TWI406407B - Information recording and reproducing device - Google Patents

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TWI406407B
TWI406407B TW098110468A TW98110468A TWI406407B TW I406407 B TWI406407 B TW I406407B TW 098110468 A TW098110468 A TW 098110468A TW 98110468 A TW98110468 A TW 98110468A TW I406407 B TWI406407 B TW I406407B
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Takayuki Tsukamoto
Takeshi Yamaguchi
Tsukasa Nakai
Takahiro Hirai
Shinya Aoki
Kohichi Kubo
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Toshiba Kk
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Description

資訊記錄再生裝置
本發明係關於一種高記錄密度之資訊記錄再生裝置。
面對未來U化社會之實現，近年來，隨著小型攜帶式機器之普及，小型大容量非揮發性記憶體之需求乃逐年急速地增加。其中NAND型快閃記憶體及小型HDD(硬碟驅動機)係達到記錄密度之急速進化，創造了大市場。
但是，NAND型快閃記憶體及小型HDD在不久的未來都會發生記錄密度有限的問題。特別是小型HDD係指追蹤精確度的界限，而NAND型快閃記憶體中，因微細化之界限及最小線寬之縮小導致產生製程成本增大。而強烈要求開發打破該記錄密度之界限的技術，最近已有著眼於大幅超過記錄密度界限之新型固體記憶體的提案。
在世界上，新型固體記憶體已有藉由稱為PRAM(Phase change RAM；相變化型記憶體)之記錄材料的膜狀態(非晶狀態與結晶狀態)之變化，而利用ON狀態(非晶狀態)及OFF狀態(結晶狀態)之記憶體的提案，且其開發已進展至實用化水準(例如參照T.Gotoh,K.Sugawara and K.Tanaka,Jpn.J.Appl.Phys.,43,6B,2004,L818、及A.Sawa,T.Fuji,M.Kawasaki and Y.Tokura,Appl.Phys.Lett.,85,18,4073(2004))。
此外，近來係進行稱為RRAM(Resistive RAM；電阻變化型記憶體)之新型固體記憶體的研究開發，而有NiO及 CuO等之記憶材料的報告。該RRAM係在記憶材料中施加電壓脈衝，利用記憶材料之電阻變化而使低電阻狀態(設定狀態)與高電阻狀態(重設狀態)反覆變化，以將該狀態變成2值資料(0或1)而記錄或刪除資訊。該記憶體之最大特長係即使將元件尺寸縮小至10nm程度，原理上仍可動作，該情況下，因可實現約10Tbpsi(1012位元/平方吋(tera bite par square inch))之記錄密度，所以作為對高記錄密度化之一個提議。
此外，已有使用MEMS(微機電系統)技術之MEMS記憶體的提案(例如參照P.Vettiger,G.Cross,M.Despont,U.Drechsler,U.Durig,B.Gotsmann,W.Haberle,M.A.Lants,H.E.Rothuizen,R.Stutz and G.K.Binnig,IEEE Trans.Nanotechnology 1,39(2002))。該MEMS記憶體因記錄部中不需要配線，所以可實現飛躍性之記錄密度。最近，有組合該MEMS技術與各種記錄原理之提案，並正進行耗電、記錄再生密度及動作速度的檢討(例如參照P.Vettiger,T.Albrecht,M.Despont,U.Drechsler,U.Durig,B.Gotsmann,D.Jubin,W.Haberle,M.A.Lants,H.E.Rothuizen,R.Stutz,D.Wiesmann and G.K.Binnig,P.Bachtold,G.Cherubini,C.Hagleitner,T.Loeliger,A.Pantazi,H.Pozidis and E.Eleftheriou,in Technical Digest,IEDM03 pp.763-766)。
惟，現狀仍是尚未實現使用電阻變化型之新穎記錄材料的新型資訊記錄媒體。其理由是記憶體切換中之反覆劣化 大，及各電阻狀態之熱穩定性低，並且還有後退火處理之記錄層/電極層的耐熱性(耐製程性)問題。
本發明係提出一種可實現高記錄密度，且充分確保記錄媒體之膜特性的技術。
本發明之例的資訊記錄再生裝置包括：記錄層，其係包含群組A之元素與群組B之元素各至少1種，並記錄藉由群組A之元素之移動而使電阻率為不同之2個以上狀態；及電極層，其係配置於記錄層之一端，並對記錄層施加電壓或電流。電極層及記錄層分別含有相接於記錄層之區域及相接於電極層之區域，此等相接於記錄層之區域及相接於電極層之區域係對向，且相接於記錄層之區域係包含有濃度比相接於電極層之區域內的群組A之元素之濃度高的群組A之元素作為添加物。
採用本發明，可實現能夠獲致高記錄密度，且充分確保記錄媒體之膜特性的非揮發性之資訊記錄再生裝置。
以下，參照圖式，就實施本發明之例用的最佳形態詳細作說明。
1.概要
為了使新型固體記憶體實用化，需要開發耐熱性良好之記錄媒體或記錄元件。在此，所謂耐熱性良好，係指在形成記錄媒體或記錄元件後，即使進行後退火處理(熱處理)，作為記錄層內之擴散離子的群組A之元素不致擴散至 電極層，亦即在後退火處理之前後，一定地保持作為記錄層內之擴散離子的群組A之元素之濃度。
因而，本發明之例的資訊記錄再生裝置包括：記錄層，其係包含作為擴散離子之群組A之元素，並記錄藉由群組A之元素之移動而不同的電阻率之2個以上狀態；及電極層，其係配置於記錄層之一端，並對記錄層施加電壓或電流；電極層在相接於記錄層之區域中，包含濃度比記錄層內之群組A之元素的濃度高之群組A之元素，作為添加物(摻雜物)。
此外，本發明之例的資訊記錄再生裝置包括：記錄層，其係包含作為擴散離子之群組A之元素，並記錄藉由群組A之元素之移動而不同的電阻率之2個以上狀態；及電極層，其係配置於記錄層之一端，並於記錄層施加電壓或電流；記錄層在相接於電極層之區域與其他區域之組成有差異，相接於電極層之區域包含濃度比其他區域內之群組A之元素的濃度高之群組A之元素。
形成此種構造之意圖，係藉由預先使電極層之相接於記錄層的區域內，或是使記錄層之相接於電極層的區域內，包含與包含於記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素相同之元素，且具有比其濃度高之濃度的元素，而將此等區域作為阻礙元素從記錄層向電極層擴散之防止擴散區域。
此外，為了使作為防止擴散區域之功能有效，宜在電極層之相接於記錄層的區域內，或是記錄層之相接於電極層的區域內，添加與包含於記錄層內之作為擴散離子的群組 A之元素相同元素至飽和狀態。
在此，所謂記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素之濃度，為形成記錄媒體或記錄元件後進行之後退火處理(熱處理)後的濃度。此外，本發明之例係將記錄藉由作為擴散離子之群組A之元素的移動而不同之電阻率的2個以上狀態之記錄媒體或記錄元件作為對象。亦即，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素之濃度考慮為動態變化。因此，所謂記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素之濃度，為記錄媒體或記錄元件在初期狀態時之濃度。
如此，因可藉由使電極層之相接於記錄層的區域內，或記錄層之相接於電極層的區域內，包含與包含於記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素相同元素，且具有比其濃度高之濃度的元素，防止元素從記錄層向電極層擴散，所以可藉由膜特性之改善而確保切換動作之穩定性及設定/重設狀態時之電阻值的熱穩定性。
另外，群組A之元素包含週期表第1至2族、第12至15族之元素及Ti；群組B之元素包含週期表第3至11族之元素且不含Ti。群組A之元素宜為選自Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Ti、Be、Mg、Ca之群的元素。此外，電極層宜為將選自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ru、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au之群的元素作為主要成分。電極層之厚度宜為20nm以下。
記錄層例如包含以化學式：AxMyX4(0.1≦x≦2.2、1.5≦y≦2)表示之材料。其中，A係選自Zn、Cd、Hg之群 的群組A之元素，M係選自Cu、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe之群的群組B之元素，X係選自O、N之群的元素。
記錄層宜具有選自尖晶石構造、鈦鐵礦構造、黑鎢礦(Wolframite)構造、黑銅鐵礦構造之群的結晶構造。此外，記錄層之厚度宜為50nm以下。
後退火處理例如在N2環境中，且在600℃之溫度下進行。
2.基本原理
就用於本發明之記錄層的記錄動作之基本原理作說明。
以下，記錄層以取電阻率不同之2個狀態中的1個，而存在2種離子之系作說明。
記錄層之初期狀態為絕緣體(高電阻狀態)，例如電阻率為107Ω‧cm之狀態。而後，藉由於記錄層之兩端施加電位差，存在於記錄層內部之陽離子元素的一部分移動至陰極(負極)側。
結果，記錄層處於陽極(正極)側，導電性氧化物層處於陰極側時，從記錄層排出之陽離子元素導入導電性氧化物層內，在導電性氧化物層內，陽離子元素之比率比陰離子元素之比率相對地多。
與此同時，導電性氧化物層為了保持電性中性，而從陰極取得電子，導電性氧化物層內之群組B之元素的價數降低，結果形成低氧化狀態之化合物。
此外，陽極側之記錄層，因陽離子元素之比率比陰離子元素之比率相對地少，所以放出電子至陽極，而形成高氧 化狀態之化合物。
藉此，記錄層形成低電阻狀態，例如形成電阻率為103Ω‧cm之狀態。
此為設定動作。
於低電阻狀態之記錄層施加電流時，因為低電阻，即使低電位差仍有大電流流動，不過此時發生之焦耳熱使記錄層之溫度上昇。
從之前藉由設定動作而提高之高能準穩定狀態，藉由熱能再度返回設定前之低能穩定狀態的絕緣體(高電阻狀態)。
此為重設動作。
在此，上述之記錄層的電阻變化時，導電性氧化物層之電阻率不宜變化，不過，導電性氧化物層之電阻率比記錄層之電阻率的最小值充分小時，即使導電性氧化物層之電阻率變化仍無任何問題。
含有本發明之導電性氧化物層的資訊記錄再生裝置中，原理上可實現Pbpsi(1015位元/平方吋)級，進一步可實現大幅改善耐光干擾性。
3.基本構造
圖1顯示成為本發明之前提的記錄部之構造。
11係電極層，12係記錄層，13A係電極層(或保護層)，14係金屬層。大空心圓係陰離子群組A之元素(氧離子)，小實心圓係陽離子群組B之元素(母體陽離子)Y，小空心圓係作為擴散離子之群組A之元素(陽離子)X。
記錄層12例如係尖晶石構造之ZnMn2O4，該情況，Zn相當於作為擴散離子之群組A之元素，Mn相當於陽離子群組B之元素，O相當於陰離子群組A之元素。
在記錄層12中施加電壓，使記錄層12內發生電位坡度時，陽離子X之一部分在結晶中移動。在此，本發明之例係藉由將記錄層12作為絕緣體(高電阻狀態相)，藉由電位坡度使記錄層12相變化，而使記錄層12保持導電性(低電阻狀態相)，進行資訊之記錄。例如作成電極層13A之電位比電極層11之電位相對性低的狀態。電極層11為固定電位(例如接地電位)時，於電極層13A施加負的電位即可。
此時，記錄層12內之陽離子X的一部分移動至電極層(陰極)13A側，記錄層(結晶)12內之陽離子X對氧離子相對性減少。移動至電極層13A側之陽離子X從電極層13A取得電子，作為金屬之X原子析出，而形成金屬層14。
在記錄層12之內部氧離子過剩，使不擴散而保留之陽離子Y的價數上昇。此時，其價數提高時，以電阻減少之方式而選擇陽離子X時，由於金屬層14及記錄層12內均藉由陽離子X之移動而電阻減少，因此記錄層12全體藉由向低電阻狀態相作相變化，而資訊記錄(設定動作)完成。
此外，藉由大電流脈衝將含有金屬層14之記錄層12予以焦耳加熱，促進記錄層12之氧化還原反應。金屬層14中之X原子的一部分藉由大電流脈衝遮斷後之殘留熱，放出電子至電極層13A，因陽離子X配置於記錄層12之結晶中的空隙部位，所以記錄層12變化成絕緣體(重設動作)。
因此，本發明之例係將記錄層12及金屬層14之初期狀態作為導電體(低電阻狀態相)，藉由大電流脈衝之焦耳加熱使記錄層12相變化，而使記錄層12保持絕緣性(高電阻狀態相)。
因陽離子X進入記錄層12內部，所以藉由形成氧離子缺損狀態，而使記錄層12內之陽離子Y的價數減少。
以上之過程係一種電性分解，可考慮為電極層(陽極)11側係藉由電化學性氧化產生氧化劑，電極層(陰極)13A側係藉由電化學性還原而產生還原劑。
將該動作原理實用化時，須確認在室溫下不產生重設動作(確保充分長之保存時間)與重設動作之耗電充分小。
對前者，可藉由將陽離子X之價數形成2價以上而對應。藉此可妨礙在室溫下且無電位坡度之狀態下的陽離子X移動。
此外，對後者，由於不發生晶格崩解，因此可藉由找出在記錄層12內移動之陽離子X的移動路徑而對應。
關於擴散陽離子X作說明。
如前述，因使擴散陽離子X配置於記錄層12之空隙部位，所以擴散陽離子X係2價時，同時滿足擴散陽離子X之擴散與熱穩定性，因此擴散陽離子X宜為2價。擴散陽離子X宜使用Zn、Cd、Hg、Mg、Ca、Sr、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、V。
此外，因在設定動作後之電極層(陽極)11側產生氧化劑，所以電極層11宜由不易氧化之材料(例如電傳導性氮 化物、電傳導性氧化物等)而構成。此外，此種材料應不具離子傳導性。
此種材料有以下所示的，其中，從加上電傳導率良度等的綜合性性能之觀點而言，LaNiO3可稱為最佳之材料。
(a)MN
M係選自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta之群的至少1種元素。N係氮。
(b)MOx
M係選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、Os、Pt之群的至少1種元素。摩耳比x為滿足1≦x≦4的。
(c)AMO3
A係選自La、K、Ca、Sr、Ba、Ln(鑭族元素)之群的至少1種元素。
M係選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、Os、Pt之群的至少1種元素。
O係氧。
(d)A2MO4
A係選自K、Ca、Sr、Ba、Ln(鑭族元素)之群的至少1種元素。
M係選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Ir、Os、Pt之群的至少1種元素。
O係氧。
此外，因在設定動作後之保護層(陰極)13側產生還原劑，所以保護層13宜保持防止記錄層12與空氣反應之功能。
此種材料例如有非晶碳、類鑽碳、SnO2等之半導體。
亦可使電極層13A作為保護記錄層12之保護層的功能，亦可取代電極層13A而設置保護層。該情況下，保護層亦可為絕緣體，亦可為導電體。
此外，在重設動作中，為了有效進行記錄層12之加熱，亦可在陰極側，此處為在電極層13A側設置加熱器層(電阻率約為10-5Ωcm以上之材料)。
此外，為了使記錄層12之離子擴散路徑的方向對記錄層12之膜面垂直地配向控制，電極層/記錄層之基底層宜含有以M3N4、M3N5、MN2、M4O7、MO2、M2O5表示之材料(M係選自Si、Ge、Sn、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Ce、Tb之至少1種元素)。
上述之動作係顯示記錄層12之初期狀態係金屬狀態的一例，不過，記錄層12之初期狀態係絕緣體狀態的情況下同樣地適用。
其次，就本發明之例的記錄部之基本構造作說明。
圖2顯示第一基本構造。
記錄層包含作為擴散離子之群組A之元素(typical element)TE，且取出藉由群組A之元素TE之移動而不同的電阻率之2個以上狀態。記錄層例如係ZnMn2O4。
電極層係配置於記錄層之一端，且用以對記錄層施加電壓或電流而設置。
而後，電極層在相接於記錄層之區域X中，係包含有濃度比記錄層內之群組A之元素TE的濃度高之群組A之元素TE，以作為添加物(摻雜物)。電極層中相接於記錄層的區域X係具有防止元素在記錄層內擴散之防止擴散功能。
因此，即使在形成記錄層/電極層後才進行後退火處理(熱處理)，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素TE亦不會擴散至電極層，且在後退火處理之前後，記錄層內作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度可保持一定。
因此，可穩定地進行上述之設定/重設動作。
圖3及圖4顯示作為比較例之構造。
圖3係後退火處理前作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度分布，圖4係後退火處理後作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度分布。
比較例如圖3所示，於後退火處理前，記錄層內均一地包含作為擴散離子之群組A之元素TE，在電極層之相接於記錄層的區域內，或是記錄層之相接於電極層的區域內不具作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度峰值。
因此，如圖4所示，在後退火處理後，因記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素TE幾乎全部擴散於電極層內，所以無法穩定地進行上述之設定/重設動作。
圖2所示之第一基本構造，係在後退火處理時，存在於電極層之相接於記錄層的區域內，或是記錄層之相接於電 極層的區域內之作為擴散離子的群組A之元素TE若干擴散於電極層內。但是，作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度規範不致藉此而大幅改變，即使在後退火處理後，於電極層之相接於記錄層的區域內，或是記錄層之相接於電極層的區域內仍具有作為擴散離子之群組A之元素TE的濃度峰值。
亦即，第一基本構造與比較例不同，在後退火處理前後，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素TE之濃度分布不改變。
因此，如所述，可穩定地進行上述之設定/重設動作。
圖5顯示第二基本構造。
記錄層包含作為擴散離子之群組A之元素TE，且取藉由群組A之元素TE之移動而不同的電阻率之2個以上狀態。記錄層例如係ZnMn2O4。
電極層係為了配置於記錄層之一端，並於記錄層施加電壓或電流而設置。
而記錄層之相接於電極層的區域X包含濃度比記錄層之其他區域高的作為擴散離子之群組A之元素TE。亦即，記錄層之相接於電極層的區域X成為與記錄層之其他區域組成不同之組成差異記錄層。該電極層之相接於記錄層的區域X具有防止元素在記錄層內擴散之防止擴散功能。
該情況亦與第一基本構造同樣地，即使形成記錄層/電極層後進行後退火處理(熱處理)，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素TE不致擴散至電極層，在後退火處理之 前後，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素TE之濃度可保持一定。
因此，可穩定地進行上述之設定/重設動作。
圖6顯示第三基本構造。
第三基本構造與上述第一及第二基本構造不同之點為在記錄層之一端及另一端分別配置電極層。
記錄層包含作為擴散離子之群組A之元素TE，且取藉由群組A之元素TE之移動而不同的電阻率之2個以上狀態。記錄層例如係ZnMn2O4。
第一及第二電極層夾著記錄層，為了群組A之元素TE之移動，並為了於記錄層施加電壓或電流而設置。
在第一電極層與記錄層之界面附近的群組A之元素之濃度分布，及在第二電極層與記錄層之界面附近的群組A之元素之濃度分布的至少一個，設定成與圖2(第一基本構造)或圖5(第二基本構造)所示之濃度分布相同。
在此，於二個界面之至少一個適用圖2或圖5之濃度分布，係因亦有依構成電極之材料，記錄層內之作為擴散離子的群組A之元素在電極層內擴散困難。
第一及第二電極層由相同材料構成，而群組A之元素可能擴散於第一及第二電極層內情況下，當然二個界面分別宜適用圖2或圖5之濃度分布。
4.實施形態
其次，就認為最佳之幾個實施形態作說明。
以下，係就將本發明之例適用於探針型固體記憶體之情 況與適用於交叉點型固體記憶體之情況的2個作說明。
(1)探針型固體記憶體
A.構造
圖7及圖8顯示本發明之例的探針型固體記憶體。
在半導體基板20上配置電極層21，在電極層21上配置含有資料地區與伺服地區的記錄部22。記錄部(記錄媒體)22例如由圖2所示之記錄層12而構成。記錄部22在半導體基板20之中央部全面地形成。
伺服地區沿著半導體基板20之邊緣而配置。
資料地區及伺服地區由數個區塊而構成。在資料地區上及伺服地區上，對應於數個區塊配置數個探針24。數個探針24之各個具有尖銳化之形狀。
數個探針24構成探針陣列，並形成於半導體基板23之一面側。數個探針24藉由利用MEMS技術可輕易地形成於半導體基板23之一面側。
資料地區上之探針24的位置，藉由從伺服地區讀出之伺服叢發訊號而控制。具體而言，係藉由驅動器27使半導體基板20在X方向來回運動，藉由進行數個探針24在Y方向之位置控制，而執行存取動作。
另外，亦可各區塊獨立地形成記錄媒體，記錄媒體如硬碟地作為以圓形旋轉之構造，而使數個探針24之各個移動於記錄媒體之半徑方向，例如移動於X方向。
數個探針24分別具有作為記錄/刪除頭之功能及作為再生頭之功能。多工驅動器25、26在記錄、再生及刪除時， 對數個探針24供給所定之電壓。
B.記錄/再生動作
就圖7及圖8之探針型固體記憶體的記錄/再生動作作說明。
圖9顯示記錄動作(設定動作)。
記錄部(記錄媒體)22形成於半導體晶片20上之電極層21上。記錄部22藉由保護層13B覆蓋。
資訊記錄係藉由使探針24之頂端相接於保護層13B的表面，在記錄部(記錄媒體)22之記錄單位30中施加電壓脈衝，使記錄部22之記錄單位30內發生電位坡度而進行。本例係作成探針24之電位比電極層21之電位相對性低的狀態。電極層21為固定電位(例如接地電位)時，於探針24施加負電位即可。
電壓脈衝例如使用電子發生源或是熱電子源，亦可藉由從探針24向電極層21放出電子而使其發生。
此時，例如圖10所示，記錄層12之記錄單位30係擴散離子之一部分移動至探針(陰極)24側，結晶內之擴散離子對陰離子相對性減少。此外，移動至探針24側之擴散離子從探針24取得電子，並作為金屬而析出。
記錄層12之記錄單位30，其陰離子過剩，結果使保留於記錄層12內之群組B之元素離子的價數上昇。換言之，記錄層12之記錄單位30因藉由相變化之載子的佈植而具有電子傳導性，所以資訊記錄(設定動作)完成。
另外，資訊記錄用之電壓脈衝，亦可藉由作成探針24之 電位比電極層21之電位相對性高的狀態而發生。
採用本例之探針型固體記憶體時，與硬碟同樣地，可在記錄媒體之記錄單位30中進行資訊記錄，並且藉由採用新型之記錄材料，可實現比先前之硬碟及半導體記憶體高之記錄密度。
圖11顯示再生動作。
關於再生動作，係藉由將電壓脈衝流入記錄層12之記錄單位30中，檢測記錄層12之記錄單位30的電阻值而進行。但是，電壓脈衝為構成記錄層12之記錄單位30的材料不致造成相變化之程度的微小值。
例如將藉由感測放大器S/A所發生之讀出電流從探針24流入記錄層12之記錄單位30，藉由感測放大器S/A測定記錄單位30之電阻值。採用已經說明之新材料時，高電阻狀態與低電阻狀態之電阻的比可確保103以上。
另外，再生動作藉由探針24在記錄媒體上掃描(scan)，可連續再生。
關於刪除(重設)動作，係藉由大電流脈衝將記錄層12之記錄單位30焦耳加熱，促進記錄層12在記錄單位30中之氧化還原反應而進行。或是亦可藉由將與設定時反向之電壓脈衝施加於記錄層12而進行。
刪除動作亦可各記錄單位30進行，亦可以數個記錄單位30或區塊單位進行。
C.總結
採用此種探針型固體記憶體時，可實現比現在之硬碟及 快閃記憶體高之記錄密度及低耗電。
(2)交叉點型固體記憶體
A.構造
圖12顯示本發明之例的交叉點型固體記憶體。
字線WLi-1、WLi、WLi+1延伸於X方向，位元線BLj-1、BLj、BLj+1延伸於Y方向。
字線WLi-1、WLi、WLi+1之一端經由作為選擇開關之MOS電晶體RSW而連接於字線驅動器&解碼器31，位元線BLj-1、BLj、BLj+1之一端經由作為選擇開關之MOS電晶體CSW而連接於位元線驅動器&解碼器&讀出電路32。
在MOS電晶體RSW之閘極上輸入選擇1條字線(列(row))用的選擇訊號Ri-1、Ri、Ri+1，在MOS電晶體CSW之閘極上輸入選擇1條位元線(行(column))用之選擇訊號Cj-1、Cj、Cj+1。
記憶胞33配置於字線WLi-1、WLi、WLi+1與位元線BLj-1、BLj、BLj+1之交叉部。係所謂交叉點型胞陣列構造。
記憶胞33中附加防止記錄/再生時之潛洩電流(sneak current)用的二極體34。
圖13顯示圖12之交叉點型固體記憶體的記憶胞陣列部之構造。
在半導體晶片30上配置字線WLi-1、WLi、WLi+1與位元線BLj-1、BLj、BLj+1，並在此等配線之交叉部配置記憶胞33及二極體34。
此種交叉點型胞陣列構造之特長點為因記憶胞33中無須 個別地連接MOS電晶體，所以有利於高積體化。例如圖14及圖15所示，亦可堆積記憶胞33而將記憶胞陣列形成立體構造。
說明記憶胞33之構造例。
圖16顯示記憶胞之第一例。
在字線WLi上形成二極體34，在二極體34上形成記憶胞33。記憶胞33具有電極層11A/記錄層12/電極層11B之堆疊構造。在記憶胞33上形成位元線BLj。
電極層11B之添加物(摻雜物)係包含記錄層12內之作為擴散離子的群組A之元素，亦即包含鋅(Zn)。此外，其量(濃度)比記錄層12內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
圖17顯示記憶胞之第二例。
在字線WLi上形成二極體34，並在二極體34上形成記憶胞33。記憶胞33具有電極層11A/記錄層12/電極層11B之堆疊構造。進一步，記錄層12由存在於相接於電極層11B之區域的組成差異記錄層12B與存在於其他區域之記錄層本體12A而構成。在記憶胞33上形成位元線BLj。
記錄層本體12A與組成差異記錄層12B由同一材料構成，兩者之差異僅係構成此等之元素的組成比。例如記錄層本體12A係ZnMn2O4，而組成差異記錄層12B係ZnMnO3。
但是，組成差異記錄層12B內之作為擴散離子的群組A之元素，亦即鋅(Zn)之量(濃度)比記錄層本體12A內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
圖18顯示記憶胞之第三例。
第三例具有組合第一例與第二例之構造。
在字線WLi上形成二極體34，並在二極體34上形成記憶胞33。記憶胞33具有電極層11A/記錄層12/電極層11B之堆疊構造。進一步，記錄層12由存在於相接於電極層11B之區域的組成差異記錄層12B與存在於其他區域之記錄層本體12A而構成。在記憶胞33上形成位元線BLj。
記錄層本體12A與組成差異記錄層12B由同一材料構成，兩者之差異僅係構成此等之元素的組成比。例如記錄層本體12A係ZnMn2O4，而組成差異記錄層12B係ZnMnO3。
但是，組成差異記錄層12B內之作為擴散離子的群組A之元素，亦即鋅(Zn)之量(濃度)比記錄層本體12A內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
此外，電極層11B之添加物(摻雜物)係包含記錄層12內之作為擴散離子的群組A之元素，亦即包含鋅(Zn)。此外，其量(濃度)比記錄層本體12A內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
圖19顯示記憶胞之第四例。
第四例係第一例之應用例，其特徵點為在存在於記錄層12之兩端的電極層11A、11B內，添加物(摻雜物)係包含記錄層12內之作為擴散離子的群組A之元素。
在字線WLi上形成二極體34，並在二極體34上形成記憶胞33。記憶胞33具有電極層11A/記錄層12/電極層11B之堆疊構造。在記憶胞33上形成位元線BLj。
電極層11A、11B之添加物(摻雜物)係包含記錄層12內之 作為擴散離子的群組A之元素，亦即包含鋅(Zn)。此外其量(濃度)比記錄層12內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
圖20顯示記憶胞之第五例。
第五例係第二例之應用例，其特徵點為在記錄層本體12A之兩端分別配置組成差異記錄層12A、12B。
在字線WLi上形成二極體34，並在二極體34上形成記憶胞33。記憶胞33具有電極層11A/記錄層12/電極層11B之堆疊構造。進一步，記錄層12由存在於相接於電極層11B之區域的組成差異記錄層12B、存在於相接於電極層11A之區域的組成差異記錄層12C、及存在於其他區域之記錄層本體12A而構成。在記憶胞33上形成位元線BLj。
記錄層本體12A與組成差異記錄層12B、12C由同一材料構成，兩者之差異僅係構成此等之元素的組成比。例如記錄層本體12A係ZnMn2O4，而組成差異記錄層12B、12C係ZnMnO3。
但是，組成差異記錄層12B、12C內之作為擴散離子的群組A之元素，亦即鋅(Zn)之量(濃度)比記錄層本體12A內之鋅(Zn)的量(濃度)高。
此外，二個組成差異記錄層12B、12C之組成比亦可不同。
而且，記憶胞33記憶1位元以上之資料。此外，二極體34亦可並非在字線WLi與記憶胞33之間，而係配置於位元線BLj與記憶胞33之間。
另外，亦可在字線WLi與二極體34之間，及記憶胞33與 位元線BLj之間的至少1個配置障壁金屬。
此外，二極體34在僅藉由電壓之方向而進行設定/重設動作情況下宜省略。
B.記錄/再生動作
使用圖12、圖13及圖16說明記錄/再生動作。
在此選擇以虛線A包圍之記憶胞33，就此執行記錄/再生動作。
資訊記錄(設定動作)因係在選擇之記憶胞33中施加電壓，使其記憶胞33內發生電位坡度，而使電流脈衝流動即可，所以例如作成字線WLi之電位比位元線BLj之電位相對性低的狀態。位元線BLj為固定電位(例如接地電位)時，於字線WLi施加負電位即可。
此時，在以虛線A包圍之選擇的記憶胞33之記錄層12內，係擴散離子之一部分移動至字線(陰極)WLi側，記錄層12內之擴散離子對陰離子相對性減少。此外，移動至字線WLi側之擴散離子從字線WLi取得電子，而作為金屬析出。
以虛線A包圍之選擇的記憶胞33之記錄層12，其陰離子過剩，結果使記錄層12內之群組B之元素離子的價數上昇。換言之，以虛線A包圍之選擇的記憶胞33因藉由相變化之載子的佈植而具有電子傳導性，所以資訊記錄(設定動作)完成。
另外，資訊記錄時，就非選擇之字線WLi-1、WLi+1及非選擇之位元線BLj-1、BLj+1，全部宜預先偏壓成同電位。
此外，資訊記錄前之待機時，宜將全部之字線WLi-1、WLi、WLi+1及全部之位元線BLj-1、BLj、BLj+1予以預充電。
此外，資訊記錄用之電壓脈衝，亦可藉由作成字線WLi之電位比位元線BLj之電位相對性高的狀態而發生。
刪除(重設)動作因利用藉由在選擇之記憶胞33中流入大電流脈衝而發生之焦耳熱與其殘留熱，所以例如將字線WLi之電位比位元線BLj之電位相對性提高。位元線BLj為固定電位(例如接地電位)時，於字線WLi施加正之電位即可。
此時，陽離子之一部分移動至以虛線A包圍之選擇的記憶胞33之記錄層12內。因而，導電性氧化物層15內之陽離子(群組B之元素)的價數增大，記錄層12內之陽離子(群組B之元素)的價數減少。
結果，記憶胞33從低電阻狀態變化成高電阻狀態，重設動作(刪除)完成。
在此，刪除動作亦可藉由以下之方法而進行。
但是，該情況下，如上述，宜從圖12、圖13及圖16之半導體記憶體除去二極體34。
例如將字線WLi之電位比位元線BLj之電位相對性降低。位元線BLj為固定電位(例如接地電位)時，於字線WLi施加負之電位即可。
此時，以虛線A包圍之選擇的記憶胞33，係導電性氧化物層15內之陽離子的一部分移動至記錄層12內。因而，導 電性氧化物層15內之陽離子(群組B之元素)的價數增大，記錄層12內之陽離子(群組B之元素)的價數減少。
結果，記憶胞33從低電阻狀態變化成高電阻狀態，重設動作(刪除)完成。
另外，刪除時，亦就非選擇之字線WLi-1、WLi+1及非選擇之位元線BLj-1、BLj+1，全部宜預先偏壓成同電位。
此外，刪除前之待機時，宜將全部之字線WLi-1、WLi、WLi+1及全部之位元線BLj-1、BLj、BLj+1予以預充電。
讀出動作係藉由電流脈衝流入以虛線A包圍之選擇的記憶胞33，檢測其記憶胞33之電阻值而進行。但是，電流脈衝需要為構成記憶胞33之材料不致造成電阻變化的程度之微小值。
例如將藉由讀出電路發生之讀出電流(電流脈衝)從位元線BLj流入以虛線A包圍之記憶胞33，藉由讀出電路測定其記憶胞33之電阻值。採用已經說明之新材料時，設定/重設狀態之電阻值的差可確保103以上。
C.總結
採用此種交叉點型固體記憶體時，可實現比現在之硬碟及快閃記憶體高的記錄密度及低耗電。
(3)其他
本實施形態係就探針型固體記憶體與交叉點型固體記憶體之2個作說明，不過亦可將以本發明之例提案的材料及原理適用於現在之硬碟及DVD等記錄媒體。
5.對快閃記憶體之適用
(1)構造
本發明之例亦可適用於快閃記憶體。
圖21顯示快閃記憶體之記憶胞。
快閃記憶體之記憶胞由MIS(金屬絕緣體半導體)電晶體而構成。
在半導體基板41之表面區域形成擴散層42。在擴散層42間之通道區域上形成閘極絕緣層43。在閘極絕緣層43上形成本發明之記錄部(ReRAM：電阻性RAM)44。在記錄部44上形成控制閘極電極45。
半導體基板41亦可係井區域，此外，半導體基板41與擴散層42具有彼此相反之導電型。控制閘極電極45成為字線，例如由導電性多晶矽而構成。
記錄部44例如由圖2之記錄層而構成，控制閘極電極45例如由圖2之電極層而構成。
(2)基本動作
使用圖21，就基本動作作說明。
設定(寫入)動作係藉由於控制閘極電極45施加電位V1，於半導體基板41施加電位V2而執行。
電位V1、V2之差，為了記錄部44相變化或電阻變化而需要充分之大小，不過就其方向並無特別限定。
亦即，為V1>V2及V1<V2之任何一個均可。
例如在初期狀態(重設狀態)中，假設記錄部44係絕緣體(電阻大)時，因實質地閘極絕緣層43變厚，所以記憶胞(MIS電晶體)之臨限值提高。
從該狀態施加電位V1、V2，而使記錄部44變化成導電體(電阻小)時，因實質地閘極絕緣層43變薄，所以記憶胞(MIS電晶體)之臨限值降低。
另外，電位V2係施加半導體基板41，不過，亦可代之以從擴散層42轉送電位V2至記憶胞之通道區域。
重設(刪除)動作係藉由於控制閘極電極45施加電位V1'，於擴散層42之一方施加電位V3，並於擴散層42之另一方施加電位V4(<V3)而執行。
電位V1'為超過設定狀態之記憶胞的臨限值之值。
此時，記憶胞接通，電子從擴散層42之另一方向一方流動，並且發生熱電子。因該熱電子經由閘極絕緣層43而佈植於記錄部44，所以記錄部44之溫度上昇。
藉此，因記錄部44從導電體(電阻小)變化成絕緣體(電阻大)，所以實質地閘極絕緣層43變厚，記憶胞(MIS電晶體)之臨限值提高。
如此，因可藉由與快閃記憶體類似之原理改變記憶胞之臨限值，所以利用快閃記憶體之技術，可將本發明之例的資訊記錄再生裝置實用化。
(3)NAND型快閃記憶體
圖22顯示NAND胞單元之電路圖。圖23顯示本發明之例的NAND胞單元的構造。
在P型半導體基板41a內形成N型井區域41b及P型井區域41c。在P型井區域41c內形成本發明之例的NAND胞單元。
NAND胞單元係由包含串聯連接之數個記憶胞MC的 NAND串，與逐一連接於其兩端的合計為2個之選擇閘極電晶體ST而構成。
記憶胞MC及選擇閘極電晶體ST具有相同構造。具體而言，此等係由N型擴散層42、N型擴散層42間之通道區域上的閘極絕緣層43、閘極絕緣層43上之記錄部(ReRAM)44、與記錄部44上之控制閘極電極45而構成。
記憶胞MC之記錄部44的狀態(絕緣體/導電體)可藉由上述基本動作而變化。另外，選擇閘極電晶體ST之記錄部44固定成設定狀態，亦即固定成導電體(電阻小)。
1個選擇閘極電晶體ST連接於源極線SL，其他1個連接於位元線BL。
在設定(寫入)動作前，NAND胞單元內之全部記憶胞形成重設狀態(電阻大)。
設定(寫入)動作係從源極線SL側之記憶胞MC向位元線BL側之記憶胞逐一依序進行。
於選擇之字線(控制閘極電極)WL施加V1(正電位)作為寫入電位，於非選擇之字線WL施加Vpass，作為轉送電位(記憶胞MC接通之電位)。
斷開源極線SL側之選擇閘極電晶體ST，接通位元線BL側之選擇閘極電晶體ST，轉送程式資料至從位元線BL選擇之記憶胞MC的通道區域。
例如程式資料為「1」時，轉送禁止寫入電位(例如與V1相同程度之電位)至選擇之記憶胞MC的通道區域，選擇之記憶胞MC的記錄部44之電阻值不致從高的狀態變化成低 的狀態。
此外，程式資料為「0」時，轉送V2(<V1)至選擇之記憶胞MC的通道區域，使選擇之記憶胞MC的記錄部44之電阻值從高的狀態變化成低的狀態。
重設(刪除)動作例如係施加V1'至全部之字線(控制閘極電極)WL，而接通NAND胞單元內之全部記憶胞MC。此外，接通2個選擇閘極電晶體ST，施加V3至位元線BL，並施加V4(<V3)至源極線SL。
此時，因熱電子佈植於NAND胞單元內之全部記憶胞MC的記錄部44，所以對NAND胞單元內之全部記憶胞MC一起執行重設動作。
讀出動作係於選擇之字線(控制閘極電極)WL施加讀出電位(正電位)，於非選擇之字線(控制閘極電極)WL施加不論資料為「0」、「1」，記憶胞MC一定接通之電位。
此外，接通2個選擇閘極電晶體ST，而在NAND串中供給讀出電流。
因選擇之記憶胞MC施加讀出電位時，係依記憶於其之資料值而接通或斷開，所以例如可藉由檢測讀出電流之變化而讀出資料。
另外，圖23之構造係選擇閘極電晶體ST具有與記憶胞MC相同構造，不過例如圖24所示，就選擇閘極電晶體ST亦可不形成記錄部(記錄層)，而作為通常之MIS電晶體。
圖25係NAND型快閃記憶體之變形例。
該變形例在構成NAND串之數個記憶胞MC的閘極絕緣層 替換成P型半導體層47之點上具有特徵。
高積體化進展，將記憶胞MC微細化時，於未施加電壓之狀態下，P型半導體層47以耗盡層填滿。
設定(寫入)時，於選擇之記憶胞MC的控制閘極電極45施加正之寫入電位(例如3.5V)，且於非選擇之記憶胞MC的控制閘極電極45施加正之轉送電位(例如1V)。
此時，NAND串內之數個記憶胞MC的P型井區域41c表面從P型反轉成N型，而形成通道。
因此，如上述，接通位元線BL側之選擇閘極電晶體ST，轉送程式資料「0」至從位元線BL選擇之記憶胞MC的通道區域時，可進行設定動作。
重設(刪除)例如於全部之控制閘極電極45施加負之刪除電位(例如-3.5V)，於P型井區域41c及P型半導體層47施加接地電位(0V)時，可對構成NAND串之全部記憶胞MC一起進行。
讀出時，於選擇之記憶胞MC的控制閘極電極45施加正之讀出電位(例如0.5V)，且於非選擇之記憶胞MC的控制閘極電極45施加不論資料為「0」、「1」，記憶胞MC一定接通之轉送電位(例如1V)。
但是，「1」狀態之記憶胞MC的臨限值電壓Vth「1」係在0V<Vth「1」<0.5V的範圍內，「0」狀態之記憶胞MC的臨限值電壓Vth「0」係在0.5V<Vth「0」<1V的範圍內。
此外，接通2個選擇閘極電晶體ST，供給讀出電流至 NAND串。
形成此種狀態時，因流入NAND串之電流量依記憶於選擇之記憶胞MC的資料值而改變，所以藉由檢測該變化，可讀出資料。
另外，該變形例中，宜P型半導體層47之電洞摻雜量比P型井區域41c多，且P型半導體層47之費米能階比P型井區域41c的費米能階深0.5V程度。
此因，於控制閘極電極45施加正電位時，從N型擴散層42間之P型井區域41c的表面部分，開始從P型向N型反轉，而形成通道。
藉此，例如寫入時，非選擇之記憶胞MC的通道僅形成於P型井區域41c與P型半導體層47之界面，讀出時，NAND串內之數個記憶胞MC的通道僅形成於P型井區域41c與P型半導體層47之界面。
換言之，即使記憶胞MC之記錄部44係導電體(設定狀態)，擴散層42與控制閘極電極45仍不致短路。
(4)NOR型快閃記憶體
圖26顯示NOR胞單元之電路圖。圖27顯示本發明之例的NOR胞單元之構造。
在P型半導體基板41a內形成N型井區域41b及P型井區域41c。在P型井區域41c內形成本發明之例的NOR胞。
NOR胞由連接於位元線BL與源極線SL間之1個記憶胞(MIS電晶體)MC而構成。
記憶胞MC由N型擴散層42、N型擴散層42間之通道區域 上的閘極絕緣層43、閘極絕緣層43上之記錄部(ReRAM)44與記錄部44上之控制閘極電極45而構成。
記憶胞MC之記錄部44的狀態(絕緣體/導電體)可藉由上述之基本動作而變化。
(5)2tr型快閃記憶體
圖28顯示2tr-胞單元之電路圖。圖29顯示本發明之例的2tr-胞單元之構造。
2tr-胞單元係最近開發出之兼具NAND胞單元的特徵與NOR胞之特徵的新的胞構造。
在P型半導體基板41a內形成N型井區域41b及P型井區域41c。在P型井區域41c內形成本發明之例的2tr-胞單元。
2tr-胞單元由串聯連接之1個記憶胞MC與1個選擇閘極電晶體ST而構成。
記憶胞MC及選擇閘極電晶體ST具有相同構造。具體而言，此等由N型擴散層42、在N型擴散層42間之通道區域上的閘極絕緣層43、在閘極絕緣層43上之記錄部(ReRAM)44與在記錄部44上之控制閘極電極45而構成。
記憶胞MC之記錄部44的狀態(絕緣體/導電體)可藉由上述之基本動作而變化。另外，選擇閘極電晶體ST之記錄部44固定成設定狀態，亦即固定成導電體(電阻小)。
選擇閘極電晶體ST連接於源極線SL，記憶胞MC連接於位元線BL。
記憶胞MC之記錄部44的狀態(絕緣體/導電體)可藉由上述之基本動作而變化。
圖29之構造係選擇閘極電晶體ST具有與記憶胞MC相同之構造，不過例如圖30所示，就選擇閘極電晶體ST亦可不形成記錄部(記錄層)，而形成通常之MIS電晶體。
6.結論
採用本發明時可實現高記錄密度及低耗電之非揮發性的資訊記錄再生裝置。
本發明之例不限定於上述之實施形態，在不脫離其要旨之範圍內可將各構成要素變形而具體化。此外，藉由適宜組合揭示於上述實施形態之數個構成要素可構成各種發明。例如亦可從揭示於上述實施形態之全部構成要素削除幾個構成要素，亦可適宜組合不同實施形態之構成要素。
產業上之可利用性
採用關於本發明之例的資訊記錄再生裝置時，儘管係極為單純之結構，可藉由先前技術無法達到之記錄密度而記錄資訊，同時可實現高速動作。因此，本發明之例作為突破現在之非揮發性記憶體的記錄密度限度之下一世代技術，在產業上之貢獻頗大。
11、11A、11B、21‧‧‧電極層
12‧‧‧記錄層
12A‧‧‧記錄層本體
12B、12C‧‧‧組成差異記錄層
13A‧‧‧電極層(或保護層)
13B‧‧‧保護層
14‧‧‧金屬層
20、23、41‧‧‧半導體基板
22、44‧‧‧記錄部
24‧‧‧探針
25、26‧‧‧多工驅動器
27‧‧‧驅動器
30‧‧‧記錄單位
31‧‧‧字線驅動器&解碼器
32‧‧‧位元線驅動器&解碼器&讀 出電路
33、MC‧‧‧記憶胞
34‧‧‧二極體
41a‧‧‧P型半導體基板
41b‧‧‧N型井區域
41c‧‧‧P型井區域
42‧‧‧N型擴散層
43‧‧‧閘極絕緣層
45‧‧‧控制閘極電極
47‧‧‧P型半導體層
BL、BLj、BLj+1、BLj-1‧‧‧位元線
Cj、Cj+1、Cj-1、Ri、Ri+1、Ri-1‧‧‧選擇訊號
CSW、RSW‧‧‧MOS電晶體
SL‧‧‧源極線
ST‧‧‧選擇閘極電晶體
WLi、WLi+1、WLi-1‧‧‧字線
圖1係顯示記錄原理之圖；圖2係顯示第一基本構造之圖；圖3係顯示作為比較例之構造的圖；圖4係顯示作為比較例之構造的圖；圖5係顯示第二基本構造之圖；圖6係顯示第三基本構造之圖； 圖7係顯示探針型固體記憶體之圖；圖8係就記錄媒體之區分而顯示之圖；圖9係顯示記錄時之狀態圖；圖10係顯示記錄動作之圖；圖11係顯示再生動作之圖；圖12係顯示交叉點型固體記憶體之圖；圖13係顯示記憶胞陣列之構造圖；圖14係顯示記憶胞陣列之構造圖；圖15係顯示記憶胞陣列之構造圖；圖16係顯示記憶胞之構造圖；圖17係顯示記憶胞之構造圖；圖18係顯示記憶胞之構造圖；圖19係顯示記憶胞之構造圖；圖20係顯示記憶胞之構造圖；圖21係顯示對快閃記憶體之適用例圖；圖22係顯示NAND胞單元之電路圖；圖23係顯示NAND胞單元之構造圖；圖24係顯示NAND胞單元之構造圖；圖25係顯示NAND胞單元之構造圖；圖26係顯示NOR胞之電路圖；圖27係顯示NOR胞之構造圖；圖28係顯示2tr-胞單元之電路圖；圖29係顯示2tr-胞單元之構造圖；及圖30係顯示2tr-胞單元之構造圖。
11‧‧‧電極層
12‧‧‧記錄層
13A‧‧‧電極層(保護層)
14‧‧‧金屬層

Claims (12)

  1. 一種資訊記錄再生裝置，其特徵為包括：記錄層，其係包含群組A之元素與群組B之元素各至少1種，並記錄藉由前述群組A之元素之移動而使電阻率為不同之2個以上狀態；及電極層，其係配置於前述記錄層之一端，並對前述記錄層施加電壓或電流；該群組A之元素包含週期表第1至2族、第12至15族之元素及Ti；該群組B之元素包含週期表第3至11族之元素且不含Ti；前述電極層及前述記錄層分別含有相接於記錄層之區域及相接於電極層之區域，此等相接於記錄層之區域及相接於電極層之區域係對向，且前述相接於記錄層之區域係包含有濃度比前述相接於電極層之區域內的前述群組A之元素之濃度高的前述群組A之元素作為添加物。
  2. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述記錄層在前述相接於電極層之區域與其他區域之組成係不同，且前述相接於電極層之區域包含有濃度比前述其他區域內之前述群組A之元素的濃度高之前述群組A之元素。
  3. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述相接於記錄層之區域內的前述群組A之元素係成為飽和狀態。
  4. 如請求項2之資訊記錄再生裝置，其中前述相接於電極層之區域內的前述群組A之元素係成為飽和狀態。
  5. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述群組A之元素係選自Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Ti、Be、Mg、Ca之 群的元素。
  6. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述電極層係將選自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ru、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au之群的元素作為主要成分。
  7. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述電極層具有20nm以下之厚度。
  8. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述記錄層包含以化學式：AxMyX4(0.1≦x≦2.2、1.5≦y≦2)表示之材料，其中，A係選自Zn、Cd、Hg之群的群組A之元素，M係選自Cu、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe之群的群組B之元素，X係選自O、N之群的元素。
  9. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述記錄層具有選自尖晶石構造、鈦鐵礦構造、黑鎢礦(Wolframite)構造、黑銅鐵礦構造之群的結晶構造。
  10. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述記錄層具有50nm以下之厚度。
  11. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中前述電極層係配置於半導體晶片上，前述記錄層係配置於前述電極層上，藉由將探針配置於前述記錄層上，而於前述探針與前述電極層之間施加前述電壓或前述電流而使前述記錄層之狀態變化。
  12. 如請求項1之資訊記錄再生裝置，其中在前述記錄層之另一端配置於第一方向延伸之第一導電線，且將前述電 極層作為延伸於與前述第一方向交叉之第二方向的第二導電線，並於前述第一導電線與前述第二導電線之間施加前述電壓或前述電流而使前述記錄層之狀態變化。
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