JP2013197172A - Resistance change memory - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の技術は、互いに異なる複数の抵抗値が情報として保持される層である抵抗変化層を有するメモリに関する。 The technology of the present disclosure relates to a memory having a resistance change layer that is a layer in which a plurality of resistance values different from each other are held as information.
抵抗変化層を有するメモリである抵抗変化メモリは、高速の動作と多値の記憶とが可能であるため、次世代のメモリとして期待されている。こうした抵抗変化層のうち特許文献1に記載される二元系の金属酸化物からなる抵抗変化層では、以下に示される機構によって抵抗値の切り替えが起こると考えられている。 A resistance change memory, which is a memory having a resistance change layer, is expected as a next-generation memory because it can operate at high speed and store multiple values. Among such resistance change layers, in the resistance change layer made of a binary metal oxide described in Patent Document 1, it is considered that the resistance value is switched by the mechanism described below.
まず、初期状態の抵抗変化層に情報を書き込むセット電圧が印加されることにより、導電性のフィラメントが2つの電極間に形成される。そして、抵抗変化層に書き込まれた情報を消去するリセット電圧が印加されると、抵抗変化層に電場が形成されて、あるいは、抵抗変化層に磁場が形成されて、フィラメントのうち電極の近傍の部分が消失する。これによって、抵抗変化層は、その抵抗値が相対的に高い状態である高抵抗状態となる。 First, a conductive voltage is formed between two electrodes by applying a set voltage for writing information to the initial resistance change layer. When a reset voltage for erasing information written in the resistance change layer is applied, an electric field is formed in the resistance change layer, or a magnetic field is formed in the resistance change layer. The part disappears. Thereby, the resistance change layer is in a high resistance state in which the resistance value is relatively high.
次いで、高抵抗状態の抵抗変化層に対してセット電圧が印加されると、抵抗変化層に電場が形成されて、あるいは、抵抗変化層に磁場が形成されて、消失した導電性のフィラメントが再び形成される。これによって、抵抗変化層は、その抵抗値が相対的に低い状態である低抵抗状態となる。 Next, when a set voltage is applied to the resistance change layer in the high resistance state, an electric field is formed in the resistance change layer, or a magnetic field is formed in the resistance change layer, and the lost conductive filament is again formed. It is formed. As a result, the resistance change layer is in a low resistance state in which the resistance value is relatively low.
ところで、抵抗変化メモリでは、低抵抗状態から高抵抗状態への切り替えであるセット動作と、高抵抗状態から低抵抗状態への切り替えであるリセット動作と、抵抗変化層における抵抗値の検出であるリード動作とに際して、電力が消費される。特に、抵抗変化層の抵抗値を切り替える際に、相対的に大きい電流が流れるため、抵抗変化メモリでは、記憶素子に対する情報の書き込みと消去とを行う度に、相対的に大きい電力が消費されてしまうことになる。そこで、上述の抵抗変化メモリには、抵抗変化層での抵抗の切り替えによって消費される電力を抑えることが求められている。 By the way, in the resistance change memory, a set operation that is switching from the low resistance state to the high resistance state, a reset operation that is switching from the high resistance state to the low resistance state, and a read that is detection of the resistance value in the resistance change layer. In operation, power is consumed. In particular, since a relatively large current flows when switching the resistance value of the resistance change layer, the resistance change memory consumes relatively large power each time information is written to and erased from the storage element. Will end up. Therefore, the above-described resistance change memory is required to suppress the power consumed by switching the resistance in the resistance change layer.
なお、ペロブスカイト型金属酸化物等の多元系の金属酸化物を用いた抵抗変化メモリでは、抵抗変化の生じる機構が二元系の金属酸化物とは異なっていると考えられている。しかしながら、こうした抵抗変化メモリにおいても、電圧の印加によって抵抗値が切り替えられ、且つ、電圧の印加によって電力が消費される点は共通しているため、上述と概ね共通した問題が生じる。 Note that in a resistance change memory using a multi-component metal oxide such as a perovskite-type metal oxide, it is considered that the mechanism of resistance change is different from that of a binary metal oxide. However, even in such a resistance change memory, the resistance value is switched by applying a voltage, and the power is consumed by applying the voltage. Therefore, the problem generally common to the above occurs.
本開示の技術は、抵抗変化層の抵抗値を切り替えるときに電力の消費を抑えることのできる抵抗変化メモリを提供することを目的とする。 An object of the technology of the present disclosure is to provide a resistance change memory capable of suppressing power consumption when switching the resistance value of a resistance change layer.
以下、上述の課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本開示における抵抗変化メモリの一態様は、抵抗変化層と、前記抵抗変化層に書き込み電圧を印加する書き込み電極とを備え、前記書き込み電極が、前記書き込み電圧の印加により電流が流れることを抑制するエネルギー障壁を介して前記抵抗変化層に連結され、前記抵抗変化層と連結される部分を、前記書き込み電圧により前記抵抗変化層の抵抗値を変える微細な点状とする。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
One aspect of the resistance change memory according to the present disclosure includes a resistance change layer and a write electrode that applies a write voltage to the resistance change layer, and the write electrode suppresses a current from flowing due to the application of the write voltage. A portion connected to the variable resistance layer through an energy barrier and connected to the variable resistance layer is formed as a fine dot that changes the resistance value of the variable resistance layer by the write voltage.
上述の態様によれば、抵抗変化層の抵抗値を変える書き込み電極が、エネルギー障壁を介して抵抗変化層に連結されるため、抵抗変化層に書き込み電圧が印加される際に、抵抗変化層に電流が流れることが抑えられる。そして、エネルギー障壁により電流が流れなくとも抵抗変化層の抵抗値が変わるように、抵抗変化層に連結される書き込み電極の部分が微小な点状とされるから、互いに異なる複数の抵抗値が情報として扱われる抵抗変化メモリにて、その電力の消費が抑えられる。 According to the above-described aspect, the write electrode that changes the resistance value of the variable resistance layer is connected to the variable resistance layer via the energy barrier. Therefore, when a write voltage is applied to the variable resistance layer, Current flow is suppressed. And since the portion of the write electrode connected to the resistance change layer is formed in a minute dot shape so that the resistance value of the resistance change layer is changed even if no current flows due to the energy barrier, a plurality of different resistance values are information. In the resistance change memory treated as, the power consumption is suppressed.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記エネルギー障壁が、前記抵抗変化層と前記書き込み電極との接合によって形成されるショットキー障壁である。
上述の態様によれば、抵抗変化層と書き込み電極とがショットキー接合を形成するため、抵抗変化層や書き込み電極とは異なる部材によってエネルギー障壁が形成される構成と比べて、抵抗変化メモリの構成を簡素にすることが可能である。
Another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure is a Schottky barrier in which the energy barrier is formed by a junction between the resistance change layer and the write electrode.
According to the above aspect, since the resistance change layer and the write electrode form a Schottky junction, the configuration of the resistance change memory is compared with the configuration in which the energy barrier is formed by a member different from the resistance change layer and the write electrode. Can be simplified.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層と前記書き込み電極とに挟まれるエネルギー障壁層をさらに備え、前記エネルギー障壁層が、前記抵抗変化層と前記書き込み電極とのいずれか一方との接合によって前記エネルギー障壁であるショットキー障壁を形成する。 Another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure further includes an energy barrier layer sandwiched between the resistance change layer and the write electrode, and the energy barrier layer is one of the resistance change layer and the write electrode. The Schottky barrier which is the energy barrier is formed by the junction with.
上述の態様によれば、抵抗変化層と書き込み電極とにエネルギー障壁層が挟まれるため、抵抗変化層と書き込み電極との接合によってエネルギー障壁が形成される構成と比べて、抵抗変化層を形成する材料の範囲や書き込み電極を形成する材料の範囲を広げることが可能にもなる。 According to the above aspect, since the energy barrier layer is sandwiched between the resistance change layer and the write electrode, the resistance change layer is formed as compared with the configuration in which the energy barrier is formed by joining the resistance change layer and the write electrode. It is also possible to expand the range of materials and the range of materials for forming the writing electrode.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層の抵抗値を読み出す読み出し電極をさらに備え、前記書き込み電極が、前記読み出し電極を兼ね、前記ショットキー障壁に対し読み出し電圧として順方向の電圧を印加する。 Another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure further includes a read electrode that reads a resistance value of the resistance change layer, and the write electrode also serves as the read electrode and serves as a read voltage with respect to the Schottky barrier in a forward direction. Apply voltage.
上述の態様では、書き込み電極が読み出し電極を兼ねるため、書き込み電極と読み出し電極とが互いに異なる構成と比べて、抵抗変化メモリの構成を簡素にすることが可能にもなる。 In the above-described aspect, since the write electrode also serves as the read electrode, the configuration of the resistance change memory can be simplified as compared with a configuration in which the write electrode and the read electrode are different from each other.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層の抵抗値を読み出す読み出し電極をさらに備え、前記書き込み電極と前記読み出し電極とが互いに異なる。
上述の態様では、書き込み電極と読み出し電極とが互いに異なるため、電極の構造や電極の材料に対し、抵抗変化層の抵抗値を読み出すうえで必要とされる制約を書き込み電極が受けることはない。それゆえに、電極の構造や電極の材料に対し、抵抗変化層の抵抗値の変化に特化したものを書き込み電極や読み出し電極に適用することが可能にもなる。
Another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure further includes a read electrode that reads a resistance value of the resistance change layer, and the write electrode and the read electrode are different from each other.
In the above-described aspect, since the write electrode and the read electrode are different from each other, the write electrode does not receive restrictions necessary for reading the resistance value of the resistance change layer with respect to the electrode structure and the electrode material. Therefore, it is also possible to apply to the write electrode and the read electrode those specialized in the change in the resistance value of the resistance change layer with respect to the electrode structure and the electrode material.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層と前記書き込み電極とに挟まれる絶縁層をさらに備え、前記エネルギー障壁が、前記書き込み電極と前記絶縁層との接合と、前記抵抗変化層と前記絶縁層との接合とによって形成される。 Another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure further includes an insulating layer sandwiched between the resistance change layer and the write electrode, wherein the energy barrier includes a junction between the write electrode and the insulating layer, and the resistance change. It is formed by joining the layer and the insulating layer.
上述の態様では、書き込み電極と絶縁層との接合と、抵抗変化層と絶縁層との接合とによってエネルギー障壁が形成されるため、抵抗変化層から書き込み電極に流れる電流と、書き込み電極から抵抗変化層に電流とを確実に抑えることができる。 In the above-described aspect, an energy barrier is formed by the junction between the write electrode and the insulating layer and the junction between the variable resistance layer and the insulating layer, so that the current flowing from the variable resistance layer to the write electrode and the resistance change from the write electrode Current can be reliably suppressed in the layer.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層が、チタン酸化物からなり、前記書き込み電極にて前記抵抗変化層と接する部位が、ロジウム及びイリジウムのいずれかからなり、前記書き込み電極にて前記抵抗変化層と接する面の面積が、0.01μm2以下である。 In another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure, the resistance change layer is made of titanium oxide, and a portion of the write electrode that is in contact with the resistance change layer is made of rhodium or iridium. The area of the surface in contact with the variable resistance layer is 0.01 μm 2 or less.
上述の態様では、書き込み電極にて抵抗変化層と接する部位が、ロジウム及びイリジウムのいずれかからなり、且つ、書き込み電極と抵抗変化層との接触面積が、0.01μm2以下であり、抵抗変化層がチタン酸化物からなるから、書き込み電極と抵抗変化層との接触面でショットキー障壁が形成される。こうした態様によれば、書き込み電極と抵抗変化層とによってエネルギー障壁が形成されるから、抵抗変化メモリの形成に必要な工程の数を減らすことができる。 In the above aspect, the portion of the writing electrode that contacts the resistance change layer is made of either rhodium or iridium, and the contact area between the writing electrode and the resistance change layer is 0.01 μm 2 or less, and the resistance change Since the layer is made of titanium oxide, a Schottky barrier is formed at the contact surface between the write electrode and the resistance change layer. According to such an aspect, since the energy barrier is formed by the write electrode and the resistance change layer, the number of steps necessary for forming the resistance change memory can be reduced.
本開示における抵抗変化メモリの他の態様は、前記抵抗変化層が、チタン酸化物からなり、前記書き込み電極が、カーボンナノチューブからなる。
上述の態様では、書き込み電極がカーボンナノチューブからなり、抵抗変化層がチタン酸化物からなるから、書き込み電極と抵抗変化層との接触面でショットキー障壁が形成される。こうした態様によれば、書き込み電極と抵抗変化層とによってエネルギー障壁が形成されるから、抵抗変化メモリの形成に必要な工程を減らすことができる。また、カーボンナノチューブによれば、直径が数十nm程度の微小な電極を形成しやすいため、他の金属材料を加工して微小な電極を形成する場合と比べて、より抵抗変化メモリの形成が容易にもなる。
In another aspect of the resistance change memory according to the present disclosure, the resistance change layer is made of titanium oxide, and the write electrode is made of a carbon nanotube.
In the above-described aspect, since the write electrode is made of carbon nanotubes and the variable resistance layer is made of titanium oxide, a Schottky barrier is formed at the contact surface between the write electrode and the variable resistance layer. According to such an aspect, the energy barrier is formed by the write electrode and the resistance change layer, so that the steps necessary for forming the resistance change memory can be reduced. In addition, according to the carbon nanotube, since it is easy to form a minute electrode having a diameter of about several tens of nanometers, it is possible to form a resistance change memory more than in the case of forming a minute electrode by processing another metal material. It will be easy.
[第1実施形態]
以下、本開示における抵抗変化メモリの第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。まず、抵抗変化メモリを構成する記憶素子の概略構成について、図1を参照して説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a resistance change memory according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of a memory element constituting the resistance change memory will be described with reference to FIG.
図1に示されるように、基板11の上に形成される下地層12には、板状電極13が積層され、板状電極13における上面の一部には、抵抗変化層14が積層されている。抵抗変化層14における上面の一部には、書き込み電極としての微細線状電極16が積層されている。本実施形態では、抵抗変化層14における微細線状電極16との界面が、エネルギー障壁としての電流障壁部15であり、電流障壁部15は、抵抗変化層14の上面と対向する方向から見て微細な点状をなしている。また、抵抗変化層14と板状電極13と微細線状電極16とによって記憶素子10が構成されている。
As shown in FIG. 1, a plate-
基板11には、シリコン基板や化合物半導体基板等の半導体基板、あるいは、ガラス基板や石英基板や樹脂基板等の絶縁体基板が用いられる。
下地層12には、例えば、シリコン酸化物層やシリコン窒化物層等の各種のシリコン化合物が用いられる。下地層12は、基板の上面に形成される能動素子や配線のうち、記憶素子10の接続先以外となる要素と記憶素子10とを電気的に絶縁する絶縁性を有する。
As the
For the
板状電極13は、4族から14族に含まれる金属元素が用いられる。また、板状電極13には、上述の形成材料からなる単層構造、あるいは、上述の形成材料のうちで互いに異なる形成材料からなる2以上の層の積層構造が用いられる。
The
抵抗変化層14には、抵抗変化層14に印加される電圧の絶対値によって高抵抗状態と低抵抗状態とが切替えられるノンポーラー型の抵抗変化材料、あるいは、抵抗変化層14に印加される電圧の向きによって高抵抗状態と低抵抗状態とが切替えられるバイポーラー型の抵抗変化材料が用いられる。ノンポーラー型の抵抗変化材料には、チタン酸化物と、タングステン酸化物と、コバルト酸化物と、タンタル酸化物とからなる群から選択される1つ、あるいは、これら酸化物の少なくとも2つを含む混合物が用いられる。なお、二元系金属酸化物の1つ、あるいはこれら酸化物の少なくとも2つを含む混合物は、ノンポーラー型の抵抗変化材料としてだけでなく、例えば、書き込み電極が本実施形態のような微細線状である場合や、特定の抵抗変化材料と電極材料との組み合わせによっては、バイポーラー型の抵抗変化材料としても機能する。また、ノンポーラー型の抵抗変化材料には、上述の二元系金属酸化物の他に、SrZrO3、ZrTiO3、Pb(Zr,Ti)O3、Zn0.4Cd0.6S、Pr0.7Ca0.3MnO3等のペロブスカイト系酸化物が用いられる。バイポーラー型の抵抗変化材料には、ゲルマニウム−錫−テルルやインジウム−錫−テルル等のカルコゲナイド材料が用いられる。なお、抵抗変化層14には、上述の形成材料からなる単層構造、あるいは、上述の形成材料のうち互いに異なる形成材料からなる2以上の層の積層構造が用いられる。そして、抵抗変化層14では、板状電極13と微細線状電極16との間に印加される電圧によって、その抵抗値が以下のように変化する。
The
すなわち、板状電極13の電位に対して微細線状電極16が負となる電圧であって、相対的に絶対値の大きい所定のしきい値以上の電圧であるセット電圧Vsetが抵抗変化層14に印加されると、抵抗変化層14は高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。また、板状電極13の電位に対して微細線状電極16が正となる電圧であって、相対的に絶対値の小さい電圧であるリセット電圧Vresetが印加されると、抵抗変化層14は低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。
That is, the set voltage Vset, which is a voltage at which the fine
微細線状電極16は、抵抗変化層14と接する面の直径が5nm以上100nm以下となる円形柱状、あるいは、抵抗変化層14と接する面の一辺が5nm以上100nm以下となる矩形柱状をなし、4族から14族に含まれる金属元素、あるいは、カーボンナノチューブからなる微細な電極である。なお、微細線状電極16には、板状電極13と同様に、上述の形成材料からなる単層構造、あるいは、上述の形成材料のうちで互いに異なる形成材料からなる2以上の層の積層構造が用いられる。
The fine
抵抗変化層14における微細線状電極16との界面である電流障壁部15は、微細線状電極16が上述の形成材料からなり、且つ、微細線状電極16と抵抗変化層14との接触する部位が微小な点状であることにより、下記の第1ショットキー接合、あるいは、下記の第2ショットキー接合を形成する。すなわち、抵抗変化層14の形成材料と微細線状電極16の形成材料、並びに、抵抗変化層14と微細線状電極16との接する面の面積は、これらの界面で第1ショットキー接合、あるいは、第2ショットキー接合が形成される組み合わせから選択される。なお、抵抗変化層14の上面にて1辺が10μmとなる矩形平面に対し、こうした微細線状電極16の本数は、100本以下であることが好ましい。
The
第1ショットキー接合とは、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に上述のセット電圧Vsetが印加されるとき、ショットキー障壁である電流障壁部15にて、板状電極13から微細線状電極16への順方向の電流が流れる接合である。また、第1ショットキー接合とは、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に上述のリセット電圧Vresetが印加されるとき、ショットキー障壁である電流障壁部15にて、微細線状電極16から板状電極13に流れる逆方向の電流が順方向の電流に比べて抑えられる接合である。
In the first Schottky junction, when the power supply voltage Vss is applied to the
第2ショットキー接合とは、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に上述のリセット電圧Vresetが印加されるとき、ショットキー障壁である電流障壁部15にて、微細線状電極16から板状電極13への逆方向の電流が流れる接合である。また、第2ショットキー接合とは、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に上述のセット電圧Vsetが印加されるとき、ショットキー障壁である電流障壁部15にて、板状電極13から微細線状電極16に流れる順方向の電流が逆方向の電流に比べて抑えられる接合である。
In the second Schottky junction, when the power supply voltage Vss is applied to the plate-
そして、上述の第1ショットキー接合が電流障壁部15で形成される場合には、記憶素子10では、逆方向の電流が相対的に流れにくく、順方向の電流が相対的に流れやすくなる。反対に、上述の第2ショットキー接合が電流障壁部15で形成される場合には、記憶素子10では、逆方向の電流が相対的に流れやすく、順方向の電流が相対的に流れにくくなる。
When the above-described first Schottky junction is formed by the
次に、上述の記憶素子10におけるセット動作とリセット動作とリード動作とについて、図2〜図4を参照して説明する。まず、電流障壁部15が第1ショットキー接合である場合について説明する。
Next, the set operation, the reset operation, and the read operation in the
図2に示されるように、板状電極13に例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に例えば−5.0Vのセット電圧Vsetが印加されると、板状電極13から微細線状電極16に向く電場が抵抗変化層14にて局所的に形成される。そして、順方向の電流であるセット電流Isetが抵抗変化層14に流れることによって、抵抗変化層14が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。
As shown in FIG. 2, when a power supply voltage Vss of, for example, 0V is applied to the plate-
図3に示されるように、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16に例えば2.0Vのリセット電圧Vresetが書き込み電圧として印加されると、微細線状電極16から板状電極13に向く電場が抵抗変化層14にて局所的に形成される。あるいは、こうした電圧の変化に伴う磁場が抵抗変化層14にて局所的に形成される。この際、ショットキー障壁である電流障壁部15にて、微細線状電極16から板状電極13に流れる逆方向の電流が抑えられながら、上述の電場、あるいは、磁場が局所的に作用することで、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。すなわち、抵抗変化層14が高抵抗状態であることが、記憶素子10にて書き込まれる。
As shown in FIG. 3, when the power supply voltage Vss is applied to the plate-
図4に示されるように、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、セット電圧Vsetよりも絶対値が小さい負の電圧である例えば−1.0Vのリード電圧Vsensが読み出し電圧として微細線状電極16に印加されると、抵抗変化層14の抵抗状態に応じた順方向のリード電流Isensが、記憶素子10の外部で検出される。すなわち、抵抗変化層14が低抵抗状態であるか、あるいは、高抵抗状態であるかが読み出される。
As shown in FIG. 4, a power supply voltage Vss is applied to the
そのため、第1ショットキー接合を有する記憶素子10では、抵抗変化層14に印加される電圧の向き、あるいは、絶対値が変更されることで、抵抗変化層14における抵抗状態が切り替えられる。そして、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する際には、ショットキー障壁である電流障壁部15が、逆方向の電流が流れることを抑える。これにより、こうした電流障壁部15が形成されない場合と比べて、抵抗変化層14の抵抗値を切り替えるときに消費される電力を抑えることができる。
Therefore, in the
なお、電流障壁部15にて第2ショットキー接合が形成されている場合には、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16にセット電圧Vsetが書き込み電圧として印加されることでセット動作が行われる。この際、板状電極13から微細線状電極16に向けて流れる順方向の電流が、ショットキー障壁である電流障壁部15によって抑えられる。また、板状電極13に電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極16にリセット電圧Vresetが印加されることでリセット動作が行われる。この際、微細線状電極16から板状電極13に向けた逆方向の電流が、ショットキー障壁である電流障壁部15を通じて流れる。そして、微細線状電極16に電源電圧Vssが印加され、且つ、板状電極13にリード電圧Vsensが読み出し電圧として印加されることで、抵抗変化層14の抵抗状態に応じた逆方向のリード電流Isensが、記憶素子10の外部で検出される。
When the second Schottky junction is formed in the
上述の記憶素子10を備える抵抗変化メモリは、例えば、抵抗変化メモリの単位構造としてトランジスタと記憶素子10とを1つずつ有する1T1R型、あるいは、抵抗変化メモリの単位構造として整流素子と記憶素子10とを1つずつ有する1D1R型に具体化される。例えば、1T1R型では、トランジスタのドレインが微細線状電極16に接続され、板状電極13がGND線に接続される。そして、トランジスタのゲートとソースとの間の電位差によって、上述のセット電圧Vsetとリセット電圧Vresetとリード電圧Vsensとが各別に微細線状電極16に印加される。これによって、2以上のトランジスタのゲートが接続されたワード線の選択と、2以上のトランジスタのソースが接続されたビット線の選択とによって、当該選択されたトランジスタに接続される記憶素子10で、上述のセット動作とリセット動作とリード動作とのいずれかが行われる。
The resistance change memory including the
以上説明したように、本開示の抵抗変化メモリにおける第1実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)抵抗変化層14の抵抗値を変える微細線状電極16が、ショットキー障壁を介して抵抗変化層14に連結されるため、抵抗変化層14にセット電圧Vsetが印加される際に、あるいは、抵抗変化層14にリセット電圧Vresetが印加される際に、抵抗変化層14に電流が流れることが抑えられる。そして、ショットキー障壁により電流が流れなくとも抵抗変化層14の抵抗値が変わるように、抵抗変化層14に連結される微細線状電極16の部分が微小な点状とされるため、互いに異なる複数の抵抗値が情報として扱われる抵抗変化メモリにて、その電力の消費が抑えられる。
As described above, according to the first embodiment of the resistance change memory of the present disclosure, the effects listed below can be obtained.
(1) Since the fine
(2)しかも、抵抗変化層14と微細線状電極16とがショットキー接合を形成するため、抵抗変化層14や微細線状電極16とは異なる部材によってエネルギー障壁が形成される構成と比べて、抵抗変化メモリの構成を簡素にすることが可能である。
(2) Moreover, since the
(3)微細線状電極16が、情報である抵抗値を抵抗変化層14に書き込む電極として機能し、さらに、抵抗変化層14における抵抗値を読み出す電極としても機能する。それゆえに、こうした書き込み電極と読み出し電極とが互いに異なる構成と比べて、抵抗変化メモリの構成を簡素にすることが可能にもなる。
(3) The fine
(4)抵抗変化層14と微細線状電極16との接触する部位の大きさによる抵抗状態の切り替えの差異は、接触する部分の直径、あるいは、接する部分の一辺が約50nm以下になると、抵抗変化層14にて電場の集中が起こりやすくなる。それゆえに、ショットキー障壁の順方向に流れる電流が流れる場合であっても、こうした電場による補助によって抵抗状態が変わりやすくなるため、その際の抵抗状態の切り替えに必要とされる電力を低くすることが可能にもなる。
[第2実施形態]
以下、本開示における抵抗変化メモリの第2実施形態について、図5〜図8を参照して説明する。なお、第2実施形態における抵抗変化メモリの記憶素子は、上述した第1実施形態における抵抗変化メモリの記憶素子と比べて、抵抗変化層に電圧を印加する電極が3つ備えられている点が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点について詳しく説明する。
(4) The difference in switching of the resistance state depending on the size of the contact area between the
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the resistance change memory according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. The memory element of the resistance change memory in the second embodiment is provided with three electrodes for applying a voltage to the resistance change layer, as compared with the memory element of the resistance change memory in the first embodiment described above. Is different. Therefore, in the following, such differences will be described in detail.
図5に示されるように、基板31上の下地層32における上面の一部には、電流障壁部34を含む抵抗変化層33と、微細線状電極35とが積層されている。また、抵抗変化層33と微細線状電極35とが下地層32に積層される方向を積層方向とし、その積層方向と直交する方向を面方向とすると、抵抗変化層33の面方向における両端部には、第1板状電極36と第2板状電極37とが、抵抗変化層33を面方向で挟むように形成されている。本実施形態では、電流障壁部34を含む微細線状電極35と、抵抗変化層33と、第1板状電極36と、第2板状電極37とによって記憶素子30が構成されている。
As shown in FIG. 5, a
基板31と、下地層32と、抵抗変化層33と、微細線状電極35とには、それぞれ第1実施形態における基板11と、下地層12と、抵抗変化層14と、微細線状電極16と同様の材料が用いられる。また、第1板状電極36と第2板状電極37とには、第1実施形態における板状電極13と同様の材料が用いられる。そして、微細線状電極35における抵抗変化層33との界面であるエネルギー障壁としての電流障壁部34は、微細線状電極35が上述の形成材料からなり、且つ、微細線状電極35と抵抗変化層33との接触する部位が微小であることにより、第1実施形態と同様に、上述の第1ショットキー接合、あるいは、上述の第2ショットキー接合を形成する。
The
次に、上述の記憶素子30におけるセット動作とリセット動作とリード動作とについて、図6〜図8を参照して説明する。まず、電流障壁部34が第1ショットキー接合である場合について説明する。
Next, the set operation, the reset operation, and the read operation in the
図6に示されるように、第1板状電極36と第2板状電極37とに例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に例えば−5.0Vのセット電圧Vsetが印加されると、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向く電場が抵抗変化層33にて局所的に形成される。そして、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向けてセット電流Isetが流れることによって、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。
As shown in FIG. 6, a power supply voltage Vss of, for example, 0V is applied to the
図7に示されるように、第1板状電極36と第2板状電極37とに例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に例えば2.0Vのリセット電圧Vresetが書き込み電圧として印加されると、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向く電場が局所的に形成される。あるいは、こうした電圧の変化に伴う磁場が抵抗変化層33にて局所的に形成される。この際、ショットキー障壁である電流障壁部34にて、微細線状電極35から第1板状電極36と第2板状電極37とに流れる逆方向の電流が抑えられながら、上述の電場、あるいは、磁場が局所的に作用することで、抵抗変化層33が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。すなわち、抵抗変化層33が高抵抗状態であることが、記憶素子30にて書き込まれる。
As shown in FIG. 7, for example, a power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
図8に示されるように、第1板状電極36に例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、第2板状電極37に例えば−1.0Vのリード電圧Vsensが読み出し電圧として印加され、且つ、微細線状電極35に例えば0Vの電源電圧Vssが印加される。これによって、抵抗変化層33の抵抗状態に応じたリード電流Isensが、記憶素子30の外部で検出される。すなわち、抵抗変化層33が低抵抗状態であるか、あるいは、高抵抗状態であるかが読み出される。
As shown in FIG. 8, for example, a power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
そのため、第1ショットキー接合を有する記憶素子30では、第1実施形態と同じく、抵抗変化層33が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する際に、ショットキー障壁である電流障壁部34が、逆方向の電流が流れることを抑える。これにより、こうした電流障壁部34が形成されない場合と比べて、抵抗変化層33の抵抗値を切り替えるときに消費される電力を抑えることができる。しかも、第1板状電極36と抵抗変化層33との間と、第2板状電極37と抵抗変化層33との間とには、ショットキー障壁が形成されていないため、リード電圧Vsensが電源電圧Vssと異なる電圧であれば、リード電流Isensが流れることになる。それゆえに、リード電圧Vsensの絶対値がセット電圧Vsetよりも小さいという制約を受けることなく、上記の記憶素子30では、抵抗変化層33の抵抗状態を検出することが可能となる。
Therefore, in the
なお、電流障壁部34にて第2ショットキー接合が形成されている場合には、第1板状電極36と第2板状電極37とにセット電圧Vsetが書き込み電圧として印加され、且つ、微細線状電極35に電源電圧Vssが印加されることでセット動作が行われる。この際、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向けて流れる順方向の電流が、ショットキー障壁である電流障壁部34によって抑えられる。また、第1板状電極36と第2板状電極37とにリセット電圧Vresetが印加され、且つ、微細線状電極35に電源電圧Vssが印加されることでリセット動作が行われる。この際、微細線状電極35から第1板状電極36と第2板状電極37とに向けた逆方向の電流が、ショットキー障壁である電流障壁部34を通じて流れる。そして、第1板状電極36と微細線状電極35とに電源電圧Vssが印加され、且つ、第2板状電極37にリード電圧Vsensが印加されることで、抵抗変化層33の抵抗状態に応じたリード電流Isensが、記憶素子30の外部で検出される。
When the second Schottky junction is formed in the
上述の記憶素子30を備える抵抗変化メモリは、例えば、抵抗変化メモリの単位構造として2つのトランジスタと記憶素子30とを有する2T1R型、あるいは、例えば、抵抗変化メモリの単位構造として2つの整流素子と記憶素子30とを有する2D1R型に具体化される。例えば、第1トランジスタのドレインが微細線状電極35に接続され、第1板状電極36がGND線に接続される。また、第2トランジスタのドレインが第2板状電極37に接続される。そして、第1トランジスタのゲートとソースとの間の電位差によって、上述のセット電圧Vsetとリセット電圧Vresetと電源電圧Vssとが各別に微細線状電極35に印加される。また、第2トランジスタのゲートとソースとの電位差によって、電源電圧Vssとリード電圧Vsensとが各別に第2板状電極37に印加される。これによって、選択されたトランジスタに接続される記憶素子30で、上述のセット動作とリセット動作とリード動作のいずれかが行われる。
The resistance change memory including the
以上説明したように、本開示の抵抗変化メモリにおける第2実施形態によれば、第1実施形態にて得られる効果に加えて、以下に挙げる効果を得ることができる。
(5)情報である抵抗値を抵抗変化層33に書き込む微細線状電極35と、抵抗変化層33における抵抗値を読み出す第2板状電極37とが互いに異なるため、電極の構造や電極の材料に対し、抵抗変化層33の抵抗値を読み出すうえで必要とされる制約を微細線状電極35が受けることはない。それゆえに、電極の構造や電極の材料に対し、抵抗変化層33にて抵抗値を変化させるために特化したものを微細線状電極35に適用し、抵抗変化層33にて抵抗値を読み出すために特化したものを第2板状電極37に適用することが可能にもなる。例えば、リード電圧Vsensの絶対値がセット電圧Vsetよりも小さいという制約を受けることなく、第1板状電極36に印加される電圧とは異なる電圧が第2板状電極37に印加されることで、抵抗変化層33の抵抗状態を検出することが可能となる。
[第3実施形態]
以下、本開示における抵抗変化メモリの第3実施形態について、図9を参照して説明する。なお、第3実施形態における抵抗変化メモリの記憶素子は、上述した第2実施形態における抵抗変化メモリの記憶素子と比べて、電流障壁の構成が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点について詳しく説明する。
As described above, according to the second embodiment of the resistance change memory of the present disclosure, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.
(5) Since the fine
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the resistance change memory according to the present disclosure will be described with reference to FIG. 9. Note that the memory element of the resistance change memory according to the third embodiment has a different current barrier configuration from the memory element of the resistance change memory according to the second embodiment described above. Therefore, in the following, such differences will be described in detail.
図9に示されるように、基板31上の下地層32における上面の一部には、抵抗変化層33と電流障壁層38とが順に積層されている。電流障壁層38における上面の一部には、微細線状電極35が積層されている。また、抵抗変化層33の面方向における両端部には、第2実施形態と同様に、第1板状電極36と第2板状電極37とが、抵抗変化層33を面方向で挟むように接続されている。本実施形態では、抵抗変化層33と、微細線状電極35と、第1板状電極36と、第2板状電極37と、電流障壁層38とによって記憶素子40が構成されている。
As illustrated in FIG. 9, a
電流障壁層38は、シリコン酸化物やシリコン窒化物等のシリコン化合物、あるいは、これらと同程度のバンドギャップを有する金属酸化物や金属窒化物等の金属化合物からなる絶縁膜であって、抵抗変化層33における上面の全体に形成されている。なお、電流障壁層38には、上述の形成材料からなる単層構造、あるいは、上述の形成材料のうちで互いに異なる形成材料からなる2以上の層の積層構造が用いられる。すなわち、電流障壁層38における微細線状電極35との界面と、電流障壁層38における抵抗変化層33との界面とには、電流障壁層38からなる絶縁障壁が形成され、微細線状電極35に印加される電圧値に関わらず、抵抗変化層33と微細線状電極35との間に流れる電流が抑えられる。こうした電流障壁層38が、エネルギー障壁層と、絶縁層とを構成している。
The
次に、上述の記憶素子40におけるセット動作とリセット動作とリード動作とについて説明する。なお、上述の記憶素子40における各種の動作では、微細線状電極35と第1板状電極36と第2板状電極37とに印加される電圧が第2実施形態と同じであって、セット動作とリセット動作とにおいて抵抗変化層33に流れる電流値が異なる。それゆえに、以下では、こうした相違点について詳しく説明する。
Next, the set operation, the reset operation, and the read operation in the
まず、セット動作では、第1板状電極36と第2板状電極37とに例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に例えば−5.0Vのセット電圧Vsetが書き込み電圧として印加される。この際、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向く電場が抵抗変化層33にて局所的に形成される。そして、絶縁障壁である電流障壁層38にて、微細線状電極35から第1板状電極36と第2板状電極37とに流れる電流が抑えられながら、上述の電場、あるいは、磁場が局所的に作用することで、抵抗変化層33が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。すなわち、抵抗変化層33が高抵抗状態であることが、記憶素子40に書き込まれる。
First, in the set operation, a power supply voltage Vss of, for example, 0 V is applied to the
次いで、リセット動作では、第1板状電極36と第2板状電極37とに例えば0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に例えば2.0Vのリセット電圧Vresetが書き込み電圧として印加される。この際、第1板状電極36と第2板状電極37とから微細線状電極35に向く電場が局所的に形成される。あるいは、こうした電圧の変化に伴う磁場が抵抗変化層33にて局所的に形成される。そして、絶縁障壁である電流障壁層38にて、微細線状電極35から第1板状電極36と第2板状電極37とに流れる逆方向の電流が抑えられながら、上述の電場、あるいは、磁場が局所的に作用することで、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する。すなわち、抵抗変化層33が低抵抗状態であることが、記憶素子40に書き込まれる。
Next, in the reset operation, a power supply voltage Vss of, for example, 0V is applied to the
この際、絶縁障壁を有する記憶素子40では、抵抗変化層33が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する際と、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移する際との双方で、絶縁障壁である電流障壁層38が、電流の流れを抑える。これにより、こうした電流障壁層38が形成されない場合と比べて、抵抗変化層33の抵抗値を切り替えるときに消費される電力を抑えることができる。
At this time, in the
以上説明したように、本開示の抵抗変化メモリにおける第3実施形態によれば、第1実施形態にて得られる効果と第2実施形態にて得られる効果とに加えて、以下に挙げる効果を得ることができる。 As described above, according to the third embodiment of the resistance change memory of the present disclosure, in addition to the effects obtained in the first embodiment and the effects obtained in the second embodiment, the following effects can be obtained. Can be obtained.
(6)微細線状電極35と電流障壁層38との接合と、抵抗変化層33と電流障壁層38との接合とによってエネルギー障壁が形成されるため、抵抗変化層33から微細線状電極35に流れる電流と、微細線状電極35から抵抗変化層33に流れる電流とを確実に抑えることができる。
(6) Since the energy barrier is formed by the junction of the fine
[実施例1]
熱酸化膜を有するシリコン基板に対し、板状電極13としてチタン層をスパッタ成膜し、チタン層上に、抵抗変化層14としてチタン酸化物層をスパッタ成膜した。なお、チタン酸化物層は、アルゴンガスの流量を9.5sccm、酸素ガスの流量を0.5sccm、成膜圧力を0.5Pa、ターゲット電力を200Wとして二酸化チタンターゲットをスパッタすることで形成した。また、チタン酸化物層の膜厚は30nmとした。そして、抵抗変化層14との接触面の直径が30nmである微細線状電極16をロジウムによって形成して、実施例1の記憶素子を得た。この記憶素子から得られた電流−電圧特性の測定結果を図10に示す。なお、図10におけるバイアス電圧は、板状電極13の電位に対する微細線状電極16の電位を示し、マイナスは、板状電極13の電位よりも微細線状電極16が低いことを示し、プラスは、板状電極13の電位よりも微細線状電極16が高いことを示す。また、図10における実線は、抵抗変化層14が高抵抗状態であるときの電流−電圧特性を示し、図10における一点鎖線は、抵抗変化層14が低抵抗状態であるときの電流−電圧特性を示す。
[Example 1]
A titanium layer as a
図10に示されるように、−0.5Vのバイアス電圧で板状電極13と微細線状電極16との間に電流が流れない状態を初期状態とし、初期状態から−3.0Vのバイアス電圧が印加されると、−0.5Vのバイアス電圧で板状電極13と微細線状電極16との間に−0.5nAの電流が流れることが認められた。これによって、−3.0Vのセット電圧Vsetにより、抵抗変化層14が高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わることが認められた。
As shown in FIG. 10, a state in which no current flows between the plate-
次いで、低抵抗状態の抵抗変化層14に対して1.0Vのバイアス電圧が印加されると、−0.5Vのバイアス電圧で板状電極13と微細線状電極16との間に電流が流れないことが認められた。これによって、1.0Vのリセット電圧Vresetにより、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わることが認められた。
Next, when a bias voltage of 1.0 V is applied to the
そして、こうした電流−電圧特性の測定を通じて、正のバイアス電圧では板状電極13と微細線状電極16との間に電流が流れないことが認められた。これによって、抵抗変化層14と微細線状電極16との界面には、抵抗変化層14から微細線状電極16に流れる電流を抑えるショットキー障壁が形成されていることが認められた。
Through the measurement of the current-voltage characteristics, it was confirmed that no current flows between the
[実施例2]
針状のシリコンの表面にロジウムを付着させた電極を微細線状電極16とし、微細線状電極16におけるロジウムと抵抗変化層との接触面の直径を50nmとし、それ以外の構成に実施例1と同じ構成を用いて実施例2の記憶素子を得た。この記憶素子における電流−電圧特性を実施例1と同じ条件で測定した結果を図11に示す。なお、図11においても、先に示した図10と同様、マイナスは、板状電極13の電位よりも微細線状電極16が低いことを示し、プラスは、板状電極13の電位よりも微細線状電極16が高いことを示す。
[Example 2]
An electrode in which rhodium is adhered to the surface of acicular silicon is used as a fine
図11に示されるように、実施例1にて得られた結果である図10に示される電流−電圧特性と同等の電流−電圧特性が得られることが認められた。つまり、−3.0Vのセット電圧Vsetにより、抵抗変化層14が高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わることが認められ、また、1.0Vのリセット電圧Vresetにより、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わることが認められた。そして、抵抗変化層14と微細線状電極16との界面には、抵抗変化層14から微細線状電極16に流れる電流を抑えるショットキー障壁が形成されていることが認められた。
As shown in FIG. 11, it was confirmed that the current-voltage characteristic equivalent to the current-voltage characteristic shown in FIG. 10 which is the result obtained in Example 1 was obtained. That is, it is recognized that the
[実施例3]
直径が約5nmのカーボンナノチューブを微細線状電極16として用い、それ以外の構成に実施例1と同じ構成を用いて実施例3の記憶素子を得た。この記憶素子における電流−電圧特性を実施例1と同じ条件で測定したところ、実施例1や実施例2と同等の結果が得られた。つまり、こうしたカーボンナノチューブからなる微細線状電極16と抵抗変化層14との界面にも、抵抗変化層14から微細線状電極16に流れる電流を抑えるショットキー障壁が形成されていることが認められた。
[Example 3]
A carbon nanotube having a diameter of about 5 nm was used as the fine
[実施例4]
熱酸化膜を有するシリコン基板に対し、抵抗変化層33としてチタン酸化物層をスパッタ成膜した。また、こうした抵抗変化層33に対し、第1板状電極36と第2板状電極37としてチタン層をスパッタ成膜し、さらに、微細線状電極35としてカーボンナノチューブを形成することによって、図5に示される構造からなる実施例4の記憶素子を得た。なお、カーボンナノチューブの直径は約5nmである。
[Example 4]
A titanium oxide layer was formed by sputtering as the
この記憶素子において、第1板状電極36と第2板状電極37とに0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に−1.0Vの電圧が印加され、微細線状電極35に電流が流れていない状態を初期状態とする。初期状態から、微細線状電極35に−5.0Vの電圧が印加されると、微細線状電極35において−5.0nAの電流が流れていることが認められた。これによって、−5.0Vのセット電圧Vsetにより、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わることが認められた。このとき、第1板状電極36と微細線状電極35とに0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、第2板状電極37にリード電圧Vsensとして−1.0Vの電圧が印加されると、リード電流Isensとして−0.5nAの電流が流れることが認められた。
In this memory element, a power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
次いで、第1板状電極36と第2板状電極37とに0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、微細線状電極35に2.0Vの電圧が印加されると、上述の読み取り動作にて、リード電流Isensが0.1pA以下であって、ほぼ絶縁状態であることが認められた。これによって、2.0Vのリセット電圧Vresetにより、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わることが認められた。
Next, when the power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
そして、こうした電流−電圧特性の測定を通じて、微細線状電極35から第1板状電極36に流れる電流と、微細線状電極35から第2板状電極37に流れる電流とが認められなかった。これによって、こうした記憶素子においても、抵抗変化層33と微細線状電極35との界面には、抵抗変化層33から微細線状電極35に流れる電流を抑えるショットキー障壁が形成されていることが認められた。
Further, through the measurement of the current-voltage characteristics, the current flowing from the fine
[実施例5]
厚さが1nmのシリコン酸化膜を電流障壁層38として用い、それ以外の構成に実施例4と同じ構成を用いて、図9の構造からなる実施例5の記憶素子を得た。
[Example 5]
A memory element of Example 5 having the structure of FIG. 9 was obtained by using a silicon oxide film having a thickness of 1 nm as the
この記憶素子においても、実施例4と同様に、−5.0Vのセット電圧Vsetが微細線状電極35に印加されると、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わることが認められた。また、2.0Vのリセット電圧Vresetが微細線状電極35に印加されると、抵抗変化層33が低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わることが認められた。この間、微細線状電極35から電流障壁層38を通じて第1板状電極36に流れる電流と、微細線状電極35から電流障壁層38を通じて第2板状電極37に流れる電流とは、認められなかった。
In this memory element as well, as in Example 4, when the set voltage Vset of −5.0 V is applied to the fine
[実施例6]
外部磁場によって磁化するロジウムを微細線状電極35として用い、それ以外の構成に実施例4と同じ構成を用いて実施例5の記憶素子を得た。なお、微細線状電極35における抵抗変化層33との接触面の直径は30nmとした。
[Example 6]
A rhodium magnetized by an external magnetic field was used as the fine
この記憶素子において、第1板状電極36と第2板状電極37とに0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、抵抗変化層33から微細線状電極35に向く外部磁場が印加され、微細線状電極35に電流が流れていない状態を初期状態とする。初期状態から、外部磁場が反転されると、微細線状電極35において−5.0nAの電流が流れていることが認められた。これによって、微細線状電極35から抵抗変化層33に向く外部磁場により、抵抗変化層33が高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わることが認められた。このとき、第1板状電極36に0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、第2板状電極37にリード電圧Vsensとして−1.0Vの電圧が印加されると、リード電流Isensとして−0.5nAの電流が流れることが認められた。
In this memory element, a power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
次いで、第1板状電極36と第2板状電極37とに0Vの電源電圧Vssが印加され、且つ、抵抗変化層33から微細線状電極35に向く外部磁場が印加されると、上述の読み取り動作にて、リード電流Isensが0.1pA以下であって、ほぼ絶縁状態であることが認められた。これによって、抵抗変化層33から微細線状電極35に向く外部磁場により、抵抗変化層14が低抵抗状態から高抵抗状態に切り替わることが認められた。
Next, when a power supply voltage Vss of 0 V is applied to the
なお、こうした電場あるいは磁場による抵抗状態の切り替えは、ショットキー障壁である電流障壁部、あるいは、絶縁障壁である電流障壁層に電荷が蓄積され、それによって抵抗状態が維持されることを示唆している。 This switching of the resistance state by an electric field or a magnetic field suggests that charges are accumulated in the current barrier part that is a Schottky barrier or the current barrier layer that is an insulating barrier, thereby maintaining the resistance state. Yes.
[比較例1]
抵抗変化層14との接触面の直径が30nmである微細線状電極16を金によって形成し、それ以外の構成に実施例1と同じ構成を用いて、比較例1の記憶素子を得た。比較例1の記憶素子における電流−電圧特性を実施例1と同じ条件で測定したところ、低抵抗状態から高抵抗状態への切り替えにおいても電流が流れることが認められた。つまり、抵抗変化層と上部電極との接触面には、抵抗変化層から上部電極に向かう電流に対する障壁となるショットキー障壁が形成されていないことが認められた。
[Comparative Example 1]
A fine
なお、上述の各実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第1実施形態における電流障壁部15は、抵抗変化層14とは異なる層であってもよい。また、第2実施形態における電流障壁部34は、抵抗変化層33とは異なる層であってもよい。例えば、図12に示されるように、基板11の上に形成される下地層12には、板状電極13と抵抗変化層14とが順に積層され、抵抗変化層14における上面の全体には、エネルギー障壁層としての電流障壁層15aが積層され、電流障壁層15aにおける上面の一部分に微細線状電極16が積層されている。こうした構成であっても、電流障壁層15aが、上記の第1ショットキー接合、あるいは、上記の第2ショットキー接合を形成する材料であれば、第1実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
In addition, each above-mentioned embodiment can also be suitably changed and implemented as follows.
The
・第2実施形態における微細線状電極35は、抵抗変化層33の上面ではなく、抵抗変化層33における下地層32側の面である下面に接続されてもよい。すなわち、図13に示されるように、記憶素子30の有する基板31の上面には、微細線状電極35の接続先となる配線35aと下地層32とが積層され、下地層32の内部に微細線状電極35が埋め込まれている。下地層32の上面のうち、微細線状電極35の上面が含まれる部分には、抵抗変化層33が積層され、抵抗変化層33における面方向の両端部には、第1板状電極36と第2板状電極37とが接続されている。こうした記憶素子の構造であっても、第2実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
The fine
・第3実施形態における電流障壁層38と微細線状電極35とは、抵抗変化層33の上面ではなく、抵抗変化層33における下地層32側の面である下面側に形成されてもよい。すなわち、図14に示されるように、記憶素子40の有する基板31の上面には、微細線状電極35の接続先となる配線35aと下地層32とが積層され、下地層32の内部に微細線状電極35が埋め込まれている。下地層32の上面のうち、微細線状電極35の上面が含まれる部分には、電流障壁層38と抵抗変化層33とが順に積層され、抵抗変化層33における面方向の両端部には、第1板状電極36と第2板状電極37とが接続されている。こうした記憶素子の構造であっても、第3実施形態と同様の効果を得ることは可能である。
The
・電流障壁層15a,38の面方向における大きさは、微細線状電極と抵抗変化層との間に介在する大きさであれば、抵抗変化層の面方向における大きさより小さくてもよく、あるいは、抵抗変化層の面方向における大きさより大きくてもよい。 The size in the surface direction of the current barrier layers 15a and 38 may be smaller than the size in the surface direction of the resistance change layer as long as the size is interposed between the fine linear electrode and the resistance change layer, or The size in the surface direction of the resistance change layer may be larger.
・第2実施形態では、微細線状電極35と、第1板状電極36及び第2板状電極37のいずれか一方とを用いて抵抗変化層33の抵抗状態を検出してもよい。
In the second embodiment, the resistance state of the
10,30,40…記憶素子、11,31…基板、12,32…下地層、13…板状電極、14,33…抵抗変化層、15,34…電流障壁部、15a,38…電流障壁層、16,35…微細線状電極、35a…配線、36…第1板状電極、37…第2板状電極。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記抵抗変化層に書き込み電圧を印加する書き込み電極とを備え、
前記書き込み電極が、
前記書き込み電圧の印加により電流が流れることを抑制するエネルギー障壁を介して前記抵抗変化層に連結され、前記抵抗変化層と連結される部分を、前記書き込み電圧により前記抵抗変化層の抵抗値を変える微細な点状とする
抵抗変化メモリ。 A resistance change layer;
A write electrode for applying a write voltage to the variable resistance layer;
The write electrode is
The resistance change layer is connected to the variable resistance layer through an energy barrier that suppresses the flow of current by applying the write voltage, and the resistance value of the variable resistance layer is changed by the write voltage at a portion connected to the variable resistance layer. Resistance change memory with minute dots.
前記抵抗変化層と前記書き込み電極との接合によって形成されるショットキー障壁である
請求項1に記載の抵抗変化メモリ。 The energy barrier is
The resistance change memory according to claim 1, wherein the resistance change memory is a Schottky barrier formed by a junction between the resistance change layer and the write electrode.
前記エネルギー障壁層が、前記抵抗変化層と前記書き込み電極とのいずれか一方との接合によって前記エネルギー障壁であるショットキー障壁を形成する
請求項1に記載の抵抗変化メモリ。 An energy barrier layer sandwiched between the variable resistance layer and the write electrode;
The resistance change memory according to claim 1, wherein the energy barrier layer forms a Schottky barrier, which is the energy barrier, by a junction between the resistance change layer and the write electrode.
前記書き込み電極が、前記読み出し電極を兼ね、前記ショットキー障壁に対し読み出し電圧として順方向の電圧を印加する
請求項2又は3に記載の抵抗変化メモリ。 It further comprises a read electrode for reading the resistance value of the variable resistance layer,
The resistance change memory according to claim 2, wherein the write electrode also serves as the read electrode and applies a forward voltage as a read voltage to the Schottky barrier.
前記書き込み電極と前記読み出し電極とが互いに異なる
請求項2又は3に記載の抵抗変化メモリ。 It further comprises a read electrode for reading the resistance value of the variable resistance layer,
The resistance change memory according to claim 2, wherein the write electrode and the read electrode are different from each other.
前記エネルギー障壁が、前記書き込み電極と前記絶縁層との接合と、前記抵抗変化層と前記絶縁層との接合とによって形成される
請求項5に記載の抵抗変化メモリ。 An insulating layer sandwiched between the variable resistance layer and the write electrode;
The resistance change memory according to claim 5, wherein the energy barrier is formed by a junction between the write electrode and the insulating layer and a junction between the resistance change layer and the insulating layer.
前記書き込み電極にて前記抵抗変化層と接する部位が、ロジウム及びイリジウムのいずれかからなり、
前記書き込み電極にて前記抵抗変化層と接する面の面積が、0.01μm2以下である
請求項2〜5のいずれか1つに記載の抵抗変化メモリ。 The variable resistance layer is made of titanium oxide,
The portion in contact with the resistance change layer in the writing electrode is composed of either rhodium or iridium,
The resistance change memory according to claim 2 , wherein an area of a surface of the write electrode that contacts the resistance change layer is 0.01 μm 2 or less.
前記書き込み電極が、カーボンナノチューブからなる
請求項2〜5のいずれか1つに記載の抵抗変化メモリ。 The variable resistance layer is made of titanium oxide,
The resistance change memory according to claim 2, wherein the write electrode is made of a carbon nanotube.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012060408A JP2013197172A (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Resistance change memory |
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JP2012060408A JP2013197172A (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Resistance change memory |
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JP2012060408A Pending JP2013197172A (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Resistance change memory |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017143154A (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-17 | 株式会社東芝 | Superlattice memory and crosspoint memory device |
WO2017218057A1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | Western Digital Technologies, Inc. | Non-volatile double schottky barrier memory cell |
-
2012
- 2012-03-16 JP JP2012060408A patent/JP2013197172A/en active Pending
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WO2017218057A1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | Western Digital Technologies, Inc. | Non-volatile double schottky barrier memory cell |
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