JPS6396795A - 強誘電性メモリのための読取装置 - 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】 １１立且１ 本発明は強誘電性メモリのための読取装置に係わる。前
記メモリは２進データを一連の領域の形に蓄積する強誘
電性材料の層を含み、領域は庖の平面に対して垂直方向
に分極されており、この方向に各々１ｍの２進データを
表わす領域が分極されている。この種のメモリは基本セ
ルのマトリクスの形をとってもよく、各セルはメモリを
もつが、あるいは２進データを読取るための単一装置に
接続する条片又はディスクの形をもつ。

九山ｎ １破ｔｓ読取りのための一先行技術は、パイロ電気効果
、即ち温度上昇の影響を受けた層の表面上の電荷の挙動
を用いている。電荷の現れる徴候は、層の各領域が分極
される方向を示す。非破ＩＩＪ読取りのための他の先行
技術は圧電効果を用いて、層の各領域に様械的応力をか
けるというものである。

この応力は層の表面上に？！何を生じさゼ、そしてこれ
らの電荷は各領域の残留分掩符号を桟示する。

一般に強誘電性材料の層の各領域に機械的又は熱的応力
を加えることは、特にこれらの領域は小体積をもつこと
から難しいことである。

米国特許第３，２６４，６１８号は、２進データを破壊
することなく強ｙ：？［性材料の立方体内のデータを読
取るために用い得る読取装置を開示している。

単一パルスから成る電気励起が、立方体の２つの相対向
面に置かれた２個の第１平面電穫を用いて付与される。

分極状態に依存する電気応答は、立方体の他の２面上に
位置決めされた２個の第２平面電極を用いて集められる
。従ってこの装置は２つずつ垂直である４つの電極を含
む。従って強誘電性材料の連続層を含むメモリを読取る
ために適していない。

本発明の目的は、製作が簡単で、熱的又は機械的変換装
置を持たず、単に電気的変換器のみをもつ非破１ｌｌｌ
ＩＩ読取装置を作ることである。本発明の目的は強誘電
性材料の層と接触する電極を主として含む読取装置であ
る。

λ艶立且豆 本発明は強誘電性メモリのための読取装置に係わり、前
記メモリは一連の分１１ｉ領域の形に２進データを蓄積
する強誘電性材料の連続層を含んでおり、領域は層の平
面に対し垂直方向に分極されており、その方向が２進デ
ータを表わすよう各領域が分極されており、読取装置は
各領域によって担持される２進データを読取るため次の
素子を含んでいる。

一層の第１面に取付けられ、かつ分極領域の範囲に相当
するスペースによって距てられた第１及び第２電極、 一交流電位差を周波数ｆで付与するため第１及び第２電
極に結合された手段、 一層１電極と第２電極との間のスペースと向き合う層の
第２面に取付けられた第３の電極、−周波数２ｆに整合
し、３つの電極に結合し第１電極と第２電極に共通な電
位と第３電極の電位との間の差を表わす電気信号内の周
波数成分２ｆを測定し、かつこの成分の位相を第１電極
と第２電極に付与された電位差と比較するための測定手
段。

本発明の目的並びにその他の特徴は次の説明及び添付図
面からさらによく理解されよう。

具体例 第１図は、残留分極が一様である領域に対応する強誘電
性材料の立方体を示づ。強誘電性メ七りは一定の厚さの
平坦層から成り、上記の形の一連の重ね合わせ領域を含
む。

各領域が分極されている方向は２進データを表わす。こ
の立方体の分極ベクトルは１．２及び３の記号を付けた
３本の直交軸によって表わされる。残留分極は軸３と平
行で、ペクトｌしＰｒによって表わされる。本発明装置
の用いる非破壊読取法は、園 交番励起電界を一定鶏波数ｆで、残留分１１Ｐ、の方向
に対し！！！直に、例えば立方体のおのおのの側与する
。

これらの電極４及び５は、振幅■及び周波数ｆの交流電
圧発生器８と結合する。この方法はざら誌 に、２個の平面電極６及び７上に振赫英び周波数２ｆの
電圧を集める。これらの電極は立方体のそれぞれの側に
、軸１及び２によって構成される面と平行に、即ち励起
電極４及び５に対して垂直な面上に配置される。任意の
誘電体では、分極ベクトルＰはｉを１〜３で変化させる
成分Ｐｉをもち、こらの成分は付与電界Ｅに左右される
。この電界はｊを１〜３で変化させる３つの成分Ｅｊを
もつ。

成分Ｐ、の値は次の式によって与えられる。

Ｐ゛＝５°°′″Ｅ°＋８ｉｊｋ′″Ｅｉ　′Ｅｋ＋＋
１ＪＪ ε、１ｊｋ１°εｊＥＫＥ１　＋−−−−−−（１）但
しＥ・、は線形誘電率テンソルの要素であり、Ｊ ε、　及びε１ｊｋｌは非線形誘電率テンソルの要素＋
ｊｋ である。

キュリ一点以下で分極される強誘電性材料のような有極
誘電体では、テンソルＥｉｊは対角線をなす。即ち要素
の値はｉがｊとは異なるときはゼロである。従って電界
はこれと垂直な方向にこれと比例した振幅で分極を生じ
ることはない。逆に、圧電テンソルと同じ対称性をもつ
テンソルεｉｊｋはぜ口でない一定数の要素をもつ。

結晶学的構造においてｍｍ２の対称、即ち対称二に対し
垂直な電界に相対し、軸３に沿う残留分極と関連して、
ε　　、ε　　、ε　　、どなる。

従って電界Ｅ　及びＥ２が軸１及び２の方向にそれぞれ
かけられるとき、分極の変化は次の式に従って電界Ｅ１
及びＥ２の平方に比例して、残留分極＠３の方向に現わ
れる。

さらに、強誘電性材料のすべての３位（ｒａｎｋ）テン
ソル要素のように、要素ε３１１及びε３２２は材料の
残留分子ｆｉＰ、に次のように比例する。

’　３１１　”　”　３１１　　°ｐｒ−９・　Ｐ（３
） ５３２２　　３２２　　　ｒ ｔｌｌシュ１１及びｇ３２２は定数である。

公式（２）から当然、もし励起が非ピロ要素Ｅ１又はＥ
２をもつ電界の形に強誘電性材料のこの立方体にかけら
れるならば、周波数２ｆの成分の分極変化が１ＮＩ３の
方向に出現することになる。公式（３）から当然、残留
分極符号が２つの係数ｇ３１１及びＱ３２２の符号を決
定し、従って分極変化△Ｐ３の符号を決定することにな
る。この分極変化の符号は、周波数２ｆ要素及び励起電
界間で位相差Ｏ又はｎに対応する。従って１領域内の残
留分極の方向によって示される２進データ値は、２ｆ周
波数成分の位相を例えば軸１の方向にかけられる励起電
界の位相と比較することによって決定され得る。

第２ａ図は、電界Ｅ１を示し、該電界は軸１と平行で材
料立方体の励起電界を構成し、１具体例ではこの電界が
軸１と平行な単一要素から成り、かつ時間の正弦関数で
ある。

第２ｂ図は、残留分権が軸３の方向にあるときの、軸３
の方向への分極の変化を表わす。第２Ｃ図は、軸３と反
対の方向へ残留分極が生じるときの、＠３の方向への分
極変化を表わす。

この図では、強誘電性材料は、分子ｆｉＰが電界Ｅ１に
より生じた力の作用を受けて、破線で示した円に沿って
原点Ｃ上を回転する固定票楊子のモーメントであると仮
定して図形化しである。この分極Ｐは軸１上に成分Ｐ１
を、軸３上に成分Ｐ３をもち、これらの成分は経時的に
双極子の回転につれて生じる。

第２ｂ図の左側は、分極の成分Ｐ３の変化ΔＰ３の時間
の関数としてのグラフを示す。同様に第２Ｃ図の左側は
、分極成分Ｐ３の変化ΔＰ３の時間の関数としてのグラ
フを示す。これらのグラフから、励起電界Ｅ１の２倍の
周波数をこれらの変化がもつこと、及び第２の場合には
、位相は励起電圧の周波数倍増によって生じる電圧の位
相と同じであること、さらに第１の場合には、位相は２
倍周波数のこの電圧の位相と反対であることが分かる。

励起電界の振幅は、用いられる材料の分極を消すために
必要な圧伏電界（ｃｏｅｒｃｉｖｅ　ｆｉｅｌｄ）の振
幅にりずっと小さくなるように選択されている。

例えばＰＶＦ、、を含むメモリについで、残留分極がｐ
３　＝１０−１０−２ｃ、ｍ２Ｆあるときに、圧伏電界
のおにそ１０分の１相当する１０　　ｖ・ｍ−１の振幅
をもつ電界Ｅ、は、軸３の方向に厚さ１ミクロン当りお
よそ２００ミリボルトの電位変化を示す分極変化を与え
ることができる。

第３図は本発明読取り装置の第１の具体例の構成図であ
る。本例においていは、強誘電性メモリはＰ　（ＶＦ　
　／ＶＦ３）形の強誘電性材料の一様な層１０によって
形成される条片から成る。条片１０は読取装置に対して
長手方向に動き、かつ連続する２進データを担持するが
、その各々のデータ（よ定められた長さをもつ領域９内
に記憶されている。

残留分極の方向は層１０の平面に対し垂直である。

各領域９内の残留分極の方向は２進データを表わす。

各領域９は第１図の立方体のように横方向から接近する
ことはできない。従って電気的励起電界は層１０の外側
に配置され、かつこの層の第１面に対面して取付けられ
る電極１２及び１３を用いて印加され、前記電極は各領
域９の長さにほぼ等しい距離だけ相互に距たっている。

従って、電極１２及び１３によって生じる励起電界の幾
つかのラインは、これら２電極の中点に位置する領域を
通って横方向に流れる。第３の電極１１は、電極１２及
び１３の間のスペースに向き合い、がっ層１０の他の面
に対面して取付けられ、一方では電極１２と１３との間
、他方では電極１１との間で残留分極によって生じた電
位差の測定を可能にする。

ｒ＝１０ｋｌ−１ｚの周波数の発振器１５は、変圧器１
４を介して２個の電極１２及び１３に印加される正弦交
番電圧を与える。変圧器１４は中点に２次巻線をもつ。

この２次巻線の２端子は電極１２及び１３と結合し、そ
の中点は選択増幅器１７の第１の入力に接続した基準電
位を構成する。この増幅器は周波数２ｆ−２０ｋＨｚに
整合し、かつ電極１１と接続する第２人力をもつ。発振
器１５は周波数二倍器１６に結合する。周期検出器１８
は次の要素をもつ。即ち、増幅器１７の出力と結合した
入力と、周波数二倍器１６の出力に接続した入力と、及
び出力端子１９に対して、増幅器１７及び周波数二倍器
１６によってそれぞれ与えられる信号間の位相合致又は
位相対立を表わす論理信号を与える出力とである。この
論理信号は、強誘電性材料層１０によって担持される２
進データ発振器１５、周波数二倍器１６、選択増幅器１
７及び周ＩＩ検出器１８は従来装置であって、それらの
製造は同業者の公知技術である。１具体例では、Ｐ（Ｖ
Ｆ’　　／ＶＦ３）の１１１０の厚さは１ミクロンに等
しく、電極１２及び１３間のスペースは１ミクロンに等
しく、さらにこれらの電極に印加される電圧の振幅は１
０ボルトである。増幅器１７によって受取られる周波数
２丁の交番電圧は、この場合およそ２００ミリボルトで
ある。第４図は先行具体例の変形例を、数本の長手方向
トラック上に２進テータを記憶する強誘電性材料の条件
２１を含む強誘電性メモリを読取るべく適用した場合を
部分的に説明する概略図である。この具体例は１０本の
トラック読取り用に設計しであるが、他の具体例では、
トラックの本数はもっと多くてもよい。ここでは強誘電
性材料で作られた条片２１が含まれており、条片は長手
方向に送行され、条片２１の幅全体を覆う２本の細長い
励起電極２２及び２４上に支えられている。励起電極２
２及び２４は全トラックに共通で、先行具体例の変圧器
１４に類似の単一変圧器２６と結送 合する。電極２２及び２４は２案データを担持する領域
の長さにほぼ等しい幅のスペースだけ距てられており、
前記幅は条片２１が動く方向で測定される。

このスペースに対面して、１０個の電極２３が１０個の
トラックを平行に読むようにストリップ２１に重訂に一
列に並べられている。電極２３は励起電極２２及び２３
と接触していない別面でリボン２１と接触している。電
極２３はそれらをストリップ２１に当接させる弾性機械
的装置（図示せず〉に取（＝Ｊけられている。これらは
互いに電気的に絶縁され、出力端２５を介して先行具体
例中の増幅器１１ど同様の選択増幅器（図示せず）に１
つずつ接続されている。

選択増幅器及び何期検出器が各トラックに対して備えら
れている。これと対照的に、単一の変圧器２６、単一の
発振器及び単一の周波数二倍器でトラック全体に対して
充分用が足りる。

第５図は、本発明読取装置の第２の具体例を、２進デー
タを複数セル３２のマトリックスの形に蓄積する強誘電
性材料で作られたプレート３１を含む静的メモリ中に用
いた場合を表わし、各セルは一様に分極されており、か
つ２進データを表わす領域から成る。従って電極１１は
、プレート３１の第１の側に配置され、かつマトリック
スの行（ｒＯＷ）に対応する１紺の平行′ｉｆｉ極３３
によって置き替えられる。各電極３３は、１行を構成す
るすべてのけルの問から１個のセルの分極方向を、１度
にその行から１個だけのセル３２が励起されるようにし
て読み出すように用いることができる。

プレート３１の第２の側には、マトリックスの列（ｃｏ
ｌｕｍｎ）に対応する１組の平行電極２９が、１列のセ
ル全部を同時に励起し、同時に１列だけが励起されるよ
うにして用いることができる。所定の１列を励起するた
め、先行具体例中の電極１２及び１３に印加される電圧
に類似の２つの逆位相の電圧がそれぞれ２個の励起電極
２８及び３ｏに印加され、これらのｖｉｉ極は対象列の
隣りの２つの列の下側にそれぞれ配回されている。第１
列には付加電極３４が、＠終刊には付加電極２７が、こ
れらの列には隣りに１列しかないことから設けられてい
る。

当業者の公知技術のｍ回内で製造できる切替手段３５を
、変圧器によって中央点４１で与えられる２つの励起電
圧を励起されるべき列に隣り合う２個の励起１８１２８
及び３０に印加するため使用することができる。切替手
段３６は増幅器１７に類似の選択増幅器３８の入力に対
し第１の側の電極３３の１つを接続するために用いられ
る。増幅器３７の出力は読取装置の出力端子４２と接続
する。勿論、周波数二倍器３９及び周期検出器４０が備
えられ、先行具体例と同じ様に配列されている。

本発明は上記の具体例に限定されない。また他にも多数
の具体例が当業者に可能である。例えば、周期的だが非
正弦波形である励起信号を用いることが可能で、さらに
別の形の強誘電性材料が、例えば読取装置に関して回覧
するやディスクの形で使用することが可能である。

本発明はすべての形の強誘電性メモリの読取りに適用す
ることができる。

れる方法の説明図、第３図は本発明読取装置の１具体例
の構成図、Ｍ４図は上記具体例の別の変形例の１部を表
わす説明図、第５図は第２の具体例の構成図である。

８・・・・・・交流電圧発生器、９・・・・・・領域、
１０・旧・・条片、１１〜１３・・・・・・電極、１４
・・・・・・変圧器、１５・・・・・・発振器、１６・
・・・・・周波数二倍器、１７・・・・・・選択増幅器
、１８・・・・・・周期検出器、１９・・・・・・出力
端子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）強誘電性メモリのための読取装置であつて、前記
   メモリは一連の分極領域の形に２進データを記憶する強
   誘電性材料の連続層を含んでおり、領域は層の平面に対
   し垂直方向に分極されており、その方向が２進データを
   表わすよう各領域が分極されており、読取装置が各領域
   によって担持される２進データを読取るために次の素子
   、即ち、 −層の第１面に取付けられ、かつ分極領域の範囲に相当
   するスペースによつて距てられた第１及び第２電極、 −交流電位差を周波数ｆで付与するため第１及び第２電
   極に結合された手段、 −第１電極と第２電極との間のスペースに向き合う層の
   第２面に取付けられた第３の電極、 −周波数２ｆに整合し３つの電極に結合し、第１電極と
   第２電極に共通な電位と第３電極の電位との間の差を表
   わす電気信号内の周波数成分２ｆを測定し、かつこの成
   分の位相を第１電極と第２電極に付与された電位差と比
   較するための測定手段を含んでいる読取装置。
2. （２）強誘電性材料層が長手方向に移動する条片の形状
   をもっており、及び幾つかの長手方向トラックを同時に
   読取るため、条片に対して垂直をなしかつ条片の全幅に
   沿って伸延する細長い第１及び第２電極を含んでおり、
   さらにまた各トラックのための第３電極をも含み、この
   第３電極は条片に対し垂直に整列し、相互に電気的に絶
   縁され、さらに各々が選択増幅器に対し結合されている
   、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）強誘電性材料層が読取装置に対して固定され、か
   つセルのマトリクスを含むプレートの形をもち、各セル
   は２進データを記憶しており、次の素子、即ち、 −プレートの第１の側に配置され、マトリクスの列に対
   応する数個の第１電極であって、マトリクスの各列はこ
   れらの第１電極の２個によって励起され、これらの２つ
   の電極は励起されるべき列のすぐ隣りの２つの列の下側
   に配置されている電極、 −プレートの第２の側に配置され、かつマトリクスの行
   に対応する数個の第２電極、 −周波数ｆの交流電圧発生器、 −第１電極の２つをそれぞれ交流電圧発生器の２つの端
   子に接続するための切替手段、 −前記手段の入力に印加される電圧の位相を、発生器に
   よつて与えられ、メモリ内の２進データ読取を代表する
   ２進信号を与える電圧の位相と比較するための測定手段
   、 −第２電極の１つを測定手段の入力に結合するための切
   替手段 を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。