JPH04362550A - Ferroelectric substance memory and driving method thereof - Google Patents

Ferroelectric substance memory and driving method thereof

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JPH04362550A
JPH04362550A JP3162487A JP16248791A JPH04362550A JP H04362550 A JPH04362550 A JP H04362550A JP 3162487 A JP3162487 A JP 3162487A JP 16248791 A JP16248791 A JP 16248791A JP H04362550 A JPH04362550 A JP H04362550A
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JP
Japan
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thin film
electric field
ferroelectric
amorphous
information
Prior art date
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Pending
Application number
JP3162487A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisataka Fujii
藤井 壽崇
Atsushi Kashima
加島 篤
Kazuhiro Fujii
一宏 藤井
Iwao Okamoto
巌 岡本
Hiroyuki Futai
裕之 二井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP3162487A priority Critical patent/JPH04362550A/en
Publication of JPH04362550A publication Critical patent/JPH04362550A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To inexpensively improve an information density by forming an information recording layer consisting of the thin film of an amorphous ferroelectric substance which is formed with electrodes on both surfaces and has a hysteresis characteristic on a light transmissive substrate having a specific thickness. CONSTITUTION:The electrode 3 consisting of a light transmissive conductive thin film is formed on the light transmissive substrate 2 having >=0.1mm thickness. The thin film 1 of the amorphous ferroelectric substance, such as thin film of an Fe2O3-Bi2O-PhTiO3 system, is formed by an RF sputtering method, etc., on this film 3. Further, the electrode 4 is formed of the thin film of Al on the film 1. The writing of the information is executed by impressing a forward electric field between the electrodes 3 and 4 to unify and saturate the polarization in the same direction, then removing the impressed electric field. A digital value '0' is then written as a residual polarization. A digital value '1' is written by impressing the electric field of an opposite direction at the electric field intensity at which the polarization inverts or below and irradiating one point of the electrode 3 with a laser beam to change the state of a hysteresis loop. The information is stored at the high density by this constitution.

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、強誘電体メモリ及びそ
の駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory and a method for driving the same.

【0002】0002

【従来の技術およびその問題点】コンピューターなどの
情報記憶素子として、最近、強誘電体材料のD−Eヒス
テリシス特性に着目した強誘電体メモリが注目されてい
る。即ち、図1に示すような角型のD−Eヒステリシス
曲線を持つ強誘電体材料において、残留分極(Pr)を
デジタル値0に、残留分極(−Pr) をデジタル値1
に対応させる。強誘電体に、正方向の読み出し電界Eを
印加した場合、この状態において強誘電体のデジタル記
憶値が1である場合には、D−Eヒステリシス曲線上を
電気分極が状態Arから状態Brを経てCrの方向に変
化する。この部分におけるヒステリシスループの傾斜は
急峻であり、静電容量が急激に変化する。したがってこ
の静電容量の変化を電流変化として取り出すことにより
、デジタル値1の記憶を読みだすことができる。一方、
強誘電体のデジタル記憶値が0であった場合、正方向の
読み出し電界Eに対して、D−Eヒステリシス曲線上を
電気分極が状態Drから状態Br’ を経てCrの方向
に変化する。この部分におけるヒステリシスループの傾
斜は緩やかであり、静電容量の変化値は小さいために、
小さな電流変化しか取り出せない。したがって、デジタ
ル値1 から区別して、デジタル値0を読み取ることが
できる。この強誘電体メモリの利点は、従来の代表的な
情報記憶媒体であるハードディスク、フロッピーディス
クと異なり、外界からの磁気的影響を受けないこと、情
報の記憶、読み出しに伴う電力消費量が小さいこと、さ
らに、メモリアクセス時間が1マイクロ秒以下と小さい
こと、1ビット当たりの記憶面積が小さくなることなど
の利点があり、小型大容量かつ高信頼性のデータ記憶装
置が得られる可能性があるものとして期待されている。 しかし、従来検討された強誘電体メモリは、特開平2−
229472号公報に述べられているように1記憶単位
はMOS−FET と情報記憶を行なう強誘電体材料を
用いたコンデンサーから構成され、この1構成単位にお
いて情報の1ビット分を記憶できるだけであり、データ
記憶密度の向上と言う点においては、十分なものとは言
えなかった。
2. Description of the Related Art Ferroelectric memories, which are based on the DE hysteresis characteristics of ferroelectric materials, have recently attracted attention as information storage devices for computers and the like. That is, in a ferroelectric material having a square DE hysteresis curve as shown in FIG.
correspond to When a read electric field E in the positive direction is applied to a ferroelectric material, if the digital storage value of the ferroelectric material is 1 in this state, the electric polarization changes from state Ar to state Br on the D-E hysteresis curve. After that, it changes in the direction of Cr. The slope of the hysteresis loop in this part is steep, and the capacitance changes rapidly. Therefore, by extracting this change in capacitance as a change in current, the memory of the digital value 1 can be read out. on the other hand,
When the digital storage value of the ferroelectric is 0, the electric polarization changes from the state Dr through the state Br' in the direction of Cr on the DE hysteresis curve with respect to the read electric field E in the positive direction. The slope of the hysteresis loop in this part is gentle, and the change in capacitance is small, so
Only small changes in current can be extracted. Therefore, the digital value 0 can be read as distinct from the digital value 1. The advantages of this ferroelectric memory are that, unlike hard disks and floppy disks, which are typical conventional information storage media, it is not affected by magnetic influences from the outside world, and the power consumption associated with storing and reading information is small. Furthermore, it has advantages such as a short memory access time of 1 microsecond or less and a small storage area per bit, and has the potential to provide a compact, large-capacity, and highly reliable data storage device. It is expected that However, the ferroelectric memory that has been studied so far is
As stated in Publication No. 229472, one storage unit is composed of a MOS-FET and a capacitor using a ferroelectric material for storing information, and this one structural unit can only store one bit of information. In terms of improving data storage density, it could not be said to be sufficient.

【0003】このような問題に対して特開昭57−11
7186 号公報においては、ヒステリシス特性を有す
るBaTiO3多結晶強誘電体薄膜片面を透光性の導電
性薄膜でコートし、BaTiO3多結晶強誘電体薄膜の
もう片方の面に絶縁膜を介し導電性の基板を配したメモ
リーが提案されている。このメモリ構成において非常に
微細な光束径に絞られたレーザービームを透光性の導電
性薄膜側から照射し、このとき同時に透光性の導電性薄
膜と導電性の基板間に電圧を印加し、BaTiO3多結
晶強誘電体薄膜に同薄膜の抗電界よりも小さい電界を印
加しておく。レーザー光に照射された領域は加熱され抗
電界が低下するために分極方向が印加電界の方向に伴っ
て反転する。また読み出しに於いては反転電流の大きさ
により書き込まれているデジタル情報値の判別が可能で
ある。この方法により、記憶容量の大きい、高速アクセ
スの可能なさらに、不揮発性の強誘電体メモリーが構成
可能であることについて述べられている。しかしながら
、特開昭57−117186 号公報に述べられている
多結晶性強誘電体薄膜は特開55−56621号公報に
述べられている作製法で形成されている。同公報によれ
ば、BaTiO3からなるヒステリシスを有する強誘電
体材料を得るために1300〜1400℃にも達する高
温の熱処理温度が必要なことが述べられている。従って
、強誘電体薄膜の形成にこのような高温プロセスが伴う
ために同多結晶薄膜の導電性基板には耐熱性があり、さ
らに、高温において拡散の生じない例えばPt基板など
を用いる必要があり、高価な基板材料を用いなければな
らない。又、絶縁性を確保するための絶縁層が必要であ
り、同強誘電体メモリーを形成するにはコスト、時間を
要し低廉なメモリーを供給することにおいて問題があっ
た。 さらに、同メモリーにおいては強誘電体メモリー層の表
面に透光性導電体薄膜を形成したのみの構成のため、メ
モリー表面に付着したミクロンメートルオーダーの異物
によってレーザー光が散乱され、デジタル値の書き込み
、読み出し動作において誤りが多々発生すると考えられ
る。
[0003] In order to solve such problems,
In Publication No. 7186, one side of a BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin film having hysteresis characteristics is coated with a transparent conductive thin film, and a conductive thin film is coated on the other side of the BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin film through an insulating film. A memory equipped with a substrate has been proposed. In this memory configuration, a laser beam focused to a very fine beam diameter is irradiated from the transparent conductive thin film side, and at the same time, a voltage is applied between the transparent conductive thin film and the conductive substrate. , an electric field smaller than the coercive electric field of the BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin film is applied in advance. The region irradiated with the laser beam is heated and the coercive electric field is lowered, so that the polarization direction is reversed along with the direction of the applied electric field. Furthermore, in reading, it is possible to determine the digital information value written by the magnitude of the inversion current. It is stated that by this method, it is possible to construct a nonvolatile ferroelectric memory that has a large storage capacity, can be accessed at high speed, and is also nonvolatile. However, the polycrystalline ferroelectric thin film described in JP-A-57-117186 is formed by the manufacturing method described in JP-A-55-56621. According to the publication, it is stated that in order to obtain a ferroelectric material having hysteresis made of BaTiO3, a heat treatment temperature as high as 1300 to 1400 DEG C. is required. Therefore, since the formation of a ferroelectric thin film involves such a high-temperature process, it is necessary to use a conductive substrate for the polycrystalline thin film that is heat resistant and does not diffuse at high temperatures, such as a Pt substrate. , expensive substrate materials must be used. Further, an insulating layer is required to ensure insulation, and forming the ferroelectric memory requires cost and time, which poses a problem in supplying an inexpensive memory. Furthermore, since this memory only has a light-transmitting conductive thin film formed on the surface of the ferroelectric memory layer, the laser light is scattered by micron-meter-sized foreign particles attached to the memory surface, and digital values cannot be written. , it is thought that many errors occur during read operations.

【0004】0004

【発明の目的】本発明は、前記問題点を解決し、情報記
憶層になる強誘電性ヒステリシス特性を有する強誘電体
薄膜を、製膜時の下地温度、あるいは製膜後の熱処理温
度が500℃以下の低温で作製することができ、また、
安価で、情報記憶密度が高く、メモリー表面に付着する
異物によっても情報の書き込み読み出し動作の乱されな
い強誘電体メモリ及びその駆動方法を提供することを目
的とする。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems and provides a ferroelectric thin film having ferroelectric hysteresis characteristics, which becomes an information storage layer, at a substrate temperature at the time of film formation or at a heat treatment temperature after film formation of 500%. It can be produced at low temperatures below ℃, and
It is an object of the present invention to provide a ferroelectric memory that is inexpensive, has a high information storage density, and whose information write/read operations are not disturbed even by foreign matter adhering to the surface of the memory, and a method for driving the same.

【0005】[0005]

【問題点を解決するための手段】本発明は、電気分極の
電界依存性においてヒステリシス特性を有するアモルフ
ァス強誘電体薄膜からなる情報記憶層と、該情報記憶層
の両面に形成された電極と、電極の片側に接する厚さ0
.1mm 以上の透光性基板とからなることを特徴とす
る強誘電体メモリに関する。また、本発明は、電気分極
の電界依存性においてヒステリシス特性を有するアモル
ファス強誘電体薄膜からなる情報記憶層と、該情報記憶
層の片面に形成された電極と、もう一方の面に形成され
た厚さ0.1mm 以上の導電性の透光性基板とからな
ることを特徴とする強誘電体メモリに関する。本発明に
おいては、情報記憶を行なう強誘電体層に誘電性ヒステ
リシス特性を有するアモルファス強誘電体薄膜を用いる
。このアモルファス強誘電体薄膜は、真空蒸着法、スパ
ッタリング法などの製膜手段を用いて基板上に、基板温
度を500℃以下に保持しながら非晶質の薄膜として作
製し、作製したそのままの状態か、あるいは500℃以
下の温度で熱処理を施すことによって得られる。このよ
うにして得られるアモルファス強誘電体薄膜は、電気分
極の電界依存性においてヒステリシス特性を有する。ア
モルファス強誘電体薄膜としては、前記製法により得ら
れるものであれば、特に制限はないが、例えば、Fe2
O3−Bi2O3−ABO3(ペロブスカイト型化合物
)を主成分とした三元酸化物系薄膜が挙げられる。AB
O3はPbTiO3, PbZrO3, BaTiO3
などの強誘電体、反強誘電体材料である。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides an information storage layer made of an amorphous ferroelectric thin film having hysteresis characteristics in electric field dependence of electric polarization, electrodes formed on both sides of the information storage layer, Thickness in contact with one side of the electrode is 0
.. The present invention relates to a ferroelectric memory characterized by comprising a transparent substrate having a thickness of 1 mm or more. The present invention also provides an information storage layer made of an amorphous ferroelectric thin film having hysteresis characteristics in electric field dependence of electric polarization, an electrode formed on one side of the information storage layer, and an electrode formed on the other side. The present invention relates to a ferroelectric memory comprising a conductive and transparent substrate having a thickness of 0.1 mm or more. In the present invention, an amorphous ferroelectric thin film having dielectric hysteresis characteristics is used as a ferroelectric layer for storing information. This amorphous ferroelectric thin film is produced as an amorphous thin film on a substrate using a film forming method such as vacuum evaporation or sputtering while maintaining the substrate temperature at 500°C or less, and is left in the same state as it was produced. Alternatively, it can be obtained by heat treatment at a temperature of 500° C. or lower. The amorphous ferroelectric thin film thus obtained has hysteresis characteristics in the electric field dependence of electric polarization. The amorphous ferroelectric thin film is not particularly limited as long as it can be obtained by the above manufacturing method, but for example, Fe2
Examples include ternary oxide thin films containing O3-Bi2O3-ABO3 (perovskite compound) as a main component. AB
O3 is PbTiO3, PbZrO3, BaTiO3
Ferroelectric and antiferroelectric materials such as ferroelectric and antiferroelectric materials.

【0006】本発明の強誘電体メモリの構成を図2に示
す。2は透光性基板材料である。この基板の厚さは0.
1mm 以上であることが望ましい。レーザー光に対し
て透過率が高ければ基板材料の制限はないがアモルファ
ス強誘電体薄膜の形成時における下地温度、薄膜形成後
の薄膜の熱処理温度によって基板を使い分ける。アモル
ファス強誘電体薄膜形成時における下地温度が120℃
以下で、薄膜形成後に熱処理を要しない場合には基板材
料としてはポリカーボネート樹脂基板が適している。一
方、下地基板温度ならびに製膜後の熱処理温度が120
℃を越えるような場合には基板材料としてガラスが適し
ている。3ならびに4はアモルファス強誘電体薄膜に電
界を印加するための導電性電極薄膜である。電極3は特
に透光性である必要はないが、透光性でない場合にはレ
ーザー光の光吸収率が高いことが望ましい。又、基板2
に導電性の材料を使用する場合には電極3は特に必要と
しない。電極4は導電性の材料で、アモルファス強誘電
体薄膜に対して付着強度が確保されれば特に材質に対す
る制限はない。又、電極4は薄膜である必要もない。5
はレーザー光の光束であり、レンズ6によってアモルフ
ァス強誘電体薄膜1や薄膜電極3付近に直径1μm程度
の光束に集光される。ここにおいてレーザーによるアモ
ルファス強誘電体薄膜への情報書き込み領域を狭い領域
に保つために、導電性薄膜とアモルファス強誘電体薄膜
の夫々の膜厚の合計がレーザーの集光光束径以下である
ことが望ましい。即ち、この場合、膜厚の合計が1μm
以下であることが望ましい。また、レーザー光は透光性
基板に入射する際に透光性基板のレーザー光入射側の表
面におけるレーザー光の光束径は透光性基板を厚くすれ
ば、例えば1mm程度に厚さを選べば基板表面における
レーザー光の光束径は0.5mm 程度になり、基板表
面に付着する微少な異物によって情報の書き込み、読み
出しが乱されることがない。さらに、広い領域に亘って
デジタル情報の書き込みを行なうには基板とレーザー光
源7を相対的に移動させることによって可能である。た
とえば光磁気ディスクのようにメモリー基板を回転させ
情報を同一周上に記録する方法をとることにより情報の
高密度記録が可能である。
FIG. 2 shows the structure of the ferroelectric memory of the present invention. 2 is a transparent substrate material. The thickness of this substrate is 0.
It is desirable that the thickness is 1 mm or more. There are no restrictions on the substrate material as long as it has a high transmittance to the laser beam, but the substrate is selected depending on the substrate temperature during formation of the amorphous ferroelectric thin film and the heat treatment temperature of the thin film after the thin film is formed. Base temperature during formation of amorphous ferroelectric thin film is 120℃
In the following description, a polycarbonate resin substrate is suitable as the substrate material when heat treatment is not required after forming the thin film. On the other hand, the base substrate temperature and the heat treatment temperature after film formation were 120
If the temperature exceeds ℃, glass is suitable as the substrate material. 3 and 4 are conductive electrode thin films for applying an electric field to the amorphous ferroelectric thin film. The electrode 3 does not particularly need to be translucent, but if it is not translucent, it is desirable that it has a high light absorption rate for laser light. Also, board 2
When a conductive material is used, the electrode 3 is not particularly required. The electrode 4 is made of a conductive material, and there are no particular restrictions on the material as long as the adhesive strength to the amorphous ferroelectric thin film is ensured. Further, the electrode 4 does not need to be a thin film. 5
is a laser beam, which is focused by the lens 6 into a beam with a diameter of about 1 μm near the amorphous ferroelectric thin film 1 and the thin film electrode 3. Here, in order to keep the area in which information is written into the amorphous ferroelectric thin film by the laser in a narrow area, the total thickness of each of the conductive thin film and the amorphous ferroelectric thin film must be less than or equal to the diameter of the focused beam of the laser. desirable. That is, in this case, the total film thickness is 1 μm.
The following is desirable. Also, when the laser beam is incident on a transparent substrate, the beam diameter of the laser beam on the surface of the transparent substrate on the laser beam incident side can be changed by making the transparent substrate thicker, for example, by choosing a thickness of about 1 mm. The beam diameter of the laser beam on the substrate surface is about 0.5 mm, so that writing and reading of information will not be disturbed by minute foreign matter adhering to the substrate surface. Furthermore, it is possible to write digital information over a wide area by relatively moving the substrate and the laser light source 7. For example, high-density recording of information is possible by rotating a memory substrate and recording information on the same circumference, as in a magneto-optical disk.

【0007】[0007]

【実施例】以下、実施例により本発明を詳述する。メモ
リーの構成を図2に示した。基板には厚さ1mmのポリ
カーボネート基板を使用した。さらに導電性の薄膜層3
にはスパッタリング蒸着法によって作製した透光性のI
TO 膜を形成した。ここにおいてITO 膜の膜厚は
凡そ100nm とした。さらに、ITO 薄膜の上に
、Fe2O3−Bi2O3−PbTiO3系薄膜などを
RFスパッタリング法等により形成した。このアモルフ
ァス強誘電体薄膜はFe2O3−Bi2O3−PbTi
O3系薄膜のみならず、PbTiO3にかえてPbZr
O3, BaTiO3などの種々の強誘電性、反強誘電
性ペロブスカイト材料を用いてもよい。本例に引用した
アモルファス強誘電体薄膜は以下に述べる方法で作製し
た。即ち、薄膜作製にはRFマグネトロンスパッタリン
グ装置を用い、スパッタガスはAr:O2=7:3 の
混合ガスとした。スパッタリング中はITO 膜を形成
したポリカーボネート基板を固定している銅製のアノー
ドを水冷し、製膜中の基板温度を20〜25℃に維持し
た。このようにして得られた薄膜は製膜後熱処理を施す
ことなく電気分極の電界依存性においてヒステリシス特
性を有するアモルファス強誘電体膜となった。このアモ
ルファス強誘電体薄膜により、電気絶縁性が高くなるた
めに多結晶強誘電体膜の場合に必要とした絶縁層の形成
が不要なる。さらに、多結晶強誘電体薄膜において発生
する表面電荷の結晶粒界に添って生じるリークなどがな
く長時間に亘って情報の安定的な保持が可能な強誘電体
メモリの形成が可能となる。さらに、このようにして形
成したアモルファス強誘電体薄膜の表面に電極4として
膜厚200nm のAl薄膜を真空蒸着法によって形成
した。さらにレーザー光源7としては波長830nm 
、出力10mWの半導体レーザーを使用した。
[Examples] The present invention will be explained in detail with reference to Examples below. The configuration of the memory is shown in Figure 2. A polycarbonate substrate with a thickness of 1 mm was used as the substrate. Furthermore, a conductive thin film layer 3
Transparent I made by sputtering deposition method
A TO film was formed. Here, the thickness of the ITO film was approximately 100 nm. Furthermore, a Fe2O3-Bi2O3-PbTiO3 thin film or the like was formed on the ITO thin film by RF sputtering or the like. This amorphous ferroelectric thin film is Fe2O3-Bi2O3-PbTi
Not only O3-based thin films but also PbZr instead of PbTiO3
Various ferroelectric and antiferroelectric perovskite materials such as O3, BaTiO3, etc. may be used. The amorphous ferroelectric thin film cited in this example was produced by the method described below. That is, an RF magnetron sputtering device was used to fabricate the thin film, and the sputtering gas was a mixed gas of Ar:O2=7:3. During sputtering, the copper anode fixing the polycarbonate substrate on which the ITO film was formed was cooled with water, and the substrate temperature during film formation was maintained at 20 to 25°C. The thin film thus obtained became an amorphous ferroelectric film having hysteresis characteristics in the electric field dependence of electric polarization without performing any heat treatment after film formation. Since this amorphous ferroelectric thin film has high electrical insulation, it is not necessary to form an insulating layer, which is required in the case of a polycrystalline ferroelectric film. Furthermore, it is possible to form a ferroelectric memory that can stably retain information for a long time without leakage of surface charges generated along grain boundaries in a polycrystalline ferroelectric thin film. Furthermore, an Al thin film having a thickness of 200 nm was formed as an electrode 4 on the surface of the amorphous ferroelectric thin film thus formed by vacuum evaporation. Furthermore, the wavelength of the laser light source 7 is 830 nm.
, a semiconductor laser with an output of 10 mW was used.

【0008】次に上記構成の強誘電体メモリに於ける情
報の書き込み及び読み出し動作について説明する。まず
、情報の書き込みについて説明する。光透過電極3から
電極4に向かう電界の方向を順方向とし、この方向が、
図1のヒステリシス曲線のグラフ軸に一致しているもの
とする。光透過電極3と電極4の間に順方向の電界を印
加し、分極を同一方向に揃えて飽和させた後、印加電界
を除去すると、図1のヒステリシスループは状態Drと
なり、デジタル値0が残留分極Prとして書き込まれる
。デジタル値1を書き込むには、分極が反転する電界強
度をEcとしたときに、絶対値がEc以下で、反対方向
の電界−Em を印加し、レーザー光を光透過電極3の
一点に照射する。これにより、レーザー光の照射された
一点の分極がレーザー光による温度上昇により、印加電
界の方向を向き、ヒステリシスループが状態Dr’ (
電界−Emに対応する。)から状態Erに変化する。こ
こで電界−Em 、レーザー光照射がなくなると、ヒス
テリシスループが状態Erから状態Arに変化するから
、デジタル値1が残留分極(−Pr )として書き込ま
れる。次に、情報を読みだす場合には、光透過電極3と
電極4との間に、抗電界Ecよりは小さい順方向の電界
Emを印加し、読み出したい情報の書き込まれている部
分に集光されたレーザー光を照射する。この場合、レー
ザー光の照射点のデジタル記憶値が0である場合には、
D−Eヒステリシスループは状態Drから状態Crに変
化する。この部分におけるヒステリシスループの傾斜は
緩やかであり、静電容量の変化は非常に小さいから、小
さな電流変化しか取り出せない。一方、レーザー光の照
射点のデジタル記憶値が1である場合には、D−Eヒス
テリシスループは状態Arから状態Brを経て状態Cr
に変化する。この状態変化は分極の反転をもたらすので
、静電容量が急激に変化するから光透過電極3ならびに
電極4から大きな電流変化が取り出せる。 従って、この電流変化を検出することにより、デジタル
記憶値1をデジタル記憶値0から区別して読み取ること
ができる。ただし、この場合、情報を読み取った際に記
憶値が1から0に反転しているので、先に述べたデジタ
ル値1を書き込む方法により、情報の再書き込みを行う
必要がある。この場合、光透過電極3上でレーザー光を
例えば透光性基板平面内で移動させることによって一個
の強誘電体メモリで非常に高密度の情報の書き込み、読
みだしを行なうことができる。したがって、小型かつ薄
型で、記憶容量の非常に大きい強誘電体メモリが実現で
きる。又、光透過電極3と電極4との間に印加される電
界Em, −Em は抗電界Ecよりも小さいから、高
周波電界とすることが可能であり、動作速度の高速化が
可能である。例えば、電界Em, −Em を1MHz
の高周波電界とした場合には、1マイクロ秒の動作時間
となる。
Next, information writing and reading operations in the ferroelectric memory having the above structure will be explained. First, writing information will be explained. The direction of the electric field from the light-transmitting electrode 3 to the electrode 4 is defined as the forward direction, and this direction is
It is assumed that this corresponds to the graph axis of the hysteresis curve in FIG. When a forward electric field is applied between the light-transmitting electrode 3 and the electrode 4 to align the polarization in the same direction and saturate it, and then remove the applied electric field, the hysteresis loop in FIG. 1 becomes the state Dr, and the digital value becomes 0. It is written as residual polarization Pr. To write a digital value of 1, when the electric field strength at which the polarization is reversed is Ec, an electric field -Em in the opposite direction with an absolute value of less than Ec is applied, and a laser beam is irradiated to one point on the light-transmitting electrode 3. . As a result, the polarization at one point irradiated with the laser beam turns in the direction of the applied electric field due to the temperature rise caused by the laser beam, and the hysteresis loop becomes the state Dr' (
Corresponds to the electric field -Em. ) to state Er. Here, when the electric field -Em and the laser beam irradiation disappear, the hysteresis loop changes from the state Er to the state Ar, so a digital value of 1 is written as the residual polarization (-Pr). Next, when reading information, a forward electric field Em smaller than the coercive electric field Ec is applied between the light-transmitting electrode 3 and the electrode 4, and the light is focused on the part where the information to be read is written. irradiate the laser beam. In this case, if the digital memory value of the laser beam irradiation point is 0,
The DE hysteresis loop changes from state Dr to state Cr. The slope of the hysteresis loop in this part is gentle and the change in capacitance is very small, so only a small change in current can be extracted. On the other hand, when the digital storage value of the laser beam irradiation point is 1, the D-E hysteresis loop passes from state Ar to state Br to state Cr.
Changes to Since this state change brings about a reversal of polarization, the capacitance changes rapidly, and a large current change can be extracted from the light-transmitting electrode 3 and the electrode 4. Therefore, by detecting this current change, the digital storage value 1 can be read separately from the digital storage value 0. However, in this case, since the stored value is inverted from 1 to 0 when the information is read, it is necessary to rewrite the information using the method of writing the digital value 1 described above. In this case, by moving a laser beam on the light-transmitting electrode 3, for example within the plane of the light-transmitting substrate, very high-density information can be written and read in one ferroelectric memory. Therefore, it is possible to realize a ferroelectric memory that is small, thin, and has a very large storage capacity. Furthermore, since the electric fields Em, -Em applied between the light-transmitting electrode 3 and the electrode 4 are smaller than the coercive electric field Ec, a high-frequency electric field can be used, and the operation speed can be increased. For example, if the electric field Em, -Em is set to 1MHz
In the case of a high frequency electric field of , the operating time is 1 microsecond.

【0009】[0009]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、強
誘電体メモリーの情報記憶層に室温又は500℃以下の
低温で強誘電性ヒステリシス特性を有するアモルファス
強誘電体材料を用い、また従来の導電性透光性薄膜層に
変えて透光性の基板を使用することにより、安価で、情
報記憶密度が高く、情報の書き込み読み出しの高速化が
可能で、メモリー表面に付着する異物によっても情報の
書き込み読み出し動作の乱されない強誘電体メモリーを
供給することができる。
As described above, according to the present invention, an amorphous ferroelectric material having ferroelectric hysteresis characteristics at room temperature or a low temperature of 500° C. or lower is used for the information storage layer of a ferroelectric memory, and By using a light-transmitting substrate instead of the conventional conductive light-transmitting thin film layer, it is inexpensive, has a high information storage density, and can speed up the writing and reading of information. It is also possible to provide a ferroelectric memory in which information writing and reading operations are not disturbed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】図1は、強誘電体メモリーの情報の書き込み、
読み出し方法を説明するための強誘電体ヒステリシスル
ープを示す図である。
[Fig. 1] Fig. 1 shows how information is written in a ferroelectric memory.
FIG. 3 is a diagram showing a ferroelectric hysteresis loop for explaining a reading method.

【図2】図2は、本発明の一実施例を説明する強誘電体
メモリーの構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a ferroelectric memory illustrating an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1      アモルファス強誘電体薄膜2     
 透光性基板 3,4  導電性電極 5      レーザー光 6      レンズ 7      レーザー光源
1 Amorphous ferroelectric thin film 2
Transparent substrates 3, 4 Conductive electrode 5 Laser light 6 Lens 7 Laser light source

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電気分極の電界依存性においてヒステ
リシス特性を有するアモルファス強誘電体薄膜からなる
情報記憶層と、該情報記憶層の両面に形成された電極と
、電極の片側に接する厚さ0.1mm 以上の透光性基
板とからなることを特徴とする強誘電体メモリ。
Claims: 1. An information storage layer made of an amorphous ferroelectric thin film having hysteresis characteristics in electric field dependence of electric polarization, electrodes formed on both sides of the information storage layer, and a 0.0mm thick layer in contact with one side of the electrode. A ferroelectric memory comprising a transparent substrate of 1 mm or more.
【請求項2】  電気分極の電界依存性においてヒステ
リシス特性を有するアモルファス強誘電体薄膜からなる
情報記憶層と、該情報記憶層の片面に形成された電極と
、もう一方の面に形成された厚さ0.1mm 以上の導
電性の透光性基板とからなることを特徴とする強誘電体
メモリ。
2. An information storage layer made of an amorphous ferroelectric thin film having hysteresis characteristics in electric field dependence of electric polarization, an electrode formed on one side of the information storage layer, and a thickness formed on the other side. A ferroelectric memory comprising a conductive, transparent substrate with a diameter of 0.1 mm or more.
【請求項3】  アモルファス強誘電体薄膜が、製膜手
段を用いて基板上に、基板温度を500℃以下に保持し
ながら非晶質の薄膜として作製し、作製したそのままの
状態か、あるいは500℃以下の温度で熱処理すること
によって得られたものであることを特徴とする請求項1
又は請求項2の強誘電体メモリ。
3. An amorphous ferroelectric thin film is produced as an amorphous thin film on a substrate using a film forming method while maintaining the substrate temperature at 500° C. or less, and is in the state as it is produced, or Claim 1 characterized in that the product is obtained by heat treatment at a temperature of ℃ or less.
Or a ferroelectric memory according to claim 2.
【請求項4】  アモルファス強誘電体薄膜が、Fe2
O3−Bi2O3−ABO3(ペロブスカイト型化合物
)を主成分とした三元酸化物系薄膜からなることを特徴
とする請求項1又は請求項2の強誘電体メモリ。
4. The amorphous ferroelectric thin film is made of Fe2
3. The ferroelectric memory according to claim 1, wherein the ferroelectric memory is made of a ternary oxide thin film whose main component is O3-Bi2O3-ABO3 (perovskite compound).
【請求項5】  アモルファス強誘電体薄膜にその抗電
界より絶対値の小さい電界を印加した状態で、アモルフ
ァス強誘電体薄膜上にレーザー光を照射することにより
、情報の書き込み及び読み出しを行なうことを特徴とす
る請求項1又は請求項2の強誘電体メモリの駆動方法。
5. Information is written and read by irradiating laser light onto the amorphous ferroelectric thin film while applying an electric field smaller in absolute value than the coercive electric field to the amorphous ferroelectric thin film. A method for driving a ferroelectric memory according to claim 1 or claim 2, characterized in that:
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