JPWO2008123307A1 - 情報記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本発明の第1例に係る情報記録再生装置は、記録部が、電極層、記録層、電極層(又は保護層)のスタック構造を有する。電極層とは、記録層の上下に設けられ、記録層に対して電気的接続を与えるものをいうものとする。電極層は、記録層を構成する材料の拡散を防ぐバリア層としての機能を併せ持たせてもよい。
化学式2:□xMZ2
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイト、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素、0.3≦x≦1である。
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイト、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素、1≦x≦2である。
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイト、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素、1≦x≦2である。
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイト、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素、Pは、リン元素、Oは、酸素元素、0.3≦x≦3、4≦z≦6である。
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイト、Mは、V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素、1≦x≦2である。
(1)本発明の第1例に係る情報記録再生装置における情報の記録/再生の基本原理について説明する。
Mは、Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W のグループから選択される少なくとも1種類の元素である。Nは、窒素である。
Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Ir, Os, Pt のグループから選択される少なくとも1種類の元素である。モル比xは、1≦x≦4を満たすものとする。
Aは、La, K, Ca, Sr, Ba, Ln(Lanthanide) のグループから選択される少なくとも1種類の元素である。
Aは、K, Ca, Sr, Ba, Ln(Lanthanide) のグループから選択される少なくとも1種類の元素である。
11は、電極層、12は、記録層、13Aは、電極層(又は保護層)である。電極層11,13Aは、上述の定義に従う。
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
以下では、本発明の例を、プローブメモリに適用した場合、および半導体メモリに適用した場合の2つについて説明する。
A. 構造
図4及び図5は、本発明の例に係るプローブメモリを示している。
図4及び図5のプローブメモリの記録/再生動作について説明する。
記録媒体は、基板(例えば、半導体チップ)20上の電極層21と、電極層21上の記録層22と、記録層22上の保護層13Bとから構成されるものとする。保護層13Bは、例えば、薄い絶縁体から構成される。
第1例は、記録層に図1の材料を用いた場合である。
再生に関しては、電流パルスを記録層22の記録ビット27に流し、記録ビット27の抵抗値を検出することにより行う。但し、電流パルスは、記録層22の記録ビット27を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とする。
第2例は、記録層に図2の材料を用いた場合である。
再生動作は、電流パルスを記録ビット27に流し、記録ビット27の抵抗値を検出することにより行う。但し、電流パルスは、記録ビット27を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とする。
サンプルとしては、図7に示す構造を有する記録媒体を使用し、評価は、先端の径が10nm以下に先鋭化されたプローブ対を使用すればよい。
ZrNをバッファ層として用い、第1化合物としてNiWO4を用いた例を示す。
プローブの一方(プローブ1)を保護層13Bに接触させて接地させ、プローブの他方(プローブ2)をZrN膜に接触させて電圧を印加した。書き込みは、プローブ2に、例えば、10nsec幅で、0.8Vの電圧パルスを印加することにより行う。消去は、プローブ2に、例えば、100nsec幅で、0.2Vの電圧パルスを印加することにより行う。このように本実験例では、ZrNの導電率が高いため、ZrNを下部電極として機能させることが可能である。
続いて、パルス消去による評価を行う。この場合、書き込みは、プローブ2に、例えば、10nsec幅で、1.5 Vの電圧パルスを印加することにより行う。消去は、プローブ2に、例えば、10nsec幅で、-1.5 Vの電圧パルスを印加することにより行う。
実験例1と同様の方法により、n型(001)Si基板上に、(100)配向したZrNをバッファ層としてac面配向した10nm厚のNiWO4膜を製膜した。
比較例では、記録層の第1化合物をNiOとした点を除き、第1実験例のサンプルと同じものを使用する。NiOは(100)配向させたVN膜上に、NiOターゲット(径100mm)を用いて、Ar(アルゴン)95%、O2(酸素)5%の雰囲気中で、RFマグネトロンスパッタを行い、製膜した。RFパワーは100W、全ガス圧は1.0Pa、基板温度は400℃とし、第1化合物NiOの膜厚は10nmとした。このとき、NiOの配向は主に(100)配向であった。
書き込みは、プローブ2に、10nsec幅で、8Vの電圧パルスを印加することにより行う。消去は、プローブ2に、1μsec幅で、2Vの電圧パルスを印加することにより行う。
続いて、パルス消去による評価を行う。この場合、書き込みは、プローブ2に、例えば、10nsec幅で、5 Vの電圧パルスを印加することにより行う。消去は、プローブ2に、例えば、10nsec幅で、-5 Vの電圧パルスを印加することにより行う。
このようなプローブメモリによれば、現在のハードディスクやフラッシュメモリよりも高記録密度及び低消費電力を実現できる。
A. 構造
図11は、本発明の例に係るクロスポイント型半導体メモリを示している。
図11乃至図13を用いて記録/再生動作を説明する。
ここでは、点線Aで囲んだメモリセル33を選択し、これについて記録/再生動作を実行するものとする。
第1例は、記録層に図1の材料を用いた場合である。
第2例は、記録層に図2の材料を用いた場合である。
このような半導体メモリによれば、現在のハードディスクやフラッシュメモリよりも高記録密度及び低消費電力を実現できる。
(1) 構造
本発明の例は、フラッシュメモリに適用することも可能である。
図16を用いて基本動作について説明する。
セット(書き込み)動作は、コントロールゲート電極45に電位V1を与え、半導体基板41に電位V2を与えることにより実行する。
図17は、NANDセルユニットの回路図を示している。図18は、本発明の例に係るNANDセルユニットの構造を示している。
図21は、NORセルユニットの回路図を示している。図22は、本発明の例に係るNORセルユニットの構造を示している。
図23は、2トラセルユニットの回路図を示している。図24は、本発明の例に係る2トラセルユニットの構造を示している。
5. その他
本発明の例によれば、情報記録(書き込み)は、電場が印加された部位(記録単位)のみで行われるため、極めて微細な領域に、極めて小さな消費電力で情報を記録できる。
Claims (17)
- 記録層と、前記記録層に電圧を印加して前記記録層に相変化を発生させて情報を記録する手段とを具備し、前記記録層は少なくともウルフラマイト構造類様態あるいはシーライト構造類様態を有する第1化合物を含むように構成されることを特徴とする情報記録再生装置。
- 前記第1化合物は、少なくとも化学式1:XaYbO4(0.5≦a≦1.1、0.7≦b≦1.1)で表される材料から構成され、
Xは、少なくとも1種の、電子が不完全に満たされたd軌道を有する遷移元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。 - 前記Yは、Mo、Wのグループから選択される少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
- 前記Yは、少なくともWを含むことを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
- 前記Xは、Ti、V、Mn、Fe、Co、Niのグループから選択される少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
- 前記Xは、Fe、Co、Niのいずれかから選択される少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
- 前記Xは、FeあるいはNiのいずれかから選択される少なくとも1種類の元素を含むことを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
- 前記第1化合物がウルフラマイト構造を有し、前記記録層のa軸は、膜面に対して水平或いは水平から45度以内の範囲に配向していることを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記第1化合物に接して、陽イオンを収容できる空隙サイトを有する第2化合物を有することを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記第2化合物は、
化学式2:□xMZ2
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイトであり、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、0.3≦x≦1である。
化学式3:□xMZ3
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイトであり、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、1≦x≦2である。
化学式4:□xMZ4
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイトであり、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、1≦x≦2である。
化学式5:□xMPOz
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイトであり、Mは、Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、Pは、リン元素であり、Oは、酸素元素であり、0.3≦x≦3、4≦z≦6である。
化学式6:□xM2Z5
但し、□は、前記Xイオンが収容される空隙サイトであり、Mは、V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Rhから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、Zは、O, S, Se, N, Cl, Br, Iから選ばれる少なくとも1種類の元素をそれぞれ含み、1≦x≦2である。
のうちの1つであることを特徴とする請求項9に記載の情報記録再生装置。 - 前記第2化合物は、ホランダイト構造、ラムスデライト構造、アナターゼ構造、ブルッカイト構造、パイロルース構造、ReO3構造、MoO1.5PO4構造、TiO0.5PO4構造及びFePO4構造、βMnO2構造、γMnO2構造、λMnO2構造のうちの1つを有していることを特徴とする請求項9に記載の情報記録再生装置。
- 前記第2化合物は、ラムスデライト構造、ホランダイト構造のうちの1つを有していることを特徴とする請求項9に記載の情報記録再生装置。
- 前記第1化合物の電子のフェルミ準位は、前記第2化合物の電子のフェルミ準位よりも低いことを特徴とする請求項9に記載の情報記録再生装置。
- 前記手段は、前記記録層の記録単位に対して前記電圧を局所的に印加するためのプローブを含むことを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記手段は、前記記録層を挟み込むワード線及びビット線を含むことを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記手段は、MISトランジスタを含み、前記記録層は、前記MISトランジスタのゲート電極とゲート絶縁層との間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記手段は、第1導電型半導体基板内の2つの第2導電型拡散層と、前記2つの第2導電型拡散層の間の前記第1導電型半導体基板上の第1導電型半導体層と、前記2つの第2導電型拡散層間における導通/非導通を制御するゲート電極とを含み、前記記録層は、前記ゲート電極と前記第1導電型半導体層との間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
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