-2006-0015634 | 2006-02-17 | ||
| KR1020060015634A KR100723872B1 (ko) | 2005-06-30 | 2006-02-17 | 급격한 금속-절연체 전이를 이용한 메모리소자 및 그동작방법 |
| PCT/KR2006/002534 WO2007004807A1 (en) | 2005-06-30 | 2006-06-29 | Memory device using abrupt metal-insulator transition and method of operating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009500844A true JP2009500844A (ja) | 2009-01-08 |
| JP4949396B2 JP4949396B2 (ja) | 2012-06-06 |
Family
ID=37870354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008520173A Expired - Fee Related JP4949396B2 (ja) | 2005-06-30 | 2006-06-29 | 急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子及びその動作方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7791924B2 (ja) |
| JP (1) | JP4949396B2 (ja) |
| KR (1) | KR100723872B1 (ja) |
| CN (1) | CN101253629B (ja) |
| WO (1) | WO2007004807A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012049865A1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile variable resistance element and method of manufacturing the nonvolatile variable resistance element |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100609699B1 (ko) * | 2004-07-15 | 2006-08-08 | 한국전자통신연구원 | 급격한 금속-절연체 전이 반도체 물질을 이용한 2단자반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| KR100687760B1 (ko) * | 2005-10-19 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 급격한 금속-절연체 전이를 하는 절연체 및 그 제조방법,이를 이용한 소자 |
| TW200839956A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | Toshiba Kk | Information recording/reproducing apparatus |
| US7969771B2 (en) * | 2008-09-30 | 2011-06-28 | Seagate Technology Llc | Semiconductor device with thermally coupled phase change layers |
| WO2012054041A1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Metal-insulator transition switching devices |
| WO2014096672A1 (fr) | 2012-12-17 | 2014-06-26 | Laboratoire Francais Du Fractionnement Et Des Biotechnologies | Utilisation d'anticorps monoclonaux pour le traitement de l'inflammation et d'infections bacteriennes |
| US9203022B2 (en) * | 2013-07-23 | 2015-12-01 | Globalfoundries Inc. | Resistive random access memory devices with extremely reactive contacts |
| US10580976B2 (en) | 2018-03-19 | 2020-03-03 | Sandisk Technologies Llc | Three-dimensional phase change memory device having a laterally constricted element and method of making the same |
| JP7100516B2 (ja) | 2018-07-09 | 2022-07-13 | 川崎重工業株式会社 | アジマススラスタ |
| US11362275B2 (en) | 2019-05-07 | 2022-06-14 | Applied Materials, Inc. | Annealing processes for memory devices |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5278636A (en) * | 1989-09-29 | 1994-01-11 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Non-volatile, solid state bistable electrical switch |
| JP2000512058A (ja) * | 1996-05-30 | 2000-09-12 | アクソン テクノロジーズ コーポレイション | プログラマブルメタライゼーションセル構造およびその作製方法 |
| JP2003101018A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-04-04 | Korea Electronics Telecommun | 電界効果トランジスタ |
| JP2004363604A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Samsung Electronics Co Ltd | 一つのスイッチング素子と一つの抵抗体とを含む不揮発性メモリ装置およびその製造方法 |
| JP2006032898A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Korea Electronics Telecommun | 急激な金属−絶縁体転移半導体物質を利用した２端子半導体素子及びその製造方法 |
| JP2006279042A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Samsung Electronics Co Ltd | 抵抗メモリセル、その形成方法及びこれを利用した抵抗メモリ配列 |
| JP2006526273A (ja) * | 2003-05-20 | 2006-11-16 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | チャネル材料として絶縁体−半導体相転移物質膜を利用した電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2006319028A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nec Corp | スイッチング素子、書き換え可能な論理集積回路、およびメモリ素子 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825046A (en) | 1996-10-28 | 1998-10-20 | Energy Conversion Devices, Inc. | Composite memory material comprising a mixture of phase-change memory material and dielectric material |
| US6333543B1 (en) | 1999-03-16 | 2001-12-25 | International Business Machines Corporation | Field-effect transistor with a buried mott material oxide channel |
| US6365913B1 (en) | 1999-11-19 | 2002-04-02 | International Business Machines Corporation | Dual gate field effect transistor utilizing Mott transition materials |
| EP1327251B1 (en) * | 2000-10-17 | 2005-08-31 | International Business Machines Corporation | Magnetic element, memory device and write head |
| US6653193B2 (en) | 2000-12-08 | 2003-11-25 | Micron Technology, Inc. | Resistance variable device |
| KR100467330B1 (ko) * | 2003-06-03 | 2005-01-24 | 한국전자통신연구원 | 절연체 바나듐 산화막을 채널 영역으로 이용한 전계 효과트랜지스터 및 그 제조 방법 |
-
2006
- 2006-02-17 KR KR1020060015634A patent/KR100723872B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2006-06-29 CN CN2006800318287A patent/CN101253629B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-06-29 JP JP2008520173A patent/JP4949396B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-06-29 WO PCT/KR2006/002534 patent/WO2007004807A1/en active Application Filing
- 2006-06-29 US US11/994,224 patent/US7791924B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5278636A (en) * | 1989-09-29 | 1994-01-11 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Non-volatile, solid state bistable electrical switch |
| JP2000512058A (ja) * | 1996-05-30 | 2000-09-12 | アクソン テクノロジーズ コーポレイション | プログラマブルメタライゼーションセル構造およびその作製方法 |
| JP2003101018A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-04-04 | Korea Electronics Telecommun | 電界効果トランジスタ |
| JP2006526273A (ja) * | 2003-05-20 | 2006-11-16 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | チャネル材料として絶縁体−半導体相転移物質膜を利用した電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2004363604A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Samsung Electronics Co Ltd | 一つのスイッチング素子と一つの抵抗体とを含む不揮発性メモリ装置およびその製造方法 |
| JP2006032898A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-02 | Korea Electronics Telecommun | 急激な金属−絶縁体転移半導体物質を利用した２端子半導体素子及びその製造方法 |
| JP2006279042A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Samsung Electronics Co Ltd | 抵抗メモリセル、その形成方法及びこれを利用した抵抗メモリ配列 |
| JP2006319028A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Nec Corp | スイッチング素子、書き換え可能な論理集積回路、およびメモリ素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012049865A1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile variable resistance element and method of manufacturing the nonvolatile variable resistance element |
| JP2012084774A (ja) * | 2010-10-14 | 2012-04-26 | Toshiba Corp | 不揮発性抵抗変化素子および不揮発性抵抗変化素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4949396B2 (ja) | 2012-06-06 |
| US20090114896A1 (en) | 2009-05-07 |
| KR20070003529A (ko) | 2007-01-05 |
| KR100723872B1 (ko) | 2007-05-31 |
| CN101253629B (zh) | 2010-04-21 |
| CN101253629A (zh) | 2008-08-27 |
| US7791924B2 (en) | 2010-09-07 |
| WO2007004807A1 (en) | 2007-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4949396B2 (ja) | 急激な金属−絶縁体転移を利用したメモリ素子及びその動作方法 | |
| KR100983175B1 (ko) | 산화물막과 고체 전해질막을 구비하는 저항 변화 메모리소자, 및 이의 동작방법 | |
| JP6297754B2 (ja) | ドープされたバッファ領域を有する遷移金属酸化物抵抗スイッチングデバイス | |
| EP1498952B1 (en) | Oxygen content system and method for controlling memory resistance properties | |
| TWI326915B (en) | Nonvolatile memory cell and monolithic three dimensional memory array formed above a substrate | |
| KR100693409B1 (ko) | 산화막의 저항변화를 이용한 비휘발성 기억소자 및 그제조방법 | |
| US8049204B2 (en) | Semiconductor memory device having variable resistance element and method for manufacturing the same | |
| US7560721B1 (en) | Phase change material with filament electrode | |
| US8391050B2 (en) | Resistance change element, semiconductor memory device, manufacturing method and driving method thereof | |
| CN103907192A (zh) | 具有合金化电极的电阻切换器件及其形成方法 | |
| CN109727982A (zh) | 铁电存储器件及其制造方法 | |
| KR20190067668A (ko) | 저항 변화 소자 | |
| US11476418B2 (en) | Phase change memory cell with a projection liner | |
| US20120085985A1 (en) | Electrically actuated device | |
| Yu et al. | Self-selection effects and modulation of TaOx resistive switching random access memory with bottom electrode of highly doped Si | |
| TW200908338A (en) | Method to form low-defect polycrystalline semiconductor material for use in a transistor | |
| JP2023551634A (ja) | 相変化メモリ・セル | |
| JPH02153552A (ja) | 半導体素子及びその製造方法 | |
| KR20190005665A (ko) | 저항 변화 메모리 소자 | |
| US20220013721A1 (en) | Conductive amorphous oxide contact layers | |
| Zhang et al. | Modeling of conducting bridge evolution in bipolar vanadium oxide-based resistive switching memory | |
| KR20100133761A (ko) | 저항 변화 메모리 소자 및 그 제조방법 | |
| Park et al. | Effects of Switching Parameters on Resistive Switching Behaviors of Polycrystalline $\hbox {SrZrO} _ {3} $: Cr-Based Metal–Oxide–Metal Structures | |
| US20230284541A1 (en) | Phase change memory cell with double active volume | |
| CN114784183A (zh) | 相变存储器及其控制方法和制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110601 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110705 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111005 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111028 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120118 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120210 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120307 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150316 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |