JP2016015464A - Write-once-read-many solid-state memory - Google Patents

Write-once-read-many solid-state memory Download PDF

Info

Publication number
JP2016015464A
JP2016015464A JP2014243822A JP2014243822A JP2016015464A JP 2016015464 A JP2016015464 A JP 2016015464A JP 2014243822 A JP2014243822 A JP 2014243822A JP 2014243822 A JP2014243822 A JP 2014243822A JP 2016015464 A JP2016015464 A JP 2016015464A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
write
state
recording layer
electrode
metal element
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
Application number
JP2014243822A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6452413B2 (en
Inventor
小出 大一
Daiichi Koide
大一 小出
泰敬 宮本
Yasuyoshi Miyamoto
泰敬 宮本
英一 宮下
Hidekazu Miyashita
英一 宮下
岳士 梶山
Takeshi Kajiyama
岳士 梶山
光伸 奥田
Mitsunobu Okuda
光伸 奥田
斎藤 信雄
Nobuo Saito
信雄 斎藤
佐藤 龍二
Ryuji Sato
龍二 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP2014243822A priority Critical patent/JP6452413B2/en
Publication of JP2016015464A publication Critical patent/JP2016015464A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6452413B2 publication Critical patent/JP6452413B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a write-once-read-many solid-state memory which allows for long term storage of recorded data with high reliability.SOLUTION: In a write-once-read-many solid-state memory 1 sandwiching a recording layer 13 between a first electrode 11 and a second electrode 12, the recording layer 13 changes irreversibly from noncrystalline state to crystalline state, when a predetermined voltage is applied between the first electrode 11 and second electrode 12. The recording layer 13 contains, at least, a metallic element of low electrical resistivity, a metallic element for promoting crystallization by heat, and a predetermined metallic compound.

Description

本発明は、記録された情報を保持する追記型固体メモリに関する。   The present invention relates to a write-once solid-state memory that holds recorded information.

データストレージ用の半導体不揮発性メモリは、一般的に、NAND型又はNOR型のフラッシュメモリが用いられている。
フラッシュメモリは、電界効果トランジスタ(FET)構造のうち、ゲート電極付近に薄い浮遊ゲート層を設け、記録時において、ゲート電極に所定の高電圧を印加することにより、浮遊ゲート層に電子をトラップする。また、フラッシュメモリは、再生時において、ソース−ドレイン間に所定の電流を流し、浮遊ゲート層に電子がトラップされているか否かを判断することにより「0」又は「1」の信号を再生する。
As a semiconductor nonvolatile memory for data storage, a NAND type or NOR type flash memory is generally used.
A flash memory has a thin floating gate layer in the vicinity of a gate electrode in a field effect transistor (FET) structure, and traps electrons in the floating gate layer by applying a predetermined high voltage to the gate electrode during recording. . In addition, the flash memory reproduces a signal of “0” or “1” by flowing a predetermined current between the source and the drain and determining whether electrons are trapped in the floating gate layer during reproduction. .

NAND型フラッシュメモリは、記録セルサイズの微細化に伴い、現在、19nm単位(ルール)でセルを構成するタイプが量産されている。ところで、NAND型フラッシュメモリは、時間の経過とともに、浮遊ゲート層にトラップされていた電子が漏れ出してしまうことが知られている。   The NAND type flash memory is currently mass-produced with a cell constituting a unit (rule) of 19 nm in accordance with the miniaturization of the recording cell size. By the way, it is known that in the NAND flash memory, electrons trapped in the floating gate layer leak out over time.

ここで、幅の狭いルールで構成されたセルは、幅の広いルールで構成されたセルに比べて、トラップできる電子の数が少ないので、浮遊ゲート層に蓄えられている電子を保持できる時間、すなわち、データの保持時間が短いという問題がある。   Here, since the number of electrons that can be trapped is smaller in the cell configured with the narrow rule than in the cell configured with the wide rule, the time that can hold the electrons stored in the floating gate layer, That is, there is a problem that the data holding time is short.

実際、ルール28nm世代のNANDフラッシュチップを搭載したSSD(Solid State Memory)のデータの耐年数(Endurance)は、5年程度であるが、25nm又は19nm世代NANDフラッシュチップを搭載したSSDのEnduranceは3年程度になっている。   Actually, the data endurance of SSD (Solid State Memory) equipped with a rule 28 nm generation NAND flash chip is about 5 years, but the SSD endurance equipped with a 25 nm or 19 nm generation NAND flash chip is 3 years. It is about a year.

一方、次世代新メモリとして、電界誘起巨大抵抗変化現象の起こる金属化合物を抵抗変化の記録材料とした、高速不揮発性抵抗変化型メモリ(Resistance Random Access memory,ReRAM)が開発されている。ReRAMは、構造が簡単でかつ小型で大容量の高速低消費電力のデータ記録が期待されている。   On the other hand, as a next-generation new memory, a high-speed nonvolatile resistance change memory (ReRAM) using a metal compound in which an electric field-induced giant resistance change phenomenon occurs as a resistance change recording material has been developed. ReRAM has a simple structure, is small, has a large capacity, and is expected to record data with high speed and low power consumption.

また、GeSbTeなどの相変化記録材料を用いた、相変化メモリ(Phase Change RAM,PCRAM)も開発されている。GeSbTeは、一般的に、書換型光ディスクの記録材料に用いられている。PCRAMは、結晶化された低抵抗の相変化記録材料に、一定のパルス電圧を印加することにより、相転移してアモルファス状態となり、高抵抗となる現象を利用したメモリである。   A phase change memory (Phase Change RAM, PCRAM) using a phase change recording material such as GeSbTe has also been developed. GeSbTe is generally used as a recording material for rewritable optical disks. The PCRAM is a memory that utilizes a phenomenon in which a phase transition is made into an amorphous state by applying a constant pulse voltage to a crystallized low-resistance phase-change recording material, resulting in a high resistance.

また、追記型のメモリとして、追記型光ディスクがある。追記型光ディスクは、集光したレーザー光の熱エネルギーにより、記録材料を溶融し、その溶融された記録マークの反射率の違いを読み取ることにより「0」又は「1」の信号を再生する。   As a write-once memory, there is a write-once optical disk. A write-once optical disc melts a recording material by the thermal energy of the condensed laser beam, and reproduces a signal of “0” or “1” by reading a difference in reflectance of the melted recording mark.

非特許文献1では、金属化合物中の金属結晶が熱エネルギーにより結晶成長し、記録マーク中に結晶部分と酸化物部分が別々に同時に存在する状態となるが、反射率は異なった状態になることが記載されている。   In Non-Patent Document 1, a metal crystal in a metal compound grows by thermal energy, and a crystal part and an oxide part exist separately in a recording mark at the same time, but the reflectivity is different. Is described.

また、非特許文献1は、記録メカニズムの概念図をFig.1に示している。非特許文献1には、以下の記載がある。未記録状態は、金属酸化物がアモルファス(非結晶)状態で、TeやPd−Teの微粒子が点在した状態である。この状態において、集光したレーザー光を照射すると熱エネルギーで、Te結晶とPd−Te結晶が成長・肥大化し、記録マークは2つの状態で存在する。   Non-Patent Document 1 shows a conceptual diagram of a recording mechanism in FIG. 1 shows. Non-Patent Document 1 has the following description. The unrecorded state is a state where the metal oxide is in an amorphous (non-crystalline) state and fine particles of Te or Pd—Te are scattered. In this state, when the condensed laser light is irradiated, the Te crystal and the Pd-Te crystal grow and enlarge due to thermal energy, and the recording mark exists in two states.

また、非特許文献2は、記録後の記録マークの顕微鏡写真をFig.4(a)に示している。非特許文献2には、未記録状態の金属酸化物中において、記録後の記録マークは、酸素部分の白色部分と成長した結晶部分の黒色部分に分かれてマークが形成されていることが記載されている。   Non-Patent Document 2 shows a micrograph of a recording mark after recording in FIG. 4 (a). Non-Patent Document 2 describes that, in an unrecorded metal oxide, the recorded mark after recording is divided into a white part of the oxygen part and a black part of the grown crystal part. ing.

なお、非特許文献1によれば、オフィスなどの環境に相当する、温度30℃、湿度50%の状態で保存すると、記録後の状態を約1000年間保ち、温度25℃、湿度50%の状態で保存すると、記録後の状態を約2000年間保つことが記載されている。   According to Non-Patent Document 1, when stored at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 50%, which corresponds to an environment such as an office, the recorded state is maintained for about 1000 years, and the temperature is 25 ° C. and the humidity is 50%. It is described that the state after recording is maintained for about 2000 years.

特許第4968547号公報Japanese Patent No. 4968547 特許第4854729号公報Japanese Patent No. 4854729

Proceedings SPIE Vol.6282 62822F−1,2006Proceedings SPIE Vol. 6282 62822F-1, 2006 Proceedings SPIE Vol.695, p2−p.9,1986Proceedings SPIE Vol. 695, p2-p. 9, 1986

ところで、フラッシュメモリ、ReRAM、及びPCRAMは、所定の電圧を印加することにより、抵抗値を可逆的に変化させることができる特徴を有している。
このため、外部から何かしらの原因で電圧が印加されると、記録状態が変化し、データが変更又は改ざんされたり、消去される可能性がある。また、NANDフラッシュメモリは、20nm単位以下のルールでセルを構成すると、浮遊ゲート層にトラップした少量の電子が漏れることにより、製品におけるデータ保証耐年数が短くなり、データを長期保存できない問題がある。
By the way, flash memory, ReRAM, and PCRAM have a feature that the resistance value can be reversibly changed by applying a predetermined voltage.
For this reason, when a voltage is applied for some reason from the outside, the recording state changes, and there is a possibility that the data is changed, altered, or erased. In addition, when a NAND flash memory is configured with a rule of a unit of 20 nm or less, a small amount of electrons trapped in the floating gate layer leaks, so that the data guarantee lifetime in the product is shortened and data cannot be stored for a long time. .

本発明は、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる追記型固体メモリを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a write-once solid-state memory capable of storing recorded data with high reliability for a long period of time.

本発明に係る追記型固体メモリは、第1電極と第2電極の間に記録層を挟持してなる追記型固体メモリにおいて、前記記録層は、前記第1電極と前記第2電極との間に所定の電圧が印加されることにより、非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する構成である。   The write once solid memory according to the present invention is a write once solid memory in which a recording layer is sandwiched between a first electrode and a second electrode, and the recording layer is located between the first electrode and the second electrode. When a predetermined voltage is applied to, the structure changes irreversibly from an amorphous state to a crystalline state.

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、第1電極と第2電極との間に所定の電圧が印加され、記録層が非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化するので、記録層が非結晶状態であるか結晶状態であるかに応じてデータの記録を行うことにより、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to this configuration, the write-once solid-state memory has a predetermined voltage applied between the first electrode and the second electrode, and the recording layer changes irreversibly from the amorphous state to the crystalline state. By recording data depending on whether the is in an amorphous state or a crystalline state, the recorded data can be stored with high reliability for a long period of time.

追記型固体メモリでは、前記第1電極と前記記録層の間に所定の材料からなるヒーター層が形成されており、前記ヒーター層は、前記第1電極と前記第2電極との間に所定の電圧が印加されたときに、熱が蓄えられ、前記記録層は、前記ヒーター層から放出された熱により非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する構成でもよい。   In the write-once solid-state memory, a heater layer made of a predetermined material is formed between the first electrode and the recording layer, and the heater layer is formed between the first electrode and the second electrode. Heat may be stored when a voltage is applied, and the recording layer may be irreversibly changed from an amorphous state to a crystalline state by heat released from the heater layer.

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、熱の発生を支援するヒーター層から放出されるジュール熱を利用することにより、化合物中の微小な金属結晶粒が成長し、電極間で挟んだ記録材料の抵抗が高抵抗状態から低抵抗状態に非可逆な状態で変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory uses a Joule heat emitted from a heater layer that supports the generation of heat, so that minute metal crystal grains in the compound grow and are sandwiched between electrodes. Since the resistance of the material changes from a high resistance state to a low resistance state in an irreversible state, recorded data can be stored with high reliability for a long period of time.

追記型固体メモリでは、前記記録層は、少なくとも、電気抵抗率が低く、かつ加熱されることにより自身の結晶化を促す金属元素と、前記金属元素を含む電気抵抗率の高い金属化合物とにより構成されている。   In the write-once solid-state memory, the recording layer is composed of at least a metal element that has a low electrical resistivity and promotes crystallization by heating and a metal compound that includes the metal element and has a high electrical resistivity. Has been.

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、記録層が加熱されることにより、結晶化を促す自身の存在も手伝って、電気抵抗率の低い金属元素が非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory is irreversibly changed from a non-crystalline state to a crystalline state because the recording layer is heated, thereby helping the existence of itself that promotes crystallization. Since it changes, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

追記型固体メモリでは、前記記録層は、少なくとも、電気抵抗率の低い第1の金属元素と、加熱されることにより自身の結晶化を促し、かつ前記第1の金属元素の結晶化を促す第2の金属元素と、前記第2の金属元素を含む電気抵抗率の高い金属化合物とにより構成されている。   In the write-once type solid-state memory, the recording layer is heated with at least a first metal element having a low electrical resistivity, and promotes crystallization of itself by being heated, and promotes crystallization of the first metal element. 2 metal elements and a metal compound having a high electrical resistivity containing the second metal element.

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、記録層が加熱されることにより、結晶化を促す第2の金属元素の存在も手伝って、電気抵抗率の低い第1の金属元素が非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory has an amorphous state in which the first metal element having a low electrical resistivity is also helped by the presence of the second metal element that promotes crystallization when the recording layer is heated. Therefore, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

追記型記憶メモリでは、前記記録層は、加熱の有無によりメモリ機能を発揮し、1〜50nmの薄膜で構成されている。   In the write-once memory, the recording layer exhibits a memory function depending on the presence or absence of heating, and is composed of a thin film of 1 to 50 nm.

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、例えば、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することによりメモリ機能を発揮することができる。   According to this configuration, the write-once solid-state memory exhibits a memory function by recording data with the non-crystalline state (high resistance state) set to “0” and the crystalline state (low resistance state) set to “1”, for example. can do.

追記型固体メモリでは、前記記録層を構成する金属元素及び金属化合物は、融点が1000℃以下の低融点の性質を有する。   In the write-once solid-state memory, the metal element and metal compound constituting the recording layer have a low melting point property with a melting point of 1000 ° C. or lower.

かかる構成では、追記型固体メモリは、低い温度で記録層の材料の構造を変化させることができ、効率的に記録層内に電流パスを形成することができる。   With such a configuration, the write-once solid-state memory can change the structure of the material of the recording layer at a low temperature, and can efficiently form a current path in the recording layer.

追記型固体メモリでは、前記記録層は、前記非結晶状態から結晶状態へ変化した場合、電気抵抗値が変化前に比べて10分の1以下に低下する金属元素及び金属化合物により構成される。   In the write-once solid-state memory, the recording layer is composed of a metal element and a metal compound whose electric resistance value is reduced to 1/10 or less when the amorphous state is changed to the crystalline state.

かかる構成では、追記型固体メモリは、大きな電気抵抗値の差によって、記録値である「0」又は「1」を精度良く識別できる。   In such a configuration, the write-once solid-state memory can accurately identify “0” or “1” as a recorded value based on a large difference in electrical resistance value.

追記型固体メモリでは、前記金属元素は、Teであり、前記金属化合物は、TeOである。 In the write-once solid-state memory, the metal element is Te and the metal compound is TeO 2 .

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、記録層が加熱されることにより、結晶化を促すTeの存在も手伝って、電気抵抗率の低いTeが非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory is irreversibly changed from a non-crystalline state to a crystalline state due to the presence of Te that promotes crystallization when the recording layer is heated. Therefore, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

追記型固体メモリでは、前記金属元素は、Biであり、前記金属化合物は、Biである。 In the write-once solid-state memory, the metal element is Bi and the metal compound is Bi 2 O 3 .

かかる構成によれば、追記型固体メモリは、記録層が加熱されることにより、結晶化を促すBiの存在も手伝って、電気抵抗率の低いBiが非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory is irreversibly changed from a non-crystalline state to a crystalline state due to the presence of Bi that promotes crystallization by heating the recording layer. Therefore, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

追記型固体メモリでは、前記第1の金属元素は、Pdであり、前記第2の金属元素は、Teであり、前記金属化合物は、TeOである。 In the write once solid memory, the first metal element is Pd, the second metal element is Te, and the metal compound is TeO 2 .

かかる構成によれば、同様に、追記型固体メモリは、記録層が加熱されることにより、結晶化を促すTeの存在も手伝って、電気抵抗率の低いPdが非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, similarly, the write-once solid-state memory has a structure in which the recording layer is heated to help the presence of Te that promotes crystallization, so that Pd having a low electrical resistivity is changed from an amorphous state to a crystalline state. Since it changes reversibly, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

本発明によれば、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to the present invention, recorded data can be stored for a long time with high reliability.

追記型固体メモリの第1の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st structure of a write-once type solid memory. 追記型固体メモリの第2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd structure of a write-once type solid memory. 第1の構成に係る追記型固体メモリに所定の電圧を印加する前と後の状態変化についての説明に供する図である。It is a figure where it uses for description about the state change before and after applying a predetermined voltage to the write-once type solid memory concerning the 1st composition. 第2の構成に係る追記型固体メモリに所定の電圧を印加する前と後の状態変化についての説明に供する図である。It is a figure where it uses for description about the state change before and after applying a predetermined voltage to the write-once type solid state memory concerning the 2nd composition. 記録層の状態変化についての説明に供する図である。It is a figure where it uses for description about the state change of a recording layer. メモリ素子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a memory element. 実験した第1の結果を示す図である。It is a figure which shows the 1st result which experimented. 実験した第2の結果を示す図である。It is a figure which shows the 2nd result of experiment.

本実施形態に係る追記型固体メモリ1は、図1に示すように、第1電極11と第2電極12の間に記録層13を挟持してなる。
記録層13は、第1電極11と第2電極12との間に所定の電圧が印加されることにより、非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する。
As shown in FIG. 1, the write-once solid-state memory 1 according to this embodiment includes a recording layer 13 sandwiched between a first electrode 11 and a second electrode 12.
The recording layer 13 is irreversibly changed from an amorphous state to a crystalline state when a predetermined voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12.

具体的には、追記型固体メモリ1は、第1電極11と第2電極12との間に所定の電圧が印加されたときに生ずる熱によって、記録層13が非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する。   Specifically, the write-once solid-state memory 1 is configured such that the recording layer 13 is not changed from an amorphous state to a crystalline state by heat generated when a predetermined voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12. It changes reversibly.

このような構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が非結晶状態であるか結晶状態であるかに応じてデータの記録に利用することにより、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 uses the recorded data for recording data depending on whether the recording layer 13 is in an amorphous state or a crystalline state. Can be saved.

追記型固体メモリ1は、図2に示すように、第1電極11と第2電極12の間に記録層13を挟持してなっており、第1電極11と記録層13の間に所定の材料からなるヒーター層14が形成されている。   As shown in FIG. 2, the write-once solid-state memory 1 has a recording layer 13 sandwiched between a first electrode 11 and a second electrode 12, and a predetermined layer between the first electrode 11 and the recording layer 13. A heater layer 14 made of a material is formed.

ヒーター層14は、第1電極11と第2電極12との間に所定の電圧が印加されたときに、熱が蓄えられる。
記録層13は、ヒーター層14から放出された熱により非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する。
The heater layer 14 stores heat when a predetermined voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12.
The recording layer 13 is irreversibly changed from an amorphous state to a crystalline state by heat released from the heater layer 14.

このような構成によれば、追記型固体メモリ1は、熱の発生を支援するヒーター層14から放出されるジュール熱を利用することにより、化合物中の微小な金属結晶粒が成長し、電極間で挟んだ記録材料の抵抗が高抵抗状態から低抵抗状態に非可逆な状態で変化するので、記録層13が非結晶状態であるか結晶状態であるかに応じてデータの記録に利用することにより、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 uses the Joule heat emitted from the heater layer 14 that supports the generation of heat, so that minute metal crystal grains in the compound grow, and the interelectrode Since the resistance of the recording material sandwiched between the layers changes from a high resistance state to a low resistance state in an irreversible state, the recording material 13 is used for data recording depending on whether the recording layer 13 is in an amorphous state or a crystalline state. Thus, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

記録層13は、少なくとも、電気抵抗率が低く、かつ加熱されることにより自身の結晶化を促す金属元素と、金属元素を含む電気抵抗率の高い金属化合物とにより構成されていてもよい。なお、本実施例において加熱とは、電気又は/及び熱エネルギーの印加により生じる加熱を意味するが、特にこれに限定されない。   The recording layer 13 may be composed of at least a metal element that has a low electrical resistivity and promotes crystallization by heating and a metal compound that includes the metal element and has a high electrical resistivity. In the present embodiment, heating means heating caused by application of electricity or / and heat energy, but is not particularly limited thereto.

かかる構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、結晶化を促す自身の存在も手伝って、電気抵抗率の低い金属元素が非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 helps the existence of the recording layer 13 to promote crystallization by heating the recording layer 13 so that the metal element having a low electrical resistivity is changed from the amorphous state to the crystalline state. Since it changes reversibly, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

記録層13は、少なくとも、電気抵抗率の低い金属元素と、加熱されることにより金属元素の結晶化を促す金属元素と、所定の金属化合物とにより構成されていてもよい。   The recording layer 13 may be composed of at least a metal element having a low electrical resistivity, a metal element that promotes crystallization of the metal element by heating, and a predetermined metal compound.

このような構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、結晶化を促す金属元素の存在も手伝って、電気抵抗率の低い金属元素が非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録層13が非結晶状態であるか結晶状態であるかに応じてデータの記録に利用することにより、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 helps the presence of the metal element that promotes crystallization when the recording layer 13 is heated, so that the metal element having a low electrical resistivity is crystallized from an amorphous state. Since the state is irreversibly changed, the recorded data can be stored for a long time with high reliability by using the recording layer 13 for recording data depending on whether the recording layer 13 is in an amorphous state or a crystalline state.

記録層13は、加熱の有無によりメモリ機能を発揮し、1〜50nmの薄膜で構成される。   The recording layer 13 exhibits a memory function depending on the presence or absence of heating, and is composed of a 1 to 50 nm thin film.

かかる構成によれば、追記型固体メモリ1は、例えば、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することによりメモリ機能を発揮することができる。   According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 has a memory function by, for example, recording data with an amorphous state (high resistance state) set to “0” and a crystalline state (low resistance state) set to “1”. It can be demonstrated.

記録層13を構成する金属元素及び金属化合物は、融点が1000℃以下の低融点の性質を有する。
かかる構成では、追記型固体メモリ1は、低い温度で記録層の材料の構造を変化させることができ、効率的に記録層内に電流パスを形成することができる。
The metal element and metal compound constituting the recording layer 13 have a low melting point property with a melting point of 1000 ° C. or less.
With such a configuration, the write-once solid-state memory 1 can change the material structure of the recording layer at a low temperature, and can efficiently form a current path in the recording layer.

金属元素は、Teであってもよい。
金属化合物は、TeOであってもよい。
かかる構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、結晶化を促すTeの存在も手伝って、電気抵抗率の低いTeが非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。
The metal element may be Te.
Metal compound may be a TeO 2.
According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 is irreversible from the amorphous state to the crystalline state due to the presence of Te that promotes crystallization when the recording layer 13 is heated. Therefore, the recorded data can be stored for a long time with high reliability.

電気抵抗率の低い金属元素は、Pdであってもよい。
加熱されることにより金属元素の結晶化を促す金属元素は、Teであってもよい。
所定の金属化合物は、TeOであってもよい。
The metal element having a low electrical resistivity may be Pd.
Te may be the metal element that promotes crystallization of the metal element by being heated.
Predetermined metal compound may be a TeO 2.

このような構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、結晶化を促すTeの存在も手伝って、電気抵抗率の低いPdが非結晶状態から結晶状態に非可逆に変化するので、記録層13が非結晶状態であるか結晶状態であるかに応じてデータの記録に利用することにより、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。
なお、電気抵抗率の低い金属元素は、Pd以外でもPdと同族系であり、熱したときに抵抗率が変化する元素であればよい。また、記録層13は、電気抵抗率の低い金属元素の比率が高い方がよい。
According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 has the recording layer 13 heated to help the presence of Te that promotes crystallization, so that Pd having a low electrical resistivity changes from an amorphous state to a crystalline state. Since it changes irreversibly, the recorded data can be stored for a long time with high reliability by using it for data recording depending on whether the recording layer 13 is in an amorphous state or a crystalline state.
Note that the metal element having a low electrical resistivity may be any element other than Pd that is of the same family as Pd and whose resistivity changes when heated. Further, the recording layer 13 should have a higher ratio of the metal element having a low electrical resistivity.

<実施例1>
ここで、実施例1について説明する。
追記型固体メモリ1の基本構造を図3に示す。
記録層13は、電気抵抗率の低いPd−Te金属微粒子(図3中の13a)、Te金属微粒子(図3中の13b)とアモルファス状のTeOの金属酸化物(図3中の13c)で構成されている。第1電極11と第2電極12によって、記録層13の上下から電圧を印加する。
電極間に電圧を印加することで、TeO中では、Pd−Te結晶又はTe結晶が肥大化、すなわち結晶化する。
ところで、Pdは、電気抵抗率が10.8×10−6Ωcmであり、ほぼ導体としてふるまう。
<Example 1>
Here, Example 1 will be described.
The basic structure of the write once solid memory 1 is shown in FIG.
The recording layer 13 is composed of Pd—Te metal fine particles (13a in FIG. 3), Te metal fine particles (13b in FIG. 3), and amorphous TeO 2 metal oxide (13c in FIG. 3) having a low electrical resistivity. It consists of A voltage is applied from above and below the recording layer 13 by the first electrode 11 and the second electrode 12.
By applying a voltage between the electrodes, the Pd—Te crystal or the Te crystal is enlarged, that is, crystallized in TeO 2 .
By the way, Pd has an electrical resistivity of 10.8 × 10 −6 Ωcm and behaves almost as a conductor.

記録層13は、それまで金属酸化物で高抵抗状態だったTeOの金属酸化物の非結晶状態(アモルファス状態)に対して、所定の電圧を印加することで、Pd−Te金属微粒子が成長、肥大化し(図3中の13d)、Te金属微粒子が成長、肥大化する(図3中の13e)。そうすると、記録層13は、TeO中にPd−Te結晶による電流パス(図3中のP)が発生し、低抵抗状態となる。 The recording layer 13 grows Pd—Te metal fine particles by applying a predetermined voltage to the amorphous state (amorphous state) of the metal oxide of TeO 2 that has been in a high resistance state with a metal oxide until then. Then, it becomes enlarged (13d in FIG. 3), and Te metal fine particles grow and enlarge (13e in FIG. 3). Then, a current path (P in FIG. 3) due to the Pd—Te crystal is generated in TeO 2 and the recording layer 13 is in a low resistance state.

この構造変化は、物理的には非可逆変化であるため、非結晶状態及び結晶状態が長期間維持されることになる。
例えば、追記型固体メモリ1は、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することにより、改ざんされないメモリとして利用することができる。
なお、記録層13は、例えば、厚さが1〜5nm程度の薄膜である。
Since this structural change is physically an irreversible change, the amorphous state and the crystalline state are maintained for a long time.
For example, the write-once solid-state memory 1 can be used as a memory that is not tampered by recording data with the amorphous state (high resistance state) set to “0” and the crystalline state (low resistance state) set to “1”. it can.
The recording layer 13 is a thin film having a thickness of about 1 to 5 nm, for example.

<実施例2>
つぎに、実施例2について説明する。
追記型固体メモリ1の基本構造を図4に示す。実施例2に係る追記型固体メモリ1は、第1電極11と記録層13の間にヒーター層14が形成されている以外は、実施例1に係る追記型固体メモリ1と同じである。なお、ヒーター層14は、タングステン(W)により構成されているものとして説明するが、これに限られない。また、タングステン(W)は、電気抵抗率が5.65×10−6Ωcmの導体である。
<Example 2>
Next, Example 2 will be described.
The basic structure of the write once solid memory 1 is shown in FIG. The write once solid memory 1 according to the second embodiment is the same as the write once solid memory 1 according to the first embodiment, except that a heater layer 14 is formed between the first electrode 11 and the recording layer 13. In addition, although the heater layer 14 is demonstrated as what is comprised with tungsten (W), it is not restricted to this. Tungsten (W) is a conductor having an electrical resistivity of 5.65 × 10 −6 Ωcm.

電極間に電圧を印加することで、ヒーター層14に熱が蓄えられ、ジュール熱が発生する。ジュール熱が記録層13のTeOの溶融を促し、Pd−Te又はTeの金属結晶が肥大化する。
ところで、Pdは、電気抵抗率が10.8×10−6Ωcmであり、ほぼ導体としてふるまう。
記録層13は、それまで金属酸化物で高抵抗状態だったアモルファス状のTeOの金属酸化物(図4中の13c)、電気抵抗率の低いPd−Te金属微粒子(図4中の13a)に対して、所定の電圧を印加することで、Pd−Te金属微粒子が成長、肥大化し(図4中の13d)、Te金属微粒子が成長、肥大化する(図4中の13e)。そうすると、記録層13は、TeO中にPd−Te結晶による電流パス(図4中のP)が発生し、低抵抗状態となる。
By applying a voltage between the electrodes, heat is stored in the heater layer 14 and Joule heat is generated. Joule heat promotes melting of TeO 2 in the recording layer 13 and enlarges the Pd—Te or Te metal crystal.
By the way, Pd has an electrical resistivity of 10.8 × 10 −6 Ωcm and behaves almost as a conductor.
The recording layer 13 is an amorphous TeO 2 metal oxide (13c in FIG. 4), which has been in a high resistance state with a metal oxide, and Pd—Te metal fine particles (13a in FIG. 4) having a low electrical resistivity. On the other hand, by applying a predetermined voltage, the Pd—Te metal fine particles grow and enlarge (13d in FIG. 4), and the Te metal fine particles grow and enlarge (13e in FIG. 4). Then, a current path (P in FIG. 4) due to the Pd—Te crystal is generated in TeO 2 and the recording layer 13 is in a low resistance state.

この構造変化は、物理的には非可逆変化であるため、非結晶状態及び結晶状態が長期間維持されることになる。
例えば、追記型固体メモリ1は、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することにより、改ざんされないメモリとして利用することができる。
なお、記録層13は、例えば、厚さが1〜5nm程度の薄膜である。また、ヒーター層14は、例えば、厚さが10〜50nm程度の薄膜である。
Since this structural change is physically an irreversible change, the amorphous state and the crystalline state are maintained for a long time.
For example, the write-once solid-state memory 1 can be used as a memory that is not tampered by recording data with the amorphous state (high resistance state) set to “0” and the crystalline state (low resistance state) set to “1”. it can.
The recording layer 13 is a thin film having a thickness of about 1 to 5 nm, for example. The heater layer 14 is a thin film having a thickness of about 10 to 50 nm, for example.

<実施例3>
つぎに、記録層13がTe金属微粒子とアモルファス状のTeOの金属酸化物で構成されている場合の実施例について図5を用いて説明する。なお、以下の実施例では、第1電極11と第2電極12の間に記録層13を挟持してなる構成の追記型固体メモリ1(図1を参照)で説明を行なうが、これに限られず、第1電極11と記録層13の間に所定の材料からなるヒーター層14が形成されている構成の追記型固体メモリ1(図2を参照)でもよい。
<Example 3>
Next, an embodiment in which the recording layer 13 is composed of Te metal fine particles and amorphous TeO 2 metal oxide will be described with reference to FIG. In the following embodiments, the write-once solid-state memory 1 (see FIG. 1) having a configuration in which the recording layer 13 is sandwiched between the first electrode 11 and the second electrode 12 will be described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the write-once solid-state memory 1 (see FIG. 2) having a configuration in which a heater layer 14 made of a predetermined material is formed between the first electrode 11 and the recording layer 13 may be used.

追記型固体メモリ1において、電気抵抗率が低く、かつ加熱により自身の結晶化を促す金属元素は、Teが代表的な元素である。また、所定の金属化合物の代表としては、TeOである。 In the write-once solid-state memory 1, Te is a typical element that has a low electrical resistivity and promotes crystallization of itself by heating. Further, representative of a given metal compound, a TeO 2.

記録層13では、金属化合物を構成する金属元素が金属化合物中に散在している状態である。
また、電極間に積層されている金属−金属化合物は、1〜50nm程度の非常に薄い膜で構成されている。なお、膜厚を1〜10nm程度にした場合には、構造変化や抵抗変化をより生じさせやすくなる。
In the recording layer 13, the metal elements constituting the metal compound are scattered in the metal compound.
Moreover, the metal-metal compound laminated | stacked between electrodes is comprised by the very thin film | membrane about 1-50 nm. When the film thickness is about 1 to 10 nm, it becomes easier to cause structural changes and resistance changes.

かかる構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、電気抵抗率が低く、かつ結晶化を促すTe(図5中の13a)の存在も手伝って、全体に充填されているTeOが溶融する。つぎに、金属化合物中に散在して存在しているTeに対して、溶融したTeOから分離したTeが吸着していき、Teが肥大化して成長してゆく。 According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 has a low electrical resistivity and the presence of Te (13a in FIG. 5) that promotes crystallization when the recording layer 13 is heated. The filled TeO 2 melts. Next, Te separated from molten TeO 2 is adsorbed to Te scattered and present in the metal compound, and Te is enlarged and grows.

そして、電極間に薄く積層されている記録層13内において、加熱する前までは、高抵抗の金属化合物TeO(図5中の13b)により、ほぼ絶縁体であったものが、加熱により、多数の導電性を有するTeが肥大化し、肥大化したTe(図5中の13e)同士が近接することにより、電流パス(図5中のP)が発生する。 Then, in the recording layer 13 thinly laminated between the electrodes, before heating, the high-resistance metal compound TeO 2 (13b in FIG. 5) was almost an insulator, but by heating, A large number of conductive Tes are enlarged, and the enlarged Tes (13e in FIG. 5) come close to each other to generate a current path (P in FIG. 5).

よって、追記型固体メモリ1は、加熱により記録層13に電流パスが発生し、低抵抗状態となるので、加熱前後において、電極間に印加した電流の流れやすさが変化する。
このようにして、加熱前後において、電極間の抵抗が高い状態から低い状態に変化する。この構造変化は、元の金属−金属化合物の状態に戻らない、すなわち非可逆な変化である。
Therefore, the write-once solid-state memory 1 generates a current path in the recording layer 13 due to heating, and enters a low resistance state. Therefore, the ease of flow of the current applied between the electrodes changes before and after heating.
In this way, the resistance between the electrodes changes from a high state to a low state before and after heating. This structural change is an irreversible change that does not return to the original metal-metal compound state.

例えば、追記型固体メモリ1は、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することにより、改ざんされないメモリとして利用することができ、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   For example, the write-once solid-state memory 1 can be used as a memory that is not tampered by recording data with the amorphous state (high resistance state) set to “0” and the crystalline state (low resistance state) set to “1”. The recorded data can be stored for a long time with high reliability.

また、同様に、金属−金属化合物の状態は、Te−TeOの構造にとどまらず、更に電気抵抗値の低い金属元素Pdを含む、Pd,Te,Pd−TeとTeOとを組み合わせた構成でもよい。このような構成の場合には、追記型固体メモリ1では、電気抵抗率の低い金属元素は、Pdであり、熱により金属元素の結晶化を促す金属元素は、Teであり、所定の金属化合物は、TeOである。 Similarly, the state of the metal-metal compound is not limited to the structure of Te—TeO 2 , and further includes a combination of Pd, Te, Pd—Te, and TeO 2 containing a metal element Pd having a lower electrical resistance value. But you can. In the case of such a configuration, in the write-once solid memory 1, the metal element having a low electrical resistivity is Pd, the metal element that promotes crystallization of the metal element by heat is Te, and a predetermined metal compound Is TeO 2 .

<実施例4>
つぎに、記録層13がBi金属微粒子とアモルファス状のBiの金属酸化物で構成されている場合の実施例について図5を用いて説明する。この構成は、実施例3のTe(図5中の13a)がBiに、TeO(図5中の13b)がBiに置き換わったものである。なお、以下の実施例では、第1電極11と第2電極12の間に記録層13を挟持してなる構成の追記型固体メモリ1(図1を参照)で説明を行なうが、これに限られず、第1電極11と記録層13の間に所定の材料からなるヒーター層14が形成されている構成の追記型固体メモリ1(図2を参照)でもよい。
<Example 4>
Next, an example in which the recording layer 13 is composed of Bi metal fine particles and amorphous Bi 2 O 3 metal oxide will be described with reference to FIG. In this configuration, Te (13a in FIG. 5) of Example 3 is replaced with Bi, and TeO 2 (13b in FIG. 5) is replaced with Bi 2 O 3 . In the following embodiments, the write-once solid-state memory 1 (see FIG. 1) having a configuration in which the recording layer 13 is sandwiched between the first electrode 11 and the second electrode 12 will be described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the write-once solid-state memory 1 (see FIG. 2) having a configuration in which a heater layer 14 made of a predetermined material is formed between the first electrode 11 and the recording layer 13 may be used.

追記型固体メモリ1において、電気抵抗率が低く、かつ加熱により自身の結晶化を促す金属元素として、Biが用いられる。また、所定の金属化合物として、Biが用いられる。 In the write-once solid-state memory 1, Bi is used as a metal element that has a low electrical resistivity and promotes crystallization of itself by heating. Bi 2 O 3 is used as the predetermined metal compound.

記録層13では、金属化合物を構成する金属元素が金属化合物中に散在している状態である。
また、電極間に積層されている金属−金属化合物は、1〜50nm程度の非常に薄い膜で構成されている。なお、膜厚を1〜10nm程度にした場合には、構造変化や抵抗変化をより生じさせやすくなる。
In the recording layer 13, the metal elements constituting the metal compound are scattered in the metal compound.
Moreover, the metal-metal compound laminated | stacked between electrodes is comprised by the very thin film | membrane about 1-50 nm. When the film thickness is about 1 to 10 nm, it becomes easier to cause structural changes and resistance changes.

かかる構成によれば、追記型固体メモリ1は、記録層13が加熱されることにより、電気抵抗率が低く、かつ結晶化を促すBi(図5中の13a)の存在も手伝って、全体に充填されているBi(図5中の13b)が溶融する。つぎに、金属化合物中に散在して存在しているBiに対して、溶融したBiから分離したBiが吸着していき、Biが肥大化して成長してゆく。 According to such a configuration, the write-once solid-state memory 1 has a low electrical resistivity and the presence of Bi (13a in FIG. 5) that promotes crystallization when the recording layer 13 is heated. The filled Bi 2 O 3 (13b in FIG. 5) melts. Next, Bi separated from the melted Bi 2 O 3 is adsorbed to Bi scattered and present in the metal compound, and Bi is enlarged and grows.

そして、電極間に薄く積層されている記録層13内において、加熱する前までは、高抵抗の金属化合物Biにより、ほぼ絶縁体であったものが、加熱により、多数の導電性を有するBiが肥大化し、肥大化したBi(図5中の13e)同士が近接することにより、電流パス(図5中のP)が発生する。 In the recording layer 13 that is thinly laminated between the electrodes, before heating, the high-resistance metal compound Bi 2 O 3 is almost an insulator, but by heating, a large amount of conductivity is obtained. The Bi that has enlarged and the enlarged Bi (13e in FIG. 5) come close to each other to generate a current path (P in FIG. 5).

よって、追記型固体メモリ1は、加熱により記録層13に電流パスが発生し、低抵抗状態となるので、加熱前後において、電極間に印加した電流の流れやすさが変化する。
このようにして、加熱前後において、電極間の抵抗が高い状態から低い状態に変化する。この構造変化は、元の金属−金属化合物の状態に戻らない、すなわち非可逆な変化である。
Therefore, the write-once solid-state memory 1 generates a current path in the recording layer 13 due to heating, and enters a low resistance state. Therefore, the ease of flow of the current applied between the electrodes changes before and after heating.
In this way, the resistance between the electrodes changes from a high state to a low state before and after heating. This structural change is an irreversible change that does not return to the original metal-metal compound state.

例えば、追記型固体メモリ1は、非結晶状態(高抵抗状態)を「0」とし、結晶状態(低抵抗状態)を「1」としてデータを記録することにより、改ざんされないメモリとして利用することができ、記録したデータを信頼性高く長期保存することができる。   For example, the write-once solid-state memory 1 can be used as a memory that is not tampered by recording data with the amorphous state (high resistance state) set to “0” and the crystalline state (low resistance state) set to “1”. The recorded data can be stored for a long time with high reliability.

<実施例5>
つぎに、上述した追記型固体メモリ1を利用したメモリ素子(セル)100について説明する。メモリ素子100の構成を図6に示す。メモリ素子100は、実施例2に係る追記型固体メモリ1を利用したものであるが、これに限られず、実施例1に係る追記型固体メモリ1を利用してもよい。また、メモリ素子100は、MOSトランジスタ型のメモリ素子としたが、これに限られない。
<Example 5>
Next, a memory element (cell) 100 using the write-once solid-state memory 1 described above will be described. The configuration of the memory element 100 is shown in FIG. The memory element 100 uses the write-once solid-state memory 1 according to the second embodiment, but is not limited thereto, and the write-once solid-state memory 1 according to the first embodiment may be used. The memory element 100 is a MOS transistor type memory element, but is not limited thereto.

メモリ素子100は、P型基板101にN型のソース電極102とドレイン電極103とゲート電極104が形成されている。追記型固体メモリ1は、ドレイン電極103上に形成されている。   In the memory element 100, an N-type source electrode 102, a drain electrode 103, and a gate electrode 104 are formed on a P-type substrate 101. The write once solid memory 1 is formed on the drain electrode 103.

また、ソース電極102には、ソース線105(SL)が接続されている。追記型固体メモリ1には、ビット線106(BL)が接続されている。ゲート電極104には、ワード線107(WL)が接続されている。   A source line 105 (SL) is connected to the source electrode 102. A bit line 106 (BL) is connected to the write-once solid-state memory 1. A word line 107 (WL) is connected to the gate electrode 104.

メモリ素子100は、ワード線107に読み出し用の電圧Vを印加することにより、ソース−ドレイン間に電流が流れ、追記型固体メモリ1を介して、ビット線106から出力される電流Iを読み取ることにより、記録層13に記録されている情報を読み出す。   The memory element 100 reads a current I output from the bit line 106 via the write-once solid-state memory 1 by applying a read voltage V to the word line 107 to cause a current to flow between the source and drain. Thus, the information recorded in the recording layer 13 is read out.

具体的には、メモリ素子100は、ワード線107に印加した電圧Vと、ビット線106から読み出した電流Iに基づいて、オームの法則から抵抗値Rを算出し、算出した抵抗値Rに応じて「1」又は「0」を判断する。
なお、抵抗値Rが大きい場合には、記録層13が非結晶状態になっており、抵抗値Rが小さい場合には、記録層13が結晶状態になっている。
Specifically, the memory element 100 calculates the resistance value R from Ohm's law based on the voltage V applied to the word line 107 and the current I read from the bit line 106, and according to the calculated resistance value R. To determine “1” or “0”.
When the resistance value R is large, the recording layer 13 is in an amorphous state, and when the resistance value R is small, the recording layer 13 is in a crystalline state.

記録層13が非結晶状態の場合には、ワード線107に読み出し用の電圧を印加しても、記録層13に電流は流れず、又は流れても微量なため、ビット線106において、電流を検知しない、又は微量の電流しか検知することができない。
一方、記録層13が結晶状態の場合には、ワード線107に読み出し用の電圧を印加することにより、記録層13に電流が流れ、ビット線106において、一定の電流を検知することができる。
When the recording layer 13 is in an amorphous state, even if a read voltage is applied to the word line 107, no current flows through the recording layer 13, or a small amount of current flows. No detection or only a small amount of current can be detected.
On the other hand, when the recording layer 13 is in a crystalline state, by applying a read voltage to the word line 107, a current flows through the recording layer 13, and a constant current can be detected at the bit line 106.

また、記録層13は、ワード線107を介して記録用の高電圧が印加されると、ヒーター層14の支援によりジュール熱が発生し、メモリ材料が溶融する。これにより、記録層13は、非結晶状態(アモルファス状態)の金属化合物が酸化物と電気抵抗率の低い金属結晶とに分離し、この金属結晶が成長することにより肥大化して、非可逆な変化を起こす。   Further, when a recording high voltage is applied to the recording layer 13 via the word line 107, Joule heat is generated with the assistance of the heater layer 14, and the memory material is melted. As a result, the recording layer 13 is separated from the amorphous (amorphous) state of the metal compound into an oxide and a metal crystal having a low electrical resistivity, and the recording layer 13 grows and grows irreversibly. Wake up.

記録層13は、図4に示すように、電流パスPが形成され、低抵抗状態となる。このような状態において、メモリ素子100は、ワード線107に読み出し用の電圧を印加することにより、電流パスPを通過してきた電流を検知することができる。
このようにして、メモリ素子100は、「1」又は「0」の離散値を記録層13の非可逆変化の状態によって検出する。
As shown in FIG. 4, the recording layer 13 is formed with a current path P and is in a low resistance state. In such a state, the memory element 100 can detect a current passing through the current path P by applying a read voltage to the word line 107.
In this way, the memory element 100 detects a discrete value of “1” or “0” based on the state of irreversible change in the recording layer 13.

また、上述したメモリ素子100を複数個、マトリックス状に形成し、ビット線とワード線における書き込み及び読み出しを任意のメモリ素子で行うように構成することにより、大容量のメモリ装置を構成することができる。   In addition, a plurality of the memory elements 100 described above are formed in a matrix, and writing and reading on the bit lines and the word lines are performed by arbitrary memory elements, whereby a large-capacity memory device can be configured. it can.

また、TeOの金属酸化物においては、通常の環境(例えば、温度30℃、湿度50%)においては、書き込んだ情報を1000年以上保つことができるので、長期保存用のメモリ装置として構成することができる。 In addition, in the metal oxide of TeO 2 , the written information can be maintained for 1000 years or more in a normal environment (for example, temperature 30 ° C., humidity 50%), so that it is configured as a memory device for long-term storage. be able to.

また、地球や人間の環境にやさしい資源の循環利用が可能な社会の実現を目指す昨今、電子デバイスは、毒性の高い金属(例えば、ひ素など)をやむを得ず使用しなければならない例があり、廃棄やリサイクルを行う際に、これらが再利用しにくくなる問題がある。
ところが、Bi系化合物材料は、毒性が低く、殊にBiは、薬剤にも用いられているように、毒性が極めて低い。仮に、Bi系化合物材料を含む固体メモリを作製したり廃棄したりする際、作製過程又は破壊・解体過程においても、粉塵による被害が少なく、作製及び廃棄の一連の材料利用のサイクルを含め、人や環境にやさしい材料で固体メモリデバイスを構成できる。
In addition, in recent years, with the aim of realizing a society that can recycle resources that are friendly to the earth and human environment, there are cases in which electronic devices must use highly toxic metals (such as arsenic). When recycling, there is a problem that they are difficult to reuse.
However, Bi-based compound materials have low toxicity. In particular, Bi 2 O 3 has extremely low toxicity as it is used for drugs. If a solid-state memory containing Bi-based compound material is produced or discarded, there is little damage caused by dust in the production process or destruction / disassembly process, including a series of material use cycles of production and disposal. Solid-state memory devices can be constructed with materials that are friendly to the environment.

<実験例1>
実際にサンプルを試作して抵抗値の測定を行った。図7には、その測定結果を示す。なお、実施例3に相当する金属元素と金属化合物による抵抗変化の測定結果を図7(a)に示し、実施例1に相当する金属元素と金属化合物による抵抗変化の測定結果を図7(b)に示した。
<Experimental example 1>
A sample was actually made and measured for resistance. FIG. 7 shows the measurement results. FIG. 7 (a) shows the measurement results of resistance change by the metal element and metal compound corresponding to Example 3, and FIG. 7 (b) shows the measurement result of resistance change by the metal element and metal compound corresponding to Example 1. )Pointing out toungue.

抵抗値を測定したサンプルは、RFマグネトロンスパッタ装置を利用して基板上に成膜を行った。また、使用した金属ターゲットは、TeOにTeが散在して混合された金属ターゲット、及び、TeOにTe及びPdが散在して混合された金属ターゲットを用いた。 The sample whose resistance value was measured was formed on a substrate using an RF magnetron sputtering apparatus. The metal target used was metal target Te is mixed interspersed TeO 2, and, using a metal target Te and Pd were mixed interspersed TeO 2.

図7(a)には、このTeOにTeが散在して混合された金属ターゲットを用いて成膜したサンプルについて、4端子法による抵抗測定により、抵抗値を実測した結果と、Teの抵抗値を測定した結果を示す。
メモリとしての「0」と「1」との識別精度の点で、これらの抵抗値の間に10倍以上の差あることが望ましいが、図7(a)から分かるように、記録層13にTe結晶の電流パスを形成することで、抵抗値が2桁以上下がり、変化前と変化後で大きな抵抗の変化を確認できた。
FIG. 7 (a) shows the result of measuring the resistance value of a sample formed using a metal target in which Te is dispersed in TeO 2 by resistance measurement by the four-terminal method, and the resistance of Te. The result of measuring the value is shown.
Although it is desirable that there is a difference of 10 times or more between these resistance values in terms of discrimination accuracy between “0” and “1” as a memory, as can be seen from FIG. By forming a current path of Te crystal, the resistance value decreased by two digits or more, and a large change in resistance was confirmed before and after the change.

また、図7(a)には、記録層13の材料が構造変化を生じさせるのに、低融点で生じることの根拠となる値(733℃)が示されている。外部から印加した熱エネルギーにより、常温よりも高いが、1000℃以下の温度で融点に達し、局所部分において電流パスが発生し、抵抗変化(低抵抗になる)を生じさせている。   Further, FIG. 7A shows a value (733 ° C.) that is a basis for the occurrence of a structural change in the material of the recording layer 13 at a low melting point. Due to the heat energy applied from the outside, the melting point is reached at a temperature of 1000 ° C. or lower, although it is higher than normal temperature, a current path is generated in a local portion, causing a resistance change (lower resistance).

図7(b)には、このTeOにTe及びPdが散在して混合された金属ターゲットを用いて成膜したサンプルについて、4端子法による抵抗測定により、抵抗値を実測した結果と、Te及びPdが混合した試料の抵抗値を測定した結果を示す。
メモリとしての「0」と「1」との識別精度の点で、これらの抵抗値の間に10倍以上の差あることが望ましいが、図7(b)から分かるように、Pd−Te結晶及びTe結晶の電流パスを形成することで、抵抗値が3桁程度下がり、実施例3に比べて、変化前と変化後で大きな抵抗の変化を確認できた。
FIG. 7B shows the result of measuring the resistance value by measuring the resistance by the four-terminal method for a sample formed using a metal target in which Te and Pd are mixed in TeO 2 , and Te. The result of having measured the resistance value of the sample which mixed Pd and Pd is shown.
Although it is desirable that there is a difference of 10 times or more between these resistance values in terms of discrimination accuracy between “0” and “1” as a memory, as can be seen from FIG. 7B, the Pd-Te crystal In addition, by forming a current path of Te crystal, the resistance value decreased by about three orders of magnitude, and a large change in resistance was confirmed before and after the change compared to Example 3.

<実験例2>
実施例4に相当する金属元素と金属化合物による抵抗変化の測定結果を図8に示した。
<Experimental example 2>
FIG. 8 shows the measurement results of the resistance change by the metal element and metal compound corresponding to Example 4.

抵抗値を測定したサンプルは、RFマグネトロンスパッタ装置を利用して基板上に成膜を行った。また、使用した金属ターゲットは、BiにBiが散在して混合された金属ターゲットを用いた。 The sample whose resistance value was measured was formed on a substrate using an RF magnetron sputtering apparatus. Moreover, the metal target used was a metal target in which Bi was scattered and mixed in Bi 2 O 3 .

図8には、このBiにBiが散在して混合された金属ターゲットを用いて成膜したサンプルについて、4端子法による抵抗測定により、抵抗値を実測した結果と、Biの抵抗値を測定した結果を示す。
メモリとしての「0」と「1」との識別精度の点で、これらの抵抗値の間に10倍以上の差あることが望ましいが、図8から分かるように、記録層13にBi結晶の電流パスを形成することで、抵抗値が4桁以上下がり、変化前と変化後で大きな抵抗の変化を確認できた。
FIG. 8 shows the result of actually measuring the resistance value of the sample formed using the metal target mixed with Bi 2 O 3 in which Bi is dispersed by the resistance measurement by the four-terminal method, and the resistance value of Bi. The result of having measured is shown.
Although it is desirable that there is a difference of 10 times or more between these resistance values in terms of discrimination accuracy between “0” and “1” as a memory, as can be seen from FIG. By forming a current path, the resistance value decreased by 4 digits or more, and a large resistance change was confirmed before and after the change.

また、図8には、記録層13の材料が構造変化を生じさせるのに、低融点で生じることの根拠となる値(820℃)が示されている。外部から印加した熱エネルギーにより、常温よりも高いが、1000℃以下の温度で融点に達し、局所部分において電流パスが発生し、抵抗変化(低抵抗になる)を生じさせている。   Further, FIG. 8 shows a value (820 ° C.) that is the basis for the occurrence of a structural change in the material of the recording layer 13 at a low melting point. Due to the heat energy applied from the outside, the melting point is reached at a temperature of 1000 ° C. or lower, although it is higher than normal temperature, a current path is generated in a local portion, causing a resistance change (lower resistance).

1 追記型固体メモリ
11 第1電極
12 第2電極
13 記録層
14 ヒーター層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Write-once solid memory 11 1st electrode 12 2nd electrode 13 Recording layer 14 Heater layer

Claims (10)

第1電極と第2電極の間に記録層を挟持してなる追記型固体メモリにおいて、
前記記録層は、前記第1電極と前記第2電極との間に所定の電圧が印加されることにより、非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する追記型固体メモリ。
In a write once solid memory in which a recording layer is sandwiched between a first electrode and a second electrode,
The write-once solid-state memory, wherein the recording layer changes irreversibly from an amorphous state to a crystalline state when a predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode.
前記第1電極と前記記録層の間に所定の材料からなるヒーター層が形成されており、
前記ヒーター層は、前記第1電極と前記第2電極との間に所定の電圧が印加されたときに、熱が蓄えられ、
前記記録層は、前記ヒーター層から放出された熱により非結晶状態から結晶状態に非可逆的に変化する請求項1記載の追記型固体メモリ。
A heater layer made of a predetermined material is formed between the first electrode and the recording layer,
The heater layer stores heat when a predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode,
The write-once solid-state memory according to claim 1, wherein the recording layer is irreversibly changed from an amorphous state to a crystalline state by heat released from the heater layer.
前記記録層は、少なくとも、電気抵抗率が低く、かつ加熱されることにより自身の結晶化を促す金属元素と、前記金属元素を含む電気抵抗率の高い金属化合物とにより構成されている請求項1又は2記載の追記型固体メモリ。   2. The recording layer is composed of at least a metal element that has a low electrical resistivity and promotes crystallization of itself when heated, and a metal compound that includes the metal element and has a high electrical resistivity. Or a write-once solid-state memory according to 2. 前記記録層は、少なくとも、電気抵抗率の低い第1の金属元素と、加熱されることにより自身の結晶化を促し、かつ前記第1の金属元素の結晶化を促す第2の金属元素と、前記第2の金属元素を含む電気抵抗率の高い金属化合物とにより構成されている請求項1又は2記載の追記型固体メモリ。   The recording layer includes at least a first metal element having a low electrical resistivity, a second metal element that promotes crystallization of the first metal element when heated, and promotes crystallization of the first metal element; 3. The write-once solid-state memory according to claim 1, wherein the write-once solid-state memory is composed of a metal compound containing the second metal element and having a high electrical resistivity. 前記記録層は、加熱の有無によりメモリ機能を発揮し、1〜50nmの薄膜で構成される請求項3又は4記載の追記型固体メモリ。   The write-once solid-state memory according to claim 3 or 4, wherein the recording layer exhibits a memory function depending on the presence or absence of heating and is composed of a thin film of 1 to 50 nm. 前記記録層を構成する金属元素及び金属化合物は、融点が1000℃以下の低融点の性質を有する請求項3又は4記載の追記型固体メモリ。   The write-once solid-state memory according to claim 3 or 4, wherein the metal element and the metal compound constituting the recording layer have a low melting point property of a melting point of 1000 ° C or lower. 前記記録層は、前記非結晶状態から結晶状態へ変化した場合、電気抵抗値が変化前に比べて10分の1以下に低下する金属元素及び金属化合物により構成される請求項3又は4記載の追記型固体メモリ。   5. The recording layer according to claim 3, wherein the recording layer is composed of a metal element and a metal compound whose electrical resistance value is reduced to 1/10 or less when the amorphous state is changed to the crystalline state. Write-once solid-state memory. 前記金属元素は、Teであり、
前記金属化合物は、TeOである請求項3記載の追記型固体メモリ。
The metal element is Te;
The write-once solid-state memory according to claim 3, wherein the metal compound is TeO 2 .
前記金属元素は、Biであり、
前記金属化合物は、Biである請求項3記載の追記型固体メモリ。
The metal element is Bi;
The write-once solid-state memory according to claim 3 , wherein the metal compound is Bi 2 O 3 .
前記第1の金属元素は、Pdであり、
前記第2の金属元素は、Teであり、
前記金属化合物は、TeOである請求項4記載の追記型固体メモリ。
The first metal element is Pd;
The second metal element is Te;
The write-once solid-state memory according to claim 4, wherein the metal compound is TeO 2 .
JP2014243822A 2014-06-09 2014-12-02 Write-once solid-state memory Active JP6452413B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014243822A JP6452413B2 (en) 2014-06-09 2014-12-02 Write-once solid-state memory

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014118963 2014-06-09
JP2014118963 2014-06-09
JP2014243822A JP6452413B2 (en) 2014-06-09 2014-12-02 Write-once solid-state memory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016015464A true JP2016015464A (en) 2016-01-28
JP6452413B2 JP6452413B2 (en) 2019-01-16

Family

ID=55231438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014243822A Active JP6452413B2 (en) 2014-06-09 2014-12-02 Write-once solid-state memory

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6452413B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02290080A (en) * 1990-04-26 1990-11-29 Seiko Epson Corp Write-only semiconductor storage device
JP2005317955A (en) * 2004-04-02 2005-11-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
JP2007318106A (en) * 2006-04-28 2007-12-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor integrated circuit, its manufacturing method, and semiconductor device using semiconductor integrated circuit
JP2009266316A (en) * 2008-04-25 2009-11-12 Semiconductor Technology Academic Research Center Memory device, electronic equipment, recording method for phase change memory device
JP2013232480A (en) * 2012-04-27 2013-11-14 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02290080A (en) * 1990-04-26 1990-11-29 Seiko Epson Corp Write-only semiconductor storage device
JP2005317955A (en) * 2004-04-02 2005-11-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
JP2007318106A (en) * 2006-04-28 2007-12-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor integrated circuit, its manufacturing method, and semiconductor device using semiconductor integrated circuit
JP2009266316A (en) * 2008-04-25 2009-11-12 Semiconductor Technology Academic Research Center Memory device, electronic equipment, recording method for phase change memory device
JP2013232480A (en) * 2012-04-27 2013-11-14 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6452413B2 (en) 2019-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7026235B2 (en) Memory cell read technology for automatic reference
CN111480200B (en) Method for auto-referencing memory cell reads and memory device
Li et al. Nonvolatile memory design: magnetic, resistive, and phase change
EP1566810B1 (en) Resistive memory device with stable writing
JP5050813B2 (en) Memory cell
KR20150137109A (en) Rram, and methods of storing and retrieving information for rram
Li et al. Enhancing the performance of phase change memory for embedded applications
WO2004084306A1 (en) Memory element and storage device using this
JP2012182172A5 (en)
JP2008210441A (en) Resistance-change type memory device and forming method for same
Dandamudi et al. Total Ionizing Dose Tolerance of ${\rm Ag}-{\rm Ge} _ {40}{\rm S} _ {60} $ based Programmable Metallization Cells
Atwood et al. Current status of chalcogenide phase change memory
CN101241756B (en) Memory cell with separate read and program paths
JP2006134398A (en) Storage device and semiconductor device
JP4465969B2 (en) Semiconductor memory element and semiconductor memory device using the same
Park et al. Analysis of resistance variations and variance-aware read circuit for cross-point ReRAM
JP2014010876A (en) Semiconductor memory device
Le Gallo et al. Phase-change memory
JP6452413B2 (en) Write-once solid-state memory
US8576654B2 (en) Non-volatile memory device having phase-change material and method for fabricating the same
JP5265582B2 (en) Use of void spinel having tetrahedral aggregates of AM4X8 transition elements in electronic data rewritable non-volatile memory and corresponding materials
WO2012117773A1 (en) Solid-state memory
Muller et al. Emerging memory concepts: materials, modeling and design
US8995168B2 (en) Semiconductor storage device
JP2010103555A (en) Variable resistor element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171030

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180822

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: 20181113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6452413

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250