JP2743980B2 - Non-volatile recording device - Google Patents
Non-volatile recording deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高密度、大容量の記録
容量を有し、情報を電気的に書き込み・読み出しできる
ようになった不揮発性記録装置に関し、特にコンピュー
タ、メモリカードおよびワープロ等の機器に幅広く利用
が期待できる不揮発性記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile recording device having a high-density, large-capacity recording capacity and capable of electrically writing and reading information, and more particularly to a computer, a memory card and a word processor. The present invention relates to a non-volatile recording device that can be widely used in various devices.
【0002】[0002]
【従来の技術】情報が書き換え可能になった不揮発性記
録装置の代表的なものとして、以下の4種類のものがあ
る。2. Description of the Related Art There are the following four types of typical nonvolatile recording devices in which information can be rewritten.
【0003】磁気テープ。[0003] Magnetic tape.
【0004】磁気ディスク。[0004] Magnetic disk.
【0005】EPROM、EEPROM等のIC不揮
発性メモリ。An IC nonvolatile memory such as an EPROM or an EEPROM.
【0006】光磁気ディスク。[0006] A magneto-optical disk.
【0007】以下にそれぞれの特徴を説明する。[0007] Each feature will be described below.
【0008】磁気テープ 最も代表的な書き換え可能型不揮発性記録装置であり、
安価であるためオーディオテープやビデオテープ等とし
て最も普及している。また、非常に大容量の記録装置で
あり、コンピュータ用のバックアップメモリとしても使
用される。[0008] Magnetic tape is the most typical rewritable nonvolatile recording device,
Because it is inexpensive, it is most widely used as audio tapes and video tapes. It is a very large-capacity recording device, and is also used as a backup memory for a computer.
【0009】但し、情報の連続的な書き込み・読み出し
しか行えないため、ランダムアクセが行えず、また、情
報の読み出し・書き込みに要するアクセス時間が長いと
いう欠点がある。However, since only continuous writing and reading of information can be performed, random access cannot be performed, and the access time required for reading and writing information is long.
【0010】磁気ディスク コンピュータやワープロ用の外部記録装置として一般に
使用される。取り扱いが簡単であり安価なフロッピーデ
ィスクと、フロッピーディスクに比べて記録容量は大き
いが、取り扱いが難しく、高価なハードディスクがよく
用いられる。A magnetic disk is generally used as an external recording device for a computer or word processor. An inexpensive floppy disk that is easy to handle and has a larger recording capacity than a floppy disk, but is difficult to handle and often uses an expensive hard disk.
【0011】これら磁気ディスクの長所は、高速ランダ
ムアクセスが可能であり、情報の書き込み・書き換えが
比較的容易に行えることである。The advantages of these magnetic disks are that high-speed random access is possible and that writing and rewriting of information can be performed relatively easily.
【0012】なお、記録容量は3.5インチのフロッピ
ーディスク1枚で1メガバイト程度、3.5インチのハ
ードディスク1枚で40メガバイト程度であり、大容量
化、高密度化を図る上で限界がある。The recording capacity of a 3.5-inch floppy disk is about 1 megabyte, and that of a 3.5-inch hard disk is about 40 megabytes. is there.
【0013】EPROM、EEPROM IC不揮発性メモリは書き換え可能型の記録装置であ
り、高密度な記録が可能である。該IC不揮発性メモリ
の代表的なものとして、電気的な書き込みと紫外線照射
による消去を行うEPROMと、電気的な書き込み・消
去が可能なEEPROMがある。これらのIC不揮発性
メモリは小型軽量、アクセス時間が短い、消費電力が小
さいなどといった長所を備えている。EPROM and EEPROM IC non-volatile memories are rewritable recording devices, and are capable of high-density recording. Typical examples of the IC non-volatile memory include an EPROM for performing electrical writing and erasing by ultraviolet irradiation, and an EEPROM for electrically writing and erasing. These IC nonvolatile memories have advantages such as small size and light weight, short access time, and low power consumption.
【0014】以下に電気的に書き込み・消去が可能なE
EPROMを例にとってその詳細を説明する。図4はE
EPROMのメモリーセルの断面形状の一例を示す。シ
リコン基板7の表面にゲート酸化膜5を積層し、該ゲー
ト酸化膜5上にフローティングゲート4および制御ゲー
ト2を形成する。制御ゲート2は、キャリアが蓄積、保
存されるフローティングゲート4へのキャリアの注入を
制御する。両ゲート2、4間はシリコン酸化膜からなる
絶縁膜3で分離されている。シリコン基板7上には前記
ゲート2、4を覆うようにして表面保護膜1が形成され
る。表面保護膜1としては、通常シリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜が用いられる。また、シリコン基板7の表層
部には不純物が打ち込まれたソース領域8と、ドレイン
領域6が形成され、更に両者間にチャネル領域9が形成
される。In the following, E which can be electrically written and erased is
The details will be described using an EPROM as an example. FIG.
1 shows an example of a cross-sectional shape of a memory cell of an EPROM. The gate oxide film 5 is laminated on the surface of the silicon substrate 7, and the floating gate 4 and the control gate 2 are formed on the gate oxide film 5. The control gate 2 controls the injection of carriers into the floating gate 4 where the carriers are stored and stored. The two gates 2 and 4 are separated by an insulating film 3 made of a silicon oxide film. A surface protection film 1 is formed on a silicon substrate 7 so as to cover the gates 2 and 4. As the surface protection film 1, a silicon oxide film or a silicon nitride film is usually used. Further, a source region 8 and a drain region 6 into which impurities are implanted are formed in a surface layer portion of the silicon substrate 7, and a channel region 9 is formed therebetween.
【0015】上記構成において、情報の記録を行う場合
はドレイン領域6と制御ゲート2との間に電圧を印加
し、ゲート酸化膜5を通してホットエレクトロンとして
キャリアをフローティングゲート4に注入する。一方、
記録された情報の消去は、ソース領域8と制御ゲート2
との間に電圧を印加し、Fowler−Nordhei
m(N−F)Tunneling現象を利用してキャリ
アを除去する。また、記録情報の読み出しは、ソース領
域8とドレイン領域6との間のチャンネル領域9の反転
電圧の閾値電圧でON/OFFの判断をして行う。In the above configuration, when recording information, a voltage is applied between the drain region 6 and the control gate 2, and carriers are injected into the floating gate 4 as hot electrons through the gate oxide film 5. on the other hand,
The erasure of the recorded information is performed by the source region 8 and the control gate 2.
And a Fowler-Nordhei
Carriers are removed using the m (NF) Tunneling phenomenon. Reading of recorded information is performed by determining ON / OFF based on the threshold voltage of the inversion voltage of the channel region 9 between the source region 8 and the drain region 6.
【0016】ここでキャリアの注入、除去はゲート酸化
膜5を通して行うので、ゲート酸化膜の膜質と膜厚はE
EPROMの構成上非常に重要である。例えば、記録容
量が1メガビットのEEPROMでは通常ゲート酸化膜
5の膜厚は20nm程度の薄膜であるため、膜質、膜厚
の管理が難しく、歩留まりの低下によるコストアップが
大きな問題になっている。また、チップの寸法は通常、
短辺・長辺共に7〜10mm程度であり、記録容量を大き
くするためにチップ面積を大きくすると、歩留まりが低
下し、よりコストアップになる欠点がある。Since the injection and removal of carriers are performed through the gate oxide film 5, the film quality and thickness of the gate oxide film are set to E.
This is very important in the structure of the EPROM. For example, in an EEPROM having a recording capacity of 1 megabit, the gate oxide film 5 is usually a thin film having a thickness of about 20 nm. Therefore, it is difficult to control the film quality and the film thickness. Also, the dimensions of the chip are usually
Both the short side and the long side are about 7 to 10 mm. If the chip area is increased in order to increase the recording capacity, there is a disadvantage that the yield decreases and the cost increases.
【0017】このような欠点を有する故、EEPROM
では上記のような長所を有する反面記憶容量の向上を図
る上で限界がある。因みに、現在のEEPROMの記録
容量は1〜4メガビット程度であり、他の不揮発性記録
装置である光磁気ディスクや磁気ディスクと比較すると
記録容量は小さい。Due to these disadvantages, EEPROM
However, while having the above advantages, there is a limit in improving the storage capacity. Incidentally, the recording capacity of the current EEPROM is about 1 to 4 megabits, and is smaller than that of other non-volatile recording devices such as a magneto-optical disk and a magnetic disk.
【0018】光磁気ディスク 光ディスクの一種であり、記録の書き換えが可能な記録
装置であり、代表的な大容量不揮発性記録装置の1つで
ある。Magneto-optical disk A type of optical disk, a rewritable recording device, and one of the typical large-capacity nonvolatile recording devices.
【0019】図5は光磁気ディスクの構造の一例を示し
ており、該光磁気ディスクは記録媒体として垂直磁化特
性を示す磁性薄膜15、16を用いる。情報の記録は、
磁性薄膜15、16を予め磁化した方向とは逆向きの弱
い磁界の中でレーザー光20をディスク上の集光領域2
1に集光し、局部的な加熱により磁性薄膜15、16に
情報を記録する。一方、情報の再生はカー効果又はファ
ラデー効果を利用して行われる。すなわち、直線偏光さ
れたレーザー光20をディスクの上に照射すると、その
透過光又は反射光は磁性薄膜15、16の磁化状態に応
じて偏光面が回転するので、この偏光面の回転を検光子
を用いて光の強弱信号に変換し光検出器で電気信号とし
て検出することにより、情報を再生する。このような光
磁気ディスクは文書ファイルや画像ファイル用の大容量
記録が可能な記録装置として実用化されている。FIG. 5 shows an example of the structure of a magneto-optical disk. The magneto-optical disk uses magnetic thin films 15 and 16 having perpendicular magnetization characteristics as a recording medium. The record of information is
In a weak magnetic field opposite to the direction in which the magnetic thin films 15 and 16 have been magnetized in advance, the laser beam 20 is focused on the focusing area 2 on the disk.
The information is recorded on the magnetic thin films 15 and 16 by local heating. On the other hand, information reproduction is performed using the Kerr effect or the Faraday effect. That is, when the linearly polarized laser light 20 is irradiated onto the disk, the transmitted light or the reflected light rotates the polarization plane according to the magnetization state of the magnetic thin films 15 and 16, and the rotation of the polarization plane is analyzed by the analyzer. The information is reproduced by converting the light into a weak signal using a light detector and detecting it as an electric signal with a photodetector. Such a magneto-optical disk has been put to practical use as a recording device capable of large-capacity recording for document files and image files.
【0020】光磁気ディスクの特長はレーザー光20に
よる記録であるため、透明なガラス基板12を通して非
接触で記録できることである。すなわち、この記録方法
によれば記録面23側のゴミは問題とならない。これに
対して、基板面22側のゴミは影響するが、基板面22
側ではレーザー光20の焦点が合っていないため、ビー
ム径が数百ミクロンと大きく、多少のゴミが存在して悪
影響を受けることがない。A feature of the magneto-optical disk is that the recording is performed by the laser beam 20, so that the recording can be performed through the transparent glass substrate 12 without contact. That is, according to this recording method, dust on the recording surface 23 side does not matter. On the other hand, dust on the substrate surface 22 side has an effect.
Since the laser beam 20 is out of focus on the side, the beam diameter is as large as several hundred microns, and there is no adverse effect due to the presence of some dust.
【0021】光磁気ディスクの記録容量は、集光された
レーザー光20で情報を記録・再生するため、高密度な
記録が可能になる。因みに、3.5インチディスクで1
20メガバイト程度の大容量のメモリが実現できる。The recording capacity of the magneto-optical disk allows information to be recorded / reproduced by the condensed laser beam 20, so that high-density recording becomes possible. By the way, one for 3.5 inch disk
A large-capacity memory of about 20 megabytes can be realized.
【0022】但し、光磁気ディスクでは、情報の書き込
み・読み出しにレーザー、磁石、回転機構(ディスクの
回転機構)が必要になるため、大型の周辺装置を要し、
価格が高くなる欠点がある。However, a magneto-optical disk requires a laser, a magnet, and a rotating mechanism (a rotating mechanism of the disk) to write and read information.
There is a disadvantage that the price is high.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】情報が書き換え可能に
なった従来の不揮発性記録装置は上記のような長所およ
び短所を有するが、このことにより今後望まれる不揮発
性記録装置としては、以下の(1)、(2)、(3)、
(4)の項目を充足することが要請される。各項目につ
いて上記従来の不揮発性記録装置を再評価すると以下の
ようになる。A conventional nonvolatile recording device in which information is rewritable has the above-mentioned advantages and disadvantages. However, as a nonvolatile recording device desired in the future, the following ( 1), (2), (3),
It is required to satisfy item (4). Re-evaluation of the above-mentioned conventional non-volatile recording device for each item is as follows.
【0024】(1)大容量、高密度な記録が可能である
こと。(1) Large-capacity, high-density recording is possible.
【0025】フロッピーディスクでは3.5インチディ
スクで記録容量が1メガバイト程度であり大容量化、高
密度化に対応出来ない。In the case of a floppy disk, a 3.5-inch disk has a recording capacity of about 1 megabyte and cannot cope with a large capacity and a high density.
【0026】EPROM、EEPROM等のIC不揮発
性メモリでは高密度化は実現出来るが、歩留まりの制限
によりチップ面積を大きくできないため、大容量化が困
難である。Although high density can be realized with IC non-volatile memories such as EPROM and EEPROM, it is difficult to increase the capacity because the chip area cannot be increased due to the yield limit.
【0027】(2)衝撃、振動に強いこと。(2) It is resistant to shock and vibration.
【0028】ハードディスクではディスクを複数枚集積
することにより大容量化が実現出来るが、高密度化に対
応するためにヘッドとディスクの間隔を1ミクロン以下
まで狭めており、衝撃や振動により破損しやすく、また
微小なゴミであってもヘッドやディスクに付着すると記
録装置を破損してしまう欠点がある。In a hard disk, a large capacity can be realized by integrating a plurality of disks. However, in order to cope with high density, the distance between the head and the disk is reduced to 1 micron or less, and the disk is easily damaged by shock or vibration. In addition, there is a disadvantage that even if minute dust adheres to the head or the disk, the recording device is damaged.
【0029】(3)書き込み・読み出し用の周辺装置が
小型・簡潔・安価であること。(3) Small, simple and inexpensive peripheral devices for writing and reading.
【0030】フロッピーディスク、ハードディスク、光
磁気ディスクは、共にディスクを回転して情報の書き込
み・読み出しを行うため、モーターなどの回転機構が必
要であり、周辺装置が大型化、複雑化する。A floppy disk, a hard disk, and a magneto-optical disk need to have a rotating mechanism such as a motor for rotating and writing / reading information by rotating the disk, which makes the peripheral device larger and more complicated.
【0031】加えて、ハードディスクではディスクとヘ
ッドの間隔を精密にしなければならないことや、耐衝撃
性を確保するために緩衝材が必要であるため、装置全体
が大型化し、重くなる問題がある。In addition, the hard disk has a problem that the distance between the disk and the head must be made precise and a buffer material is required to secure impact resistance, so that the whole device becomes large and heavy.
【0032】また、光磁気ディスクでは書き込み・読み
出しにレーザと磁石を使用するため、装置が大型化し、
重くなり、高価格になる欠点がある。In the case of a magneto-optical disk, since a laser and a magnet are used for writing and reading, the size of the apparatus becomes large,
There is a disadvantage that it becomes heavy and expensive.
【0033】(4)書き込み・読み出しを高速度で行え
ること。(4) Writing and reading can be performed at a high speed.
【0034】フロッピーディスク、ハードディスク、光
磁気ディスクではディスクを回転しながらアクセスすべ
き情報の位置を探すため、読み出し速度の高速化を図る
上で限界がある。また、磁気テープでは読み出し・書き
込み速度が共に遅い欠点がある。In a floppy disk, a hard disk, and a magneto-optical disk, since the position of information to be accessed is searched for while rotating the disk, there is a limit in increasing the reading speed. Further, the magnetic tape has a disadvantage that both the reading and writing speeds are slow.
【0035】上記のように現状の不揮発性記録装置では
上記(1)、(2)、(3)、(4)の各項目をすべて
充足したものはなく、これら項目を全て充足する全く新
しいタイプの不揮発性記録装置の実現が要請されてい
た。As described above, in the current non-volatile recording apparatus, none of the above items (1), (2), (3) and (4) are all satisfied, and a completely new type which satisfies all these items is not available. There has been a demand for the realization of a non-volatile recording device.
【0036】そこで、本願出願人は上記(1)、
(2)、(3)、(4)の各項目をすべて充足する不揮
発性記録装置を特願平3-138027号で提案した。図6ない
し図8はこの不揮発性記憶装置の概略構成を示す。図に
おいて、上部電極41は列方向に等間隔で複数本配設さ
れ、配向膜56を介して液晶53に接している。上部電
極41の下方には、該上部電極41と直交する行方向に
複数本の下部電極42が配設される。上部電極41と下
部電極42との間、より具体的には両電極41、42の
交差部にメモリセル43が形成される。Then, the applicant of the present application has described the above (1),
A non-volatile recording device that satisfies all of the items (2), (3) and (4) has been proposed in Japanese Patent Application No. 3-138027. 6 to 8 show a schematic configuration of the nonvolatile storage device. In the figure, a plurality of upper electrodes 41 are arranged at equal intervals in the column direction, and are in contact with the liquid crystal 53 via the alignment film 56. Below the upper electrode 41, a plurality of lower electrodes 42 are arranged in a row direction orthogonal to the upper electrode 41. A memory cell 43 is formed between the upper electrode 41 and the lower electrode 42, more specifically, at the intersection of the two electrodes 41 and 42.
【0037】図7および図8に示すように、メモリセル
43はシリコン基板55とガラス基板52間に配設およ
び封入される以下の構成要素からなる。シリコン基板5
5に対向配置されるガラス基板52の対向面には対向電
極51が配設され、該対向電極51の表面に配向膜56
が形成される。As shown in FIGS. 7 and 8, the memory cell 43 includes the following components disposed and sealed between the silicon substrate 55 and the glass substrate 52. Silicon substrate 5
An opposing electrode 51 is disposed on an opposing surface of a glass substrate 52 opposing the electrode 5, and an alignment film 56 is provided on the surface of the opposing electrode 51.
Is formed.
【0038】一方、シリコン基板55の表面にはフィー
ルド酸化膜57が形成され、その上に下部電極42が形
成されている。下部電極42と上部電極41との間には
両者間の絶縁性を保つためにシリコン窒化膜からなる電
極間絶縁膜54が形成される。この電極間絶縁膜54は
メモリセル54の部分で開口54aし、その部分で上部
電極41と下部電極42の間に発熱体44が直接挟み込
まれている。発熱体44は図8に示されるように平板状
をなす。上部電極41と発熱体44の上には液晶53に
接するようにして配向膜56が形成される。On the other hand, a field oxide film 57 is formed on the surface of the silicon substrate 55, and the lower electrode 42 is formed thereon. Between the lower electrode 42 and the upper electrode 41, an inter-electrode insulating film 54 made of a silicon nitride film is formed in order to maintain insulation between them. The inter-electrode insulating film 54 has an opening 54 a at the memory cell 54, and the heating element 44 is directly sandwiched between the upper electrode 41 and the lower electrode 42 at that portion. The heating element 44 has a flat plate shape as shown in FIG. An alignment film 56 is formed on the upper electrode 41 and the heating element 44 so as to be in contact with the liquid crystal 53.
【0039】このような構成において、上部電極41と
下部電極42との間に電圧を印加して発熱体44の両電
極41、42の交差部に相当する部分を発熱させると、
対応する液晶53、すなわち、メモリセル43が相変化
を生じ、これにより情報の書き込みが行えるようになっ
ている。今少し説明すると、液晶53はp−シアノビフ
ェニルをメソゲン基とするアクリルタイプの高分子ネマ
チック液晶やポリシロキサン系の高分子スメクチック液
晶等の液晶化合物又は分子中に液晶成分を含む化合物か
らなる。In such a configuration, when a voltage is applied between the upper electrode 41 and the lower electrode 42 to generate heat at a portion corresponding to the intersection of the electrodes 41 and 42 of the heating element 44,
The corresponding liquid crystal 53, that is, the memory cell 43 undergoes a phase change, whereby information can be written. To explain a little more, the liquid crystal 53 is made of a liquid crystal compound such as an acrylic polymer nematic liquid crystal having p-cyanobiphenyl as a mesogen group or a polysiloxane polymer smectic liquid crystal, or a compound containing a liquid crystal component in a molecule.
【0040】上部電極41と下部電極42との間に印加
する電圧と時間を制御することにより、記録媒体を構成
する液晶を相転移等の状態変化、例えば等方相となる温
度まで昇温せしめ、その後に上部電極41と対向電極5
1の間に情報書き込み用の電圧を印加し、加熱用の電流
の通電を停止し急冷するか、あるいは情報書き込み用の
電圧を印加せずに加熱用の電流,電圧を制御し徐冷する
ことによって液晶は配向状態となり、モノドメイン状態
となる。By controlling the voltage and time applied between the upper electrode 41 and the lower electrode 42, the liquid crystal constituting the recording medium is heated to a state change such as a phase transition, for example, to a temperature at which the liquid crystal becomes an isotropic phase. And then the upper electrode 41 and the counter electrode 5
Apply a voltage for writing information during 1 and stop the current supply for heating, and cool down rapidly, or control the current and voltage for heating without applying the voltage for writing, and gradually cool down. As a result, the liquid crystal is in an alignment state and is in a monodomain state.
【0041】一方、情報書き込み用の電圧を印加せずに
加熱用の電流の通電を停止し急冷すると液晶はポリドメ
イン状態となる。その後、室温まで冷却されると液晶は
ガラス状態になり、その状態が保持される。On the other hand, when the current for heating is stopped and the liquid crystal is rapidly cooled without applying the voltage for writing information, the liquid crystal enters a polydomain state. Thereafter, when cooled to room temperature, the liquid crystal becomes a glassy state, and that state is maintained.
【0042】このモノドメインとポリドメインの2つの
状態として書き込まれた情報は室温では長期間保持され
るため、書き込まれた情報を記録情報として保存でき
る。この状態の異なる液晶は誘電率が異なっているの
で、記録情報は電気的に読み出すことが出来る。Since the information written as the two states of the mono domain and the poly domain is maintained at room temperature for a long period of time, the written information can be stored as record information. Since liquid crystals having different states have different dielectric constants, recorded information can be electrically read.
【0043】ところで、上記不揮発性記憶装置において
は以下に示す改善点がある。それはクロストークの問題
である。以下にその詳細を図6に従い説明する。今、説
明の便宜上、列方向の上部電極をU1、U2、U3、U
4、U5とし、行方向の下部電極をD1、D2、D3と
し、かつ上部電極と下部電極との交差部に形成されるメ
モリセルをMij(iは行数をjは列数を示し、i=
1、2、3、j=1、2、3、4、5)とする。下部電
極D1に+V1の電圧を印加し、上部電極U1、U3に
−V1、上部電極U2、U4、U5に+V1の電圧を印
加して情報の書き込みを行う場合を想定すると、メモリ
セルM11、M13には2V1の電圧が印加され、一方
メモリセルM12、M14、M15には電圧は印加され
ない。従って、この場合はメモリセルM11、M13が
発熱し、該メモリセルM11、M13に対応する液晶5
3が相変化を生じ、情報の書き込みが行われる。The nonvolatile memory device has the following improvements. That is the problem of crosstalk. The details will be described below with reference to FIG. Now, for convenience of explanation, the upper electrodes in the column direction are denoted by U1, U2, U3, U
4, U5, the lower electrode in the row direction is D1, D2, D3, and the memory cell formed at the intersection of the upper electrode and the lower electrode is Mij (i is the number of rows, j is the number of columns, i is i =
1, 2, 3, j = 1, 2, 3, 4, 5). Assuming that a voltage of + V1 is applied to the lower electrode D1, a voltage of -V1 is applied to the upper electrodes U1, U3, and a voltage of + V1 is applied to the upper electrodes U2, U4, U5 to write information, the memory cells M11, M13 Is applied with a voltage of 2V1, while no voltage is applied to the memory cells M12, M14 and M15. Therefore, in this case, the memory cells M11 and M13 generate heat, and the liquid crystal 5 corresponding to the memory cells M11 and M13.
3 causes a phase change, and information is written.
【0044】この情報書き込み時において、下部電極D
1に隣接する下部電極D2には電圧が印加されないの
で、発熱部に隣接するメモリセル、例えばメモリセルM
21には上部電極U1と下部電極D2間にV1の電圧が
印加されることになる。従って、この時、印加電圧と発
熱量が比例関係にある材料を用いると、メモリセルM2
1が書き込み対象のメモリセルM11の1/2の発熱量
で発熱するので、発熱のクロストークを生じ、書き込み
精度が劣化するという難点がある。In writing the information, the lower electrode D
No voltage is applied to the lower electrode D2 adjacent to the memory cell M1, for example, the memory cell M adjacent to the heat generating portion.
21, a voltage V1 is applied between the upper electrode U1 and the lower electrode D2. Therefore, at this time, if a material having a proportional relationship between the applied voltage and the calorific value is used, the memory cell M2
1 generates heat with a heating value of の of that of the memory cell M11 to be written, so that there is a problem that heat generation crosstalk occurs and writing accuracy is deteriorated.
【0045】更には、熱の拡がりによって周辺のメモリ
セルにもクロストークの悪影響がおよぶおそれもある。
すなわち、例えばメモリセルM11が発熱すると、この
熱が上部電極、下部電極および液晶53を伝わって周辺
部に拡がり、この伝熱によって、例えばメモリセルM2
1、M22、M12が温度上昇するからである。このよ
うな欠点は、隣接するメモリセルの間隔を大きくすれば
解消できる。しかるに、このようにすると、メモリセル
のピッチが大きくなり、記録密度が低下するという新た
な欠点がある。Furthermore, the spread of heat may adversely affect the peripheral memory cells due to the crosstalk.
That is, for example, when the memory cell M11 generates heat, this heat propagates through the upper electrode, the lower electrode, and the liquid crystal 53 and spreads to the peripheral portion.
This is because the temperatures of 1, M22 and M12 increase. Such a disadvantage can be solved by increasing the interval between adjacent memory cells. However, in this case, there is a new disadvantage that the pitch of the memory cells is increased and the recording density is reduced.
【0046】本発明はこのような従来技術の諸欠点を解
消するものであり、高密度、大容量化が図れ、書き込み
・読み出しを高速度で行えると共に、周辺装置の小型
化、簡潔化および低価格化が図れ、更には発熱に伴うク
ロストークを確実に排除でき、情報の書き込み・読み出
しを精度よく行える不揮発性記録装置を提供することを
目的とする。The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, which can achieve high density and large capacity, can perform writing / reading at high speed, and reduce the size, simplicity, and low cost of peripheral devices. It is an object of the present invention to provide a non-volatile recording device which can be manufactured at a high price, can reliably eliminate crosstalk due to heat generation, and can accurately write and read information.
【0047】[0047]
【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性記録装
置は、対向配置される一対の基板間に液晶化合物又は分
子中に液晶成分を含む化合物で形成された記録媒体を封
入すると共に、加熱手段により該記録媒体を加熱して情
報を書き込み、読み出し手段により該記録媒体に書き込
まれた情報を読み出すようにした不揮発性記録装置であ
って、該加熱手段が一方の基板上に全面形成された絶縁
膜上に帯状に配線された下部電極と、発熱体を挟んで該
下部電極の上部に積層された帯状の上部電極とで形成さ
れ、上下の電極間に電圧を印加して該発熱体を発熱さ
せ、かつ該上部電極と、他方の基板の内面側において該
上下の電極に直交する方向に配設された対向電極との間
に情報書き込み用電圧を印加して該記録媒体に情報の書
き込みを行うようにしてなり、そのことにより上記目的
が達成される。A nonvolatile recording apparatus according to the present invention includes a liquid crystal compound or a recording medium formed of a compound containing a liquid crystal component in molecules interposed between a pair of substrates arranged opposite to each other, and a heating medium. Means for writing information by heating the recording medium by means, and reading the information written on the recording medium by reading means, wherein the heating means is formed entirely on one substrate. A lower electrode wired in a band on the insulating film, and a band-shaped upper electrode laminated on the lower electrode with a heating element interposed therebetween, and a voltage is applied between the upper and lower electrodes to form the heating element. Heat is generated, and an information writing voltage is applied between the upper electrode and a counter electrode disposed on the inner surface side of the other substrate in a direction perpendicular to the upper and lower electrodes to write information on the recording medium. To do It becomes Te, the objects can be achieved.
【0048】[0048]
【作用】まず、上記構成の不揮発性記録装置における情
報の書き込み・読み出し動作を説明する。上下の電極間
に電圧を印加し、発熱体に電流を通電すると、該発熱体
にジュール熱が発生する。この加熱用の電流、電圧とそ
の印加時間を制御することにより、記録媒体を構成する
液晶を相転移等の状態変化、例えば等方相となる温度ま
で昇温せしめ、その後に上部電極と対向電極の間に情報
書き込み用の電圧を印加し、加熱用の電流の通電を停止
し急冷するか、あるいは情報書き込み用の電圧を印加せ
ず、加熱用の電流、電圧を制御し除冷することによって
液晶は配向状態となり、モノドメイン状態となる。First, the operation of writing and reading information in the nonvolatile recording device having the above configuration will be described. When a voltage is applied between the upper and lower electrodes and a current flows through the heating element, Joule heat is generated in the heating element. By controlling the heating current, voltage and application time, the liquid crystal constituting the recording medium is heated to a state change such as a phase transition, for example, to a temperature at which the liquid crystal becomes an isotropic phase. By applying a voltage for writing information during the period and stopping the supply of current for heating and rapidly cooling, or by applying a voltage for writing information and controlling the current and voltage for heating to cool down The liquid crystal is in an alignment state and is in a mono-domain state.
【0049】一方、情報書き込み用の電圧を印加せずに
加熱用の電流の通電を停止し急冷すると、液晶はポリド
メイン状態になる。その後、室温まで冷却されると液晶
はガラス状態になり、その状態が保持される。On the other hand, when the current for heating is stopped and the liquid crystal is rapidly cooled without applying the voltage for writing information, the liquid crystal enters a polydomain state. Thereafter, when cooled to room temperature, the liquid crystal becomes a glassy state, and that state is maintained.
【0050】このモノドメインとポリドメインの2つの
状態として書き込まれた情報は室温では長期間保持され
るため、書き込まれた情報を記録情報として保存でき
る。この状態の異なる液晶は誘電率が異なっているの
で、記録情報は、対向電極と上部電極間に交流電圧を印
加し、誘電体である記録媒体の電気容量を測定すれば記
録情報を電気的に読み出すことができる。Since the information written as the two states of the mono domain and the poly domain is maintained for a long time at room temperature, the written information can be stored as record information. Since the liquid crystals in these different states have different dielectric constants, the recorded information can be electrically converted by applying an AC voltage between the counter electrode and the upper electrode and measuring the capacitance of the recording medium which is a dielectric. Can be read.
【0051】この状態から液晶を再度同様の手順で相転
移等の状態変化を生じる迄昇温し、その後、発熱体に印
加する電流、電圧を制御することにより、液晶を徐々に
冷却若しくは急冷であっても冷却時に情報書き込み電圧
を印加すると、液晶はモノドメイン状態となる。あるい
は情報書き込み電圧を印加せずに急冷するとポリドメイ
ン状となる。これにより一旦書き込まれた情報を書き換
えることができる。From this state, the temperature of the liquid crystal is raised again by the same procedure until a state change such as phase transition occurs, and then the current and voltage applied to the heating element are controlled to gradually cool or rapidly cool the liquid crystal. If an information writing voltage is applied during cooling, the liquid crystal will be in a monodomain state. Alternatively, if the film is rapidly cooled without applying an information writing voltage, it becomes a polydomain. Thus, the information once written can be rewritten.
【0052】このように上記構成によれば、静的な電気
的制御により記録媒体に対する情報の書き込み・読み出
しができる。As described above, according to the above configuration, it is possible to write / read information on / from the recording medium by static electric control.
【0053】加えて、上記のように発熱体を挟んで積層
した上部電極と下部電極を帯状に配設する構成によれ
ば、上部電極と下部電極間に電圧を印加すると、発熱体
が帯状に発熱する。この時、本発明では図6〜図8で示
した従来例と異なり、上部電極と下部電極は発熱体を挟
んでお互いに平行に配設されており、隣接する電極とは
電気的に分離されている。従って、本発明の構造では電
極配設方向と直交方向へのクロストークの内、隣接する
電極との間のクロストークは発生しない。In addition, according to the configuration in which the upper electrode and the lower electrode, which are stacked with the heating element interposed therebetween, are arranged in a strip shape, when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, the heating element is strip-shaped. Fever. At this time, in the present invention, unlike the conventional example shown in FIGS. 6 to 8, the upper electrode and the lower electrode are disposed in parallel with each other with the heating element interposed therebetween, and are electrically separated from the adjacent electrodes. ing. Therefore, in the structure of the present invention, of the crosstalk in the direction orthogonal to the electrode arrangement direction, crosstalk between adjacent electrodes does not occur.
【0054】一方、電極と配設方向と水平な方向へのク
ロストークについては、電極で挟まれた発熱体は情報書
き込み時に同時に加熱するため問題にはならない。On the other hand, the crosstalk in the direction parallel to the arrangement direction with the electrodes is not a problem because the heating element sandwiched between the electrodes is heated simultaneously when writing information.
【0055】[0055]
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図1は本
発明不揮発性記録装置の表面構成を模式的に示してお
り、周辺回路は機能別にブロック毎に分割して示してあ
る。入出力信号制御部31は、他の装置からの入力信号
を信号処理してメモリーセルへ信号(書き込み情報)を
送る機能と、メモリーセルより読み出された信号を信号
処理して他の装置へ送る機能等を有する。論理系制御部
32は該不揮発性記録装置全体の信号処理を制御する。
駆動回路部33は論理系制御部32からの指令により記
録部34のメモリーセルへ電気信号を供給するための電
流を制御、駆動する。記録部34は入出力信号制御部3
1から与えられる信号を蓄積し、記録情報として保存す
る。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 schematically shows the surface configuration of a nonvolatile recording apparatus according to the present invention, in which peripheral circuits are divided into blocks for each function. The input / output signal control unit 31 has a function of processing an input signal from another device and transmitting a signal (write information) to a memory cell, and a process of processing a signal read from the memory cell and transmitting the signal to another device. It has a sending function. The logic control unit 32 controls the signal processing of the entire nonvolatile recording device.
The drive circuit unit 33 controls and drives a current for supplying an electric signal to the memory cell of the recording unit 34 according to a command from the logical system control unit 32. The recording unit 34 is an input / output signal control unit 3
The signal given from 1 is accumulated and stored as record information.
【0056】該記録部34は、図2に示すように、記録
情報の書き込み/書き換えのための加熱用の発熱体44
と、該発熱体44に電流を通電する配線を有するシリコ
ン基板55とガラス基板52とを有し、両基板52、5
5間に記録媒体としての液晶(液晶層)53を封入した
概略構成をとる。As shown in FIG. 2, the recording section 34 includes a heating element 44 for heating / writing for writing / rewriting of recording information.
And a glass substrate 52 having a wiring for passing a current through the heating element 44 and a glass substrate 52.
The liquid crystal (liquid crystal layer) 53 as a recording medium is sealed between the five.
【0057】ガラス基板52の対向面には対向電極51
が列方向に複数本(Y1、Y2、Y3…)形成される。
また、対向電極51の表面には液晶53に接する配向膜
56が形成される。液晶53はその相転移現象によって
信号を記録する機能を有する。The opposing electrode 51 is provided on the opposing surface of the glass substrate 52.
Are formed in the column direction (Y1, Y2, Y3...).
On the surface of the counter electrode 51, an alignment film 56 in contact with the liquid crystal 53 is formed. The liquid crystal 53 has a function of recording a signal by the phase transition phenomenon.
【0058】発熱体44は部分的に凹凸部を有する平板
状をなし、メモリーセル部では上部電極41と下部電極
42との間に直接挟み込んである。上部電極41は所定
幅を有する帯状をなし、行方向にほぼ等間隔で複数本配
設され、配向膜56を介して液晶53に接している。上
部電極41の下方には、同方向に複数本の下部電極42
が配設される。下部電極42は上部電極41とほぼ同一
の幅寸法を有する帯状をなすが、同一の幅寸法に限定す
るものではなく、帯状の発熱部が均一に加熱できれば幅
寸法が異なっても構わない。The heating element 44 is in the form of a flat plate having an uneven portion, and is directly sandwiched between the upper electrode 41 and the lower electrode 42 in the memory cell section. The upper electrode 41 has a band shape having a predetermined width, and a plurality of the upper electrodes 41 are arranged at substantially equal intervals in the row direction. Below the upper electrode 41, a plurality of lower electrodes 42 are arranged in the same direction.
Is arranged. The lower electrode 42 has a band shape having substantially the same width as the upper electrode 41. However, the width is not limited to the same width, and the width may be different as long as the belt-shaped heat generating portion can be uniformly heated.
【0059】上部電極41と対向電極51の交差する部
分がメモリーセルに相当し、両電極41、42の配設方
向に複数個形成される。両電極41、42の材質として
は、本実施例では耐熱性の優れたタングステンを用い
た。The intersection of the upper electrode 41 and the counter electrode 51 corresponds to a memory cell, and a plurality of the electrodes are formed in the direction in which the two electrodes 41 and 42 are arranged. In this embodiment, tungsten having excellent heat resistance was used as a material of the electrodes 41 and 42.
【0060】配向膜56および前記対向電極51の表面
に形成される配向膜56は、共にポリイミドを塗布加熱
後ラビング処理して形成される。配向膜56はポリイミ
ドに限定するものではなく、他の配向膜材料を用いても
構わない。また、液晶材料と書き込み/書き換え条件を
選べば配向膜を省略できる場合もある。Both the alignment film 56 and the alignment film 56 formed on the surface of the counter electrode 51 are formed by applying polyimide, heating and then rubbing. The alignment film 56 is not limited to polyimide, and another alignment film material may be used. Further, in some cases, if the liquid crystal material and the writing / rewriting conditions are selected, the alignment film can be omitted.
【0061】シリコン基板55はICで一般に使用され
る半導体用単結晶シリコンであり、抵抗値を制御するた
めに不純物を添加してある。該シリコン基板55でその
まま下部電極42を形成すると、上部電極41との間で
通電される駆動電流がシリコン基板55へリークする。
そこで、本実施例では電流リークを防止するため、シリ
コン基板55の表面をフィールド絶縁膜57で覆い、そ
の上に下部電極42を形成する構成をとる。The silicon substrate 55 is a single crystal silicon for a semiconductor generally used for an IC, and is doped with an impurity for controlling a resistance value. When the lower electrode 42 is formed on the silicon substrate 55 as it is, a driving current flowing between the lower electrode 42 and the upper electrode 41 leaks to the silicon substrate 55.
Therefore, in this embodiment, in order to prevent current leakage, the surface of the silicon substrate 55 is covered with the field insulating film 57, and the lower electrode 42 is formed thereon.
【0062】加えて、列方向に隣接する下部電極42と
42の間には絶縁膜58が形成される。該絶縁膜58
は、下部電極42間を電気的に分離するためのものであ
るが、同時に発熱体44からの熱伝導による熱の広がり
の影響を低減する目的をも備えている。すなわち、熱の
広がりを考慮してその幅が決定される。発熱体44から
発生した熱が行方向に隣接するメモリーセルに広がり、
そこに書き込まれた情報に影響を与えないように空間を
確保しなければならないが、この熱の広がりを考慮して
絶縁膜58の幅が決定される。なお、メモリーセルは上
下の電極41、42間に挟み込まれた発熱体44の相当
部位によって加熱され、相転移等の状態変化を生じる液
晶53の対応する部分およびこの液晶部分が封入される
シリコン基板55〜ガラス基板52間の構成要素によっ
て構成される。In addition, an insulating film 58 is formed between the lower electrodes 42 adjacent in the column direction. The insulating film 58
Are for electrically separating the lower electrodes 42 from each other, but also have the purpose of reducing the influence of heat spread due to heat conduction from the heating element 44. That is, the width is determined in consideration of the spread of heat. The heat generated from the heating element 44 spreads to the memory cells adjacent in the row direction,
A space must be ensured so as not to affect the information written therein, but the width of the insulating film 58 is determined in consideration of the spread of heat. The memory cell is heated by a corresponding portion of the heating element 44 sandwiched between the upper and lower electrodes 41 and 42, and a corresponding portion of the liquid crystal 53 causing a state change such as phase transition and a silicon substrate in which the liquid crystal portion is sealed. It is constituted by components between 55 and the glass substrate 52.
【0063】絶縁膜58は下部電極42を覆うようにし
てフィールド絶縁膜57上に形成された後、該下部電極
42の上面に相当する部分が開口58aされ、開口部5
8aを通して発熱体44が下部電極42上に直接積層さ
れ、続いてその上に上部電極41が形成される構成にな
っている。After the insulating film 58 is formed on the field insulating film 57 so as to cover the lower electrode 42, a portion corresponding to the upper surface of the lower electrode 42 is formed with an opening 58a.
The heating element 44 is directly laminated on the lower electrode 42 through 8a, and then the upper electrode 41 is formed thereon.
【0064】記録情報の書き込み/消去時には、発熱体
44の発熱により上部電極41および下部電極42に共
に温度上昇が生じるため、電極材料は耐熱性が要求され
る。そこで、本実施例では、上記のように減圧CVD法
で形成したタングステンを用いた。一方、発熱体44は
耐熱性を持つと同時に適度な抵抗値と微細加工が可能な
材料を使用する必要が有り、本実施例では高純度な多結
晶シリコンを減圧CVD法で形成した。When writing / erasing recorded information, the heat generated by the heating element 44 causes a temperature rise in both the upper electrode 41 and the lower electrode 42, so that the electrode material is required to have heat resistance. Therefore, in this embodiment, tungsten formed by the low pressure CVD method as described above was used. On the other hand, it is necessary that the heating element 44 be made of a material that has heat resistance and at the same time has an appropriate resistance value and can be finely processed. In this embodiment, high-purity polycrystalline silicon is formed by a low-pressure CVD method.
【0065】なお、電極材料としては、減圧CVD法で
形成したタングステンに限定されるものではなく、耐熱
性と耐薬品性を備え、形成と加工が容易であり低抵抗な
材料であれば他の材料を用いても構わない。また形成方
法についても減圧CVD法に限定されず、膜厚を均一に
できる方法であればよい。また、発熱耐44は多結晶シ
リコンを減圧CVD法で形成したものを用いたが、適当
な抵抗値と耐熱性、耐薬品性を備え形成と加工が容易な
材料であれば他の材料と形成方法を用いても構わない。The electrode material is not limited to tungsten formed by the low pressure CVD method, and any other material having heat resistance and chemical resistance, easy to form and process, and low resistance can be used. Materials may be used. Further, the forming method is not limited to the low pressure CVD method, and any method can be used as long as the film thickness can be made uniform. As the heat resistance 44, polycrystalline silicon formed by a low pressure CVD method was used. However, if it is a material having an appropriate resistance value, heat resistance, chemical resistance and easy to form and process, it is formed with another material. A method may be used.
【0066】次に、本発明不揮発性記録装置の概略製造
工程について説明する。本実施例では周辺MOS IC
の形成工程と記録部34の形成工程が必要であるが、こ
こでは説明の簡略上MOS ICのプロセスについては
触れず、メモリーセルの工程のみを説明する。Next, a description will be given of a schematic manufacturing process of the nonvolatile recording apparatus of the present invention. In this embodiment, the peripheral MOS IC
However, for the sake of simplicity, the process of the MOS IC will not be described here, and only the process of the memory cell will be described.
【0067】シリコン基板55は6インチP型(10
0)の単結晶シリコンウエハーを用いた。まず、シリコ
ン基板55上に熱酸化によって800nmのフィールド酸
化膜57を形成する。次いで、フィールド酸化膜57上
に減圧CVD法により膜厚1.2μmのタングステン膜
を形成する。そして、該膜をフォトリソグラフィとドラ
イエッチングにより不要部分を除去し、下部電極42を
パターン形成する。次に、例えばプラズマCVD法によ
りフィールド酸化膜57上に下部電極42を覆うように
してシリコン窒化膜を成膜して絶縁膜58を形成する。
次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングによ
り、該絶縁膜58の下部電極42の上面に相当する部分
に開口部58aを形成する。The silicon substrate 55 is a 6-inch P-type (10
The single crystal silicon wafer of 0) was used. First, an 800 nm field oxide film 57 is formed on a silicon substrate 55 by thermal oxidation. Next, a 1.2 μm-thick tungsten film is formed on the field oxide film 57 by a low pressure CVD method. Then, unnecessary portions of the film are removed by photolithography and dry etching, and the lower electrode 42 is patterned. Next, a silicon nitride film is formed on the field oxide film 57 so as to cover the lower electrode 42 by, for example, a plasma CVD method, and an insulating film 58 is formed.
Next, an opening 58a is formed in a portion of the insulating film 58 corresponding to the upper surface of the lower electrode 42 by photolithography and dry etching.
【0068】次いで、下部電極42の上面およびフィー
ルド酸化膜57上に減圧CVD法によって比抵抗が約10
00Ω・cm、膜厚が約1.0μmの多結晶シリコンを全
面に形成し、発熱体44とする。多結晶シリコンはボロ
ン、リン、金属等の不純物が膜中へ混入すると抵抗値が
下がり発熱したときに所定の温度に達しないことがあ
る。従って、減圧CVD法に使用する材料の純度や装置
の清浄度に特に注意する必要がある。本実施例では、多
結晶シリコン形成用の材料として高純度のモノシランガ
スを用い、減圧CVD法で発熱体44を形成したが、必
要な抵抗値を確保できれば、他のシリコン化合物や他の
形成方法を用いても構わない。Then, the resistivity is reduced to about 10 by the low pressure CVD method on the upper surface of the lower electrode 42 and on the field oxide film 57.
A heating element 44 is formed by forming polycrystalline silicon having a thickness of about 1.0 μm and a thickness of about 1.0 μm on the entire surface. When impurities such as boron, phosphorus, and metal are mixed into the film of polycrystalline silicon, the resistance value decreases, and heat may not reach a predetermined temperature. Therefore, it is necessary to pay particular attention to the purity of the material used for the low pressure CVD method and the cleanliness of the apparatus. In this embodiment, the heating element 44 is formed by a low-pressure CVD method using a high-purity monosilane gas as a material for forming polycrystalline silicon. However, if a necessary resistance value can be secured, another silicon compound or another forming method may be used. You may use it.
【0069】次いで、減圧CVD法により約1.0μm
のタングステン膜を形成し、該膜をホトリソグラフィと
ドライエッチングにより不要部分を除去して上部電極4
1をパターン形成する。次に、ポリイミド材料を回転塗
布し加熱重合後、不要部分を除去し、ラビング処理を行
って配向膜56を形成した。Then, about 1.0 μm
An unnecessary portion is removed by photolithography and dry etching to form an upper electrode 4.
1 is patterned. Next, after a polyimide material was spin-coated and heated and polymerized, unnecessary portions were removed, and a rubbing treatment was performed to form an alignment film 56.
【0070】一方、対向電極51側のガラス基板52は
適当な大きさに裁断され、しかる後、スパッタリング法
により表面にITO(Indium Tin Oxid
e)膜からなる透明導電膜が積層され、続いて、ホトリ
ソグラフィとエッチングにより、ITO膜の不要部分を
除去する。対向電極51の配設ピッチと電極の太さは、
情報の書き込みと読み出しに最適の条件になるように選
定した。そして、その後、対向電極51の表面にポリイ
ミド材料を回転塗布し、加熱重合後、不要部分の除去と
ラビングを施し配向膜56を形成する。On the other hand, the glass substrate 52 on the side of the counter electrode 51 is cut into an appropriate size, and thereafter, the surface is made of ITO (Indium Tin Oxid) by sputtering.
e) A transparent conductive film made of a film is laminated, and then unnecessary portions of the ITO film are removed by photolithography and etching. The arrangement pitch of the counter electrode 51 and the thickness of the electrode are:
The conditions were selected so that the optimum conditions for writing and reading information were obtained. After that, a polyimide material is spin-coated on the surface of the counter electrode 51, and after heat polymerization, unnecessary portions are removed and rubbed to form an alignment film 56.
【0071】次いで、以上の工程で作製したシリコン基
板55とガラス基板52を、それぞれの電極形成面を内
側にして対向し、且つシリコン基板55側のメモリーセ
ル上に対向電極51が位置するように位置合わせる。そ
して、ガラス基板55の記録部34の周辺に当たる部分
をシールする。その後、p−シアノビフェニルをメソゲ
ン基とするアクリルタイプの高分子ネマチック液晶(T
i=106℃、重合度;150)をシリコン基板55と
ガラス基板52の間に充填する。そして、該高分子ネマ
チック結晶を100V、500Hzの交流電圧を印加し
つつ、等方相から除冷し、ホメオトロピック配向状態と
する。最後に完成したシリコン基板55をダイシング
し、ボンディングを行った後、パッケージに収納する。Next, the silicon substrate 55 and the glass substrate 52 manufactured in the above steps are opposed to each other with the respective electrode forming surfaces inside, and the counter electrode 51 is positioned on the memory cell on the silicon substrate 55 side. Align. Then, a portion of the glass substrate 55 corresponding to the periphery of the recording section 34 is sealed. Thereafter, an acrylic polymer nematic liquid crystal having a mesogen group of p-cyanobiphenyl (T
i = 106 ° C., degree of polymerization; 150) is filled between the silicon substrate 55 and the glass substrate 52. Then, the polymer nematic crystal is cooled from the isotropic phase while applying an AC voltage of 100 V and 500 Hz to be in a homeotropic alignment state. Finally, the completed silicon substrate 55 is diced and bonded, and then housed in a package.
【0072】尚、液晶材料に関しては上記のものに限定
されるものではなく、熱により相転移等の状態変化を起
こし、変化した状態を保持できるものならば他の液晶材
料を使用しても構わない。It should be noted that the liquid crystal material is not limited to the above, and any other liquid crystal material may be used as long as it causes a state change such as phase transition by heat and can maintain the changed state. Absent.
【0073】上記のようにして作製される本発明不揮発
性記録装置は、液晶53の熱による相転移等の状態変化
を情報書き込みとして利用し、状態変化に伴う誘電率の
変化を情報の読み出しとして利用する。すなわち、相転
移に伴う液晶53の構造変化(ポリドメイン構造←→モ
ノドメイン構造)を利用して情報の書き込み、読み出し
を行うようにしている。The nonvolatile recording device of the present invention manufactured as described above uses a state change such as a phase transition due to heat of the liquid crystal 53 as information writing, and uses a change in dielectric constant accompanying the state change as information reading. Use. That is, information is written and read using a structural change of the liquid crystal 53 due to the phase transition (poly domain structure ← → mono domain structure).
【0074】以下、図3に従い本発明不揮発性記録装置
における情報の書き込み動作および読み出し動作の概略
を説明する。図3おいて、U1、U2、U3は行方向に
配設された帯状の上部電極41を示し、D1、D2、D
3は発熱体を挟んでその下方に形成される帯状の下部電
極42を示す。また、Y1、Y2、Y3は列方向に配設
される対向電極51を示し、Hij(iは行数をjは列
数を示し、i=1、2、3、j=1、2、3)は発熱体
44を示し、LCij(i=1、2、3、j=1、2、
3)は発熱体Hijと対応する位置にある液晶53をそ
れぞれ示している。Hereinafter, an outline of the information write operation and the information read operation in the nonvolatile recording device of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, U1, U2, and U3 denote strip-shaped upper electrodes 41 arranged in the row direction, and D1, D2, and D
Reference numeral 3 denotes a band-like lower electrode 42 formed below the heating element. Y1, Y2, and Y3 indicate the counter electrodes 51 arranged in the column direction, and Hij (i indicates the number of rows, j indicates the number of columns, and i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3 ) Indicates a heating element 44 and LCij (i = 1, 2, 3, j = 1, 2,.
3) shows the liquid crystal 53 at a position corresponding to the heating element Hij.
【0075】今、LC12に情報を書き込む場合を想定
すると、この場合には上部電極U1と下部電極D1間に
電圧を印加し、発熱体H11、H12、H13を同時に
発熱させ、LC11、LC12、LC13を等方相と
し、これと同時に上部電極U1と対向電極Y2間に書き
込み電圧を印加する。続いて、上部電極U1と下部電極
D1間への電圧の供給を停止し、発熱体H11、H1
2、H13の発熱を停止する。そうすると、液晶LC1
2の温度が低下し、液晶相温度になると上部電極U1と
対向電極Y2間に印加される電圧に従って液晶LC12
が配向し、その後ガラス相の温度になり、その状態が保
持される。すなわち、液晶LC12に書き込まれた情報
が保持される。Now, assuming that information is to be written to the LC12, in this case, a voltage is applied between the upper electrode U1 and the lower electrode D1 to cause the heating elements H11, H12, H13 to generate heat at the same time. Is made an isotropic phase, and at the same time, a write voltage is applied between the upper electrode U1 and the counter electrode Y2. Subsequently, the supply of voltage between the upper electrode U1 and the lower electrode D1 is stopped, and the heating elements H11, H1
2. Stop the heat generation of H13. Then, the liquid crystal LC1
When the temperature of the liquid crystal LC2 decreases and reaches the liquid crystal phase temperature, the liquid crystal LC12 changes according to the voltage applied between the upper electrode U1 and the counter electrode Y2.
Are oriented, and then reach the temperature of the glass phase, and this state is maintained. That is, the information written in the liquid crystal LC12 is held.
【0076】一方、この時、液晶LC11、LC13に
は上部電極U1と対向電極Y1、Y3との間に書き込み
電圧が印加されないので、液晶LC11、LC13は配
向せずにポリドメイン状態になる。すなわち、液晶LC
11、LC13には情報が書き込まれない。On the other hand, at this time, no writing voltage is applied between the upper electrode U1 and the opposing electrodes Y1, Y3 to the liquid crystals LC11, LC13, so that the liquid crystals LC11, LC13 are in a polydomain state without being oriented. That is, the liquid crystal LC
11. No information is written in the LC13.
【0077】以下同様にして上部電極U2、下部電極D
2間および上部電極U3、下部電極D3に電圧を順次印
加して行き、対応する液晶に情報を書き込んで行く。こ
こで、上部電極U1、下部電極D1の組合せ、上部電極
U2、下部電極D2の組合せおよび上部電極U3、下部
電極D3の組合せは上記のようにそれそれ独立して構成
される。それ故、本実施例によれば、これらの隣接する
電極に対して電気的なクロストークは生じない。Hereinafter, the upper electrode U2 and the lower electrode D
A voltage is sequentially applied between the two and the upper electrode U3 and the lower electrode D3, and information is written to the corresponding liquid crystal. Here, the combination of the upper electrode U1 and the lower electrode D1, the combination of the upper electrode U2 and the lower electrode D2, and the combination of the upper electrode U3 and the lower electrode D3 are independently configured as described above. Therefore, according to the present embodiment, no electrical crosstalk occurs between these adjacent electrodes.
【0078】なお、これらの配設方向、すなわちライン
方向については同時に加熱されるため、該方向にクロス
トークを発生することはない。Note that since these arrangement directions, that is, the line directions, are heated simultaneously, no crosstalk occurs in the directions.
【0079】情報の読み出しは、上部電極41と下部電
極42との間に交流を印加すると、液晶LCijの容量
が読み出され、これにより読み出し動作が行われるよう
になっている。For reading information, when an alternating current is applied between the upper electrode 41 and the lower electrode 42, the capacitance of the liquid crystal LCij is read, and thereby the reading operation is performed.
【0080】なお、情報の読み出しは以下の方法によっ
ても行うことができる。すなわち、モノドメイン構造で
は液晶53は透明状態であるのに対し、ポリドメイン構
造では光の散乱のために液晶53が不透明状態になる。
したがって、メモリーセルにレーザー光等の光を照射
し、液晶53からの反射光を検知すれば、この方法によ
っても情報を読み出すことができる。該方法は光学的検
知手段を含むものの、信号処理手段を含むため全体とし
てみれば電気的な読み出し方法といえる。Note that information can be read out by the following method. That is, in the mono-domain structure, the liquid crystal 53 is in a transparent state, whereas in the poly-domain structure, the liquid crystal 53 is in an opaque state due to light scattering.
Therefore, if the memory cell is irradiated with light such as a laser beam and the reflected light from the liquid crystal 53 is detected, information can be read also by this method. Although this method includes an optical detection unit, it includes a signal processing unit and can be said to be an electrical readout method as a whole.
【0081】上記のように本発明不揮発性記録装置は、
記録部34として単結晶シリコン基板55を用いるの
で、情報の入出力を制御等するICからなる周辺回路を
同一装置内に容易に搭載できる。従って、装置構成の小
型化、簡潔化およびコストダウンを図る上で都合のよい
ものになる。なお、周辺回路としてはICに限定される
ものではなく、単結晶シリコン基板55に搭載できるも
のであれば、他の回路や回路素子を用いても構わない。As described above, the nonvolatile recording apparatus of the present invention
Since the single crystal silicon substrate 55 is used as the recording unit 34, a peripheral circuit including an IC for controlling input / output of information can be easily mounted in the same device. Therefore, it is convenient for miniaturization, simplification, and cost reduction of the device configuration. Note that the peripheral circuit is not limited to an IC, and any other circuit or circuit element may be used as long as it can be mounted on the single crystal silicon substrate 55.
【0082】[0082]
【発明の効果】以上の本発明不揮発性記録装置によれ
ば、静的な電気的制御により記録媒体に対する情報の書
き込み・読み出しができるので、光磁気ディスクや磁気
ディスクで必要な回転機構や移動機構が不要になる。従
って、装置構成の小型化、簡潔化および低価格化が図れ
る。また、レーザーピックアップやヘッド等の複雑な構
成部品や精密な構造が不要になるため、振動、衝撃やゴ
ミ付着に起因して装置が破損することもない。それ故、
記録保持の安定性を著しく向上できる。According to the nonvolatile recording apparatus of the present invention, information can be written to and read from a recording medium by static electric control. Therefore, a rotating mechanism and a moving mechanism required for a magneto-optical disk or a magnetic disk are required. Becomes unnecessary. Therefore, the size, simplicity, and cost of the device configuration can be reduced. In addition, since complicated components such as a laser pickup and a head and a precise structure are not required, the apparatus is not damaged due to vibration, impact, or adhesion of dust. Therefore,
The stability of record retention can be significantly improved.
【0083】また、IC不揮発性メモリによる不揮発性
記録装置と比べてメモリーセルの構造を簡潔化できるの
で、大面積化が実現可能である。また、ICの微細加工
技術を応用することにより、微細なメモリーセルを実現
できる。従って、大容量、高密度な不揮発性記録装置が
実現できる。Further, since the structure of the memory cell can be simplified as compared with a nonvolatile recording device using an IC nonvolatile memory, a large area can be realized. In addition, a fine memory cell can be realized by applying the fine processing technology of the IC. Therefore, a large-capacity, high-density nonvolatile recording device can be realized.
【0084】加えて、本発明不揮発性記録装置は、記録
媒体を加熱する加熱手段を、発熱体を直接挟み込んだ帯
状の上下の電極で形成しており、隣接する電極とは電気
的に独立している。従って、隣接する電極との間に電気
的なクロストークが生じない。また、電極と平行方向で
はクロストークは問題にならず、メモリーセルのピッチ
を小さくできるため、記録密度が向上すると同時に、情
報記録を精度よく行える利点がある。In addition, in the nonvolatile recording apparatus of the present invention, the heating means for heating the recording medium is formed by upper and lower strip-shaped electrodes directly sandwiching the heating element, and is electrically independent of the adjacent electrodes. ing. Therefore, no electric crosstalk occurs between the adjacent electrodes. Further, in the direction parallel to the electrodes, crosstalk does not pose a problem, and the pitch of the memory cells can be reduced. Therefore, there is an advantage that the recording density is improved and information can be recorded with high accuracy.
【図1】本発明不揮発性記録装置の表面構成図。FIG. 1 is a surface configuration diagram of a nonvolatile recording device of the present invention.
【図2】本発明不揮発性記録装置のメモリセルを示す斜
視図。FIG. 2 is a perspective view showing a memory cell of the nonvolatile recording device of the present invention.
【図3】メモリセルの等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell.
【図4】EEPROMの構造図。FIG. 4 is a structural diagram of an EEPROM.
【図5】光磁気ディスクの構造図。FIG. 5 is a structural diagram of a magneto-optical disk.
【図6】本願出願人が先に提案した不揮発性記録装置の
記録部の表面構成図。FIG. 6 is a surface configuration diagram of a recording unit of a nonvolatile recording device previously proposed by the present applicant.
【図7】図6のA−A線に相当するメモリーセルの断面
図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a memory cell corresponding to line AA in FIG. 6;
【図8】本願出願人が先に提案した不揮発性記録装置の
メモリーセルを示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing a memory cell of a nonvolatile recording device previously proposed by the present applicant.
31 入出力信号制御部 32 論理系制御部 33 駆動回路部 34 記録部 41(U1、U2、U3) 上部電極 42(D1、D2、D3) 下部電極 44(Hij) 発熱体 51(Y1、Y2、Y3) 対向電極 52 ガラス基板 53 液晶 55 シリコン基板 56 配向膜 57 フィールド絶縁膜 58 絶縁膜 31 I / O signal control unit 32 Logical system control unit 33 Drive circuit unit 34 Recording unit 41 (U1, U2, U3) Upper electrode 42 (D1, D2, D3) Lower electrode 44 (Hij) Heating element 51 (Y1, Y2, Y3) Counter electrode 52 Glass substrate 53 Liquid crystal 55 Silicon substrate 56 Alignment film 57 Field insulating film 58 Insulating film
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/13 102 G02F 1/13 505 G02F 1/1343Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/13 102 G02F 1/13 505 G02F 1/1343
Claims (1)
又は分子中に液晶成分を含む化合物で形成された記録媒
体を封入すると共に、加熱手段により該記録媒体を加熱
して情報を書き込み、読み出し手段により該記録媒体に
書き込まれた情報を読み出すようにした不揮発性記録装
置であって、 該加熱手段が一方の基板上に全面形成された絶縁膜上に
帯状に配線された下部電極と、発熱体を挟んで該下部電
極の上部に積層された帯状の上部電極とで形成され、上
下の電極間に電圧を印加して該発熱体を発熱させ、かつ
該上部電極と、他方の基板の内面側において該上下の電
極に直交する方向に配設された対向電極との間に情報書
き込み用電圧を印加して該記録媒体に情報の書き込みを
行う不揮発性記録装置。A recording medium formed of a liquid crystal compound or a compound containing a liquid crystal component in a molecule is sealed between a pair of substrates disposed opposite to each other, and information is written by heating the recording medium by heating means. A non-volatile recording device configured to read information written to the recording medium by reading means, wherein the heating means is arranged in a strip shape on an insulating film formed over the entire surface of one of the substrates, and a lower electrode; A band-shaped upper electrode laminated on the lower electrode with a heating element interposed therebetween, applying a voltage between upper and lower electrodes to cause the heating element to generate heat, and the upper electrode and the other substrate A non-volatile recording device that writes information on the recording medium by applying an information writing voltage between an inner surface and a counter electrode disposed in a direction orthogonal to the upper and lower electrodes.
Priority Applications (7)
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DE1992629384 DE69229384T2 (en) | 1991-10-30 | 1992-09-09 | Non-volatile memory device |
EP19920308163 EP0540153B1 (en) | 1991-10-30 | 1992-09-09 | A non-volatile memory device |
US07/942,947 US5444651A (en) | 1991-10-30 | 1992-09-09 | Non-volatile memory device |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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JP2009123847A (en) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Gunma Univ | Memory device, memory cell, memory cell array and electronic equipment |
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