JPH02237077A - 不揮発性画像記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体画像記憶装置に関する。

（従来の技術） 従来、画像情報を半永久的に記憶するには、フォトダイ
オードやＣＣＤ等の光電変換装置と、光電変換装置によ
って変換された電気信号情報を一時的に記憶する半導体
ＲＡＭ等の装置と、一時的に記憶された電気信号情報を
半永久的に記憶するディスク等の記憶装置とが必要であ
った。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の画像記憶装置においては、画像を記憶
するために、３個の装置が必要であり、規模も大きく、
コストも高いものとなっていた。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、可
及的に小規模でかつ低コストの半導体画像記憶装置を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による不揮発性画像記憶装置は、不揮発性を有す
るメモリトランジスタと、このメモリトランジスタを選
択する選択トランジスダとが直列に接続されているメモ
リセルを複数個マトリックス状に配置した不揮発性記憶
装置において、一端がメモリトランジスタのドレイン領
域に接続される光導電性物質からなる抵抗素子をメモリ
セルのそれぞれに形成するとともに抵抗素子の他端のそ
れぞれに電圧を付加することのできる電圧付加手段を設
け、更に抵抗素子に外部光が照射できる構造となってい
ることを特徴とする。

（作　用） このように構成された本発明の不揮発性画像記憶装置に
おいて、まず抵抗素子の他端の電位をフローティング状
態または零Ｖとし、選択トランジスタを介してメモリト
ランジスタのドレインに零■にするとともにメモリトラ
ンジスタのコントロールゲートに書込み電圧■Ｐ，を印
加し、電子を注大しておく。

次に、画像情報の書込みは、選択トランジスタをＯＦＦ
にして電圧付加手段を介して抵抗素子の他端に高電圧（
〜Ｖ，，）を付加する。光が照射されているセルにおい
ては、ドレインに高電圧が付加され、かつメモリトラン
ジスタのコントロールを零Ｖにしておくと、メモリトラ
゛ンジスタのフローティングゲート中の電子が引抜かれ
、データが書込まれることになる。データの読出しは抵
抗素子の他端の電位をフローティング状態にして選択ト
ランジスタを介して行う。これにより画像情報を直接に
記憶することが可能となり、可及的に小規模でかつ低コ
ストの半導体画像記憶装置を得ることができる。

（実施例） 本発明による不揮発性画像記憶装置（以下、画像記憶装
置ともいう）をＦＬＯＴＯＸ型Ｅ２ＦＲＯＭセルを例に
とって説明する。

第１図に本発明による画像記憶装置の実施例を示す。こ
の実施例の画像記憶装置は次のようにして形成される。

まず、半導体基板１０上に形成されたソース５ａ，コン
トロールゲート５ｂ，およびフローティングゲート５Ｃ
を有しているメモリトランジスタ５と、セレクトゲート
７ａを有している選択トランジスタ７とを備えている従
来型の各メモリセルにおいて、メモリトランジスタ５の
ドレイン領域上に光が照射されると比抵抗が変化する光
導電性物質（例えばアモルファス・シリコン）の膜１を
堆積し、抵抗素子を形成する（第１図参照）。なお、ア
モルファス・シリコンは照射される光の強度が強い程、
比抵抗が減少する性質をもっている。次に、堆積された
膜１上に透明電極２、例えばインジウムースズ酸化物（
以下、ＩＴＯともいう）を彼着する。そして、光導電性
物質の膜１に外部から入射される光が到達できるように
、透明電極２に堆積される絶縁膜９をＳ　ｉＯ　２で形
成するとともに、入射された光情報を書込むのに必要な
電圧が供給できるように透明電極２上に書込み電極３を
設ける。

次に上述のように構成されたメモリセルの動作を説明す
る。まず、光情報を書込む前に、以前に書込まれたデー
タを消去するため透明電極２の電圧■ｗＲを零ｖ１ある
いはオーブン状態にするとともにメモリトランジスタ５
のソース電圧Ｖ　をフＳ ローティング状態あるいは零Ｖに、選択トランジスタ７
のセレクトゲート電圧Ｖ　をＶ　（約５Ｖ）ｓｇ　　　
　ｃｃ に、データライン電圧ＶＤを零Ｖにする。そしてメモリ
トランジスタ５のコントロールゲート電圧Ｖ　を書込み
電圧ｖ，Ｐまで上げ、フローティングＣＧ ゲート５ｃに電子を注入しておく。

光情報の書込みは、セレクトゲート電圧ｖ８ｏを零ｖ１
データライン電圧ＶＤを零Ｖにして選択トランジスタ７
をＯＦＦ状態にする。そして、コントロールゲート電圧
ｖＣＧを零Ｖに、ソース電圧Ｖｓをフローティング状態
あるいは零Ｖにした後、書込み電極３の電圧Ｖ　ｗ　Ｒ
　’ｅ高電圧（Ｖ，，以上）とする。この時、メモリセ
ルに光が照射されていないか、照射されていてもその強
度が足りなければ抵抗素子１は高抵抗のままとなり、ド
レインリーク電流による高抵抗での大幅な電圧降下のた
めに、ドレイン電圧は、メモリトランジスタ５のフロー
ティングゲート５Ｃから電子を引抜くのに充分な電圧に
達しない。一方充分な光強度があれば、抵抗素子１は低
抵抗となり、電圧降下はわずかじか生じない。このため
ドレイン電圧は書込み電圧ＶＷＲ近くの高電圧となり、
フローティングゲート５Ｃから電子を引抜くことができ
、光情報データがメモリセルに記憶されたことになる。

情報の読出しは、書込み電圧Ｖν２をフローティング状
態とし、従来通り選択トランジスタ７を介して行う。す
なわち、コントロールゲート電圧Ｖ　およびソース電圧
ｖ８を零Ｖとし、セレクトＣＧ ゲート電圧Ｖ８Ｇをｖｃｏ（約５Ｖ）に、データライン
電圧ＶＤを２ｖ程度にする。すると、メモリトランジス
タ５のフローティングゲート５ｃに電子が注入されてい
れば、メモリトランジスタ５はＯＦＦ状態となってセル
電流は流れない。逆に電子が引抜かれ、正孔が注入され
た状態であればＯＮ状態となってセル電流が流れる。

なお、消去、読出し過程は、光の存在には左右されない
が、安全のために光が入射しない状態で行った方がよい
。上述のようにして構成されたメモリセルをマトリック
ス状に配置した本発明の不揮発性画像記憶装置の等価回
路図を第２図に示す。

以上説明したように本実施例によれば可及的に小規模で
低コストの半導体画像記憶装置を得ることができる。

なお、上記実施例においては、光導電性物質としてアモ
ルファスシリコンを例にとって説明したが、アモルファ
スシリコンと同様の性質を有する三硫化アンチモン（Ｓ
ｂ２Ｓ３）をアモルファスシリコンの代りに用いても同
様の効果を得ることができる。また、透明電極２の材料
としてＩＴＯの代りに、光を通過するだけ充分薄い導電
性薄膜を形成できる材料、例えばＩｎ２０３、ＳｎＯ２
、ＴｉＯ等を用いても良い。更に、光導電性物質の膜か
らなる抵抗索子１を上記実施例のように直接ドレイン領
域上に設置すればセルの面積を最小にすることができる
が、面積的制約が許せばドレイン領域以外の場所に抵抗
素子を設置し、抵抗素子とドレイン領域との間を適当な
配線で結んでも上記実施例と同様の効果を得ることがで
きる。

また上記実施例ではＦＬＯＴＯＸ型の Ｅ２ＦＲＯＭセルを例にとって説明したが本発明はこれ
に限定されるものではなく、他の構造のもの、例えばＭ
Ｎ　Ｏ　Ｓ　（Ｍｅｔａｌ　Ｎｉｔｒｉｄｅ　Ｏｘｉｄ
ｅ−Ｓｅｓｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｍｅｍｏｒｙ　）型
のものにも、上記実施例と同様に実現可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば可及的に小規模でかつ
低コストの半導体画像記憶装置を得ることができる。

また、本発明では、光強度に対応したセル電流を得るこ
とが可能なため、センス回路を工夫することで、画像の
濃淡が表現可能であり、電子カメラ等への応用も考えら
れる。更に、従来の電気的情報を半永久的に記憶する装
置（従来のＥ２ＦＲＯＭ装置など）では、情報は１かた
まり（たとえば１バイト、１ページ）毎に書込んでいた
ので、書込み時間が長く、特に大容量メモリ装置では問
題があったが、光情報の形で扱える様にしておけば、本
発明の装置を使用することで一括して二次元的に書込む
ことができ、スピードを大幅に上げられる。

またセルをマトリックス状に配置したことによって画像
情報を一度に記憶することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体画像記憶装置にかかるメモリセ
ルの構造を示す断面図、第２図は本発明の半導体画像記
憶装置の等価回路図である。 １・・・抵抗素子、２・・・透明電極、３・・・書込み
電極、５・・・メモリトランジスタ、７・・・選択トラ
ンジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 不揮発性を有するメモリトランジスタと、このメモリト
   ランジスタを選択する選択トランジスタとが直列に接続
   されているメモリセルを複数個マトリックス状に配置し
   た不揮発性記憶装置において、 一端が前記メモリトランジスタのドレイン領域に接続さ
   れる光導電性物質からなる抵抗素子を前記メモリセルの
   それぞれに形成するとともに前記抵抗素子の他端のそれ
   ぞれに電圧を付加することのできる電圧付加手段を設け
   、更に前記抵抗素子に外部光が照射できる構造となって
   いることを特徴とする不揮発性画像記憶装置。