JP2018160548A - 記憶装置及び整流装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細な整流素子を備える記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態の記憶装置は第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に位置する抵抗変化層と、抵抗変化層と第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備え、有機分子が、第1のHOMO準位を有する第1の縮合多環部と、第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、第1の縮合多環部と第2の縮合多環部との間に位置し第1のHOMO準位及び第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。【選択図】図2
Description
本発明の実施形態は、記憶装置及び整流装置に関する。
電子デバイスの微細化に伴い、微細な整流素子の実現が期待される。例えば、抵抗変化型メモリでは、ワード線とビット線の交点に抵抗変化層を有するメモリセルが設けられる。抵抗変化層に電圧を印加することにより、抵抗変化層の抵抗を変化させてメモリ機能を発現させる。メモリセルが整流性を備えない場合、非選択のメモリセルを流れるリーク電流により誤動作が生ずるおそれがある。このため、メモリセルに整流素子を設けた構造とすることが好ましい。
抵抗変化型メモリは、記憶容量の大容量化のために、メモリセルの微細化が求められる。このため、メモリセルに設けられる整流素子にも微細化が必要となる。半導体のpn接合を利用するpnダイオードでは、サイズを小さくするとトンネリング電流が増加し、例えば、10nm以下のサイズを実現することは困難である。
本発明が解決しようとする課題は、微細な整流素子を備える記憶装置を提供することにある。
実施形態の記憶装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に位置する抵抗変化層と、前記抵抗変化層と前記第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備え、前記有機分子が、第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する第1の縮合多環部と、前記第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、前記第1の縮合多環部と前記第2の縮合多環部との間に位置し前記第1のHOMO準位及び前記第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。
以下、実施形態の記憶装置を、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態の記憶装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に位置する抵抗変化層と、抵抗変化層と第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備える。そして、有機分子が、第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する第1の縮合多環部と、第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、第1の縮合多環部と第2の縮合多環部との間に位置し第1のHOMO準位及び第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。
本実施形態の記憶装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に位置する抵抗変化層と、抵抗変化層と第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備える。そして、有機分子が、第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する第1の縮合多環部と、第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、第1の縮合多環部と第2の縮合多環部との間に位置し第1のHOMO準位及び第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。
図1は、本実施形態の記憶装置のメモリセルアレイ100及び周辺回路のブロック図である。図2は、本実施形態の記憶装置のメモリセルMCの模式断面図である。図2は、図1のメモリセルアレイ100中の、例えば点線の円で示される一個のメモリセルMCの断面を示す。
本実施形態の記憶装置のメモリセルアレイ100は、例えば、半導体基板101上に絶縁層を介して、複数のワード線104と、ワード線104と交差する複数のビット線106とを備える。ビット線106は、ワード線104の上層に設けられる。また、メモリセルアレイ100の周囲には、周辺回路として、第1の制御回路108、第2の制御回路110、センス回路112が設けられる。
ワード線104と、ビット線106が交差する領域に、複数のメモリセルMCが設けられる。本実施形態の記憶装置は、クロスポイント構造を備える抵抗変化型メモリである。メモリセルMCは二端子の抵抗変化素子である。
複数のワード線104は、それぞれ、第1の制御回路108に接続される。また、複数のビット線106は、それぞれ、第2の制御回路110に接続される。センス回路112は、第1の制御回路108および第2の制御回路110に接続される。
第1の制御回路108および第2の制御回路110は、例えば、所望のメモリセルMCを選択し、そのメモリセルへのデータの書き込み、メモリセルのデータの読み出し、メモリセルのデータの消去等を行う機能を備える。データの読み出し時に、メモリセルのデータは、ワード線104と、ビット線106との間に流れる電流量として読み出される。センス回路112は、その電流量を判定して、データの極性を判断する機能を備える。例えば、データの“0”、“1”を判定する。
第1の制御回路108、第2の制御回路110、及び、センス回路112は、例えば、半導体基板101上に形成される半導体デバイスを用いた電子回路で構成される。
メモリセルMCは、図2に示すように、下部電極10(第1の導電層)、上部電極20(第2の導電層)、抵抗変化層30、有機分子層40を備える。
下部電極10はワード線104に接続される。下部電極10は、例えば金属である。下部電極10は、例えば、窒化チタン(TiN)、又は、タングステン(W)である。
上部電極20はビット線106に接続される。上部電極20は、例えば金属である。上部電極20は、例えば、窒化チタン(TiN)、又は、タングステン(W)である。
下部電極10の材料と上部電極20の材料とは、同一であっても異なっていても構わない。
抵抗変化層30は、下部電極10と上部電極20との間に挟まれる。抵抗変化層30は、例えば、金属酸化物である。
抵抗変化層30は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステンなどを含む。抵抗変化層30は、単層膜であっても多層膜であっても構わない。抵抗変化層30の膜厚は、例えば、5nm以上25nm以下である。
抵抗変化層30への電流の印加により、抵抗変化層30の抵抗が変化する。例えば、高抵抗状態をデータ“0”、低抵抗状態をデータ“1”と定義する。メモリセルMCは“0”と“1”の1ビットデータを記憶することが可能となる。
有機分子層40は、複数の有機分子50を含む。有機分子50により、有機分子層40は整流性を備える。有機分子層40の膜厚は、例えば、1nm以上10nm以下である。
なお、各層の膜厚は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて測定することが可能である。
図3は、本実施形態の有機分子50の構造を示す図である。図3(a)が有機分子50の構造の模式図、図3(b)、図3(c)は有機分子50の一例を示す図である。
図3(a)に示すように有機分子50は、第1の縮合多環部FP1(1st Fused Polycyclic Unit)、第2の縮合多環部FP2(2nd Fused Polycyclic Unit)、第3の縮合多環部FP3(3rd Fused Polycyclic Unit)、第1の接続部C1、第2の接続部C2、第1のリンカー部L1、及び、第2のリンカー部L2を備える。
第3の縮合多環部FP3は、第1の縮合多環部FP1と第2の縮合多環部FP2との間に設けられる。第1の接続部C1は、第1の縮合多環部FP1と第2の縮合多環部FP2との間に設けられる。第2の接続部C2は、第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3の間に設けられる。
第1の縮合多環部FP1は第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する。第2の縮合多環部FP2は第2のHOMO準位を有する。第3の縮合多環部FP3は第3のHOMO準位を有する。
第2のHOMO準位のエネルギーは、第1のHOMO準位のエネルギーよりも高い。また、第3のHOMO準位のエネルギーは、第2のHOMO準位のエネルギーよりも高い。なお、「HOMO準位のエネルギーが高い」とは、「真空準位とHOMO準位のエネルギー差が小さい」と同義である。
本明明細書中、縮合多環部のHOMO準位は、縮合多環部が単独の分子状態にある場合のHOMO準位を意味するものとする。縮合多環部が単独の分子状態にある場合のHOMO準位は、縮合多環部の構造が定められれば、分子軌道法に基づく計算により算出することが可能である。
第1の縮合多環部FP1及び第2の縮合多環部FP2は、電子軌道のレベルを調整する機能を有する。言い換えれば、第1の縮合多環部FP1及び第2の縮合多環部FP2は、下部電極10側のトンネル準位と上部電極20側のトンネル準位を調整する機能を有する。第3の縮合多環部FP3は、下部電極10と上部電極20との間の直接トンネリングを阻止する機能を有する。
例えば、第1の縮合多環部FP1と第3の縮合多環部FP3とは非共役である。また、例えば、第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3とは非共役である。
第1の接続部C1は、第1の縮合多環部FP1と第2の縮合多環部FP2を接続する機能を備える。第2の接続部C2は、第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3を接続する機能を備える。第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2は、有機分子50を抵抗変化層30及び上部電極20のいずれか一方に固定する機能を備える。
図3(b)は、有機分子50の一例を示す図である。有機分子50において、第1の縮合多環部FP1は第1の縮合多環炭化水素(1st Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)、第2の縮合多環部FP2は第2の縮合多環炭化水素(2nd Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)、第3の縮合多環部FP3は第3の縮合多環炭化水素(3rd Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)を、それぞれ含む。第1の縮合多環炭化水素は、ナフタレンである。第2の縮合多環炭化水素は、アントラセンである。第3の縮合多環炭化水素は、フェナレンである。第1の接続部C1及び第2の接続部C2は、一重結合である。第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2は、チオレートアニオンあるいはチオエーテル基である。
図3(c)は、図3(b)の有機分子50の3次元的イメージを示す。図3(b)の有機分子50は、第3の縮合多環炭化水素であるフェナレンのベンゼン環が形成する面が、第1の縮合多環炭化水素であるナフタレンのベンゼン環が形成する面、及び、第2の縮合多環炭化水素であるアントラセンのベンゼン環が形成する面に対して回転した状態でエネルギー的に安定となる。言い換えれば、第3の縮合多環炭化水素のベンゼン環が形成する面は、第1の縮合多環炭化水素及び第2の縮合多環炭化水素のベンゼン環が形成する面に対し、略直交する状態でエネルギー的に安定となる。
図4は、本実施形態のメモリセルMCの一例の拡大模式断面図である。有機分子層40は、複数の有機分子50を含む。図4に示すように有機分子50の一端が抵抗変化層30に結合し固定される。また、有機分子50の他端が上部電極20に結合し固定される。
図5は、有機分子50の具体例を示す図である。図5における3つの縮合多環部は、左側から、第1の縮合多環部FP1、第3の縮合多環部FP3、第2の縮合多環部FP2である。
本実施形態の有機分子50は、図3、図5に示した例に限定されるものではない。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3は、上述のHOMO準位のエネルギーの大小関係を満たすものであれば、任意の分子構造を取ることが可能である。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基(Fused Polycyclic Group)は、例えば、縮合多環炭化水素、又は、複素環化合物(Hetrocyclic Ring Compound)である。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3のそれぞれに含まれる縮合多環系の基の数は、例えば、10個以下である。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基の少なくとも一つに、置換基が結合していても構わない。
図6は、有機分子50の一例を示す図である。図3(b)で示した有機分子の第1の縮合多環部FP1と第2の縮合多環部FP2に置換基が結合する。
具体的には、第1の縮合多環部FP1に含まれる第1の縮合多環炭化水素に、2つのアルキル鎖が結合している。2つのアルキル鎖は、第1の縮合多環部FP1の第3の縮合多環部FP3に対向する位置に結合されている。同様に、第2の縮合多環部FP2に含まれる第2の縮合多環炭化水素に、2つのアルキル鎖が結合している。2つのアルキル鎖は、第2の縮合多環部FP2の第3の縮合多環部FP3に対向する位置に結合されている。
アルキル鎖は、立体障害として機能する置換基である。立体障害として機能する置換基は、アルキル鎖に限定されず、例えば、アルキルアミノ基、アリール基、アルキルシリル基、チオアルキル基などその他の置換基を用いることも可能である。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基の少なくとも一つに、有機分子50の電子密度に変調を加える置換基が結合されていても構わない。有機分子50の電子密度に変調を加える置換基は、例えば、ハロ基、ニトロ基、一部ハロ基を含むアルキル基、アミノ基、アシル基、カルボニル基、ヒドロキシル基、スルホ基などを用いることが可能である。
第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2は、チオエーテル基に限定されるものではない。抵抗変化層30及び上部電極20の材料に応じて適切な基(group)を選択すれば良い。例えば、ジアルキルシリルエーテル基、エーテル基、ホスホン酸エステル基、エステル基、アゾ基などを用いることが可能である。
なお、有機分子50が第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2のいずれも有しない構造とすることも可能である。
第1の接続部C1及び第2の接続部C2は、一重結合に限定されるものではない。第1の接続部C1は第1の縮合多環部FP1と第3の縮合多環部FP3を接合する機能、第2の接続部C2は第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3とを接続する機能を有する構造であれば良い。例えば、ビシクロオクタンなどを用いることも可能である。
なお、有機分子50の分子構造は、例えば、原子間力顕微鏡(AFM)、又は、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて同定することが可能である。
次に、本実施形態の記憶装置の作用及び効果について説明する。
本実施形態の記憶装置では抵抗変化層30に電圧を印加することにより、抵抗変化層30の抵抗を変化させてメモリ機能を発現させる。さらに、有機分子層40に含まれる有機分子50が整流機能を有する。したがって、有機分子層40が整流性を備える整流素子である。有機分子層40が整流性を備えることにより、例えば、非選択のメモリセルを流れるリーク電流による誤動作を抑制する。よって、安定して動作する抵抗変化型メモリが実現できる。
以下、本実施形態の有機分子50の整流機能について詳述する。
図7は、本実施形態の有機分子50の整流機能の説明図である。図7では、有機分子50の第1の縮合多環部FP1側に下部電極10があり、第2の縮合多環部FP2側に上部電極20がある場合を例に説明する。
本実施形態の有機分子50において、第1の縮合多環部FP1は、第1のHOMO準位を有する。第2の縮合多環部FP2は、第2のHOMO準位を有する。第3の縮合多環部FP3は、第3のHOMO準位を有する。
図7に示すように、第2のHOMO準位のエネルギーは、第1のHOMO準位のエネルギーよりも高い。また、第3のHOMO準位のエネルギーは、第2のHOMO準位のエネルギーよりも高い。
第3のHOMO準位のエネルギーを高くすることにより、下部電極10と上部電極20との間をトンネリングし得る分子軌道のつながりを、第3の縮合多環部FP3の左右で分断する。言い換えれば、下部電極10側のトンネル準位と上部電極20側のトンネル準位を独立に設定できる。したがって、下部電極10と上部電極20に流れる電流量に、下部電極10と上部電極20に印加する電圧の極性に対する依存性が生じる。
図7の場合、第3のHOMO準位のエネルギーと第1のHOMO準位のエネルギーの差が、第3のHOMO準位のエネルギーと第2のHOMO準位のエネルギーの差よりも大きい。したがって、正孔(ホール)は、下部電極10から上部電極20に向かう方向に流れやすくなる。したがって、図7中、白矢印の方向に電流が流れやすくなる。言い換えれば、下部電極10に相対的に正の電圧が印加される場合に電流が流れやすく、上部電極20に相対的に正の電圧が印加される場合に電流が流れにくい。
上記作用により、有機分子50は整流機能を備えると考えられる。
第3の縮合多環部FP3によるトンネル確率の分断は、第1の縮合多環部FP1と第3の縮合多環部FP3とが非共役、第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3とが非共役になることで、生ずると考えられる。すなわち、第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、及び、第3の縮合多環部FP3の分子軌道が局在化することで、トンネル確率が分断されると考えられる。
例えば、図3(c)に示すように、第3の縮合多環炭化水素のフェニル基が形成する面が、第1の縮合多環炭化水素及び第2の縮合多環炭化水素のフェニル基が形成する面に対し、略直交する状態となることで、分子軌道が局在化する。
したがって、第3の縮合多環炭化水素が、第1の縮合多環炭化水素及び第2の縮合多環炭化水素に対して回転しやすいことが望ましい。よって、第1の接続部C1及び第2の接続部C2が一重結合であることが望ましい。
なお、第1の接続部C1及び第2の接続部C2の構造の長さが長くなると、有機分子層40の抵抗が増大し、メモリセルのオン抵抗が増大するおそれがある。この観点からも、第1の接続部C1及び第2の接続部C2は、長さの短い一重結合であることが望ましい。
また、有機分子50の整流機能を安定させる観点から、第3の縮合多環炭化水素のフェニル基が形成する面が、第1の縮合多環炭化水素及び第2の縮合多環炭化水素のフェニル基が形成する面に対し、略直交する状態が安定して保たれることが好ましい。この観点から、第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基の少なくとも一つに、立体障害として機能する置換基が結合されることが望ましい。立体障害として機能する置換基は、図6に示すように、第1の縮合多環部FP1と第3の縮合多環部FP3とが対向する位置、又は、第2の縮合多環部FP2と第3の縮合多環部FP3が対向する位置に設けられることが好ましい。
また、第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基の少なくとも一つに、有機分子の電子密度に変調を加える置換基を結合することにより、有機分子50の整流特性を変調することも可能である。例えば、FP2にニトロ基などの置換基を導入することによって、FP2の電子密度が低くなり、HOMO準位のエネルギーが高くなるため、整流性を高める効果が得られると考えられる。
また、有機分子50の合成を容易にする観点から、第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、第3の縮合多環部FP3のそれぞれに含まれる縮合多環系の基の数は、例えば、5個以下であることが好ましい。
有機分子50を、抵抗変化層30及び上部電極20の少なくともいずれか一方に固定し、有機分子50の整流機能を安定させる観点から、有機分子50は、第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2の少なくともいずれか一方を備えることが好ましい。さらに、第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2の両方を備え、有機分子50が抵抗変化層30及び上部電極20の両方に固定されることがより好ましい。
第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、及び、第3の縮合多環部FP3に含まれる縮合多環系の基は、縮合多環炭化水素であることが好ましい。縮合多環炭化水素は熱的な安定性が高い。したがって、有機分子50の整流機能が安定する。
有機分子50の合成を容易にする観点から、第1の接続部C1及び第2の接続部C2は、第1の縮合多環部FP1、第2の縮合多環部FP2、及び、第3の縮合多環部FP3、それぞれの中心に近い環(Ring)に結合していることが好ましい。
下部電極10と上部電極20は、同一の材料であることが好ましい。例えば、下部電極10と上部電極20は、同一の金属材料であることが好ましい。下部電極10と上部電極20との間に電池効果に起因する電流が流れることで生じる、メモリセルMCの誤動作を抑制できる。
例えば、有機分子に整流機能を持たせるために、電子供与基D(ドナー)と電子吸引基A(アクセプタ)をシグマ結合で結合したD−σ−A構造や、電子供与基Dと電子吸引基Aをパイ結合で結合したD−π−A構造とすることが考えらえる。D−σ−A構造やD−π−A構造を有する有機分子は、分子がイオン化することで電流を流す。このため、分子骨格の劣化が生じやすく経時劣化が大きい。
本実施形態の有機分子50は、分子のイオン化を伴わないメカニズムで電流を流す。したがって、分子骨格の劣化が生じにくく経時劣化が小さい。よって、信頼性の高い抵抗変化型メモリが実現できる。
また、有機分子層40に含まれる有機分子50の長さは、例えば、10nm以下である。したがって、有機分子層40の膜厚を10nm以下とすることが可能である。よって、メモリセルMCの微細化が可能となり、大容量の抵抗変化型メモリが実現できる。
以上、本実施形態によれば、メモリセルMCが微細な整流素子を備え、安定した動作及び大容量化が可能な抵抗変化型メモリが実現できる。また、整流素子の経時劣化が小さく、信頼性の高い抵抗変化型メモリが実現できる。
(第2の実施形態)
本実施形態の整流装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備える。そして、有機分子が、第1のHOMO準位を有する第1の縮合多環部と、第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、第1の縮合多環部と第2の縮合多環部との間に位置し第1のHOMO準位及び第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。
本実施形態の整流装置は、第1の導電層と、第2の導電層と、第1の導電層と第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備える。そして、有機分子が、第1のHOMO準位を有する第1の縮合多環部と、第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、第1の縮合多環部と第2の縮合多環部との間に位置し第1のHOMO準位及び第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する。
本実施形態の整流装置は、第1の実施形態のメモリセルMCの下部電極、上部電極、及び、有機分子層を単体のダイオードとして利用する点で第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
図8は、本実施形態のダイオードの模式断面図である。ダイオードは、図8に示すように、下部電極10(第1の導電層)、上部電極20(第2の導電層)、有機分子層40を備える。
第1の実施形態で記述したように、有機分子層40は整流機能を備える。また、有機分子層40に含まれる有機分子50は、微細かつ経時劣化が小さい。
本実施形態のダイオードは、例えば、各種電子デバイスの回路内で整流素子として用いることができる。
有機分子50は、第1のリンカー部L1及び第2のリンカー部L2の少なくともいずれか一方によって、下部電極10及び上部電極20の少なくともいずれか一方に結合されることが好ましい。
以上、本実施形態によれば、微細で経時劣化の小さい整流素子を備える整流装置が実現できる。
(第3の実施形態)
本実施形態の記憶装置は、メモリセルアレイが3次元構造を備える以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
本実施形態の記憶装置は、メモリセルアレイが3次元構造を備える以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
図9は、本実施形態の記憶装置のブロック図である。図10は、メモリセルアレイの等価回路図である。図11は、メモリセルアレイの模式断面図である。
また、本実施形態のメモリセルアレイは、メモリセルMCが立体的に配置された三次元構造を備える。
図9に示すように、記憶装置は、メモリセルアレイ200、ワード線ドライバ回路212、ローデコーダ回路214、センスアンプ回路215、カラムデコーダ回路217、及び、制御回路221を備える。
また、図10に示すように、メモリセルアレイ200内には、複数のメモリセルMCが立体的に配置される。図10中、破線で囲まれた領域が1個のメモリセルMCに対応する。
メモリセルアレイ200は、例えば、複数のワード線WL(WL11、WL12、WL13、WL21、WL22、WL23)と複数のビット線BL(BL11、BL12、BL21、BL22)を備える。ワード線WLはx方向に伸長する。ビット線BLはz方向に伸長する。ワード線WLとビット線BLは垂直に交差する。ワード線WLとビット線BLとの交差部に、メモリセルMCが配置される。
複数のワード線WLは、ローデコーダ回路214に電気的に接続される。複数のビット線BLは、センスアンプ回路215に接続される。複数のビット線BLとセンスアンプ回路215との間には選択トランジスタST(ST11、ST21、ST12、ST22)とグローバルビット線GBL(GBL1、GBL2)が設けられる。
ローデコーダ回路214は、入力されたローアドレス信号に従ってワード線WLを選択する機能を備える。ワード線ドライバ回路212は、ローデコーダ回路214によって選択されたワード線WLに所定の電圧を印加する機能を備える。
カラムデコーダ回路217は、入力されたカラムアドレス信号に従ってビット線BLを選択する機能を備える。センスアンプ回路215は、カラムデコーダ回路217によって選択されたビット線BLに所定の電圧を印加する機能を備える。また、選択されたワード線WLと選択されたビット線BLとの間に流れる電流を検知して増幅する機能を備える。
制御回路221は、ワード線ドライバ回路212、ローデコーダ回路214、センスアンプ回路215、カラムデコーダ回路217、及び、図示しないその他の回路を制御する機能を備える。
ワード線ドライバ回路212、ローデコーダ回路214、センスアンプ回路215、カラムデコーダ回路217、制御回路221などの回路は、例えば、図示しない半導体層を用いたトランジスタや配線層によって構成される。
図11(a)、図11(b)は、本実施形態の記憶装置のメモリセルアレイ200の模式断面図である。図11(a)は、メモリセルアレイ200のxy断面図である。図11(b)は、メモリセルアレイ200のyz断面図である。図11(a)は、図11(b)のBB’断面図、図11(b)は図11(a)のAA’断面図である。図11中、破線で囲まれた領域が、1個のメモリセルMCである。
メモリセルアレイ200は、ワード線WL11、ワード線WL12、ワード線WL13、ビット線BL11、ビット線BL12を備える。また、抵抗変化層30、有機分子層40、層間絶縁層60を備える。
有機分子層40に、第1の実施形態の有機分子層40が適用される。第1の実施形態の有機分子層40は、薄膜化が可能となるため、三次元構造を備える本実施形態の横方向(x方向及びy方向)の微細化に適している。
本実施形態によれば、三次元構造を備えることにより、第1の実施形態の効果に加え、抵抗変化型メモリの集積度が更に向上するという効果が得られる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 下部電極(第1の導電層)
20 上部電極(第2の導電層)
30 抵抗変化層
40 有機分子層
50 有機分子
20 上部電極(第2の導電層)
30 抵抗変化層
40 有機分子層
50 有機分子
Claims (16)
- 第1の導電層と、
第2の導電層と、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に位置する抵抗変化層と、
前記抵抗変化層と前記第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備え、
前記有機分子が、第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する第1の縮合多環部と、前記第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、前記第1の縮合多環部と前記第2の縮合多環部との間に位置し前記第1のHOMO準位及び前記第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する記憶装置。 - 前記第1の縮合多環部は第1の縮合多環炭化水素を含み、前記第2の縮合多環部は第2の縮合多環炭化水素を含み、前記第3の縮合多環部は第3の縮合多環炭化水素を含む請求項1記載の記憶装置。
- 前記第1の縮合多環炭化水素、前記第2の縮合多環炭化水素、及び、前記第3の縮合多環炭化水素の少なくとも一つに置換基が結合される請求項2記載の記憶装置。
- 前記第1の縮合多環部と前記第3の縮合多環部との結合は一重結合であり、前記第2の縮合多環部と前記第3の縮合多環部との結合は一重結合である請求項1ないし請求項3いずれか一項記載の記憶装置。
- 前記第1の縮合多環部と前記第3の縮合多環部とは非共役であり、前記第2の縮合多環部と前記第3の縮合多環部とは非共役である請求項1ないし請求項4いずれか一項記載の記憶装置。
- 前記第3の縮合多環部との間に前記第1の縮合多環部を挟んで位置する第1のリンカー部、及び、前記第3の縮合多環部との間に前記第2の縮合多環部を挟んで位置する第2のリンカー部の少なくともいずれか一方を、更に備え、
前記有機分子が、前記第1のリンカー部及び前記第2のリンカー部の少なくともいずれか一方によって、前記抵抗変化層及び前記第2の導電層の少なくともいずれか一方に結合される請求項1ないし請求項5いずれか一項記載の記憶装置。 - 前記第1の導電層と前記第2の導電層は同一の金属材料である請求項1ないし請求項6いずれか一項記載の記憶装置。
- 前記有機分子層の膜厚は、10nm以下である請求項1ないし請求項7いずれか一項記載の記憶装置。
- 第1の導電層と、
第2の導電層と、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に位置し有機分子を含む有機分子層と、を備え、
前記有機分子が、第1のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位を有する第1の縮合多環部と、前記第1のHOMO準位よりもエネルギーの高い第2のHOMO準位を有する第2の縮合多環部と、前記第1の縮合多環部と前記第2の縮合多環部との間に位置し前記第1のHOMO準位及び前記第2のHOMO準位よりもエネルギーの高い第3のHOMO準位を有する第3の縮合多環部を有する整流装置。 - 前記第1の縮合多環部は第1の縮合多環炭化水素を含み、前記第2の縮合多環部は第2の縮合多環炭化水素を含み、前記第3の縮合多環部は第3の縮合多環炭化水素を含む請求項9記載の整流装置。
- 前記第1の縮合多環炭化水素、前記第2の縮合多環炭化水素、及び、前記第3の縮合多環炭化水素の少なくとも一つに置換基が結合される請求項10記載の整流装置。
- 前記第1の縮合多環部と前記第3の縮合多環部との結合は一重結合であり、前記第2の縮合多環部と前記第3の縮合多環部との結合は一重結合である請求項9ないし請求項11いずれか一項記載の整流装置。
- 前記第1の縮合多環部と前記第3の縮合多環部とは非共役であり、前記第2の縮合多環部と前記第3の縮合多環部とは非共役である請求項9ないし請求項12いずれか一項記載の整流装置。
- 前記第3の縮合多環部との間に前記第1の縮合多環部を挟んで位置する第1のリンカー部、及び、前記第3の縮合多環部との間に前記第2の縮合多環部を挟んで位置する第2のリンカー部の少なくともいずれか一方を、更に備え、
前記有機分子が、前記第1のリンカー部及び前記第2のリンカー部の少なくともいずれか一方によって、前記第1の導電層及び前記第2の導電層の少なくともいずれか一方に結合される請求項9ないし請求項13いずれか一項記載の整流装置。 - 前記第1の導電層と前記第2の導電層は同一の金属材料である請求項9ないし請求項14いずれか一項記載の整流装置。
- 前記有機分子層の膜厚は、10nm以下である請求項9ないし請求項15いずれか一項記載の整流装置。
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