JP2823757B2 - Non-volatile recording device - Google Patents

Non-volatile recording device

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JP2823757B2
JP2823757B2 JP31741592A JP31741592A JP2823757B2 JP 2823757 B2 JP2823757 B2 JP 2823757B2 JP 31741592 A JP31741592 A JP 31741592A JP 31741592 A JP31741592 A JP 31741592A JP 2823757 B2 JP2823757 B2 JP 2823757B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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、メモリーカードおよびワードプロセッサ等の機器に
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】不揮発性記録装置の一例として、情報の
書き換えが可能になったものがあり、このような不揮発
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。 磁気テープ 磁気ディスク EPROM,EEPROM(IC不揮発性メモリー) 光磁気ディスク また、この種の不揮発性記録装置の最近のものとして、
本願出願人が、例えば特願平3−138027号、特願
平3−285136号で先に提案した 液晶を用いた不揮発性メモリー がある。
2. Description of the Related Art As an example of a non-volatile recording device, there is a device in which information can be rewritten. The following four types are typical of such non-volatile recording devices. Magnetic tape Magnetic disk EPROM, EEPROM (IC nonvolatile memory) Magneto-optical disk Also, as a recent nonvolatile storage device of this type,
For example, there is a nonvolatile memory using a liquid crystal proposed by the applicant of the present invention in Japanese Patent Application Nos. Hei 3-13827 and Hei 3-285136.

【0003】以下に上記した各不揮発性記録装置の概要
を説明する。
The outline of each of the above-mentioned nonvolatile recording devices will be described below.

【0004】磁気テープ 最も代表的な書き換え可能型の不揮発性記録装置であ
り、安価であるという特長を有し、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、記憶容
量が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ーとしても使われている。
[0004] Magnetic tapes are the most typical rewritable non-volatile recording devices, have the feature of being inexpensive, and are most widely used as audio tapes and video tapes. Further, the storage device has a very large storage capacity, and is used as a backup memory for a computer.

【0005】しかしながら、情報のシーケンシャルな書
き込み/読み出しのみが可能であり、ランダムアクセス
が出来ないという欠点がある。また情報の読み出し、書
き込みの為のアクセス時間が長いという欠点もある。
However, there is a disadvantage that only sequential writing / reading of information is possible and random access is not possible. Another disadvantage is that the access time for reading and writing information is long.

【0006】磁気ディスク コンピュータやワードプロセッサ用の外部記録装置とし
て使われており、取り扱いが簡単で、安価なフロッピー
ディスクと、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 used as an external recording device for a computer or a word processor, and an inexpensive floppy disk which is easy to handle and an expensive hard disk which has a large storage capacity but is difficult to handle and are often used.

【0007】磁気ディスクの特長は、高速ランダムアク
セスが可能であり、書き込み・書き換えが比較的容易な
ことである。
The characteristics of the magnetic disk are that high-speed random access is possible and writing / rewriting is relatively easy.

【0008】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る。
The recording capacity is about 1 megabyte for one 3.5-inch floppy disk and about 40 megabytes for one 3.5-inch hard disk.

【0009】EPROM,EEPROM IC不揮発性メモリーは、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。このようなIC不揮
発性メモリーとして、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が代表的である。これらのIC
不揮発性メモリーは小型軽量、アクセス時間が短い、消
費電力が小さい等の特長を備えている。ここでは電気的
に書き込み・消去が可能なEEPROMを例に挙げて説
明する。
[0009] EPROM and EEPROM IC nonvolatile memories are rewritable recording devices, and are capable of high-density recording. Typical examples of such an IC nonvolatile memory include an EPROM that performs electrical writing and erasing by ultraviolet irradiation, and an EEPROM that allows electrical writing and erasing. These ICs
Non-volatile memories have features such as small size, light weight, short access time, and low power consumption. Here, an electrically writable / erasable EEPROM will be described as an example.

【0010】図5はEEPROMのメモリーセルの断面
形状を示す。基板7の表面側には、ソース領域8および
ドレイン領域6が形成され、両者の間にチャンネル領域
9が形成されている。そして、これらの上にゲート酸化
膜5が形成され、その上にフローティングゲート4、コ
ントロールゲート2がこの順にパターン形成されてい
る。フローティングゲート4には、キャリアーが蓄積、
保存されており、コントロールゲート2がフローティン
グゲート4へのキャリアーの注入を制御する。
FIG. 5 shows a sectional shape of a memory cell of the EEPROM. On the surface side of the substrate 7, a source region 8 and a drain region 6 are formed, and a channel region 9 is formed therebetween. Then, a gate oxide film 5 is formed on these, and a floating gate 4 and a control gate 2 are pattern-formed thereon in this order. Carriers are accumulated in the floating gate 4,
The control gate 2 controls the injection of carriers into the floating gate 4.

【0011】コントロールゲート2とフローティングゲ
ート4との間は、シリコン酸化膜からなる絶縁膜3で分
離されている。そして、これらの上に基板7の表面を覆
うようにして表面保護膜1が形成されている。表面保護
膜1としては、通常シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
が用いられる。
The control gate 2 and the floating gate 4 are separated by an insulating film 3 made of a silicon oxide film. The surface protection film 1 is formed on these so as to cover the surface of the substrate 7. As the surface protection film 1, a silicon oxide film or a silicon nitride film is usually used.

【0012】このような構成において、情報の記録(書
き込み)を行う場合は、ドレイン領域6とコントロール
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、キャリアーとしてのホットエレクトロンをフローテ
ィングゲート4に注入する。一方、記録情報の消去は、
ソース領域8とコントロールゲート2との間に電圧を印
加し、Fowler-Nordheim(N-F)Tunneling現象を利用して
キャリアーを除去する。また、記録情報の読み出しは、
ソース領域8、ドレイン領域6の間のチャンネル領域9
の反転電圧の閾値電圧で、ON/OFFの判断をする。
In such a configuration, when recording (writing) information, a voltage is applied between the drain region 6 and the control gate 2, and hot electrons as carriers are passed through the gate oxide film 5 to the floating gate. Inject into 4. On the other hand, erasing recorded information
A voltage is applied between the source region 8 and the control gate 2, and carriers are removed using the Fowler-Nordheim (NF) Tunneling phenomenon. Also, the reading of the record information
Channel region 9 between source region 8 and drain region 6
ON / OFF is determined based on the threshold voltage of the inversion voltage.

【0013】ここで、キャリアーの注入、除去はゲート
酸化膜5を通して行うので、ゲート酸化膜5の膜質と膜
厚はEEPROMの構成上非常に重要である。例えば、
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、歩留りの低下によるコストアップが大き
な問題となる。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、歩留りが低下し、より
コストアップとなる。
Here, 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 5 are very important in the structure of the EEPROM. For example,
In a 1 Mbit EEPROM, the gate oxide film 5 is usually used.
Is a thin film having a thickness of about 20 nm, it is difficult to control the film quality and the film thickness, and the increase in cost due to a decrease in yield is a serious problem. Further, the chip size is usually about 7 to 10 mm on both the short side and the long side. If the chip area is increased to increase the recording capacity, the yield decreases and the cost increases.

【0014】このような理由により、現状のEEPRO
M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。
For these reasons, the current EEPRO
The recording capacity of M is about 1 to 4 megabits, which is smaller than other non-volatile recording devices such as a magneto-optical disk and a magnetic disk.

【0015】光磁気ディスク 光ディスクの一種で、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.

【0016】図6に光磁気ディスクの構造の一例を示
す。光磁気ディスクの記録・再生は記録媒体に垂直磁化
特性を示す磁性薄膜15、16を用い、あらかじめ磁化
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D上の集光領域21に集光し、局部的な加熱
により信号を記録する。再生はカー効果又はファラデー
効果を利用する。即ち、直線偏光されたレーザー光20
をディスクDの上に当てると、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。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、信号を再生する。このような光磁気ディスクは、
文書ファイル、画像ファイル用に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. 6 shows an example of the structure of a magneto-optical disk. For recording / reproducing of a magneto-optical disk, a magnetic thin film 15 or 16 having a perpendicular magnetization characteristic is used for a recording medium, and a laser beam 20 is applied in a weak magnetic field in a direction opposite to a previously magnetized direction.
Is focused on the focusing area 21 on the disk D, and a signal is recorded by local heating. Reproduction uses the Kerr effect or the Faraday effect. That is, the linearly polarized laser light 20
Is applied to the disk D, the plane of polarization of the transmitted light or reflected light rotates according to the magnetization state of the magnetic thin films 15 and 16. The rotation of the plane of polarization is converted into a light intensity signal using an analyzer, and detected as an electric signal by a photodetector, thereby reproducing the signal. Such a magneto-optical disk is
It has been put to practical use as a recording device capable of large-capacity recording for document files and image files.

【0017】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、透明な基板を通して、非接触で
情報を記録できることである。即ち、この方法では記録
面側23のゴミは問題とならない。これに対して、基板
面側22のゴミは影響するが、基板面側22ではレーザ
ー光20の焦点があっていないため、ビーム径が数百μ
mと大きく、多少のゴミが存在しても悪影響を受けるこ
とがない。
The feature of the magneto-optical disk is that the laser beam 20
Therefore, information can be recorded in a non-contact manner through a transparent substrate. That is, in this method, dust on the recording surface side 23 does not matter. On the other hand, dust on the substrate surface side 22 has an effect, but since the laser light 20 is not focused on the substrate surface side 22, the beam diameter is several hundred μm.
m, and there is no adverse effect even if some dust is present.

【0018】光ディスクによる情報記録は、集光された
レーザー光で情報を記録・再生するため高密度な記録が
できる。たとえば、3.5インチディスクで120メガ
バイト程度の大容量のメモリー装置が実現出来る。
In information recording using an optical disk, high-density recording can be performed because information is recorded / reproduced with a focused laser beam. For example, a memory device having a large capacity of about 120 megabytes on a 3.5-inch disk can be realized.

【0019】但し、光磁気ディスクは書き込み・読み出
しにレーザー光源やアクチュエータを構成する磁石、回
転機構等が必要であるため、周辺機器が大きく価格が高
くなる欠点がある。
However, since a magneto-optical disk requires a laser light source, a magnet constituting an actuator, a rotating mechanism, and the like for writing and reading, there is a disadvantage that peripheral equipment is large and the price is high.

【0020】これまでに述べた〜までの不揮発性記
録装置の問題点を整理すると以下のようになる。
The problems of the non-volatile recording devices described above are summarized as follows.

【0021】(1)大容量、高密度な記録。(1) Large-capacity, high-density recording.

【0022】フロッピーディスクでは3.5インチディ
スクで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 size of about 1 megabyte, and cannot cope with an increase in capacity and density.

【0023】EPROM、EEPROM等のIC不揮発
性メモリーでは高密度化は実現できるものの、歩留り上
の制約によってチップ面積を大きくできないため、大容
量化が難しい。
Although high density can be realized with an IC nonvolatile memory such as an EPROM and an EEPROM, it is difficult to increase the capacity because the chip area cannot be increased due to a limitation in yield.

【0024】(2)衝撃、振動に弱い。(2) Weak against shock and vibration.

【0025】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1μm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 μm or less, and the disk is easily damaged by shock or vibration. Further, there is a disadvantage that even if minute dust adheres to the head or the disk, the recording device is damaged.

【0026】(3)書き込み、読み出し等周辺装置が複
雑で大きい。
(3) Peripheral devices such as writing and reading are complicated and large.

【0027】フロッピーディスク、ハードディスクおよ
び光磁気ディスクは、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、かつ複雑化する。
A floppy disk, a hard disk, and a magneto-optical disk need to have a rotating mechanism such as a motor to write and read information by rotating the disk, which makes the peripheral device larger and more complicated.

【0028】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制御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
全体が大きく、かつ重くなってしまう問題がある。
In addition, in the case of a hard disk, the distance between the disk and the head must be precisely controlled, and a cushioning material is required to secure impact resistance, so that the entire device becomes large and heavy. There's a problem.

【0029】また、光磁気ディスクでは書き込み・読み
出し等にレーザ光源や磁石、回転機構等を使用するた
め、装置が大きく、重くなり、また価格も高くなってし
まう欠点がある。
Further, since a magneto-optical disk uses a laser light source, a magnet, a rotating mechanism, and the like for writing and reading, there is a disadvantage that the device is large, heavy, and expensive.

【0030】(4)読み出し・書き込みが高速度で行え
ること。
(4) Reading and writing can be performed at a high speed.

【0031】フロッピーディスク、ハードディスクおよ
び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、読み出しの高速化を図る
上で限界がある。
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.

【0032】これらの問題点を全て解決するような、不
揮発性記録装置として上記の液晶を用いた不揮発性メモ
リーがある。以下にその概要と問題点を簡単に述べる。
As a nonvolatile recording device which can solve all of these problems, there is a nonvolatile memory using the above-mentioned liquid crystal. The outline and problems are briefly described below.

【0033】図7および図8はこの不揮発性メモリーを
示す。液晶化合物を2枚の基板55、52で挟み、その
両方の基板55、52にマトリクス状の電極を設けて、
読み出し・書き込みを行う概略構成になっている。
FIGS. 7 and 8 show this nonvolatile memory. A liquid crystal compound is sandwiched between two substrates 55 and 52, and a matrix electrode is provided on both of the substrates 55 and 52,
It has a schematic configuration for reading and writing.

【0034】今少し具体的に説明すると、下側のシリコ
ン基板55上には、上部電極41が紙面の表裏方向に相
当する列方向に複数本配列されており、上部電極41の
下方であって、上部電極41の配列方向と直行する行方
向に複数本の下部電極42が配列されている。また、上
部電極41と下部電極42との間には発熱体44が設け
られ、両電極41、42の交差部にメモリーセルが形成
される。
More specifically, on the lower silicon substrate 55, a plurality of upper electrodes 41 are arranged in a column direction corresponding to the front and back directions of the drawing sheet. , A plurality of lower electrodes 42 are arranged in a row direction orthogonal to the arrangement direction of the upper electrodes 41. A heating element 44 is provided between the upper electrode 41 and the lower electrode 42, and a memory cell is formed at the intersection of the two electrodes 41 and 42.

【0035】シリコン基板55には対向面に対向電極5
1が形成されたガラス基板52が貼り合わされ、両基板
55、52間に高分子ネマチック液晶からなる液晶53
を充填しメモリーセルを構成する。なお、図中56は液
晶層の上下両面に接して配設される配向膜である。ま
た、57はフィールド絶縁膜、54は電極間絶縁膜であ
る。
The silicon substrate 55 has an opposite electrode 5 on the opposite surface.
The glass substrate 52 on which the first liquid crystal 1 is formed is bonded, and a liquid crystal 53 composed of a polymer nematic liquid crystal is disposed between the two substrates 55 and 52.
To form a memory cell. In the figure, reference numeral 56 denotes an alignment film provided in contact with both upper and lower surfaces of the liquid crystal layer. Reference numeral 57 denotes a field insulating film, and reference numeral 54 denotes an inter-electrode insulating film.

【0036】情報の書き込みは、発熱体44に交流電圧
を印加し液晶53を加熱して行う。加熱後、交流電圧の
給電を停止し、液晶53を急冷するとポリドメイン構造
となる。また、交流電圧の給電を徐々に低くすることに
より、液晶53は徐冷されモノドメイン構造となる。モ
ノドメイン構造にするには、液晶53に電圧をかけなが
ら冷却することによっても実現できる。
The writing of information is performed by applying an AC voltage to the heating element 44 and heating the liquid crystal 53. After the heating, the supply of the AC voltage is stopped, and the liquid crystal 53 is rapidly cooled to have a polydomain structure. Further, by gradually lowering the supply of the AC voltage, the liquid crystal 53 is gradually cooled to have a monodomain structure. The mono-domain structure can also be realized by cooling the liquid crystal 53 while applying a voltage.

【0037】一方、読み出しは、上部電極41と対向電
極51との間に交流電圧を印加し、液晶53の電気容量
を測定して行う。具体的にはポリドメイン構造とモノド
メイン構造では液晶53の誘電率が異なるため、この差
に起因する電気容量の差を測定する。
On the other hand, reading is performed by applying an AC voltage between the upper electrode 41 and the counter electrode 51 and measuring the electric capacity of the liquid crystal 53. Specifically, since the dielectric constant of the liquid crystal 53 is different between the poly-domain structure and the mono-domain structure, a difference in electric capacitance caused by the difference is measured.

【0038】[0038]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の液晶を
用いた不揮発性メモリーは、その構造上の問題から、熱
伝導率が高く、誘電率異方性の大きい液晶材料の選定
や、貼り合わされる2枚の基板55、52の電気的接続
といったような生産技術上の難点があり、構造の改良が
望まれているのが現状である。以下にその問題点の詳細
を説明する。
However, the above-mentioned nonvolatile memory using a liquid crystal has a problem in its structure, so that a liquid crystal material having a high thermal conductivity and a large dielectric anisotropy can be selected or bonded. There are drawbacks in production technology such as electrical connection between the two substrates 55 and 52, and at present it is desired to improve the structure. The details of the problem will be described below.

【0039】まず、これらの液晶を用いた不揮発性メモ
リーは、基板が2つに分離しているため、メモリー装置
駆動用のドライバー回路を一体化することが困難であ
る。なぜなら、読み出し・書き込み用のマトリクス状の
電極数は多く、かつ間隔も狭い。よって、一方の基板5
2に作り込まれたメモリー装置のドライバー回路と、他
方の基板に分かれて置かれている読み出し・書き込み用
のマトリクス状の電極とを接続することが困難である。
また、接続点が小さくなることは、その分、接続抵抗が
大きくなり、その影響を補うためのドライバー回路も複
雑になる。これらの技術的困難は、生産性を低下させコ
ストアップにつながる。
First, in these nonvolatile memories using liquid crystal, it is difficult to integrate a driver circuit for driving the memory device because the substrate is divided into two. This is because the number of matrix electrodes for reading and writing is large and the intervals are small. Therefore, one of the substrates 5
It is difficult to connect the driver circuit of the memory device built in 2 with the read / write matrix-shaped electrodes separately provided on the other substrate.
In addition, when the connection point is reduced, the connection resistance is correspondingly increased, and the driver circuit for compensating for the influence is also complicated. These technical difficulties reduce productivity and increase costs.

【0040】また、記録媒体としての液晶53は熱伝導
率が比較的小さいので、希望する領域全体を望ましい熱
的な状態変化を起こさせるまで一様に加熱するのは難し
い。このことは、図9に示す発熱部分のコンピューター
シミュレーションによる熱拡散の解析結果より明かであ
る。
Since the liquid crystal 53 as a recording medium has a relatively small thermal conductivity, it is difficult to uniformly heat the entire desired area until a desired thermal state change occurs. This is clear from the analysis result of the thermal diffusion by the computer simulation of the heat generating portion shown in FIG.

【0041】すなわち、図9に示すように、加熱された
発熱体44の表面に接する液晶53の温度は液晶53が
相転移するのに十分な温度(58℃)に上昇している
が、上側のガラス基板52の近くでは温度上昇が少ない
(46℃)。従って、この状態で液晶53に電界をかけ
ると、誘電率変化を起こすのは発熱体44の表面に接す
る部分のみであるため、メモリーセル全体の誘電率変化
(相転移)を検出するのは難しい。
That is, as shown in FIG. 9, the temperature of the liquid crystal 53 in contact with the surface of the heated heating element 44 has risen to a temperature (58 ° C.) sufficient for the liquid crystal 53 to undergo a phase transition. In the vicinity of the glass substrate 52, the temperature rise is small (46 ° C.). Therefore, when an electric field is applied to the liquid crystal 53 in this state, a change in the dielectric constant occurs only in a portion in contact with the surface of the heating element 44, so that it is difficult to detect a change in the dielectric constant (phase transition) of the entire memory cell. .

【0042】このような不具合は、発熱体44の加熱時
間を長くすれば解消できる。しかしながら、加熱時間を
長くすると高温の領域が周囲に広がるため、隣接するメ
モリーセルにまで相転移が生じる。従って、メモリーセ
ルの高密度化が困難になるという新たな欠点がある。
Such a problem can be solved by lengthening the heating time of the heating element 44. However, if the heating time is lengthened, the high-temperature region spreads to the periphery, so that a phase transition occurs even in an adjacent memory cell. Therefore, there is a new disadvantage that it is difficult to increase the density of the memory cells.

【0043】そこで、上記の液晶を用いた不揮発性メモ
リーでは、2枚の基板55、52の間隔を極端に狭く
し、液晶層を薄くすることにより、メモリーセル全体を
一様に加熱することとしていた。
Therefore, in the nonvolatile memory using the above-mentioned liquid crystal, the interval between the two substrates 55 and 52 is extremely narrowed, and the liquid crystal layer is made thin so that the entire memory cell is uniformly heated. Was.

【0044】しかしながら、基板55、52間の間隔を
極端に狭くすると、当然のことながら上下の電極51、
41間の間隔も極端に狭くなるため、上下に分かれた電
極51、41の接触が起こりやすく、生産時に不良品を
頻発するおそれがある。このため、コストダウンを図る
上で限界があった。また、高分子液晶のような粘性の高
い液晶材料をこのような薄いセル内に一様に注入するこ
とは難しいので、液晶材料が限定されるという難点もあ
る。
However, when the space between the substrates 55 and 52 is extremely narrowed, the upper and lower electrodes 51 and 52 are naturally formed.
Since the interval between the electrodes 41 is extremely narrow, the electrodes 51 and 41 which are separated into upper and lower parts are likely to be in contact with each other. For this reason, there is a limit in reducing costs. In addition, since it is difficult to uniformly inject a highly viscous liquid crystal material such as a polymer liquid crystal into such a thin cell, the liquid crystal material is limited.

【0045】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたものであり、高密度、大容量化
が図れ、書き込み・読み出しを高速で行えると共に、周
辺機器の小型化が図れ装置構成全体を小型化、簡潔化で
き、更には大幅なコストダウンが可能になる新しいタイ
プの不揮発記録装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and can achieve high density, large capacity, high-speed writing / reading, and downsizing of peripheral devices. It is an object of the present invention to provide a new type of non-volatile recording device capable of reducing the size and simplicity of the entire device configuration and further reducing the cost.

【0046】[0046]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発記録装置
は、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基板上に塗布し若しくは該基板と封
止用材料との間に封入すると共に、加熱手段によって該
記録媒体を加熱して、該記録媒体の物性値の熱的な状態
変化で情報を書き込む一方、電気的な読み出し手段によ
り該記録媒体の物性値の変化を該記録媒体に書き込まれ
た情報として読み出す不揮発性記録装置であって、該加
熱手段及び該電気的な読み出し手段が同一基板上に形成
されており、 該電気的な読み出し手段が、交差かつ重畳
して配置された第1電極と第2電極からなる第1電極対
で形成されると共に、 該加熱手段が、該第2電極と該第
2電極に交差かつ重畳した第3電極からなる第2電極対
及び該第2電極対の交差部に絶縁膜と共に挟まれた発熱
体で形成されており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile recording device comprising a liquid crystal compound or a compound containing a liquid crystal component in a molecule.
The formed recording medium is applied on a substrate or sealed between the substrate and a sealing material, and the recording medium is heated by a heating means to change the physical state of the recording medium in a thermal state. A non-volatile recording device that reads changes in the physical property values of the recording medium as information written to the recording medium by an electric reading unit while the heating unit and the electric reading unit Are formed on the same substrate, and the electric readout means
Electrode pair consisting of a first electrode and a second electrode arranged
And the heating means comprises the second electrode and the second electrode.
A second electrode pair consisting of a third electrode crossing and overlapping the two electrodes
And heat generated between the intersection of the second electrode pair and the insulating film.
It is formed of a body, thereby achieving the above object.

【0047】好ましくは、前記絶縁膜がシリコン窒化膜
からなる構成とする
Preferably, the insulating film is a silicon nitride film
It consists of .

【0048】[0048]

【0049】[0049]

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【0052】[0052]

【作用】1枚の基板の上に3層構造の電極、すなわち第
1電極、第2電極および第3電極がマトリクス状に形成
されている不揮発記録装置を例に取って以下にその作用
を説明する。
The operation will be described below by taking a non-volatile recording device in which three-layered electrodes, ie, a first electrode, a second electrode and a third electrode, are formed in a matrix on a single substrate. I do.

【0053】ここで、第1電極、第2電極および第3電
極はこの順に記録媒体である液晶層に近くなっており、
第1電極および第2電極は共に液晶層に接している。従
って、第1電極と第2電極で形成される第1電極対によ
り液晶層の物性値が読み取られる。
Here, the first electrode, the second electrode, and the third electrode are closer to the liquid crystal layer as a recording medium in this order.
Both the first electrode and the second electrode are in contact with the liquid crystal layer. Therefore, the physical property value of the liquid crystal layer is read by the first electrode pair formed by the first electrode and the second electrode.

【0054】このような構成において、マトリクス状に
配置された第2電極対に電圧を印加して、その交差部に
挟まれた発熱体に電流を流すと、発熱体にジュール熱が
発生する。この電流、電圧および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層(液晶)を相
転移等の状態変化が生じる温度まで昇温することができ
る。そして、その後電流の通電を停止し、液晶層を急冷
すると、液晶層が相転移等の状態変化をしたままで固定
される。これにより液晶層の物性値、例えば誘電率が変
化し、情報が書き込まれた状態になる。この状態は長時
間保持されるため、書き込まれた情報を記録情報として
不揮発に保持できる。
In such a configuration, when a voltage is applied to the second pair of electrodes arranged in a matrix and a current flows through the heating element sandwiched between the intersections, Joule heat is generated in the heating element. By controlling the current, the voltage, and the application time, the liquid crystal layer (liquid crystal) constituting the recording medium can be heated to a temperature at which a state change such as a phase transition occurs. Then, when the current supply is stopped and the liquid crystal layer is rapidly cooled, the liquid crystal layer is fixed while undergoing a state change such as phase transition. As a result, the physical property value of the liquid crystal layer, for example, the dielectric constant changes, and the information is written. Since this state is held for a long time, the written information can be held in a nonvolatile manner as recording information.

【0055】誘電率の変化として書き込まれた記録情報
は、第1電極と第2電極との間に交流電圧を印加し、誘
電体である液晶層のそのとき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。すなわち、情
報の読み出しが行われる。
The recorded information written as a change in the dielectric constant can be obtained by applying an AC voltage between the first electrode and the second electrode and measuring the capacitance of the liquid crystal layer as a dielectric at that time. Can be read out electrically. That is, reading of information is performed.

【0056】この状態から液晶層を再度同様の手順で相
転移等の状態変化の生じるまで昇温し、その後、第2電
極対を介して発熱体に印加される電流、電圧を制御する
ことにより、液晶層を徐々に冷却、若しくは急冷であっ
て冷却時に高い交流電圧を印加すると、液晶層は再度状
態変化を生じ、これにより液晶層に一旦書き込まれた情
報を消去できる。従って、以上の構成により書き換え可
能な不揮発性液晶メモリーを実現できる。
From this state, the temperature of the liquid crystal layer is raised again by a similar procedure until a state change such as phase transition occurs, and then the current and voltage applied to the heating element via the second electrode pair are controlled. If the liquid crystal layer is gradually cooled or quenched and a high AC voltage is applied during cooling, the liquid crystal layer undergoes a state change again, whereby information once written in the liquid crystal layer can be erased. Therefore, a rewritable nonvolatile liquid crystal memory can be realized by the above configuration.

【0057】上記構成の不揮発性記録装置は、情報の書
き込み時に液晶層の厚さ方向の配向変化を利用するので
はなく、第1電極および第2電極の表面にある液晶の配
向変化を利用している。その理由は前述の熱解析結果か
らも明らかなように、メモリーセルの上方の液晶層全体
を一様に加熱することが難しいことによる。
The non-volatile recording device having the above configuration does not use the change in the orientation of the liquid crystal layer in the thickness direction when writing information, but uses the change in the orientation of the liquid crystal on the surfaces of the first and second electrodes. ing. The reason is that it is difficult to uniformly heat the entire liquid crystal layer above the memory cell, as is clear from the above-mentioned thermal analysis result.

【0058】これに対して、発熱体に近い第1電極と第
2電極に接する液晶層の表面部分は比較的簡単に昇温で
きるため、情報記録を素早く行うことができる。また、
上記構成では、読み出し電極である第1電極および第2
電極と、加熱手段である発熱体は共に一枚の基板上に形
成されているため、書き込み・読み出しのための回路も
同一基板上に作り込めるので、記録装置全体の構成が簡
略化される。
On the other hand, since the temperature of the surface of the liquid crystal layer in contact with the first and second electrodes close to the heating element can be raised relatively easily, information can be recorded quickly. Also,
In the above configuration, the first electrode and the second
Since both the electrode and the heating element as the heating means are formed on a single substrate, a circuit for writing and reading can be formed on the same substrate, thereby simplifying the configuration of the entire recording apparatus.

【0059】[0059]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0060】図1は本発明不揮発性記録装置の表面構成
を模式的に示している。記録部28の周辺回路、すなわ
ち入出力信号制御部25、論理系制御部26および駆動
回路部27は機能別にブロックに分割して示してある。
FIG. 1 schematically shows the surface configuration of the nonvolatile recording apparatus of the present invention. Peripheral circuits of the recording unit 28, that is, the input / output signal control unit 25, the logical system control unit 26, and the drive circuit unit 27 are shown divided into blocks according to their functions.

【0061】ここで、入出力信号制御部25は、MPU
等の他の装置からの入力信号を処理してメモリーセル2
9(図2参照)へ信号(書き込み情報)を送る機能と、
メモリーセル29より読み出された信号を処理して他の
装置へ送る機能等を有する。論理系制御部26は不揮発
記録装置全体の信号処理を制御する。駆動回路部27
は、論理系制御部26からの指令により記録部28のメ
モリーセル29へ電気信号を供給するための電流を通電
する。記録部28は入出力信号制御部25から与えられ
る信号(データ)を蓄積し、記録情報として保存する。
Here, the input / output signal control unit 25
Process input signals from other devices such as the memory cell 2
9 (see FIG. 2) for sending a signal (write information);
It has a function of processing a signal read from the memory cell 29 and sending the processed signal to another device. The logical system control unit 26 controls the signal processing of the entire nonvolatile recording device. Drive circuit unit 27
Supplies a current for supplying an electric signal to the memory cell 29 of the recording unit 28 according to a command from the logical system control unit 26. The recording unit 28 accumulates a signal (data) provided from the input / output signal control unit 25 and stores it as recording information.

【0062】なお、このような周辺回路としては、IC
に限定されるものではなく、シリコン基板上に搭載でき
るものなら、他の回路や回路素子を用いても構わない。
Incidentally, such a peripheral circuit is an IC
However, the present invention is not limited to this, and other circuits and circuit elements may be used as long as they can be mounted on a silicon substrate.

【0063】図2ないし図4に示すように、記録部28
は記録部28のメモリーセル29に対する記録情報の書
き込み/書き換えを行うための加熱用の発熱体35、発
熱体35に電流を供給する第2電極34、第3電極37
および第2電極34と協働して記録情報の読み出しを行
うための第1電極32を有するシリコン基板39と、シ
リコン基板39上に塗布された液晶層31を有する。以
下にその詳細を説明する。
As shown in FIGS. 2 to 4, the recording unit 28
Denotes a heating heating element 35 for writing / rewriting recording information to the memory cell 29 of the recording section 28, a second electrode 34 for supplying current to the heating element 35, and a third electrode 37.
And a silicon substrate 39 having a first electrode 32 for reading recorded information in cooperation with the second electrode 34, and a liquid crystal layer 31 applied on the silicon substrate 39. The details will be described below.

【0064】図2は記録部28の液晶層31を除いたシ
リコン基板39の表面構成を示しており、複数本の第1
電極32、32…が図上縦方向に相当する列方向に均等
な間隔を設けて行方向に配設されている。第1電極32
はその上方の液晶層31と接している。第1電極32の
下方であって、第1電極32と直交する列方向には、複
数本の第2電極34、34…が行方向に均等な間隔を設
けて配設されており、両電極32、34で第1の電極対
が構成される。
FIG. 2 shows the surface configuration of the silicon substrate 39 excluding the liquid crystal layer 31 of the recording section 28.
Are arranged in the row direction at equal intervals in the column direction corresponding to the vertical direction in the figure. First electrode 32
Is in contact with the liquid crystal layer 31 thereabove. A plurality of second electrodes 34, 34,... Are arranged at equal intervals in the row direction below the first electrode 32 and in a column direction orthogonal to the first electrode 32. A first electrode pair is constituted by 32 and 34.

【0065】第1電極32および第2電極34の交差部
は、シリコン基板39上にマトリクス状に配置されてい
る。第1電極32および第2電極34からなる電極対
は、メモリーセル29に記録された情報の読み出し時に
使用される。なお、第2電極34もその上方の液晶層3
1に接している。また、メモリーセル29もマトリクス
状に配置されており、このメモリーセル29全体で記録
部28が構成される。図2おいて、行方向および行方向
に表示した細線で囲まれた1つの領域がメモリーセル2
9に相当する。
The intersection of the first electrode 32 and the second electrode 34 is arranged on the silicon substrate 39 in a matrix. The electrode pair including the first electrode 32 and the second electrode 34 is used when reading information recorded in the memory cell 29. The second electrode 34 also has a liquid crystal layer 3 above it.
Touching 1 The memory cells 29 are also arranged in a matrix, and the recording unit 28 is constituted by the entire memory cells 29. In FIG. 2, one area surrounded by thin lines displayed in the row direction and the row direction is a memory cell 2
Equivalent to 9.

【0066】また、第2電極34の下方であって、第2
電極34と直交する行方向には同様にして複数本の第3
電極37、37…が配設されている。従って、第2電極
34と第3電極37で形成される第2の電極対の交差部
もマトリクス状に配置されている。この第2の電極対の
交差部には発熱体35が挟まれており、第2電極34お
よび第3電極37はその配線の一部分で、発熱体35を
介して電気的に接続され、発熱体35に電力を供給す
る。なお、本実施例では、メモリーセル29の寸法を小
さくするために、上記各電極32、34、37の配線材
料として耐熱性の優れたタングステンを用いている。
Further, below the second electrode 34, the second
Similarly, in the row direction orthogonal to the electrode 34, a plurality of third
The electrodes 37 are arranged. Therefore, the intersection of the second electrode pair formed by the second electrode 34 and the third electrode 37 is also arranged in a matrix. A heating element 35 is sandwiched between the intersections of the second electrode pair, and the second electrode 34 and the third electrode 37 are part of the wiring and are electrically connected to each other through the heating element 35. Supply power to 35. In this embodiment, in order to reduce the size of the memory cell 29, tungsten having excellent heat resistance is used as a wiring material of the electrodes 32, 34, and 37.

【0067】上記のメモリーセル29は、シリコン基板
39の第1電極32と第2電極34の交差部分に位置す
る部分と、その上に配置された液晶層31で形成され
る。液晶層31はその相転移現象によって情報を記録す
る機能を有する。
The above-mentioned memory cell 29 is formed of a portion of the silicon substrate 39 located at the intersection of the first electrode 32 and the second electrode 34, and the liquid crystal layer 31 disposed thereon. The liquid crystal layer 31 has a function of recording information by the phase transition phenomenon.

【0068】図3および図4に従い、以下にメモリーセ
ル29の具体的な構成を順を追って説明する。シリコン
基板39は、ICで一般に使用されている半導体用単結
晶シリコン基板であり、抵抗値を制御するために不純物
を添加してある。シリコン基板39の上にそのまま第3
電極37を形成すると、第3電極37と第2電極34と
の間で通電される駆動電流がシリコン基板39へ電流リ
ークするので、これを防止するために、本実施例ではシ
リコン基板39の表面をフィールド絶縁膜38で覆っ
て、その上に第3電極37を形成する構成をとる。
Referring to FIGS. 3 and 4, a specific configuration of the memory cell 29 will be described below step by step. The silicon substrate 39 is a single crystal silicon substrate for a semiconductor generally used for an IC, and is doped with an impurity to control a resistance value. Third on the silicon substrate 39
When the electrode 37 is formed, a driving current flowing between the third electrode 37 and the second electrode 34 leaks to the silicon substrate 39. To prevent this, in this embodiment, the surface of the silicon substrate 39 is used. Is covered with a field insulating film 38 and a third electrode 37 is formed thereon.

【0069】また、第3電極37と第2電極34の間に
は両者間の絶縁性を保つために電極間絶縁膜36が形成
されている。第3電極37と第2電極34の間には10
V以上の電圧を印加する場合もあり、絶縁破壊を防止す
るためにピンホールの無い均質な膜質と、均質な膜厚が
必要である。そこで、本実施例では電極間絶縁膜36と
して、プラズマCVD法で形成したシリコン窒化膜を用
いた。
An inter-electrode insulating film 36 is formed between the third electrode 37 and the second electrode 34 in order to maintain the insulation between them. 10 between the third electrode 37 and the second electrode 34
In some cases, a voltage of V or more is applied. In order to prevent dielectric breakdown, a uniform film quality without pinholes and a uniform film thickness are required. Therefore, in this embodiment, a silicon nitride film formed by a plasma CVD method is used as the inter-electrode insulating film 36.

【0070】この電極間絶縁膜36はメモリーセル29
の部分で開口しており、その部分で第2電極34と第3
電極37の間に直接発熱体35を挟み込む構造としてい
る。記録情報の書き込み/消去の時には、第2電極34
と第3電極37の間に電圧が印加され、発熱体35に電
流が流れ、発熱体35にジュール熱が発生し、発熱体3
5の発熱により第2電極34、第3電極37も共に温度
上昇を生ずるため、これらの電極材料は耐熱性が要求さ
れる。そこで本実施例では、減圧CVD法で形成したタ
ングステンを用いた。一方、発熱体35は耐熱性を有す
ると同時に適度な抵抗値と微細加工が可能な材料を使用
する必要があるので、本実施例では高純度な多結晶シリ
コンをCVD法で形成した。
The inter-electrode insulating film 36 serves as the memory cell 29
The second electrode 34 and the third electrode
The heating element 35 is directly sandwiched between the electrodes 37. When writing / erasing recorded information, the second electrode 34
And a third electrode 37, a current flows through the heating element 35, Joule heat is generated in the heating element 35, and the heating element 3
Since the temperature of both the second electrode 34 and the third electrode 37 is increased by the heat generated in 5, the heat resistance of these electrode materials is required. Therefore, in this embodiment, tungsten formed by the low pressure CVD method is used. On the other hand, since it is necessary to use a material that has heat resistance and an appropriate resistance value and can be finely processed at the same time as the heating element 35, in this embodiment, high-purity polycrystalline silicon is formed by the CVD method.

【0071】上記のように、本実施例では配線材料とし
てCVD法で形成したタングステンを用いたが、耐熱性
があれば他の材料を用いても構わない。また、形成方法
もCVDに限定せず、均一に形成できれば他の方法でも
良い。
As described above, in this embodiment, tungsten formed by the CVD method is used as the wiring material, but other materials may be used as long as they have heat resistance. Further, the forming method is not limited to CVD, and other methods may be used as long as they can be formed uniformly.

【0072】次に、記録部28にマトリクス状に形成さ
れるメモリーセル29の具体的な製造工程を説明する。
なお、本発明の不揮発性記録装置では、周辺MOS(Met
al Oxide Semiconductor) ICの形成工程と記録部2
8の形成工程が必要であるが、ここでは説明の簡略上M
OS ICプロセスについては周知のIC製造プロセス
を用いるという説明に止め、メモリーセル29の製造行
程のみを説明する。
Next, a specific manufacturing process of the memory cells 29 formed in a matrix in the recording section 28 will be described.
In the nonvolatile recording device of the present invention, the peripheral MOS (Met
al Oxide Semiconductor) IC formation process and recording unit 2
8 is necessary, but here, for simplicity of explanation, M
As for the OS IC process, only the well-known IC manufacturing process will be described, and only the manufacturing process of the memory cell 29 will be described.

【0073】本実施例ではシリコン基板39として6イ
ンチP型(100)の単結晶シリコンウエハーを用い
た。まず、シリコン基板39上に熱酸化によって800
nmのフィールド絶縁膜(フィールド酸化膜)38を形
成する。次いで、フィールド絶縁膜38の上に減圧CV
D法により膜厚1.2μmのタングステン膜を形成す
る。続いて、このタングステン膜をフォトリソグラフィ
とドライエッチングによって不要部分を除去し、第3電
極37をパターン形成する。
In this embodiment, a 6-inch P-type (100) single crystal silicon wafer was used as the silicon substrate 39. First, 800 Å is formed on the silicon substrate 39 by thermal oxidation.
A field insulating film (field oxide film) 38 of nm is formed. Next, the reduced pressure CV is applied on the field insulating film 38.
A tungsten film having a thickness of 1.2 μm is formed by Method D. Subsequently, unnecessary portions of the tungsten film are removed by photolithography and dry etching, and the third electrode 37 is patterned.

【0074】次に、プラズマCVD法によって第3電極
37の上に膜厚1.0μmのシリコン窒化膜を成膜し、
第3電極37と第2電極34との間を絶縁する電極間絶
縁膜36を形成する。続いて、フォトリソグラフィとド
ライエッチングによって電極間絶縁膜36に第3電極3
7に到達する開口部を形成する。
Next, a 1.0 μm-thick silicon nitride film is formed on the third electrode 37 by a plasma CVD method.
An inter-electrode insulating film 36 for insulating between the third electrode 37 and the second electrode 34 is formed. Subsequently, the third electrode 3 is formed on the inter-electrode insulating film 36 by photolithography and dry etching.
An opening reaching 7 is formed.

【0075】次に、第3電極37および電極間絶縁膜3
6を覆うようにして減圧CVD法によって比抵抗が約1
000Ω・cm、膜厚が約1.0μmの多結晶シリコン
をシリコン基板39上の全面に形成し、発熱体35とす
る。ここで、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くなることがあるので、特にC
VD法に使用する材料の純度や装置の清浄には注意が必
要である。そこで、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C
VD法で発熱体35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。
Next, the third electrode 37 and the inter-electrode insulating film 3
6 so that the specific resistance is about 1 by the low pressure CVD method.
A polycrystalline silicon having a thickness of about 1,000 Ω · cm and a thickness of about 1.0 μm is formed on the entire surface of the silicon substrate 39 to form a heating element 35. Here, the resistance of polycrystalline silicon decreases when impurities such as boron, phosphorus, and metal are mixed into the film, and the temperature may not reach a predetermined temperature when heat is generated.
Attention must be paid to the purity of the materials used in the VD method and the cleaning of the equipment. Therefore, in this embodiment, high-purity monosilane gas is used as a material for forming polycrystalline silicon,
Although the heating element 35 is formed by the VD method, another silicon compound or another forming method may be used as long as a necessary resistance value can be secured.

【0076】次いで、発熱体35の上に減圧CVD法に
より約1.0μmのタングステン膜を形成し、続いてこ
のタングステン膜をフォトリソグラフィとドライエッチ
ングによって不要部分を除去し、第2電極35を形成し
た。
Next, a tungsten film of about 1.0 μm is formed on the heating element 35 by a low pressure CVD method, and unnecessary portions of the tungsten film are removed by photolithography and dry etching to form a second electrode 35. did.

【0077】次いで、プラズマCVD法によって第2電
極34上に膜厚5.0μmのシリコン窒化膜を成膜し、
第1電極32と第2電極34との間を絶縁する電極間絶
縁膜33とした。続いて、フォトリソグラフィとドライ
エッチングによって電極間絶縁膜33に第2電極34に
到達する開口部を形成する。この電極間絶縁膜33は誘
電率が低いため、膜厚を厚くした方がよい。すなわち、
そうすることにより、液晶層31の相転移による誘電率
変化を大きくでき、読み出しが容易になるからである。
Next, a silicon nitride film having a thickness of 5.0 μm is formed on the second electrode 34 by a plasma CVD method.
An inter-electrode insulating film 33 for insulating between the first electrode 32 and the second electrode 34 was formed. Subsequently, an opening reaching the second electrode 34 is formed in the inter-electrode insulating film 33 by photolithography and dry etching. Since the interelectrode insulating film 33 has a low dielectric constant, it is better to increase the film thickness. That is,
By doing so, the change in the dielectric constant due to the phase transition of the liquid crystal layer 31 can be increased, and the reading is facilitated.

【0078】次いで、電極間絶縁膜33の上に減圧CV
D法により約1.0μmのタングステン膜を成膜し、こ
のタングステン膜をホトリソグラフィとドライエッチン
グによって不要部分を除去し、第1電極32を形成し
た。
Next, a reduced pressure CV is applied on the inter-electrode insulating film 33.
A tungsten film of about 1.0 μm was formed by the method D, and unnecessary portions of the tungsten film were removed by photolithography and dry etching to form the first electrode 32.

【0079】以上の製造工程で作製されたシリコン基板
39の上に、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を1〜10μm
の厚さで均一に塗布し、続いて第1電極32と第2電極
34の間に100V,500Hzの交流電圧を印加しな
がら液晶層31を等方相から徐冷し、ホメオトロピック
配向状態とする。なお、液晶材料は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
ば他の材料を使用しても構わない。
An acrylic polymer nematic liquid crystal having p-cyanobiphenyl as a mesogen group is formed on the silicon substrate 39 manufactured by the above-described manufacturing process in an amount of 1 to 10 μm.
Then, the liquid crystal layer 31 is gradually cooled from the isotropic phase while applying an AC voltage of 100 V, 500 Hz between the first electrode 32 and the second electrode 34, so that the homeotropic alignment state is obtained. I do. Note that other materials may be used as the liquid crystal material as long as the material causes a state change such as a phase transition by heat and can maintain the changed state.

【0080】また、上記実施例では、必要なものが形成
されたシリコン基板39上に液晶層31を塗布してメモ
リーセル29を作製することにしたが、適当な大きさに
切断したガラスとシリコン基板39を1〜10μmの間
隔を設けて貼り合わせ、両者の間に高分子液晶を注入し
てメモリーセル29を作製することも可能である。
Further, in the above embodiment, the liquid crystal layer 31 is applied to the silicon substrate 39 on which the necessary components are formed, thereby manufacturing the memory cell 29. It is also possible to attach the substrates 39 at an interval of 1 to 10 μm and inject a polymer liquid crystal between them to manufacture the memory cell 29.

【0081】また、本発明の不揮発性記録装置では、p
−シアノビフェニルをメソーゲン基とする高分子液晶以
外にもポリシロキサン系の高分子スメクチック液晶も同
じように用いることができる。
In the nonvolatile recording device of the present invention, p
-In addition to a polymer liquid crystal having cyanobiphenyl as a mesogen group, a polysiloxane-based polymer smectic liquid crystal can be used in the same manner.

【0082】さらに、液晶材料としては他に導電性高分
子液晶を用いることもできる。このような導電性高分子
液晶を用いる場合は、フェナンスレンを電子供与体と
し、ヨウ素を電子受容体とする電荷移動錯体を導電性付
与基Bとし、メソーゲン基Aをエステル系の液晶とし、
アクリルタイプの主鎖を持つ導電性高分子液晶をシリコ
ン基板に塗布する。そして、この導電性高分子液晶を1
00V、500Hzの交流を印加しながら、等方相から
徐冷して配向を揃える。
Further, a conductive polymer liquid crystal can be used as the liquid crystal material. When using such a conductive polymer liquid crystal, phenanthrene is used as an electron donor, a charge transfer complex using iodine as an electron acceptor is used as a conductivity-imparting group B, and a mesogen group A is used as an ester-based liquid crystal.
A conductive polymer liquid crystal having an acrylic main chain is applied to a silicon substrate. Then, this conductive polymer liquid crystal is
While applying an alternating current of 00 V and 500 Hz, the orientation is uniformed by gradually cooling from the isotropic phase.

【0083】最後に、上記の工程を経て作製されたシリ
コン基板39をダイシングし、ボンディングした後、パ
ッケージに収納する。
Finally, the silicon substrate 39 manufactured through the above steps is diced and bonded, and then housed in a package.

【0084】次に、上記のようにして作製されたメモリ
ーセル29に対する情報の書き込みと読み出しの動作原
理について説明する。
Next, the operation principle of writing and reading information to and from the memory cell 29 manufactured as described above will be described.

【0085】本発明の不揮発性記録装置は、液晶の熱に
よる相転移等の状態変化を利用して情報をメモリーセル
29に記録し、状態変化に伴う誘電率の変化を利用して
情報の読み出しを行っている。ここで、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、ポリシロキサン系の高分子スメクチック液
晶等では、相転移温度以上の加熱により、等方相に状態
が変化する。その後、急冷するとモノドメイン構造から
ポリドメイン構造に構造が変化する。この状態は常温で
長期間保持出来る。従って、このような記録媒体によれ
ば、記録情報を不揮発に保持することが可能である。
The nonvolatile recording device of the present invention records information in the memory cell 29 using a state change such as phase transition due to heat of liquid crystal, and reads out information using a change in dielectric constant accompanying the state change. It is carried out. Here, in an acrylic type polymer nematic liquid crystal having p-cyanobiphenyl as a mesogen group, a polysiloxane-based polymer smectic liquid crystal, or the like, the state changes to an isotropic phase by heating at or above a phase transition temperature. Thereafter, upon rapid cooling, the structure changes from a monodomain structure to a polydomain structure. This state can be maintained at room temperature for a long time. Therefore, according to such a recording medium, the recording information can be held in a nonvolatile manner.

【0086】一方、加熱した後に徐冷すると、再びモノ
ドメイン構造に戻る。モノドメイン構造とポリドメイン
構造では液晶の誘電率が異なるため、これを利用して記
録情報を電気的に読み出すことが可能になる。
On the other hand, when gradually cooled after heating, the structure returns to the monodomain structure again. Since the dielectric constant of the liquid crystal is different between the mono-domain structure and the poly-domain structure, it is possible to electrically read recorded information by using this.

【0087】以下に本発明の不揮発性記録装置における
情報の書き込み/書き換えおよび読み出しの具体的な動
作について説明する。
The specific operation of writing / rewriting and reading information in the nonvolatile recording device of the present invention will be described below.

【0088】(書き込み/書き換えの方法)外部装置か
ら入力された情報は入出力制御部25でバッファーメモ
リーに一旦記録され、データ処理後に記録部28のメモ
リーセル29に書き込まれる。この書き込みは、シリコ
ン基板39上の第2電極34と第3電極37に挟まれた
発熱体35に電圧を印加し、液晶層31を加熱すること
により行う。加熱後、電圧印加を停止し、液晶層31を
急冷するとポリドメイン構造となり書き込み状態にな
る。一方、電圧を徐々に下げ、徐冷を行うとモノドメイ
ン構造となり、記録消去状態となる。ここで、モノドメ
イン構造への変化は、第1電極32と第2電極34の間
に電界をかけて冷却することでも実現できる。
(Writing / Rewriting Method) Information input from an external device is temporarily recorded in a buffer memory by an input / output control unit 25, and is written into a memory cell 29 of a recording unit 28 after data processing. This writing is performed by applying a voltage to the heating element 35 sandwiched between the second electrode 34 and the third electrode 37 on the silicon substrate 39 and heating the liquid crystal layer 31. After the heating, the application of the voltage is stopped, and the liquid crystal layer 31 is rapidly cooled. On the other hand, when the voltage is gradually lowered and the cooling is performed, a mono-domain structure is obtained, and the recording and erasing state is set. Here, the change to the mono-domain structure can also be realized by cooling by applying an electric field between the first electrode 32 and the second electrode 34.

【0089】また、書き込み位置は自由に選択出来るの
で、本発明不揮発性記録装置によれば、ランダムアクセ
スが可能になる。
Since the writing position can be freely selected, the nonvolatile recording device of the present invention enables random access.

【0090】(読み出しの方法)シリコン基板39上の
第2電極34と第1電極32に交流電圧を印加し、液晶
層31の電気容量を測定する。ポリドメイン構造とモノ
ドメイン構造では液晶層31の誘電率が異なるため、電
気容量の差を検出することによりデータ”1”、”0”
の読み出しが可能になる。
(Reading Method) An AC voltage is applied to the second electrode 34 and the first electrode 32 on the silicon substrate 39, and the capacitance of the liquid crystal layer 31 is measured. Since the dielectric constant of the liquid crystal layer 31 is different between the poly-domain structure and the mono-domain structure, data "1" and "0" are obtained by detecting a difference in electric capacitance.
Can be read.

【0091】なお、上記実施例では、第1電極32、第
2電極34に交流電圧を印加してメモリーセル29に書
き込まれた記録情報を電気的に読み出すことにしたが、
この読み出しは光学的に行うことも可能である。
In the above embodiment, the recording information written in the memory cell 29 is electrically read by applying an AC voltage to the first electrode 32 and the second electrode 34.
This reading can also be performed optically.

【0092】すなわち、モノドメイン構造では液晶層3
1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層31は不透明状態になる。従っ
て、メモリーセル29にレーザー光等の光を照射し、液
晶層31からの反射光を受光手段により検知することに
より記録情報の読み出しが可能になる。この読み出し方
法では、読み出し精度の向上を図るためには、液晶層3
1の表面が平坦であることが要求されるので、表面にガ
ラス等の透明な層を配置する必要がある。
That is, in the mono-domain structure, the liquid crystal layer 3
1 is in a transparent state, whereas in the polydomain structure, the liquid crystal layer 31 is in an opaque state due to light scattering. Therefore, the recording information can be read by irradiating the memory cell 29 with light such as a laser beam and detecting the reflected light from the liquid crystal layer 31 by the light receiving means. In this reading method, in order to improve the reading accuracy, the liquid crystal layer 3
1 is required to have a flat surface, so it is necessary to arrange a transparent layer such as glass on the surface.

【0093】このような構成の不揮発性記録装置は、光
学的検知手段を必要とするので、上記した電気的な読み
出し手段による場合に比べて、システム構成が大型化す
るものの、精度のよい情報の読み出しが可能である。但
し、このシステムによる場合も、信号処理手段を含む電
気的なデバイスが必要であるので、全体としてみれば電
気的なシステム構成であるといえる。
Since the non-volatile recording device having such a configuration requires an optical detecting means, the system configuration becomes large as compared with the case of using the above-mentioned electric reading means. Reading is possible. However, even in the case of this system, an electric device including a signal processing means is required, and therefore, it can be said that the system is an electric system configuration as a whole.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上のように本発明の不揮発性記録装置
を用いることにより、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・読み出しが出来るので、光磁
気ディスクや磁気ディスクのように、回転機構やヘッド
などの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。
As described above, by using the non-volatile recording device of the present invention, information can be written and read from a recording medium by static electric control. A moving mechanism such as a rotating mechanism and a head becomes unnecessary. Therefore, the size, simplicity, and cost of the device configuration can be reduced.

【0095】また、レーザーピックアップや磁気ヘッド
等では必要な複雑、かつ精密な構成部分が不要になり、
振動、衝撃やゴミの付着に起因して装置が破壊されるお
それがないので、記録保持の安定性および装置の信頼性
を著しく向上できる。
In addition, complicated and precise components required for a laser pickup, a magnetic head, and the like are not required.
Since there is no possibility that the device is destroyed due to vibration, impact or adhesion of dust, the stability of record holding and the reliability of the device can be remarkably improved.

【0096】また、IC不揮発性メモリーによる不揮発
性記録装置と比べてメモリーセルの構造が簡素化できる
ので、大面積化を実現できる。
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.

【0097】更に、本発明の不揮発性記録装置では、記
録媒体の液晶を含め、全ての構成要素を1枚の基板上に
構成することが出来るので、情報の入出力を制御するI
Cからなる周辺回路を同一基板上に容易に搭載できる。
また、対向電極が不要であり、記録媒体である液晶を塗
布することができる。また、全ての配線を同一の基板内
で行うことができるので、薄膜形成、ホトリソグラフィ
ーとドライエッチングの組み合わせで不揮発性記録装置
を製造することができ、電極の引き出しも容易である。
従って、装置構成の小型化、簡潔化が図れ、コストダウ
ンを図る上で極めて都合の良いものになる。
Further, in the nonvolatile recording apparatus of the present invention, all components including the liquid crystal of the recording medium can be formed on one substrate, so that the I / O for controlling the input and output of information is controlled.
Peripheral circuits made of C can be easily mounted on the same substrate.
Further, a counter electrode is not required, and liquid crystal as a recording medium can be applied. In addition, since all wirings can be performed in the same substrate, a nonvolatile recording device can be manufactured by a combination of thin film formation, photolithography, and dry etching, and extraction of electrodes is easy.
Therefore, it is possible to reduce the size and simplification of the device configuration, which is extremely convenient for reducing costs.

【0098】また、加熱手段である発熱体の表面近くの
記録媒体を用いて、情報の書き込みを行っているので、
書き込み時における熱の利用効率が高くなる。すなわ
ち、効率良く記録媒体である液晶の熱による相転移を引
き起こすことが出来る。
Further, since information is written using a recording medium near the surface of the heating element as the heating means,
Heat utilization efficiency at the time of writing is increased. That is, the phase transition due to heat of the liquid crystal as the recording medium can be efficiently caused.

【0099】[0099]

【0100】[0100]

【0101】このように、本発明によれば不揮発性記録
装置としての望ましい条件を備えた全く新しいタイプの
不揮発性記録装置を実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a completely new type of nonvolatile recording device which satisfies the desirable conditions as a nonvolatile recording device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明不揮発性記録装置の表面構成を示す模式
的平面図。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a surface configuration of a nonvolatile recording device of the present invention.

【図2】記録部の平面構成を示す模式的平面図。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a planar configuration of a recording unit.

【図3】メモリーセルの斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a memory cell.

【図4】図3のA−A’線による断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 3;

【図5】EEPROMの構造を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of an EEPROM.

【図6】光磁気ディスクの構造を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a magneto-optical disk.

【図7】本願出願人が先に提案した液晶を用いた不揮発
性メモリーの斜視図。
FIG. 7 is a perspective view of a nonvolatile memory using a liquid crystal previously proposed by the present applicant.

【図8】図7のB−B’線による断面図。8 is a sectional view taken along line B-B 'of FIG.

【図9】液晶を用いた不揮発性メモリーセルの温度分布
シミュレーション結果を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a simulation result of a temperature distribution of a nonvolatile memory cell using liquid crystal.

【符号の説明】 25 入出力信号制御部 26 論理系制御部 27 駆動回路部 28 記録部 29 メモリーセル 31 液晶 32 第1電極 33 電極間絶縁膜 34 第2電極 35 発熱体 36 電極間絶縁膜 37 第3電極 38 フィールド絶縁膜 39 シリコン基板[Description of Signs] 25 input / output signal control unit 26 logic system control unit 27 drive circuit unit 28 recording unit 29 memory cell 31 liquid crystal 32 first electrode 33 interelectrode insulating film 34 second electrode 35 heating element 36 interelectrode insulating film 37 Third electrode 38 Field insulating film 39 Silicon substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−34587(JP,A) 特開 平1−307021(JP,A) 特開 平1−166390(JP,A) 特開 昭63−296021(JP,A) 特開 平5−54685(JP,A) 特開 平5−128883(JP,A) 特開 平5−128884(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-34587 (JP, A) JP-A-1-307022 (JP, A) JP-A-1-166390 (JP, A) JP-A-63-1988 296021 (JP, A) JP-A-5-54685 (JP, A) JP-A-5-128883 (JP, A) JP-A-5-128884 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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基板上に塗布し若しくは
該基板と封止用材料との間に封入すると共に、加熱手段
によって該記録媒体を加熱して、該記録媒体の物性値の
熱的な状態変化で情報を書き込む一方、電気的な読み出
し手段により該記録媒体の物性値の変化を該記録媒体に
書き込まれた情報として読み出す不揮発性記録装置であ
って、 該加熱手段及び該電気的な読み出し手段が同一基板上に
形成されており、 該電気的な読み出し手段が、交差かつ重畳して配置され
た第1電極と第2電極からなる第1電極対で形成される
と共に、 該加熱手段が、該第2電極と該第2電極に交差かつ重畳
した第3電極からなる第2電極対及び該第2電極対の交
差部に絶縁膜と共に挟まれた発熱体で形成されている
揮発性記録装置。
1. A liquid crystal compound or a liquid crystal component contained in a molecule.
A recording medium formed of a compound is applied on a substrate or sealed between the substrate and a sealing material, and the recording medium is heated by a heating means to obtain a thermal property value of the recording medium. What is claimed is: 1. A non-volatile recording device for writing information by a state change while reading a change in a physical property value of said recording medium as information written to said recording medium by an electric reading means, wherein said heating means and said electric reading Means are formed on the same substrate, and the electrical readout means are arranged in an intersecting and overlapping manner.
Formed of a first electrode pair comprising a first electrode and a second electrode
And the heating means intersects and overlaps the second electrode and the second electrode.
A second electrode pair comprising a third electrode and an intersection of the second electrode pair.
A non-volatile recording device formed of a heating element sandwiched between a difference portion and an insulating film .
【請求項2】 前記絶縁膜がシリコン窒化膜からなる
求項1記載の不揮発性記録装置。
2. The nonvolatile recording apparatus according to claim 1, wherein said insulating film is made of a silicon nitride film .
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