專利名稱：存儲(chǔ)裝置及半導(dǎo)體集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了電阻值根據(jù)被施加的脈沖電壓而變化的
狀態(tài)變化材料的存儲(chǔ)裝置及半導(dǎo)體集成電路。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著電子機(jī)器中的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，為了儲(chǔ)存圖像等 數(shù)據(jù)，對(duì)非易失性存儲(chǔ)器件的要求越來(lái)越多。而且，對(duì)增加存儲(chǔ)器件的容 量、減低為寫(xiě)入工作所需的功率、縮短寫(xiě)入及讀出時(shí)間、以及延長(zhǎng)器件使 用期限這些技術(shù)的要求越來(lái)越高。為了滿足這些要求，在美國(guó)專利第 6，204，139號(hào)(專利文獻(xiàn)1)公報(bào)中，有人公開(kāi)了一種用電阻值根據(jù)被施 加的電脈沖而變化的鈣鈦礦材料(例如，Pr(1-x)CaxMn03 (PCMO)、 LaSrMnOs (LSMO)、 GdBaCoxOY (GBCO)等等)構(gòu)成非易失性存儲(chǔ) 器件的技術(shù)。根據(jù)該專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的技術(shù)，在所述材料(以下，通常 將所述材料記載為"可變電阻材料")上施加規(guī)定電脈沖，增加或減少所述 材料的電阻值，再將因此變化了的電阻值用于相亙不同的數(shù)值的存儲(chǔ)，這 樣來(lái)用所述材料作為存儲(chǔ)器件。 美囯專利第6，673，691號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開(kāi)了通過(guò)使電 脈沖的脈沖寬度變化，來(lái)使可變電阻材料的電阻值變化的方法。專利文獻(xiàn) 2還公開(kāi)了構(gòu)成用所述可變電阻材料作為存儲(chǔ)單元，并且用二極管作為存 儲(chǔ)單元選摔器件而成的1D1R ( —個(gè)二極管及一個(gè)電阻器)式存儲(chǔ)單元陣 列的例子。該結(jié)構(gòu)的特征是與用晶體管作為存儲(chǔ)單元選擇器件的結(jié)構(gòu)相 比，存儲(chǔ)單元的尺寸更小。 圖21,表示在專利文獻(xiàn)2中所公開(kāi)的、使用了現(xiàn)有可變電阻材 料的存儲(chǔ)裝置(1D1R式非易失性存儲(chǔ)裝置)900。在該現(xiàn)有例中，在襯 底901上形成有PN結(jié)二極管(N型硅(Si)區(qū)域902、 P型硅區(qū)域903-1 及903-2),在二極管的P型硅區(qū)域903-1上形成有下部電極904-1，在二 極管的P型硅區(qū)域903-2上形成有下部電極904-2，在二極管的N型硅區(qū) 域902上形成有接觸插塞905，在下部電極904-1及904_2上形成有可變 電阻材料層906，在可變電阻材料層906上形成有上部電極907-1及 907-2。在該現(xiàn)有例中，下部電極904-1及904-2、和上部電極907-1及 907-2都由鉑(Pt)構(gòu)成，可變電阻材料層906由Po.7Cao.3Mn03構(gòu)成。
在圖21所示的存儲(chǔ)裝置900中，當(dāng)在上部電極907-1與下部 電極904-1之間施加規(guī)定脈沖時(shí)，可變電阻材料層906中位于上部電極 907-1與下部電極904-1之間的部分(可變區(qū)域906fl;)的電阻4直變化； 當(dāng)在上部電極907-2與下部電極904-2之間施加規(guī)定l^沖時(shí)，可變電阻材 料層906中位于上部電極907-2與下部電極904-2之間的部分(可變區(qū)域 906/3)的電阻值變化。就是說(shuō)，在該存儲(chǔ)裝置中，用可變區(qū)域906a及 可變區(qū)域906/3分別作為一個(gè)存儲(chǔ)單元。
在圖21所示的存儲(chǔ)裝置900中，用形成在襯底901上的PN 結(jié)二極管作為存儲(chǔ)單元選擇用二極管。因此，電流從上部電極907-1 (907-2)流向下部電極904-1 (904-2)(正方向)，但不從下部電極904-1 (904-2)流向上部電極907-1 (907-2)(反方向)，也不在上部電極907-1 與上部電極907-2之間流動(dòng)。
圖22,表示圖21所示的存儲(chǔ)裝置900的等效電路。在圖22 中，字線Wl對(duì)應(yīng)于上部電極907-1;字線W2對(duì)應(yīng)于上部電極907-2; 位線Bl對(duì)應(yīng)于接觸插塞905。存儲(chǔ)單元MC911對(duì)應(yīng)于可變電阻區(qū)域906 a; 二極管D911對(duì)應(yīng)于二極管(N型硅區(qū)域902、 P型硅區(qū)域903-1); 存儲(chǔ)單元MC912對(duì)應(yīng)于可變電阻區(qū)域906/3 ; 二極管D912對(duì)應(yīng)于二極 管(N型硅區(qū)域902、 P型硅區(qū)域903-2)。
(工作)
下面，參照?qǐng)D22，對(duì)圖21所示的存儲(chǔ)裝置900的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。 在此說(shuō)明的是，對(duì)存儲(chǔ)單元MC911進(jìn)行的處理情況。(到位(set)(儲(chǔ)存)或復(fù)位)
當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)，使字線W2和位線Bl接地，再在字線W1上施加規(guī)定電 脈沖。其結(jié)果是，存儲(chǔ)單元MC911的電阻值變化到低電阻狀態(tài)(復(fù)位)
或高電阻狀態(tài)(到位)。例如在專利文獻(xiàn)2中，當(dāng)施加電壓值為"+ 4V"、
脈沖寬度為"100nsec"的脈沖電壓時(shí)，存儲(chǔ)單元MC911的電阻值從高電
阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)。當(dāng)施加電壓值為"+ 2.5V"、脈沖寬度為"10
//sec"的脈沖電壓時(shí)，存儲(chǔ)單元MC911的電阻值從低電阻狀態(tài)變化到高
電阻狀態(tài)。 (再生)
當(dāng)再生時(shí)，使字線W2和位線Bl接地，再在字線W1上施加規(guī)定再 生電壓(例如，電壓值為"+ 0.5V"的電壓)。這樣，流過(guò)存儲(chǔ)單元MC911 的電流流出到位線B1中。另一方面，沒(méi)有電流流過(guò)存儲(chǔ)單元MC912。因 為對(duì)存儲(chǔ)單元MC912設(shè)置有二極管D912 (圖21中的N型硅區(qū)域902 和P型硅區(qū)域903-2)，所以沒(méi)有電流從字線Wl流向字線W2 。因此，能 僅檢測(cè)出存儲(chǔ)單元MC911的電阻值。
根據(jù)所述做法，現(xiàn)有存儲(chǔ)裝置(1D1R式非易失性存儲(chǔ)裝置) 900對(duì)各個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)工作和再生工作。 在美國(guó)專利第6,531,371號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中，通過(guò)用可 變電阻材料構(gòu)成交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)了容量很大的存儲(chǔ)裝置。具體 而言，如圖23所示，通過(guò)在字線W1、 W2和位線B1、 B2交叉的各個(gè)部 分(交叉點(diǎn))中設(shè)置存儲(chǔ)單元90-11、 90-12、 90-21及90-22，來(lái)實(shí)現(xiàn)了 交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)裝置。存儲(chǔ)單元90-11到存儲(chǔ)單元90-22,由可變電阻材料 形成。 但是，在圖23的存儲(chǔ)裝置中，若與要讀出信息的存儲(chǔ)單元(例 如，可變電阻材料90-21)相鄰的存儲(chǔ)單元(可變電阻材料90-11、 90-12 或90-22)的電阻值較低，就有可能電流除了要讀出信息的存儲(chǔ)單元以外， 還通過(guò)該相鄰的存儲(chǔ)單元流動(dòng)，以致不能辨別出要讀出信息的存儲(chǔ)單元的 電阻狀態(tài)，如圖23所示。于是，如日本專利申請(qǐng)公表特表2002-530850 號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)所示，有人公開(kāi)了使成為存儲(chǔ)單元的狀態(tài)變化部和 被稱為轉(zhuǎn)向(steering)部的二極管串聯(lián)連接而構(gòu)成的交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)裝置。 專利文獻(xiàn)l:美國(guó)專利第6,204，139號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:美國(guó)專利第6,673,691號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:美囯專利第6，531,371號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本專利申請(qǐng)公表特表2002-530850號(hào)公報(bào) 非專利文獻(xiàn)l: 2002IEDM、論文號(hào)碼7.5、 Dec.2002
然而，在使用二極管的裝置(1D1R式非易失性存儲(chǔ)裝置)中， 需要如圖21所示的那樣在襯底901上形成PN結(jié)二極管，而且為了形成 存儲(chǔ)單元，還需要在該二極管上形成下部電極904-1及904-2和可變電阻 材料906。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的制造工序，所以不適于實(shí)際使用。在 圖21所示的存儲(chǔ)裝置900中，因?yàn)樾纬捎卸O管，所以即使以上部電極 907-1 (907-2)相對(duì)下部電極904-1 (904-2)成為負(fù)極(一)的方式施加 脈沖電壓，也不意味著在可變區(qū)域906 o; (906/3)上施加了規(guī)定脈沖電 壓。就是說(shuō)，在圖21所示的存儲(chǔ)裝置900中，如果要讓可變區(qū)域906q;
(906/3)的電阻值變化，就需要以上部電極907-1 (907-2)相對(duì)下部電 極904-1 (904-2)成為正極(+ )的方式施加脈沖電壓。這樣，施加在可 變電阻材料上的脈沖電壓的極性受限制。 在圖21所示的存儲(chǔ)裝置900中，為讓存儲(chǔ)單元的電阻狀態(tài)從 高電阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)(使電阻狀態(tài)到位)所需要的時(shí)間是 "100nsec";為讓存儲(chǔ)單元的電阻狀態(tài)從低電阻狀態(tài)變化到高電阻狀態(tài) (使電阻狀態(tài)復(fù)位)所需要的時(shí)間是"10//sec"。如果要快速進(jìn)行該存儲(chǔ) 單元的到位或復(fù)位工作，就需要使所施加的脈沖電壓的脈沖寬度變窄。
專利文獻(xiàn)4所示的交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)裝置的制造工序非常復(fù)雜，為 了構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)而進(jìn)行多層化時(shí)的制造工序也很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)局面， 一種存儲(chǔ)裝置，包括第一電極層、狀 態(tài)變化層及第二電極層。第一電極層，包括互相平行地延伸的多條第一電 極線。狀態(tài)變化層，形成在所述第一電極層上，并且包括具有二極管特性 和可變電阻特性的多個(gè)狀態(tài)變化物(狀態(tài)變化部)。第二電極層，形成在所 述狀態(tài)變化層上，并且包括互相平行地延伸的多條第二電極線。所述多條 第一電極線和所述多條第二電極線，從疊層方向看時(shí)夾著所述狀態(tài)變化層 互相交叉。所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部，形成在所述多條第 一電極線中的任一條和所述多條第二電極線中的任一條交叉的位置上的、
該第 一 電極線與該笫二電極線之間。所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變 化部，具有以從該第 一 電極線及該第二電極線中的任一條向另 一條延伸的 方向作為正方向、以從該另一條向該一條延伸的方向作為反方向的二極管 特性。所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部，具有該狀態(tài)變化部在正 方向上的電阻值根據(jù)被施加在所述第一電極線與所述第二電極線之間的規(guī) 定脈沖電壓而增加或減少的可變電阻特性。 和現(xiàn)有1D1R式非易失性存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)比較起來(lái)，因?yàn)樗?存儲(chǔ)裝置不需要設(shè)置二極管，所以能將所述存儲(chǔ)裝置的制造工序設(shè)為更簡(jiǎn) 單的工序。因?yàn)闋顟B(tài)變化部具有"二極管特性"，所以即使與是處理對(duì)象的 狀態(tài)變化部相鄰的狀態(tài)變化部的電阻值很低，也沒(méi)有不必要的電流流過(guò)該 相鄰的狀態(tài)變化部。這樣，就能夠正確地辨別出是處理對(duì)象的狀態(tài)變化部 的電阻^i。 最好是這樣的，所述存儲(chǔ)裝置，還包括和所述多個(gè)狀態(tài)變化部 對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一電極和多個(gè)第二電極。所述多個(gè)第一電極中的每個(gè)第一電 極，介于和該第 一 電極對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變化部與和該狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第 一 電 極線之間。所述多個(gè)第二電極中的每個(gè)第二電極，介于和該第二電極對(duì)應(yīng) 的狀態(tài)變化部與和該狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第二電極線之間。所述多個(gè)狀態(tài)變 化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部，具有以從所對(duì)應(yīng)的第 一 電極及該第二電極中的 任一個(gè)向另一個(gè)延伸的方向作為正方向、以從該另一個(gè)向該一個(gè)延伸的方 向作為反方向的二極管特性。所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部， 具有該狀態(tài)變化部在正方向上的電阻值根據(jù)被施加在所對(duì)應(yīng)的第 一 電極與 第二電極之間的規(guī)定脈沖電壓而增加或減少的可變電阻特性。
根據(jù)本發(fā)明的其他一個(gè)局面， 一種存儲(chǔ)裝置，包括第一電極層、 狀態(tài)變化層及第二電極層。第一電極層，包括互相平行地延伸的多條第一 電極線。狀態(tài)變化層，形成在所述第一電極層上，并且由具有二極管特性 和可變電阻特性的狀態(tài)變化材料構(gòu)成。第二電極層，形成在所述狀態(tài)變化 層上，并且包括互相平行地延伸的多條第二電極線。所述多條第一電極線 和所述多條第二電極線，從疊層方向看時(shí)夾著所述狀態(tài)變化層互相交叉。 在所述狀態(tài)變化層，夾在所述多條第一電極線中的任一條與所述多條第二 電極線中的任一條之間的可變區(qū)域(狀態(tài)變化部)，具有以從該第 一 電極線 及該第二電極線中的任一條向另一條延伸的方向作為正方向、以從該另一 條向該一條延伸的方向作為反方向的二極管特性。所述狀態(tài)變化部，具有 該狀態(tài)變化部在正方向上的電阻值根據(jù)被施加在該第 一 電極線與該第二電 極線之間的規(guī)定脈沖電壓而增加或減少的可變電阻特性。 和現(xiàn)有1D1R式非易失性存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)比較起來(lái)，因?yàn)樗?存儲(chǔ)裝置不需要設(shè)置二極管，所以能將所述存儲(chǔ)裝置的制造工序設(shè)為更筒 單的工序。因?yàn)闋顟B(tài)變化層具有"二極管特性"，所以即使與是處理對(duì)象的 可變區(qū)域相鄰的可變區(qū)域的電阻值很低，也沒(méi)有不必要的電流流過(guò)該相鄰 的可變區(qū)域。這樣，就能夠正確地辨別出是處理對(duì)象的可變區(qū)域的電阻值。
最好是這樣的，所述多條第一電極線中的每條第一電極線的功 函數(shù)，與所述多條第二電極線中的每條第二電極線的功函數(shù)不同。
已經(jīng)得知了下述事情，即在所述存儲(chǔ)裝置中，當(dāng)?shù)谝浑姌O的 功函數(shù)和第二電極的功函數(shù)相互不同時(shí)，狀態(tài)變化材料具有二極管特性和 可變電阻特性。因此，若設(shè)第一電極的功函數(shù)和第二電極的功函數(shù)為相互 不同的值，就能夠構(gòu)成狀態(tài)變化材料具有"二極管特性"和"可變電阻特 性"的狀態(tài)變化部。
最好是這樣的，所述多個(gè)第一電極中的每個(gè)第一電極的功函數(shù)，
與所述多個(gè)第二電極中的每個(gè)第二電極的功函數(shù)不同。
最好是這樣的，在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的每個(gè)狀態(tài)變化部中，
狀態(tài)變化材料的結(jié)晶性不均勻。 已經(jīng)得知了下述事情，即在所述存儲(chǔ)裝置中，當(dāng)狀態(tài)變化材 料的結(jié)晶性不均勻時(shí)，狀態(tài)變化材料具有二極管特性和可變電阻特性。因 此，若讓狀態(tài)變化材料的結(jié)晶性不均勻，就能夠構(gòu)成狀態(tài)變化材料具有"二 極管特性"和"可變電阻特性"的狀態(tài)變化部。 最好是這樣的，在所述狀態(tài)變化層中，狀態(tài)變化材料的結(jié)晶性 不均勻。 最好是這樣的，所述存儲(chǔ)裝置，還包括在所述多條第一電極線 上施加規(guī)定電壓的第一驅(qū)動(dòng)電極線部、和在所述多條第二電極線上施加規(guī) 定電壓的第二驅(qū)動(dòng)電極線部。
在所迷存儲(chǔ)裝置中，因?yàn)闋顟B(tài)變化部具有"二極管特性"，所以
電流不會(huì)從某條第一電極線流向其他第一電極線。這樣，能在不另外設(shè)置 二極管元件的狀態(tài)下構(gòu)成存儲(chǔ)裝置。 最好是這樣的，在要將信息儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一 個(gè)狀態(tài)變化部中時(shí)，所述第 一驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第 一 電極線中的與
要儲(chǔ)存所述信息的狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第一電極線上施加第一脈沖電壓，所 述第二驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第二電極線中的與要儲(chǔ)存所述信息的狀態(tài)
變化部對(duì)應(yīng)的第二電極線上施加第二脈沖電壓。 在所述存儲(chǔ)裝置中，規(guī)定脈沖電壓施加在要儲(chǔ)存信息的狀態(tài)變 化部上，而規(guī)定脈沖電壓不施加在其他狀態(tài)變化部上。因此，能^U吏要儲(chǔ) 存信息的狀態(tài)變化部的電阻狀態(tài)變化。就是說(shuō)，能夠選出任意狀態(tài)變化部， 再將信息儲(chǔ)存在該選出的狀態(tài)變化部中。
最好是這樣的，在要再生已儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一 個(gè)狀態(tài)變化部中的信息時(shí)，所述第一驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第一電極線 中的與要讀出所述信息的狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第 一 電極線上施加再生電壓， 所述第二驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第二電極線中的與要讀出所述信息的狀 態(tài)變化部不對(duì)應(yīng)的第二電極線上施加所述再生電壓。 在所述存儲(chǔ)裝置內(nèi)，在要讀出信息的狀態(tài)變化部中，電流沿正 方向流動(dòng)，而在其他狀態(tài)變化部中沒(méi)有電流沿正方向流動(dòng)。因此，能《又讀 出流過(guò)要讀出信息的狀態(tài)變化部的電流。就是說(shuō)，能夠選出任意狀態(tài)變化 部，再讀出已儲(chǔ)存在該選出的狀態(tài)變化部中的信息。 根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)局面， 一種半導(dǎo)體集成電路，包括所述 存儲(chǔ)裝置和進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算的邏輯電路。所述邏輯電路，具有存儲(chǔ)模式和 處理模式。邏輯電路，在所述存儲(chǔ)模式時(shí)將位數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中。 邏輯電路，在所述處理模式時(shí)讀出已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中的位數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)局面， 一種半導(dǎo)體集成電路，包括所述 存儲(chǔ)裝置、和具有執(zhí)行程序模式和重寫(xiě)程序模式的處理器。所述處理器， 在所述執(zhí)行程序模式時(shí)按照已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中的程序進(jìn)行工作。所 述處理器，在所述重寫(xiě)程序模式時(shí)將已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中的程序重寫(xiě) 為從外部輸入的其他新程序。
最好是這樣的，所述狀態(tài)變化材料是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧 最好是這樣的，所述狀態(tài)變化材料是被添加了金屬的鐵電氧化
最好是這樣的，所述鐵電氧化物具有鈦鐵礦結(jié)構(gòu)。
最好是這樣的，所述狀態(tài)變化材料是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。物。
化物。 最好是這樣的，所述金屬氧化物是具有超巨磁阻特性及高溫超 導(dǎo)特性中的至少一種特性的材料。
最好是這樣的，所述狀態(tài)變化材料不包含堿金屬和堿土金屬。 —發(fā)明的效果一 如上所述，因?yàn)闋顟B(tài)變化部具有"二極管特性"，所以能在不另 外設(shè)置二極管元件的狀態(tài)下規(guī)定電流的方向。因?yàn)闋顟B(tài)變化部具有"可變 電阻特性"，所以能將該狀態(tài)變化部例如用作1D1R式非易失性存儲(chǔ)器件。 和現(xiàn)有1D1R式非易失性存儲(chǔ)器件比較起來(lái)，在這樣將該狀態(tài)變化部用作 1D1R式非易失性存儲(chǔ)器件的情況下，不需要設(shè)置二極管。因此，能設(shè)制 造工序?yàn)楹?jiǎn)單的工序。和現(xiàn)有脈沖施加方法(通過(guò)調(diào)整脈沖電壓的脈沖寬
度來(lái)使可變電阻材料的電阻值變化的方法)比較起來(lái)，在利用脈沖電壓的 極性使電阻值變1^的方法中，所施加的脈沖電壓的脈沖寬度更窄。就是說(shuō)， 能夠縮短為存儲(chǔ)、復(fù)位所需的時(shí)間。


圖1,是表示電子元件的基本結(jié)構(gòu)的圖。 圖2,是表示要施加的脈沖電壓的波形的圖。
圖3 (a)，是表示在電子元件上施加具有一種極性的測(cè)量電壓時(shí)測(cè)量 出的、極性互相不同的脈沖電壓所發(fā)生的電阻值變化的情況的圖。圖3(b)， 是表示在電子元件上施加具有另一種極性的測(cè)量電壓時(shí)測(cè)量出的、極性亙 相不同的脈沖電壓所發(fā)生的電阻值變化的情況的圖。
圖4 (a)，是表示在電子元件上施加具有一種極性的脈沖電壓后的電 流一電壓特性的圖。圖4 (b)，是表示在電子元件上施加具有另一種極性 的脈沖電壓后的電流一 電壓特性的圖。
圖5 (a)，是表示在電子元件上施加具有一種極性的脈沖電壓后的電 流一電壓特性的圖。圖5 (b)，是表示在電子元件上施加具有另一種極性 的脈沖電壓后的電流一 電壓特性的圖。
圖6，是表示在電子元件上施加測(cè)量電壓時(shí)測(cè)量出的、極性互相不同 的脈沖電壓所發(fā)生的電阻值變化的情況的圖。
圖7 (a)，是表示在電子元件上施加具有一種極性的脈沖電壓后的電 流一電壓特性的圖。圖7 (b)，是表示在電子元件上施加具有另一種極性 的脈沖電壓后的電流_電壓特性的圖。
圖8 (a)，是表示在電子元件上施加具有一種極性的測(cè)量電壓時(shí)測(cè)量 出的、極性互相不同的脈沖電壓所發(fā)生的電阻值變化的情況的圖。圖8(b)， 是表示在電子元件上施加具有另一種極性的測(cè)量電壓時(shí)測(cè)量出的、極性互 相不同的脈沖電壓所發(fā)生的電阻值變化的情況的圖。
圖9，是表示在電子元件上施加脈沖電壓時(shí)發(fā)生的電阻值變化的情況 的圖。
圖10，是表示電子元件的電路符號(hào)的圖。
圖11，是表示基于本發(fā)明的第二實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。 圖12，是表示基于本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體集成電路的整體結(jié)構(gòu) 的圖。
圖13，是表示基于本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體集成電路的整體結(jié)構(gòu) 的圖。
圖14,是表示基于本發(fā)明的第五實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖15，是表示圖14所示的存儲(chǔ)裝置的等效電路的圖。
圖16，是表示圖14所示的存儲(chǔ)裝置的等效電路的圖。
圖17，是表示基于本發(fā)明的第六實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖18，是表示圖17所示的存儲(chǔ)裝置的等效電路的圖。
圖19，是表示基于本發(fā)明的第六實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的變形例的圖。
圖20,是表示基于本發(fā)明的第六實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的變形例的圖。
圖21，是表示現(xiàn)有存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖22，是表示圖21所示的存儲(chǔ)裝置的等效電路的圖。
圖23，是表示現(xiàn)有交叉點(diǎn)型存儲(chǔ)裝置的圖。
符號(hào)說(shuō)明 l —上部電極；2 —狀態(tài)變化材料；3 —下部電極；4一襯底；5 —電源；101-1、 101-2 —端子；102—電子元件；200、 500 —存儲(chǔ)裝置； 201 —存儲(chǔ)器陣列；202 —地址緩沖器；203 —控制部；204 —行譯碼器； 205 —驅(qū)動(dòng)字線器；206 —列譯碼器；207 —驅(qū)動(dòng)位線器；MC211、 MC212、 MC221、 MC222、 MC511及MC512 —存儲(chǔ)單元；Wl、 W2—字線；Bl、 B2 —位線；300—半導(dǎo)體集成電路；301 —邏輯電路；400—半導(dǎo)體集成電 路；401 —處J里器；402 —凈妄口； 501 —一于底；502—下告卩電極；503 —^!大態(tài) 變化材料；503a 、 503/3 —狀態(tài)變化區(qū)域；504 —接觸插塞；505-1、 505-2 —上部電極；60-11到60-22 —狀態(tài)變化物；60 a-11至'J 60 a-22 —狀態(tài)變 化區(qū)域。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。補(bǔ)充說(shuō)明一下， 在附圖中用相同的符號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠?，從而不反?fù)進(jìn)行所述部分 的說(shuō)明。
(電子元件的基本結(jié)構(gòu)和基本特性) 首先，對(duì)在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的電子元件的基本結(jié)構(gòu)和基本特性 進(jìn)行說(shuō)明。 圖1，表示電子元件的基本結(jié)構(gòu)。在電子元件中，在襯底4上 形成有下部電極3，在下部電極3上形成有狀態(tài)變化材料2，在狀態(tài)變化 材料2上形成有上部電極1。電源5,在上部電極1與下部電極3之間施 加規(guī)定的電壓。 用于本發(fā)明的電子元件的狀態(tài)變化材料2，具有下述特性，即 電流容易沿正方向流動(dòng)，而不易沿反方向流動(dòng)的特性(二極管特性)；通過(guò) 施加規(guī)定》乂沖電壓，電阻值增加或減少的特性(可變電阻特性)。該狀態(tài)變 化材料2，是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧化物材料、被添加了具有鈦鐵礦結(jié) 構(gòu)的金屬的鐵電氧化物、或者至少具有CMR (超巨磁阻)特性及高溫超 導(dǎo)特性中的一種特性的、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料。具體而言，該狀態(tài)變化 材料2是CoFe204、 CuFe204、 NiCr204、 Fe304、 CrSrTi03、 Sr隱LiNbOs、
Mg.LiNbOs、 Pr(i - x)CaxMn03 ( 0 < X < 0.5 )、或者LaSrMn03 、 GdBaCoxOy (0<X<2、 0<Y<7)等等。
下面，對(duì)實(shí)現(xiàn)具有上述特性(可變電阻特性和二極管特性)的 狀態(tài)變化材料2的方法進(jìn)行說(shuō)明。
(第一實(shí)施例)
為了實(shí)現(xiàn)具有上述特性(可變電阻特性和二極管特性)的狀態(tài)變化材 料2，用功函數(shù)相亙不同的兩種材料作為圖1所示的上部電極1和下部電 極3,來(lái)構(gòu)成了電子元件。下面說(shuō)明其理由。
(實(shí)驗(yàn)的對(duì)象)
在此，對(duì)下述三種電子元件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
試樣(A):上部電極1的功函數(shù)小于下部電極3的功函數(shù)的電子元件。 試樣(B):上部電極1的功函數(shù)大于下部電極3的功函數(shù)的電子元件。 試樣(C):上部電極1的功函數(shù)等于下部電極3的功函數(shù)的電子元件。
補(bǔ)充說(shuō)明一下，通過(guò)在形成試樣(A)到試樣(C)后，以上部 電極1相對(duì)下部電極3成為正極(+ )的方式施加脈沖電壓(電壓值+ 3V、 脈沖寬度10//sec (微秒))，來(lái)將電阻值初始化為略略小于在剛形成后的 電阻值(約IMG)的十分之一的值，并將該值設(shè)定為初期電阻值。(利用 與日本專利申請(qǐng)?zhí)卦?003-421374號(hào)等文獻(xiàn)所述的方法一樣的方法進(jìn)行 了該初始化。)
(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)
在本實(shí)施例中，對(duì)試樣(A)到試樣(C)分別進(jìn)行了下述實(shí)驗(yàn)。
(第一實(shí)驗(yàn))
以每次施加一個(gè)脈沖的方式交替施加了上部電極1相對(duì)下部電極3成 為正極(+ )的脈沖電壓(以下，將該脈沖電壓稱為"正(+ )脈沖電壓")、 和上部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的脈沖電壓(以下，將該脈 沖電壓稱為"負(fù)(一)脈沖電壓")(參照?qǐng)D2)。在此，每次施加完脈沖電 壓的一個(gè)脈沖以后施加上部電極1相對(duì)下部電極3成為正極(+ )的電壓 (以下，將該電壓稱為"正(+ )測(cè)定電壓")，以測(cè)定狀態(tài)變化材料2的 電阻值。 (第二實(shí)驗(yàn))
以每次施加一個(gè)脈沖的方式交替施加正(+ )脈沖電壓和負(fù)(一)脈 沖電壓(參照?qǐng)D2)。在此，每次施加完脈沖電壓的一個(gè)脈沖以后施加了上 部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的電壓(以下，將該電壓稱為"負(fù)
(一)測(cè)定電壓")，以測(cè)定狀態(tài)變化材料2的電阻值。
(第三實(shí)驗(yàn))
以每次施加一個(gè)脈沖的方式交替施加正(+ )務(wù)夂沖電壓和負(fù)(一)務(wù)夂 沖電壓(參照?qǐng)D2)。在此，每次施加完脈沖電壓的一個(gè)脈沖以后測(cè)定了狀 態(tài)變化材料2的電流一 電壓特性。
補(bǔ)充說(shuō)明一下，在此將所施加的電壓的值設(shè)為下述值。 正(+ )脈沖電壓電壓值+ 3V、脈沖寬度50nsec 負(fù)(一)脈沖電壓電壓值—3V、脈沖寬度50nsec 正(+ )測(cè)定電壓電壓值+ 0.5V 負(fù)(一)測(cè)定電壓電壓值一0.5V(對(duì)試樣(A)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
首先，參照?qǐng)D3 (a)、圖3 (b)、圖4 (a)及圖4 (b)，說(shuō)明對(duì)試樣 (A)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。補(bǔ)充說(shuō)明一下，在圖3 (a)和圖3 (b)中，縱軸表示
根據(jù)在剛初始化后的電阻值R0將測(cè)定值R歸一化而得到的值(圖6、圖
8 (a)、圖8 (b)及圖9也一樣)。 (使用的材料)
上部電極l:銀(Ag)(厚度大約0.2//m、功函數(shù)4.3eV (= electron
volt:電子伏特))
狀態(tài)變化材料2: CuFe204 (厚度大約0.1/im) 下部電極3:鈾(厚度大約0.2/zm、功函數(shù)5.7eV)
(第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果) 對(duì)試樣(A)進(jìn)行了第一實(shí)驗(yàn)。圖3 (a)表示該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加
正(+ )脈沖電壓后，測(cè)定值從高電阻狀態(tài)(與另一種狀態(tài)相比電阻值更
高的狀態(tài))變化到低電阻狀態(tài)(與另一種狀態(tài)相比電阻值更低的狀態(tài))。在
施加負(fù)(一)脈沖電壓后，測(cè)定值從低電阻狀態(tài)變化到高電阻狀態(tài)。由此
可見(jiàn)，從上部電極1向下部電極3延伸的方向上的電阻值(狀態(tài)變化材料
2的電阻值)，根據(jù)被施力P的脈沖電壓而增加或減少D
(第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(A)進(jìn)行了第二實(shí)驗(yàn)。圖3 (b)表示該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。即使是 在施加正(+ )脈沖電壓后，測(cè)定值也保持為高電阻狀態(tài)，而不變化為低 電阻狀態(tài)。由此可見(jiàn)，從下部電極3向上部電極1延伸的方向上的電阻l直 (狀態(tài)變化材料2的電阻值)，總是處于高電阻狀態(tài)，與被施加的脈沖電 壓無(wú)關(guān)。 (第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(A)進(jìn)行了第三實(shí)驗(yàn)。圖4 (a)表示在施加正(+ )脈沖電 壓后測(cè)定出的電流一 電壓特性。如圖4 (a)所示，在施加正(+ )脈沖電 壓后，在施加正(+ )測(cè)定電壓的情況下，該正(+ )測(cè)定電壓的絕對(duì)值 越大，流動(dòng)的電流的電流值越大、電流越容易流動(dòng)。另一方面，在施加負(fù)
(一)測(cè)定電壓的情況下，該負(fù)(一)測(cè)定電壓的絕對(duì)值再多，流動(dòng)的電 流的電流值也不增加，電流的在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)流動(dòng)的絕對(duì)值為20//A以下， 電流不易流動(dòng)。由此可見(jiàn)，在施加正(+ ) ^詠沖電壓后，電流(流過(guò)狀態(tài) 變化材料2的電流)容易沿著從上部電極1向下部電極3延伸的方向流動(dòng)， 而電流不易沿著,人下部電極3向上部電極1延伸的方向流動(dòng)。
圖4 (b),表示在施加負(fù)(一)脈沖電壓后測(cè)定出的電流一電 壓特性。如圖4 (b)所示，在施加負(fù)(一)脈沖電壓后，即使是在施加正
(+ )測(cè)定電壓后，電流也不易流動(dòng)。由此可見(jiàn)，在施加負(fù)(一)脈沖電 壓后，與在施加正(+ )脈沖電壓后的情況相比，電流更不易沿著從上部 電極1向下部電極3延伸的方向流動(dòng)。就是說(shuō)，在沿從上部電極l向下部 電極3延伸的正方向施加了電壓的情況下，流過(guò)試樣(A)的電流呈著指 數(shù)函數(shù)的樣子增大(在圖4 (a)中，為與橫軸中的右邊對(duì)應(yīng)的部分)，而 在沿,人下部電極3向上部電極1延伸的反方向施加了電壓的情況下，電流 幾乎不流動(dòng)(在圖4 (a)中，為與橫軸中的左邊對(duì)應(yīng)的部分)。換句話說(shuō)， 得知了下述事情，即與沿著從該試樣(A)的下部電極3向上部電極1 延伸的反方向流動(dòng)的電流量相比，沿著從上部電極1向下部電極3延伸的 正方向流動(dòng)的電流量更大，該試樣(A)具有起到使電流僅沿一個(gè)方向流 動(dòng)這 一 整流作用的二極管特性。
(驗(yàn)證的結(jié)果)
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，試樣(A)具有下述特性。
一、以從上部電極1向下部電極3延伸的方向?yàn)檎较颉⒁詮南虏侩?極3向上部電極1延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管特性。
二 、正方向上的電阻值根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，試樣(A)在正方向上的電阻佳J于應(yīng)于正(+ ) 務(wù)^沖電壓的施加減少；該電阻^i對(duì)應(yīng)于負(fù)(一)務(wù)夂沖電壓的施力口增加。
(對(duì)試樣(B)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
下面，參照?qǐng)D3 (a)、圖3 (b)、圖5 (a)及圖5 (b)，說(shuō)明對(duì)試樣 (B)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(使用的材料)
上部電極l:鉑(厚度大約0.2/zm、功函數(shù)5.7eV)
狀態(tài)變化材料2: CuFe204 (厚度大約0.1//m)
下部電極3:鈦(Ti)(厚度大約0.2/zm、功函數(shù)4.3eV) (實(shí)驗(yàn)的結(jié)果) (第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(B)進(jìn)行了第一實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果呈圖3 (b)所示的樣子。 無(wú)論是在施加正(+ )脈沖電壓后還是在施加負(fù)(一)脈沖電壓后，測(cè)定 出的值都保持為高電阻狀態(tài)，而不成為低電阻狀態(tài)。由此可見(jiàn)，從上部電 極l向下部電極3延伸的方向上的電阻值(狀態(tài)變化材料2的電阻值)， 總是處于高電阻狀態(tài)，與被施加的脈沖電壓無(wú)關(guān)。 (第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果) 對(duì)試樣(B)進(jìn)行了第二實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果呈圖3 (a)的樣 子。在施加正(+ )脈沖電壓后，測(cè)定值從高電阻狀態(tài)(與另一種狀態(tài)相 比電阻值更高的狀態(tài))變化到低電阻狀態(tài)(與另一種狀態(tài)相比電阻值更低 的狀態(tài))。在施加負(fù)(一)脈沖電壓后，測(cè)定值從低電阻狀態(tài)變化到高電阻 狀態(tài)。由此可見(jiàn)，從下部電極3向上部電極1延伸的方向上的電阻值(狀 態(tài)變化材料2的電阻值)，根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少。
(第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(B)進(jìn)行了第三實(shí)驗(yàn)。圖5 (a)表示在施加正(+ )脈沖電 壓后測(cè)定出的電流一電壓特性。如圖5 (a)所示，在施加正(+ )脈沖電壓后，電流在施加正(+ )測(cè)定電壓時(shí)不易流動(dòng)，而在施加負(fù)(一)測(cè)定 電壓時(shí)容易流動(dòng)。由此可見(jiàn)，在施加正(+ )》乂沖電壓后，電流(流過(guò)狀
態(tài)變化材料2的電流)不易沿著從上部電極1向下部電極3延伸的方向流 動(dòng)，而電流容易沿著》人下部電極3向上部電極1延伸的方向流動(dòng)。
圖5 (b)表示在施加負(fù)(一)脈沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓 特性。如圖5 (b)所示，在施加負(fù)(一)脈沖電壓后，即使是在施加負(fù)(_) 測(cè)定電壓時(shí)，電流也不易流動(dòng)。由此可見(jiàn)，在施加負(fù)(一)脈沖電壓后， 與在施加正(+ )脈沖電壓后的情況相比，電流更不易沿著,人下部電極3 向上部電極1延伸的方向流動(dòng)。
(驗(yàn)證的結(jié)果)
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，試樣(B)具有下述特性。
一、以,人下部電極3向上部電極1延伸的方向?yàn)檎较?、?人上部電 極1向下部電極3延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管特性。
二 、正方向上的電阻值根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，試樣(B)在正方向上的電阻值對(duì)應(yīng)于正(+ ) 脈沖電壓的施加減少；該電阻值對(duì)應(yīng)于負(fù)(一)脈沖電壓的施加增加。
(對(duì)試樣(C)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
下面，參照?qǐng)D6、圖7 (a)及圖7 (b)，說(shuō)明對(duì)試樣(C)進(jìn)行的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果。 (使用的材料)
上部電極l:鈾(厚度大約0.2/Zm、功函數(shù)5.7eV) 狀態(tài)變化材料2: CuFe204 (厚度大約0.1/zm) 下部電極3:鉑(厚度大約0.2/^m、功函數(shù)5.7eV)
(實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
(第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果) 對(duì)試樣(C)進(jìn)行了第一實(shí)驗(yàn)。圖6表示該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ ) 脈沖電壓后，測(cè)定值從高電阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)。在施加負(fù)(一)脈 沖電壓后，測(cè)定值從低電阻狀態(tài)變化到高電阻狀態(tài)。這樣，從上部電極1 向下部電極3延伸的方向上的電阻值(狀態(tài)變化材料2的電阻值)，根據(jù) 被施力p的脈沖電壓而增加或減少。 (第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(C)進(jìn)行了第二實(shí)驗(yàn)。圖6表示該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。這樣，從下
根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少。
(第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(C)進(jìn)行了第三實(shí)驗(yàn)。圖7 (a)表示在施加正(+ )脈沖電 壓后測(cè)定出的電流一電壓特性；圖7 (b)表示在施加負(fù)(—)脈沖電壓后 測(cè)定出的電流一電壓特性。將圖7 (a)所示的情況和圖7 (b)所示的情 況比爭(zhēng)支起來(lái)，就得知與施加負(fù)(一)步1c沖電壓后相比，電流在施加正(+ ) 脈沖電壓后更容易流動(dòng)(狀態(tài)變化材料2的電阻值更小)。
(驗(yàn)證的結(jié)果)
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，試樣(C)具有下述特性。
一、電阻值對(duì)應(yīng)于正(+ )脈沖電壓的施力o而減少、并且該電阻值對(duì) 應(yīng)于負(fù)(一)脈沖電壓的施加而增加的特性(可變電阻特性)。
(總結(jié))
在試樣(A)中，上部電極1的功函數(shù)小于下部電極3的功函數(shù)。在 試樣(B)中，上部電極1的功函數(shù)大于下部電極3的功函數(shù)。由對(duì)試樣 (A)到試樣(C)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，狀態(tài)變化材料2具有下述特性。
一 、以》人功函婆:豐支小的電極向功函教:爭(zhēng)支大的電極延伸的方向?yàn)檎较颉?以,人功函數(shù)較大的電極向功函數(shù)較小的電極延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管 特性。
二 、正方向上的電阻值根據(jù)被施加的務(wù)P中電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為正極
(+ )的方式施加了脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電 阻值減少；在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(_)的方式施加脈 沖電壓時(shí)，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電阻值增加。
在試樣(A)到試樣(C)中，通過(guò)在形成各個(gè)試樣后，以上部 電極1相對(duì)下部電極3成為正極(+ )的方式施加脈沖電壓，來(lái)將狀態(tài)變 化材料2的電阻值初始化為略略小于在剛形成后的電阻值(約1Mn)的 十分之一的電阻值。本案發(fā)明人還準(zhǔn)備了通過(guò)在形成各個(gè)試樣后，以上部
電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加脈沖電壓(電壓值一3V、 脈沖寬度10^sec)，來(lái)將狀態(tài)變化材料2的電阻值初始化為略略小于在剛 形成后的電阻值(約1MQ)的十分之一的電阻值而得到的試樣(A)到試 樣(C)(將所述試樣(A)到試樣(C)稱為試樣(A')、試樣(B，)及試 樣(C，))。
對(duì)試樣(A')到試樣(C')進(jìn)行了與對(duì)試樣(A)到試樣(C) 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)(第一到第三實(shí)驗(yàn))。
(對(duì)試樣(A')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
參照?qǐng)D8 (a)、圖8 (b)、圖4 (a)及圖4 (b)，說(shuō)明對(duì)試樣(A')進(jìn) 行的實(shí)驗(yàn)。 (第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
圖8 (a)表示對(duì)試樣(A，)進(jìn)行的第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ ) 脈沖電壓后，測(cè)定值從低電阻狀態(tài)變化到高電阻狀態(tài)。在施加負(fù)(一)脈 沖電壓后，測(cè)定值從高電阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)。由此可見(jiàn)，從上部電 極1向下部電極3延伸的方向上的電阻值(狀態(tài)變化材料2的電阻值)， 沖艮據(jù)#1施力口的務(wù)t沖電壓而增力口或減少。
(第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
圖8 (b)表示對(duì)試樣(A')進(jìn)行的第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。即使是在施加負(fù) (一)脈沖電壓后，測(cè)定值也保持為高電阻狀態(tài)，而不變化為低電阻狀態(tài)。 由此可見(jiàn)，從下部電極3向上部電極1延伸的方向上的電阻值，總是處于 高電阻狀態(tài)，與纟皮施加的脈沖電壓無(wú)關(guān)。
(第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
下面，說(shuō)明對(duì)試樣(A')進(jìn)行的第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ )脈 沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖4(b)所示的樣子；在施加負(fù)(一) 脈沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖4 (a)所示的樣子。
(對(duì)試樣(B')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
參照?qǐng)D8 (a)、圖8 (b)、圖5 (a)及圖5 (b),說(shuō)明對(duì)試樣(B，) 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
(第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(B')進(jìn)行的第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果呈圖8 (b)所示的樣子。由此可
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說(shuō)明書(shū)第17/41頁(yè)
電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加脈沖電壓(電壓值一3V、 脈沖寬度10^sec)，來(lái)將狀態(tài)變化材料2的電阻值初始化為略略小于在剛 形成后的電阻值(約1MQ)的十分之一的電阻值而得到的試樣(A)到試 樣(C)(將所述試樣(A)到試樣(C)稱為試樣(A')、試樣(B，)及試 樣(C，))。
對(duì)試樣(A')到試樣(C')進(jìn)行了與對(duì)試樣(A)到試樣(C) 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)(第一到第三實(shí)驗(yàn))。
(對(duì)試樣(A')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
參照?qǐng)D8 (a)、圖8 (b)、圖4 (a)及圖4 (b)，說(shuō)明對(duì)試樣(A')進(jìn) 行的實(shí)驗(yàn)。 (第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
圖8 (a)表示對(duì)試樣(A，)進(jìn)行的第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ ) 脈沖電壓后，測(cè)定值從低電阻狀態(tài)變化到高電阻狀態(tài)。在施加負(fù)(一)脈 沖電壓后，測(cè)定值從高電阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)。由此可見(jiàn)，從上部電 極1向下部電極3延伸的方向上的電阻值(狀態(tài)變化材料2的電阻值)， 沖艮據(jù)#1施力口的務(wù)t沖電壓而增力口或減少。
(第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
圖8 (b)表示對(duì)試樣(A')進(jìn)行的第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。即使是在施加負(fù) (一)脈沖電壓后，測(cè)定值也保持為高電阻狀態(tài)，而不變化為低電阻狀態(tài)。 由此可見(jiàn)，從下部電極3向上
見(jiàn)，從上部電極1向下部電極3延伸的方向上的電阻值，總是處于高電阻 狀態(tài)，與被施力口的脈沖電壓無(wú)關(guān)。 (第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
對(duì)試樣(B，)進(jìn)行的第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果呈圖8 (a)所示的樣子。由此可 見(jiàn)，從下部電極3向上部電極1延伸的方向上的電阻值，根據(jù)被施加的脈 沖電壓而增力口或減少。
(第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
下面，說(shuō)明對(duì)試樣(B，)進(jìn)行的第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ )脈 沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖5(b)所示的樣子；在施加負(fù)(一) 脈沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖5 (a)所示的樣子。
(對(duì)試樣(C')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)) (第一及第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
圖9表示對(duì)試樣(C，)進(jìn)行的第一及第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。由此可見(jiàn)，從 上部電極1向下部電極3延伸的方向上的電阻值、和從下部電極3向上部 電極1延伸的方向上的電阻值，都根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少。
(第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)
下面，說(shuō)明對(duì)試樣(C，)進(jìn)行的第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在施加正(+ )脈 沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖7(b)所示的樣子；在施加負(fù)(一) 脈沖電壓后測(cè)定出的電流一電壓特性，呈圖7 (a)所示的樣子。
(總結(jié))
就是說(shuō)，由對(duì)試樣(A')到試樣(C')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，狀態(tài)變 化材料2具有下述特性。
一 、以》人功函數(shù)較小的電極向功函數(shù)較大的電極延伸的方向?yàn)檎较颉?以,人功函數(shù)較大的電極向功函數(shù)較小的電極延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管 特性。
二、正方向上的電阻值根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為正極 (+ )的方式施加了脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電 阻值增加；在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加了 脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電阻值減少。
由上述對(duì)試樣(試樣(A)到(C)、和試樣(A')到試樣(C')) 進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，狀態(tài)變化材料2具有下迷特性。
一、 在上部電極1的功函數(shù)和下部電極3的功函數(shù)相互不同的情況下， 以從一個(gè)電極向另一個(gè)電極延伸的方向(第一方向)為正方向、以第二方 向(與所述第一方向相反的方向)為反方向的二極管特性。
二、 在施加了規(guī)定脈沖電壓的情況下，二極管特性在正方向上的電阻 值增加或減少的特性(可變電阻特性)。 另外，也確認(rèn)到了下述事情，即關(guān)于用來(lái)使電阻值變化的脈 沖電壓，第一實(shí)施例的脈沖電壓的務(wù)^沖寬度(50nsec)，比現(xiàn)有例的務(wù)夂沖 電壓的脈沖寬度(1/isec以上)窄。
因?yàn)榇_認(rèn)到了上述特性，所以用功函數(shù)相亙不同的兩種材料作 為圖1所示的上部電極1和下部電極3,來(lái)制作了電子元件。
(第二實(shí)施例)
為了實(shí)現(xiàn)具有上述特性(可變電阻特性和二極管特性)的狀態(tài)變化材 料，用結(jié)晶性不均勻的狀態(tài)變化材料2構(gòu)成了圖l所示的電子元件。下面 說(shuō)明其理由。(狀態(tài)變化材料2的結(jié)晶性) (狀態(tài)變化材料的第一形成方法)
將形成有下部電極3的襯底4的溫度升高到接近了狀態(tài)變化材料2的 結(jié)晶溫度的溫度(例如在CuFe204的情況下，設(shè)為大約600。C左右)，形 成了狀態(tài)變化材料2。對(duì)這樣形成的狀態(tài)變化材料2進(jìn)行X射線衍射分析， 來(lái)調(diào)查結(jié)晶結(jié)構(gòu)的扭曲。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)變化材料2在表示晶格面間距 D的位置上具有尖銳的衍射峰(強(qiáng)度大的衍射峰)。就是說(shuō)，由上述結(jié)果 可見(jiàn)，這樣形成的狀態(tài)變化材料2在膜厚度方向上的結(jié)晶性基本上很均勻。
(狀態(tài)變化材料的第二形成方法)
在未將形成有下部電極3的襯底4的溫度升高到接近了狀態(tài)變化材料 2的結(jié)晶溫度的溫度的狀態(tài)下，形成了狀態(tài)變化材料2。對(duì)這樣形成的狀 態(tài)變化材料2進(jìn)行X射線衍射分析，來(lái)調(diào)查了結(jié)晶結(jié)構(gòu)的扭曲。其結(jié)果 發(fā)現(xiàn)，該狀態(tài)變化材料2的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶面間距有偏差(該狀態(tài)變化材料 2具有強(qiáng)度較小且寬度較寬的衍射峰)。就是說(shuō)，由上述結(jié)果可見(jiàn)，這樣形
成的狀態(tài)變化材料2具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的扭曲。 (狀態(tài)變化材料的第三形成方法)
于是，在使形成有下部電極3的襯底4的溫度從約600。C逐漸降低的 狀態(tài)下形成狀態(tài)變化材料2，再在狀態(tài)變化材料2上形成了上部電極1。 用透射電子顯微鏡對(duì)這樣形成的狀態(tài)變化材料2進(jìn)行了電子衍射分析。其 結(jié)果是，在狀態(tài)變化材料2中位于下部電極3附近的部分，觀測(cè)到了結(jié)晶 性良好的電子衍射圖形(具有某個(gè)周期的斑點(diǎn)圖形)，而在狀態(tài)變化材料2 中位于上部電極1附近的部分，觀測(cè)到了結(jié)晶性不良(近似于非晶形狀態(tài)) 的電子衍射圖形(暈斑(halo pattern))。就是說(shuō)，在狀態(tài)變化材料2中 位于下部電極3附近的部分中，晶格面間距的數(shù)值大致均勻，該部分處于 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的扭曲很少的、結(jié)晶性良好的狀態(tài)。另一方面，在狀態(tài)變化材料 2中位于上部電極1附近的部分中，與下部電極3附近的部分相比晶格面 間距的分布更有偏差，可見(jiàn)該部分處于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的扭曲很多的、結(jié)晶性不 良的狀態(tài)。 用透射電子顯微鏡對(duì)所述狀態(tài)變化材料2進(jìn)行了橫截面TEM (透射電子顯微鏡)觀察，來(lái)測(cè)定了狀態(tài)變化材料2的結(jié)晶粒度。其結(jié)果 顯示，狀態(tài)變化材料2中位于下部電極3附近的部分的結(jié)晶粒度，具有狀 態(tài)變化材料2中位于上部電極1附近的部分的結(jié)晶粒度的兩倍以上的值。 這樣，確認(rèn)到了下述事情，即與狀態(tài)變化材料2中位于上部電極1附近 的部分相比，狀態(tài)變化材料2中位于下部電極3附近的部分的結(jié)晶性更為 良好。 由上述內(nèi)容可見(jiàn)，若在讓形成有下部電極3的襯底4的溫度從 約600。C逐漸降低的狀態(tài)下形成狀態(tài)變化材料2，就能形成出下部電極3 附近的結(jié)晶性良好而上部電極1附近的結(jié)晶性不良的、結(jié)晶性不均勻的狀 態(tài)變化材料2 (就是說(shuō)，結(jié)晶性的均勻性從下部電極3向上部電極1逐漸 減低的狀態(tài)變化材料2)。
(對(duì)試樣(D)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
按照上述"狀態(tài)變化材料的第三形成方法"在下部電極3上形成狀態(tài) 變化材料2,再在狀態(tài)變化材料2上形成上部電極1,這樣來(lái)制作了試樣 (D)。(試樣(D))
上部電極l:鉑(厚度大約0.2^m、功函數(shù)5.7eV) 狀態(tài)變化材料2: CuFe204 (厚度大約0.1/zm) 下部電極3:鈾(厚度大約0.2/zm、功函數(shù)5.7eV) 補(bǔ)充說(shuō)明一下，在形成試樣(D)后，通過(guò)以上部電極1相對(duì)下部電
極3成為正極(+ )的方式在試樣(D)上施加脈沖電壓(電壓值+ 3V、
脈沖寬度10//sec)，來(lái)將試樣(D)的電阻值初始化為略略小于在剛形成
后的電阻值(約lMn)的十分之一的電阻值。 (第一到第三實(shí)驗(yàn))
對(duì)試樣(D)進(jìn)行了與第一實(shí)施例一樣的實(shí)驗(yàn)(第一到第三實(shí)驗(yàn))。這
些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，與第一實(shí)施例的試樣(A)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一樣(參照?qǐng)D3 (a)、
圖3 (b)、圖4 (a)及圖4 (b))。由對(duì)試樣(D)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，
狀態(tài)變化材料2具有下述特性。
一、 以從結(jié)晶性不良的區(qū)域向結(jié)晶性良好的區(qū)域延伸的方向?yàn)檎较颉?以從結(jié)晶性良好的區(qū)域向結(jié)晶性不良的區(qū)域延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管 特性。
二、 正方向上的電阻值根據(jù);陂施加的Mc沖電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為正極
(+ )的方式施加了脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電 阻值減少；在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加了 脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電阻值增加。
本案發(fā)明人還準(zhǔn)備了通過(guò)在形成該試樣(D)后，以上部電極l 相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加脈沖電壓(電壓值一3V、脈沖 寬度10/zsec)，來(lái)將試樣(D)的電阻值初始化為略略小于在剛形成后的 電阻值(約1MQ)的十分之一的電阻值而得到的試樣(D)(將這種試樣
(D)稱為試樣(D'))。 對(duì)試樣(D')進(jìn)行了與對(duì)試樣(D)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)(第 一到第三實(shí)驗(yàn))。(對(duì)試樣(D')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn))
對(duì)試樣(D')進(jìn)行的第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，呈圖8 (a)所示的樣子；對(duì)試
樣(D，)進(jìn)行的第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，呈圖8 (b)所示的樣子。另外，也確認(rèn) 到了下述事情，即對(duì)試樣(D，)進(jìn)行的第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果(電流一電壓特 性)，是在施加正(+ )脈沖電壓后呈圖4 (b)所示的樣子，而在施加負(fù) (一)脈沖電壓后呈圖4 (a)所示的樣子。由對(duì)試樣(D')進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果可見(jiàn)，狀態(tài)變化材料2具有下述特性。
一、以從結(jié)晶性不良的區(qū)域向結(jié)晶性良好的區(qū)域延伸的方向?yàn)檎较颉?以從結(jié)晶性良好的區(qū)域向結(jié)晶性不良的區(qū)域延伸的方向?yàn)榉捶较虻亩O管 特性。
二 、正方向上的電阻值根據(jù)被施加的脈沖電壓而增加或減少的特性(可 變電阻特性)。詳細(xì)說(shuō)明一下，在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為正極 (十)的方式施加了脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電 阻值增加；在以上部電極1相對(duì)下部電極3成為負(fù)極(一)的方式施加了 脈沖電壓的情況下，狀態(tài)變化材料2在正方向上的電阻值減少。
由上述對(duì)試樣(試樣(D)和試樣(D'))進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)， 狀態(tài)變化材料2具有下述特性。
一、 在狀態(tài)變化材料2的結(jié)晶性不均勻的情況下，以從一個(gè)電極向另 一個(gè)電極延伸的方向(第一方向)為正方向、以第二方向(與所述第一方 向相反的方向)為反方向的二極管特性。
二、 在施加了規(guī)定脈沖電壓的情況下，二極管特性在正方向上的電阻 值增加或減少的特性(可變電阻特性)。 另外，也確認(rèn)到了下述事情，即關(guān)于為改變電阻值所施加的 脈沖電壓，本實(shí)施例的脈沖電壓的脈沖寬度(50nsec)，比現(xiàn)有例的》t沖 電壓的脈沖寬度(1//sec以上)窄。 因?yàn)榇_認(rèn)到了上述特性，所以用結(jié)晶性不均勻的狀態(tài)變化材料 2構(gòu)成了圖1所示的電子元件。 在第一及第二實(shí)施例中表示了用具有尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧化物 材料即CuFe204作為狀態(tài)變化材料2的例子。本案發(fā)明人還確認(rèn)到了具有 尖晶石結(jié)構(gòu)的其他金屬氧化物材料、被添加了具有鈦鐵礦結(jié)構(gòu)的金屬的鐵 電氧化物、以及具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CMR (超巨磁阻)材料或高溫超導(dǎo)材 料也都具有同樣的特性。具體而言，本案發(fā)明人確認(rèn)到了 CoFe204、
NiCr204、 Fe304、 OSrTi03、 SrLiNb03、 Mg-LiNb03、 Pr(i-x)CaxMn03、 LaSrMn03、以及GdBaCoxOY也都有同樣的特性。 也可以是這樣的，用其他電極材料作為上部電極1和下部電極 3的材料。
(第一實(shí)施形態(tài)) (電路符號(hào)的定義)
對(duì)本發(fā)明的第一 實(shí)施形態(tài)所涉及的電子元件進(jìn)行說(shuō)明。補(bǔ)充說(shuō)明 一下， 將在本實(shí)施形態(tài)中使用的電子元件的電路符號(hào)定義為圖10所示的樣子。 在圖10所示的電子元件102中，在以端子101-1相對(duì)端子10卜2成為正 極(+ )的方式施加了脈沖電壓的情況下，電子元件102的電阻值減少； 在以端子101-1相對(duì)端子10卜2成為負(fù)極(一)的方式施加了脈沖電壓的 情況下，電子元件102的電阻值增加。圖10所示的電子元件102，具有 以從端子101-1向端子101-2延伸的方向?yàn)?正方向"、以從端子101-2 向端子101-1延伸的方向?yàn)?反方向"的二極管特性。
(工作)
下面，對(duì)圖10所示的電子元件102的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。在此，電 子元件102被用作存儲(chǔ)器，進(jìn)行一位數(shù)據(jù)的處理。補(bǔ)充說(shuō)明一下，假設(shè)為 電子元件102的電阻值(狀態(tài)變化材料2的電阻值)已被初始化為高電阻 狀態(tài)。還假設(shè)電子元件102的電阻值處于"高電阻狀態(tài)"時(shí)的邏輯值為"0"; 電子元件102的電阻值處于"低電阻狀態(tài)"時(shí)的邏輯值為"1"。
(存儲(chǔ))
在要將表示"1"的一位數(shù)據(jù)寫(xiě)入到電子元件102中的情況下，讓端 子101-2接地，在端子101-1上施加存儲(chǔ)電壓。該存儲(chǔ)電壓，例如為電壓 值+ 3V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓(正(+ )脈沖電壓)。因?yàn)樵陔娮?元件102上施加了正(+ )脈沖電壓，所以電子元件102的電阻值(狀態(tài) 變化材料的電阻值)變化到低電阻狀態(tài)。這樣來(lái)將表示"1"的一位數(shù)據(jù) 儲(chǔ)存到電子元件102中。
(復(fù)位)
在要使電子元件102的存儲(chǔ)狀態(tài)復(fù)位到初始狀態(tài)的情況下，讓端子 101-2接地，在端子101-1上施加復(fù)位電壓。該復(fù)位電壓，例如為電壓值
一3V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓(負(fù)(—)脈沖電壓)。因?yàn)樵陔娮釉?件102上施加了負(fù)(一)脈沖電壓，所以電子元件102的電阻值回到高電 阻狀態(tài)。這樣來(lái)使電子元件102的存儲(chǔ)狀態(tài)回到初始狀態(tài)。
(再生)
讓端子101-2接地，在端子101-1上施加再生電壓。該再生電壓，例 如為電壓值+ 0.5V的電壓。因?yàn)樵陔娮釉?02上施加了再生電壓(= 正(+ )測(cè)定電壓)，所以具有根據(jù)電子元件102的電阻值而決定的電流 值的電流，從端子101-1流向端子101-2 (正方向)。在此，若假設(shè)在電子 元件102的電阻值處于"高電阻狀態(tài)"時(shí)流動(dòng)的電流對(duì)應(yīng)于"0"，并且在 電子元件102的電阻值處于"低電阻狀態(tài)"時(shí)流動(dòng)的電流對(duì)應(yīng)于"1"，上 述電流的流動(dòng)就意味著再生了已儲(chǔ)存在電子元件102中的一位數(shù)據(jù)。
如上所述，能用電子元件102作為存儲(chǔ)器。
(效果)
如上所述，因?yàn)殡娮釉哂?二極管特性"，所以能在未特別使用二 極管元件的狀態(tài)下規(guī)定電流的方向。而且，該電子元件具有"可變電阻特 性"，因而能用該電子元件例如作為1D1R式非易失性存儲(chǔ)元件。在這樣 使用該電子元件的情況下，不需要設(shè)置二極管。因此，與現(xiàn)有1D1R式非 易失性存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)相比，能將制造工序設(shè)為更簡(jiǎn)單的工序。
因?yàn)樵陔娮釉形丛O(shè)置二極管，所以施加在可變電阻材料上 的脈沖電壓的極性不受限制。因此，無(wú)論是正(+ )極性的脈沖電壓還是 負(fù)(一)極性的務(wù)P中電壓，都能施加在狀態(tài)變化材料上。在這樣的脈沖施 加方法(利用脈沖電壓的極性使電阻值變化的方法)中，與現(xiàn)有務(wù)1c沖施加 方法(通過(guò)調(diào)整脈沖電壓的脈沖寬度來(lái)使可變電阻材料的電阻值變化的方 法)相比，所施加的脈沖電壓的脈沖寬度更窄(在本實(shí)施形態(tài)中，為 50nsec)。就是說(shuō)，能夠縮短為存儲(chǔ)或復(fù)位所需的時(shí)間。
在本實(shí)施形態(tài)中，即使是在將下述材料中的哪種材料用作電子 元件102的狀態(tài)變化材料2時(shí)，也都能得到上述效果，所述材料是具有 尖晶石結(jié)構(gòu)的CuFe204、 CoFe204、 NiCr204或Fe304，被添加了具有鈦 鐵礦結(jié)構(gòu)的金屬的鐵電氧化物，以及具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CMR (超巨磁阻) 材料或高溫超導(dǎo)材料等等。具體而言，即使使用CrSrTiOs、 SrLiNbOs、Mg-LiNb03、 Pr(i-x)CaxMnOs、 LaSrMn03、 GdBaCoxOy等材料，也能
夠得到上述效果。 在CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工序中，最好是形成膜時(shí) 的溫度為450。C以下，以防止由于高溫而造成的損壞等。為了形成具有鈣 鈦礦結(jié)構(gòu)的材料的膜，通常需要設(shè)村底溫度為700。C以上。另一方面，為 了形成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的材料的膜，村底溫度只要約有400。C就足夠了。 因此，通過(guò)用具有尖晶石結(jié)構(gòu)的材料作為圖1所示的狀態(tài)變化材料2，能 設(shè)形成膜時(shí)的溫度為較低的溫度。這樣，與具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料相比， 具有尖晶石結(jié)構(gòu)的材料更適于半導(dǎo)體工序。 —般來(lái)說(shuō)，高溫超導(dǎo)材料和CMR材料，是包含堿金屬或堿土 金屬的、或者包含堿金屬及堿土金屬的氧化物。在用這樣的材料形成圖1 所示的電子元件的情況下，包含在所述材料中的堿金屬或堿土金屬、或者 堿金屬及堿土金屬會(huì)在半導(dǎo)體工序的清洗過(guò)程中溶解出來(lái)，因而電子元件 的作為存儲(chǔ)元件的特性惡化。為了防止該特性的惡化，最好是用不包括堿 金屬及堿土金屬的材料作為狀態(tài)變化材料2。
在本實(shí)施形態(tài)中，利用相互不同的兩種狀態(tài)即高電阻狀態(tài)和低 電阻狀態(tài)儲(chǔ)存一位數(shù)據(jù)，來(lái)使電子元件進(jìn)行存儲(chǔ)器的工作。也可以是這樣 的，即通過(guò)改變電脈沖的寬度和振幅，來(lái)利用四種或更多種電阻狀態(tài)， 使電子元件進(jìn)行儲(chǔ)存所述四種或更多種電阻狀態(tài)作為兩位或三位以上的信 息的非易失性存儲(chǔ)元件的工作。 (第二實(shí)施形態(tài))
(整體結(jié)構(gòu))
圖11，表示本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)所涉及的存儲(chǔ)裝置200的整體結(jié) 構(gòu)。該存儲(chǔ)裝置200，包括存儲(chǔ)器陣列201，地址緩沖器202,控制部 203，行譯碼器204，驅(qū)動(dòng)字線器205，列譯碼器206，以及驅(qū)動(dòng)位線器 207。 在存儲(chǔ)器陣列201中，設(shè)置有字線W1及W2，位線B1及B2， 以及存儲(chǔ)單元MC211到MC222。存儲(chǔ)單元MC211到MC222中的各個(gè) 存儲(chǔ)單元，是圖10所示的電子元件102。存儲(chǔ)單元MC211的一端，連接 在字線W1上；存儲(chǔ)單元MC211的另一端，連接在位線B1上(正方向W1—B1)。存儲(chǔ)單元MC212的一端，連接在字線W2上；存儲(chǔ)單元MC212 的另一端，連接在位線B1上(正方向W2—Bl)。存儲(chǔ)單元MC221的 一端，連接在字線W1上；存儲(chǔ)單元MC221的另一端，連接在位線B2 上(正方向W1—B2)。存儲(chǔ)單元MC222的一端，連接在字線W2上； 存儲(chǔ)單元MC222的另一端，連接在位線B2上(正方向W2—B2)。
地址緩沖器202,被輸入來(lái)自外部的地址信號(hào)ADDRESS,再 向行譯碼器204輸出行地址信號(hào)ROW,并且向列譯碼器206輸出列地址 信號(hào)COLUMN。地址信號(hào)ADDRESS,表示存儲(chǔ)單元MC211到MC222 中的、選出的存儲(chǔ)單元的地址。行地址信號(hào)ROW,表示由地址信號(hào) ADDRESS表示的地址中的行地址。列地址信號(hào)COLUMN，表示由地址 信號(hào)ADDRESS表示的地址中的列地址。 控制部203,根據(jù)來(lái)自外部的模式選擇信號(hào)MODE成為存儲(chǔ)模 式、復(fù)位模式及再生模式中的一種模式。在存儲(chǔ)模式中，控制部203根據(jù) 來(lái)自外部的輸入數(shù)據(jù)Din向驅(qū)動(dòng)字線器205和驅(qū)動(dòng)位線器207輸出指出 "存儲(chǔ)電壓的施加"的控制信號(hào)CONT。在再生模式中，控制部203向驅(qū) 動(dòng)字線器205和驅(qū)動(dòng)位線器207輸出指出"再生電壓的施加"的控制信號(hào) CONT。在再生模式中，控制部203向外部輸出表示根據(jù)來(lái)自驅(qū)動(dòng)位線器
207的信號(hào)lREAD而決定的位值的輸出數(shù)據(jù)D0Ut。信號(hào)lREAD表示流過(guò)位
線Bl或B2的電流的電流值。在復(fù)位模式中，控制部203確認(rèn)存儲(chǔ)單元 MC211到MC222的存儲(chǔ)狀態(tài)，再根據(jù)該存儲(chǔ)狀態(tài)向驅(qū)動(dòng)字線器205和驅(qū) 動(dòng)位線器207輸出指出"復(fù)位電壓的施加"的控制信號(hào)CONT。
行譯碼器204,根據(jù)來(lái)自地址緩沖器202的行地址信號(hào)ROW, 選出字線W1及W2中的一條字線。 驅(qū)動(dòng)字線器205，當(dāng)從控制部203接收了指出"存儲(chǔ)電壓的施 加"的控制信號(hào)CONT時(shí)在由行譯碼器204選出的字線上施加存儲(chǔ)電壓 V1write。驅(qū)動(dòng)字線器205，當(dāng)從控制部203接收了指出"再生電壓的施 加"的控制信號(hào)CONT時(shí)在由行譯碼器204選出的字線上施加再生電壓 V1read。驅(qū)動(dòng)字線器205,當(dāng)從控制部203接收了指出"復(fù)位電壓的施加" 的控制信號(hào)CONT時(shí)在由行譯碼器204選出的字線上施加復(fù)位電壓 V1reset。
列譯碼器206，根據(jù)來(lái)自地址緩沖器202的列地址信號(hào) COLUMN選出位線Bl及B2中的一條位線。 驅(qū)動(dòng)位線器207當(dāng)從控制部203接收了指出"存儲(chǔ)電壓的施加" 的控制信號(hào)CONT時(shí)在由列譯碼器206選出的位線上施加存儲(chǔ)電壓 V2write。驅(qū)動(dòng)位線器207當(dāng)從控制部203接收了指出"再生電壓的施加" 的控制信號(hào)CONT時(shí)在未由列譯碼器206選出的位線上施加再生電壓 V2read,然后向控制部203輸出表示流過(guò)位線Bl或B2的電流的電流值 的信號(hào)Iread。驅(qū)動(dòng)位線器207當(dāng)從控制部203接收了指出"復(fù)位電壓的 施加"的控制信號(hào)CONT時(shí)在由列譯碼器206選出的位線上施加復(fù)位電 壓V2reset。
補(bǔ)充說(shuō)明一下，存儲(chǔ)電壓V1write，例如是電壓值+ 1.5V、脈 沖寬度50nsec的務(wù)么沖電壓；存儲(chǔ)電壓V2write，例如是電壓值一1.5V、 脈沖寬度50nsec的脈沖電壓。在此，存儲(chǔ)電壓VIwrite與存儲(chǔ)電壓V2write 之間的電位差為3V。
再生電壓VlnEAD和再生電壓V2read，例如是電壓值為+0.5V
的電壓。在此，再生電壓V1kEAD和再生電壓V2 READ 相等。 復(fù)位電壓V1reset，例如是電壓值一1.5V、脈沖寬度50nsec 的脈沖電壓；復(fù)位電壓V2RESET,例如是電壓值+1.5V、脈沖寬度50nsec 的務(wù)1c沖電壓。在此，復(fù)位電壓V1reset與復(fù)位電壓V2reset之間的電位差 為3V。 (工作)
下面，說(shuō)明圖11所示的存儲(chǔ)裝置200的工作情況。存儲(chǔ)裝置200的 工作模式包括將輸入數(shù)據(jù)Din寫(xiě)入在存儲(chǔ)單元中的存儲(chǔ)模式，讓已寫(xiě)入 在存儲(chǔ)單元中的信息復(fù)位的復(fù)位模式，以及作為輸出數(shù)據(jù)Dout輸出(再 生)已寫(xiě)入在存儲(chǔ)單元中的信息的再生模式。在此，假設(shè)存儲(chǔ)單元MC211 到MC222已被初始化為高電阻狀態(tài)。假設(shè)地址信號(hào)ADDRESS表示存儲(chǔ) 單元MC211的地址。
(存儲(chǔ)模式)
首先，說(shuō)明存儲(chǔ)模式時(shí)的工作情況。
在輸入數(shù)據(jù)Din表示'T'時(shí)，控制部203向驅(qū)動(dòng)字線器205
和驅(qū)動(dòng)位線器207輸出指出"存儲(chǔ)電壓的施加"的控制信號(hào)CONT。在輸
入數(shù)據(jù)Din表示"0"時(shí)，控制部203不輸出控制信號(hào)CONT。
在從控制部203接收了指出"存儲(chǔ)電壓的施加"的控制信號(hào)
CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)位線器207在由列譯碼器206選出的位線Bl上施加存儲(chǔ)
電壓V2WRITE,讓其他位線B2 (未被選出的位線)接地。
在從控制部203接收了指出"存儲(chǔ)電壓的施加"的控制信號(hào)
CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)字線器205在由行譯碼器204選出的字線Wl上施加存
儲(chǔ)電壓V1WRITE，讓其他字線W2 (未被選出的字線)接地。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC211被被施加了電壓值+ 3V、脈沖寬度 50nsec的脈沖電壓(正(+ )脈沖電壓)，所以存儲(chǔ)單元MC211的電阻 值變化到低電阻狀態(tài)。 雖然存儲(chǔ)單元MC212被施加了電壓值一 1.5V、脈沖寬度 50nsec的l^沖電壓(負(fù)(一)脈沖電壓)，但因?yàn)橐黄な┘拥拿}沖電壓的電 壓值未達(dá)到規(guī)定電平(在此，為"一3V"),所以存儲(chǔ)單元MC212的電阻 狀態(tài)不變化。 雖然存儲(chǔ)單元MC221被施加了電壓值+ 1.5V、脈沖寬度 50nsec的步乂沖電壓(正(+ )脈沖電壓)，{旦因?yàn)閊皮施加的月永沖電壓的電 壓值未達(dá)到規(guī)定電平(在此，為"+ 3V")，所以存儲(chǔ)單元MC221的電阻 狀態(tài)不變化。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC222的兩端之間的電位差為0V，所以存儲(chǔ)單 元MC222的電阻狀態(tài)不變化。
這樣，因?yàn)閮H有存儲(chǔ)單元MC211的電阻狀態(tài)變化為"低電阻
狀態(tài)"，所以表示"1"的一位數(shù)據(jù)就被寫(xiě)入在存儲(chǔ)單元MC211中。
接著，在將數(shù)據(jù)寫(xiě)入在存儲(chǔ)單元MC211中的工作完成后，新
地址信號(hào)ADDRESS被輸入在地址緩沖器202中，上述存儲(chǔ)模式的工作
被反復(fù)進(jìn)行。 (再生模式)
下面，說(shuō)明再生模式時(shí)的工作情況。
控制部203，向驅(qū)動(dòng)字線器205和驅(qū)動(dòng)位線器207輸出指出"再 生電壓的施加"的控制信號(hào)CONT。
接著，在從控制部203接收了指出"再生電壓的施加"的控制
信號(hào)CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)位線器207在未由列譯碼器206選出的位線B2上
施加再生電壓V2read，讓別的位線B1 (被選出的位線)接地。
在從控制部203接收了指出"再生電壓的施加"的控制信號(hào)
CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)字線器205在由行譯碼器204選出的字線Wl上施加再
生電壓VlREAD，讓其他字線W2 (未被選出的字線)接地。
因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC211被施加了正(+ )測(cè)定電壓，所以具有
根據(jù)存儲(chǔ)單元MC211的電阻值而決定的電流值的電流流過(guò)存儲(chǔ)單元
MC211，再流出到位線B1中。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC212的兩端之間的電位差為0V，所以沒(méi)有電 流流過(guò)存儲(chǔ)單元MC212。因?yàn)樵诖鎯?chǔ)單元MC212中，從位線B1向字線 W2延伸的方向是"反方向"，所以流過(guò)位線Bl的電流不會(huì)流入字線W2 中。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC221的兩端之間的電位差為0V，所以沒(méi)有電 流流過(guò)存儲(chǔ)單元MC221。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC222被施加了負(fù)(一)測(cè)定電壓，所以沒(méi)有 電流流過(guò)存儲(chǔ)單元MC222。
接著，驅(qū)動(dòng)位線器207測(cè)定流過(guò)位線Bl或B2的電流的電流
值，再向控制部203輸出表示測(cè)定出的電流值的信號(hào)lREAD。之后，控制
部203向外部輸出根據(jù)信號(hào)I READ所表示的電流值而決定的輸出數(shù)據(jù) Dout。例如，若該測(cè)定出的電流值是在低電阻狀態(tài)時(shí)流動(dòng)的電流的電流值， 控制部203輸出表示"1"的輸出數(shù)據(jù)Dout。
這樣，因?yàn)殡娏鲀H流過(guò)存儲(chǔ)單元MC211 ，流過(guò)存儲(chǔ)單元MC211 的電流流出到位線B1中，所以一位數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)單元MC211被讀出。
在從存儲(chǔ)單元MC211中讀出數(shù)據(jù)的工作完成后，新地址信號(hào) ADDRESS被輸入在地址緩沖器202中，上述再生模式的工作被反復(fù)進(jìn)行。
(復(fù)位模式)
下面，說(shuō)明復(fù)位模式時(shí)的工作情況。
控制部203，通過(guò)進(jìn)行再生模式的處理步驟，來(lái)調(diào)查存儲(chǔ)單元 MC211的存儲(chǔ)狀態(tài)。
在控制部203判斷為存儲(chǔ)單元MC211儲(chǔ)存有表示"1"的位數(shù) 據(jù)(存儲(chǔ)單元MC211處于低電阻狀態(tài))的情況下，控制部203向驅(qū)動(dòng)字 線器205和驅(qū)動(dòng)位線器207輸出指出"復(fù)位電壓的施加"的控制信號(hào) CONT。在存儲(chǔ)單元MC211儲(chǔ)存有表示"0"的位數(shù)據(jù)(存儲(chǔ)單元MC211 處于高電阻狀態(tài))的情況下，控制部203不輸出控制信號(hào)CONT。
接著，在從控制部203接收了指出"復(fù)位電壓的施加"的控制 信號(hào)CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)位線器207在由列譯碼器206選出的位線Bl上施 加復(fù)位電壓V2reset，讓其他位線B2 (未被選出的位線)接地。
在從控制部203接收了指出"復(fù)位電壓的施加"的控制信號(hào) CONT時(shí)，驅(qū)動(dòng)字線器205在由行譯碼器204選出的字線Wl上施加復(fù) 位電壓VI reset,讓其他字線W2 (未被選出的字線)接地。
因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC211被施加了電壓值一3V、脈沖寬度50nsec 的脈沖電壓(負(fù)(一)脈沖電壓)，所以存儲(chǔ)單元MC211的電阻值變化為 高電阻狀態(tài)。 雖然存儲(chǔ)單元MC212被施加了電壓值+1.5V、脈沖寬度 50nsec的脈沖電壓(正(+ )脈沖電壓)，但因?yàn)橐黄な┘拥拿}沖電壓的電 壓值未達(dá)到規(guī)定電平(在此，為"+ 3V")，所以存儲(chǔ)單元MC212的電阻 狀態(tài)不變化。 雖然存儲(chǔ)單元MC221被施加了電壓值一 1.5V、脈沖寬度 50nsec的務(wù)P中電壓(負(fù)(一)脈沖電壓)，^旦因?yàn)?1施力口的脈沖電壓的電 壓值未達(dá)到規(guī)定電平(在此，為"一3V"),所以存儲(chǔ)單元MC221的電阻 狀態(tài)不變化。 因?yàn)榇鎯?chǔ)單元MC222的兩端之間的電位差為0V，所以存儲(chǔ)單 元MC222的電阻狀態(tài)不變化。
這樣，因?yàn)閮H有存儲(chǔ)單元MC211的電阻狀態(tài)變化為"高電阻 狀態(tài)"，所以已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元MC211中的一位數(shù)據(jù)就復(fù)位。
在存儲(chǔ)單元MC211的復(fù)位工作完成后，新地址信號(hào)ADDRESS 被輸入在地址緩沖器202中，上述復(fù)位模式的工作被反復(fù)進(jìn)行。
(效果)
如上所述，因?yàn)殡娮釉?存儲(chǔ)單元)具有"二極管特性"，所以沒(méi)有
電流從某條字線流向其他字線。因?yàn)槟茉谖戳硗庠O(shè)置二極管元件的狀態(tài)下 構(gòu)成存儲(chǔ)裝置，所以能設(shè)制造工序?yàn)楹?jiǎn)單的工序。 規(guī)定脈沖電壓施加在要儲(chǔ)存信息的電子元件上，而該規(guī)定脈沖 電壓不施加在其他電子元件上。其結(jié)果是，能僅使要儲(chǔ)存信息的電子元件 的電阻狀態(tài)變化。就是說(shuō)，能夠任意選出電子元件，將信息儲(chǔ)存在該選出 的電子元件中。 在要讀出信息的電子元件中，電流沿正方向流動(dòng)，而在其他電 子元件中，沒(méi)有電流沿正方向流動(dòng)。因此，能僅讀出流過(guò)要讀出信息的電 子元件的電流。就是說(shuō)，能夠任意選出電子元件，讀出已儲(chǔ)存在該選出的 電子元件中的信息。 在圖11中只存在四個(gè)存儲(chǔ)單元，本發(fā)明并不限于此。例如，也 可以將五個(gè)以上的存儲(chǔ)單元設(shè)置為矩陣狀。
(第三實(shí)施形態(tài))
(結(jié)構(gòu))
圖12，表示本發(fā)明的第三實(shí)施形態(tài)所涉及的半導(dǎo)體集成電路 (Embedded-RAM:嵌入式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)300的結(jié)構(gòu)。該電路300， 包含圖11所示的存儲(chǔ)裝置200和邏輯電路301，被形成在一個(gè)半導(dǎo)體芯 片上。圖11所示的存儲(chǔ)裝置200，被用作數(shù)據(jù)RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。 邏輯電路301，是進(jìn)行規(guī)定運(yùn)算(例如，對(duì)聲音數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼 或譯碼)的電路，在該運(yùn)算時(shí)使用存儲(chǔ)裝置200。邏輯電路301，對(duì)提供 給存儲(chǔ)裝置200的地址信號(hào)ADDRESS和模式選摔信號(hào)MODE進(jìn)行控 制，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)裝置200中或者從存儲(chǔ)裝置200中讀出數(shù)據(jù)。
(工作)
下面，對(duì)圖12所示的半導(dǎo)體集成電路(嵌入式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)300 的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。電路300的工作，包含寫(xiě)入處理、讀出處理、以及 復(fù)位處理，該寫(xiě)入處理是將規(guī)定數(shù)據(jù)(位數(shù)據(jù))寫(xiě)入在存儲(chǔ)裝置200中的 處理；該讀出處理是讀出已寫(xiě)入在存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)的處理；該復(fù)位 處理是讓已寫(xiě)入在存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)復(fù)位的處理。
(寫(xiě)入處理)
首先，說(shuō)明寫(xiě)入處理。
為了將規(guī)定數(shù)據(jù)(例如，已編碼的動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)等)寫(xiě)入到存 儲(chǔ)裝置200中，邏輯電路301向存儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出表示"存 儲(chǔ)模式"的模式選摔信號(hào)MODE。 接著，為了選出寫(xiě)入該規(guī)定數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，邏輯電路301向 存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸出地址信號(hào)ADDRESS。其結(jié)果 是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信號(hào)ADDRESS對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次被 選出。
接著，邏輯電路301,以每次作為一位數(shù)據(jù)Din輸出一個(gè)位的
方式，向存儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出該規(guī)定數(shù)據(jù)。
接著，在存儲(chǔ)裝置200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的存儲(chǔ)模式的
工作一樣的工作。其結(jié)果是，該規(guī)定數(shù)據(jù)以每次被寫(xiě)入一個(gè)位的方式被寫(xiě)
入到存儲(chǔ)裝置200中。 (讀出處理)
下面，說(shuō)明讀出處理。
為了讀出已寫(xiě)入到存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)，邏輯電路301向存 儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出表示"再生模式"的模式選摔信號(hào)MODE。
接著，為了選出讀出已寫(xiě)入的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，邏輯電路301 向存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸出地址信號(hào)ADDRESS。其結(jié) 果是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信號(hào)ADDRESS對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次 被選出。
接著，在存儲(chǔ)裝置200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的再生模式的 工作一樣的工作。其結(jié)果是，已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)，以每次作 為輸出數(shù)據(jù)Dout被讀出 一個(gè)位的方式被讀出。
(復(fù)位處理)
下面，說(shuō)明復(fù)位處理。
為了讓已寫(xiě)入到存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)復(fù)位，邏輯電路301向 存儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出表示"復(fù)位模式"的模式選擇信號(hào)MODE。
接著，為了選出讓已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)復(fù)位的存儲(chǔ) 單元，邏輯電路301向存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸出地址信號(hào) ADDRESS。其結(jié)果是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信號(hào)ADDRESS對(duì)
應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次被選出。
接著，在存儲(chǔ)裝置200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的復(fù)位模式的 工作一樣的工作。其結(jié)果是，已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的數(shù)據(jù)，以每次復(fù) 一個(gè)位的方式復(fù)位。
(效果)
如上所述，能將大量的信息快速地儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中。
(第四實(shí)施形態(tài))
(結(jié)構(gòu))
圖13,表示本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)所涉及的半導(dǎo)體集成電路 (reconfigurable LSI:可重構(gòu)大規(guī)模集成電路)400的結(jié)構(gòu)。該電路400， 包括圖11所示的存儲(chǔ)裝置200、處理器401及接口 402，形成在一個(gè)半 導(dǎo)體芯片上。圖11所示的存儲(chǔ)裝置200，被用作程序ROM(只讀存儲(chǔ)器)， 儲(chǔ)存為處理器401的工作所需的程序。處理器401，按照已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝 置200中的程序進(jìn)行工作，控制存儲(chǔ)裝置200和接口 402。接口 402，向 存儲(chǔ)裝置200依次輸出從外部被輸入的程序。
(工作)
下面，對(duì)圖13所示的半導(dǎo)體集成電路(可重構(gòu)大規(guī)模集成電路)400 的工作情況進(jìn)行說(shuō)明。該電路400的工作，包括按照已儲(chǔ)存的程序工作的 執(zhí)行程序處理、和將已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的程序重寫(xiě)為其他新程序的 重寫(xiě)程序處理。
(執(zhí)行程序處理)
首先，說(shuō)明執(zhí)行程序處理。
為了讀出已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的程序，處理器401向存儲(chǔ) 裝置200的控制部203輸出表示"再生模式"的模式選擇信號(hào)MODE。
接著，處理器401向存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸出 地址信號(hào)ADDRESS,該地址信號(hào)ADDRESS表示已寫(xiě)入有處理器401 所需要的程序的存儲(chǔ)單元。其結(jié)果是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信號(hào) ADDRESS對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次被選出。 接著，在存儲(chǔ)裝置200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的再生模式的 工作一樣的工作。其結(jié)果是，已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的程序，以每次作為輸出數(shù)據(jù)Dout被讀出 一 個(gè)位的方式被讀出。
接著，處理器401，按照讀出的程序進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算。
(重寫(xiě)程序處理)
下面，說(shuō)明重寫(xiě)程序處理。
為了刪除已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中的程序(成為重寫(xiě)的對(duì)象的 程序)，處理器401向存儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出表示"復(fù)位模式" 的模式選擇信號(hào)MODE。 接著，處理器401向存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸出 地址信號(hào)ADDRESS,該地址信號(hào)ADDRESS表示已儲(chǔ)存了成為重寫(xiě)的 對(duì)象的程序的存儲(chǔ)單元的位置。其結(jié)果是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信 號(hào)ADDRESS對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次被選出。 接著，在存儲(chǔ)裝置200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的復(fù)位模式的 工作一樣的工作。其結(jié)果是，已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的程序，以每次復(fù)一個(gè) 4立的方式復(fù)4立。 在存儲(chǔ)單元的復(fù)位工作完成后，處理器401向存儲(chǔ)裝置200的 控制部203輸出表示"存儲(chǔ)模式"的模式選摔信號(hào)MODE,以寫(xiě)入新程 序。 接著，處理器401,向存儲(chǔ)裝置200的地址緩沖器202依次輸 出地址信號(hào)ADDRESS,該地址信號(hào)ADDRESS表示要儲(chǔ)存新程序的存 儲(chǔ)單元的位置。其結(jié)果是，在存儲(chǔ)裝置200中，與地址信號(hào)ADDRESS 對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元依次被選出。 接著，處理器401，以每次輸出一個(gè)位的方式，通過(guò)接口 402 向存儲(chǔ)裝置200的控制部203輸出從外部被提供的新程序。在存儲(chǔ)裝置 200中，進(jìn)行與第二實(shí)施形態(tài)的存儲(chǔ)模式一樣的處理。其結(jié)果是，新程序 以每次被儲(chǔ)存一個(gè)位的方式被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中。
這樣，因?yàn)榇鎯?chǔ)裝置200是可重寫(xiě)非易失性存儲(chǔ)器，所以能夠 重寫(xiě)已儲(chǔ)存的程序的內(nèi)容。就是說(shuō)，能代替處理器401所實(shí)現(xiàn)的功能。而 且，也可以這樣工作，即將多種程序儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置200中，根據(jù)讀出 的程序代替處理器401所實(shí)現(xiàn)的功能。
(效果)
如上所述，能在一個(gè)大規(guī)模集成電路中實(shí)現(xiàn)相互不同的功能(所謂的 可重構(gòu))。
(第五實(shí)施形態(tài)) (結(jié)構(gòu))
圖14，表示本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)所涉及的存儲(chǔ)裝置500的結(jié)構(gòu)。 在該存儲(chǔ)裝置500中，在襯底501上形成有下部電極502，在下部電極 502上形成有狀態(tài)變化材料503和接觸插塞504,在狀態(tài)變化材料503上 形成有上部電極505-1及505-2。在此，用鉑(功函數(shù)5.7eV)作為下部 電極502;用銀(功函數(shù)4.3eV)構(gòu)成上部電極505-1及505-2;用CuFe204 (厚度0.1/zm)作為狀態(tài)變化材料503。用鋁(Al)作為接觸插塞504。
(狀態(tài)變化材料)
在此，在圖14所示的上部電極505-1與下部電極502之間施加規(guī)定 脈沖電壓時(shí)，狀態(tài)變化材料503中位于上部電極505-1正下方的區(qū)域(狀 態(tài)變化區(qū)域503o:)的電阻值變化。在圖14所示的上部電極505-2與下 部電極502之間施加規(guī)定脈沖電壓時(shí)，狀態(tài)變化材料503中位于上部電極 505-2正下方的區(qū)域(狀態(tài)變化區(qū)域503/3)的電阻值變化。
在圖14所示的上部電極505-l與下部電極502之間施加正(+ ) 測(cè)定電壓時(shí)，具有根據(jù)狀態(tài)變化區(qū)域503 a的電阻值而決定的電流值的電 流從接觸插塞504流去。若在圖14所示的上部電極505-1與下部電極502 之間施加負(fù)(一)測(cè)定電壓，就沒(méi)有電流流動(dòng)。同樣，在圖14所示的上 部電極505-2與下部電極502之間施加正(+ )測(cè)定電壓時(shí)，具有根據(jù)狀 態(tài)變化區(qū)域503yS的電阻值而決定的電流值的電流從接觸插塞504流去。 若在圖14所示的上部電極505-2與下部電極502之間施加負(fù)(一)測(cè)定 電壓，就沒(méi)有電 流流 動(dòng)。
(等效電路)
圖15，表示圖14所示的存儲(chǔ)裝置500的等效電路。在圖15中，字 線Wl對(duì)應(yīng)于上部電極505-1;字線W2對(duì)應(yīng)于上部電極505-2;下部電 極502和接觸插塞504，對(duì)應(yīng)于位線Bl。存儲(chǔ)單元MC511對(duì)應(yīng)于狀態(tài)變 化區(qū)域503 a ;存儲(chǔ)單元MC512對(duì)應(yīng)于狀態(tài)變化區(qū)域503/3 。
(工作)
下面，參照?qǐng)D15所示的等效電路，對(duì)圖14所示的存儲(chǔ)裝置500的工 作情況進(jìn)行說(shuō)明。圖14所示的存儲(chǔ)裝置500的工作，包括存儲(chǔ)模式、復(fù) 位模式及再生模式，該存儲(chǔ)模式是將一位數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的；該復(fù) 位模式是讓已儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的一位數(shù)據(jù)復(fù)位的；該再生模式是對(duì)已儲(chǔ) 存在存儲(chǔ)單元中的一位數(shù)據(jù)進(jìn)行再生的。
(存儲(chǔ)模式)
首先，讓位線B1 (下部電極502和接觸插塞504)和字線W2 (上部 電極505-2)接地，在字線W1 (上部電極505-1)上施加存儲(chǔ)電壓。該存 儲(chǔ)電壓，例如是電壓值+ 3V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓。其結(jié)果是， 存儲(chǔ)單元MC511 (狀態(tài)變化區(qū)域503a;)的電阻狀態(tài)從"高電阻狀態(tài)"變 化到"低電阻狀態(tài)"。
(復(fù)位模式)
讓位線Bl和字線W2接地，在字線Wl上施加復(fù)位電壓。該復(fù)位電 壓，例如是電壓值一3V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓。其結(jié)果是，存儲(chǔ) 單元MC511的電阻狀態(tài)從"低電阻狀態(tài)"變化到"高電阻狀態(tài)"。
(再生模式)
讓位線Bl和字線W2接地，在字線W1上施加再生電壓。該再生電 壓，例如是電壓值+ 0.5V的電壓。其結(jié)杲是，具有根據(jù)存儲(chǔ)單元MC511 的電阻狀態(tài)而決定的電流值的電流從位線Bl流出。因?yàn)樵诖鎯?chǔ)單元 MC512中，從位線Bl向字線W2延伸的方向是"反方向"，所以沒(méi)有電 流從位線B1流向字線W2(沒(méi)有電流從上部電極505-1經(jīng)過(guò)下部電極502 流向上部電極505-2)。
(效果)
如上所述，因?yàn)闋顟B(tài)變化材料具有"二極管特性"，所以能在未特別形 成二極管的狀態(tài)下規(guī)定電流的方向。而且，因?yàn)闋顟B(tài)變化材料具有"可變 電阻特性"，所以能將因?yàn)闋顟B(tài)變化材料例如用作1D1R式非易失性存儲(chǔ) 裝置。在這樣使用狀態(tài)變化材料的情況下，不需要形成二極管，因而與現(xiàn) 有1D1R式非易失性存儲(chǔ)裝置相比，能設(shè)制造工序?yàn)楦?jiǎn)單的工序。
因?yàn)槲葱纬啥O管，所以施加在可變電阻材料上的脈沖電壓的 極性不受限制。因此，無(wú)論是正(+ )極性的脈沖電壓還是負(fù)(一)極性 的脈沖電壓，都能施加在狀態(tài)變化材料上。在這樣的脈沖施加方法(利用 脈沖電壓的極性使電阻值變化的方法)中，與現(xiàn)有脈沖施加方法(通過(guò)調(diào) 整脈沖電壓的脈沖寬度來(lái)使可變電阻材料的電阻值變化的方法)相比，施
加的脈沖電壓的脈沖寬度更窄(在本實(shí)施形態(tài)中，為50nsec)。就是說(shuō)， 能夠縮短為存儲(chǔ)或復(fù)位所需的時(shí)間。 補(bǔ)充說(shuō)明一下，在本實(shí)施形態(tài)的例子中說(shuō)明的是，上部電極 505-1及505-2的功函數(shù)與下部電極502的功函數(shù)亙相不同的情況。然而， 不言而喻，如第二實(shí)施例所述，即使是在狀態(tài)變化材料503的結(jié)晶性不均 勻的情況下，也能夠得到同樣的效果。 補(bǔ)充說(shuō)明一下，在本實(shí)施形態(tài)中所述的狀態(tài)變化材料是下述狀 態(tài)變化材料，即狀態(tài)變化區(qū)域503a (503/5)的電阻狀態(tài)在以下部電 極502相對(duì)上部電極505-1 (505-2)成為正極(+ )的方式施加脈沖電 壓時(shí)變化到"低電阻狀態(tài)"，并且以從上部電極505-1 (505-2)向下部電 極502延伸的方向?yàn)?正方向"的狀態(tài)變化材料。如第一實(shí)施例和第二實(shí) 施例所述，也會(huì)存在下述狀態(tài)變化材料，即狀態(tài)變化區(qū)域503 a (503 yS)的電阻狀態(tài)在以下部電極502相對(duì)上部電極505-1 (505-2)成為負(fù) 極(一)的方式施加脈沖電壓時(shí)變化到"低電阻狀態(tài)"，并且以從上部電極 505-1 (505-2)向下部電極502延伸的方向?yàn)?反方向"的狀態(tài)變化材料 (例如，第一實(shí)施例中的試樣(A')等)。在狀態(tài)變化材料503具有這樣 的特性的情況下，圖14所示的存儲(chǔ)裝置500的等效電路，呈圖16所示的 樣子。在該情況下，若這樣做就能得到一樣的效果，即當(dāng)存儲(chǔ)模式時(shí)， 在字線Wl上施加電壓值一3V、脈沖寬度50nsec的存儲(chǔ)電壓；當(dāng)復(fù)位模 式時(shí)，在字線Wl上施加電壓值+ 3V、脈沖寬度50nsec的復(fù)位電壓；當(dāng) 再生模式時(shí)，在字線Wl上施加電壓值一0.5V的再生電壓。
在形成有三個(gè)以上的上部電極的情況下，也能夠得到同樣的效果。 (第六實(shí)施形態(tài)) (結(jié)構(gòu))
圖17表示本發(fā)明的第六實(shí)施形態(tài)所涉及的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)。在該裝 置中，在位線B1、B2上形成有狀態(tài)變化物60-11、60-12、60-21及60-22，
在狀態(tài)變化物60-11到60-22上形成有字線W1、 W2。位線B1、 B2，互 相平行地延伸；字線Wl、 W2，互相平行地延伸。位線Bl、 B2和字線 Wl、 W2互相交叉，在各個(gè)所述交叉的位置(交叉點(diǎn))設(shè)置有狀態(tài)變化物。 狀態(tài)變化物60-11到60-22中的各個(gè)狀態(tài)變化物，是圖l所示的狀態(tài)變化 材料2。字線Wl及W2中的每條字線，相當(dāng)于圖1中的上部電極1;位 線B1及B2中的每條位線，相當(dāng)于圖1中的下部電極3。在所述裝置中， 利用狀態(tài)變化物60-11到60-22中的各個(gè)狀態(tài)變化物的電阻變化對(duì)一位或 多位信息進(jìn)行存儲(chǔ)或再生。
補(bǔ)充說(shuō)明一下，在此，用銀(功函數(shù)4.3eV)作為字線Wl、 W2;用鉑(功函數(shù)5.7eV)作為位線B1、 B2;用CuFe204 (厚度0.1" m)作為狀態(tài)變化物60-11到60-22。
(工作)
下面，參照?qǐng)D18所示的等效電路說(shuō)明圖17所示的存儲(chǔ)裝置的工作情 況。補(bǔ)充說(shuō)明一下，在此說(shuō)明對(duì)狀態(tài)變化物60-11執(zhí)行存儲(chǔ)、復(fù)位及再生 的例子。假設(shè)狀態(tài)變化物60-11到60-22的電阻狀態(tài)已^t設(shè)定為"高電阻 狀態(tài)"。補(bǔ)充說(shuō)明一下，與第二實(shí)施形態(tài)一樣，例如這樣設(shè)定，即存儲(chǔ)電 壓V1write，例如是電壓值+ 1.5V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓；存儲(chǔ) 電壓V2write，例如是電壓值一1.5V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓；再 生電壓Vl腿ad和再生電壓V2read，例如是電壓值為+0.5V的電壓；復(fù)位 電壓VlRESET，例如是電壓值一1.5V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓；復(fù)位 電壓V2RESET，例如是電壓值+1.5V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓。
(存儲(chǔ))
首先，在與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的字線Wl上施加存 儲(chǔ)電壓V1write，在與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的位線Bl上 施加存儲(chǔ)電壓V2wniTE。讓未與狀態(tài)變化物60-11連接的字線W2和位線 B2接地。 這時(shí)，因?yàn)闋顟B(tài)變化物60-11被施加了電壓值+ 3V、脈沖寬度 50nsec的脈沖電壓(正(+ )脈沖電壓)，所以狀態(tài)變化物60-11的電阻 狀態(tài)變化為低電阻狀態(tài)。
在狀態(tài)變化物60-12、 60-21及60-22的各個(gè)狀態(tài)變化物中，
因?yàn)椴槐皇┘幼阋园l(fā)生電阻變化的脈沖電壓(在此，為+3V)，所以電阻 狀態(tài)不變化。
這樣，因?yàn)閮H有狀態(tài)變化物60-11的電阻狀態(tài)變化為低電阻狀 態(tài)，所以表示"1"的一位數(shù)值寫(xiě)入到狀態(tài)變化物60-11中。
(復(fù)位)
在與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的字線Wl上施加復(fù)位電壓 V1reset，在與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的位線B1上施加復(fù)位 電壓V2reset。讓未與狀態(tài)變化物60-11連接的字線W2和位線B2接地。
這時(shí)，因?yàn)闋顟B(tài)變化物60-11被施加了電壓值一3V、脈沖寬度 50nsec的脈沖電壓(負(fù)(一)脈沖電壓)，所以狀態(tài)變化物60-11的電阻 狀態(tài)變化為高電阻狀態(tài)。
在狀態(tài)變化物60-12、 60-21及60-22的各個(gè)狀態(tài)變化物中， 因?yàn)椴槐皇┘幼阋园l(fā)生電阻變化的脈沖電壓，所以電阻狀態(tài)不變化。
這樣，因?yàn)閮H有狀態(tài)變化物60-11的電阻狀態(tài)變化為高電阻狀 態(tài)，所以儲(chǔ)存在狀態(tài)變化物60-11中的一位數(shù)值復(fù)位。
(再生模式)
在與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的字線Wl上施加再生電壓 V1read，在未與是處理對(duì)象的狀態(tài)變化物60-11連接的位線B2上施加再 生電壓V2read 。讓未與狀態(tài)變化物60-11連接的字線W2和與狀態(tài)變化物 60-11連接的位線Bl接地。 這時(shí)，因?yàn)闋顟B(tài)變化物60-11被施加了正(+ )測(cè)定電壓，所 以具有根據(jù)狀態(tài)變化物60-11的電阻值而決定的電流值的電流流過(guò)狀態(tài)變 化物60-11，該電流流出到位線B1中。 因?yàn)闋顟B(tài)變化物60-12的兩端之間的電位差為0V，所以沒(méi)有電 流流過(guò)狀態(tài)變化物60-12。而且，在狀態(tài)變化物60-12中，因?yàn)閺奈痪€B1 向字線W2延伸的方向是"反方向"，所以經(jīng)過(guò)狀態(tài)變化物60-11流出到 位線B1中的電流不會(huì)流入字線W2中。 因?yàn)闋顟B(tài)變化物60-21的兩端之間的電位差為0V，所以沒(méi)有電 流流過(guò)狀態(tài)變化物60-21。
在狀態(tài)變化物60-22中，因?yàn)楸皇┘恿素?fù)(一)測(cè)定電壓，所
以沒(méi)有電流流過(guò)狀態(tài)變化物60-22。
這樣，因?yàn)殡娏鲀H流過(guò)狀態(tài)變化物60-11，該電流流出到位線 Bl中，所以一位數(shù)據(jù)從狀態(tài)變化物60-11被讀出。
(效果)
如上所述，因?yàn)闋顟B(tài)變化物具有二極管特性，所以即使與是處理對(duì)象 的單元相鄰的單元的電阻值較低，也沒(méi)有不必要的電流流過(guò)該相鄰的單元。 因此，能夠辨別出所希望的單元的電阻值。 本實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置是單層的、具有二維結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置，本 發(fā)明并不限于二維結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)為三維結(jié)構(gòu)。就是說(shuō)，在所述例子中， 由位線B1、 B2構(gòu)成的層、由狀態(tài)變化物60-11到60-22構(gòu)成的層及由字 線W1、 W2構(gòu)成的層形成了一個(gè)存儲(chǔ)裝置，若在所述由字線W1、 W2構(gòu) 成的層上形成絕緣層，就能在該絕緣層上形成新存儲(chǔ)裝置。此外，在不形 成絕緣層的情況下，也通過(guò)設(shè)法考慮出相應(yīng)的施加再生電壓、存儲(chǔ)電壓及 復(fù)位電壓的方法，就能在由字線Wl、 W2構(gòu)成的層上形成新存儲(chǔ)裝置。 在該情況下，與日本專利申請(qǐng)公表特表2002-530850號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的、具 有三維結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置相比，本實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，因而制 造工序更筒單。這樣，就能夠?qū)崿F(xiàn)容量更大的存儲(chǔ)裝置。
在本實(shí)施例中，在字線Wl、 W2和位線B1、 B2交叉的交叉點(diǎn) 中形成了個(gè)別狀態(tài)變化物。如圖19所示，在各個(gè)交叉點(diǎn)中形成有由上部 電極l、狀態(tài)變化材料2及下部電極3構(gòu)成的存儲(chǔ)單元的情況下，也能夠 得到同樣的效果。在該情況下，例如用銅(Cu)作為字線W1、 W2和位 線B1、 B2;例如用銀作為上部電極l;例如用CuFe204作為狀態(tài)變化材 料2;例如用鉑作為下部電極3。 也可以是這樣的，如圖20所示，在字線W1、 W2與位線B1、 B2之間形成有膜形狀的狀態(tài)變化材料2。在該情況下，位于各個(gè)交叉點(diǎn)的 區(qū)域(狀態(tài)變化區(qū)域)60a:-ll、 60a-12、 60o;-21及60"-22作為存儲(chǔ) 單元進(jìn)行工作。 當(dāng)然，能用本實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置作為圖11、圖12或圖13所示 的存儲(chǔ)器陣列。
在上述說(shuō)明中，只要所施加的脈沖電壓滿足規(guī)定的條件，就能
改變所述電子元件的電阻狀態(tài)。因此，若設(shè)為讓滿足所述條件的脈沖電壓 在存儲(chǔ)時(shí)和復(fù)位時(shí)施加在電子元件上，并且讓不滿足所述條件的電壓在再 生時(shí)施加在電子元件上，就能夠得到同樣的效果。就是說(shuō)，前面說(shuō)明的是，
電子元件的電阻狀態(tài)在施加了電壓值+ 3V、脈沖寬度50nsec的脈沖電壓 時(shí)從高電阻狀態(tài)變化到低電阻狀態(tài)的例子，即使將該脈沖電壓的電壓值和 脈沖寬度設(shè)為其他數(shù)值，也能夠得到同樣的效果。
對(duì)實(shí)施例的說(shuō)明補(bǔ)充說(shuō)明一下，對(duì)電阻變化進(jìn)4亍歸一化而得到 的值(R/R0)不一定與附圖中的值相等。 一工業(yè)實(shí)用性一 本發(fā)明所涉及的存儲(chǔ)裝置，作為能夠進(jìn)行低功率工作、高速寫(xiě) 入工作及高速刪除工作并且存儲(chǔ)容量很大的下一代非易失性存儲(chǔ)器等，很 有用。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)裝置，其特征在于包括第一電極層，包括互相平行地延伸的多條第一電極線，狀態(tài)變化層，形成在所述第一電極層上，并且包括由具有二極管特性和可變電阻特性的狀態(tài)變化材料構(gòu)成的多個(gè)狀態(tài)變化部，以及第二電極層，形成在所述狀態(tài)變化層上，并且包括互相平行地延伸的多條第二電極線；所述多條第一電極線和所述多條第二電極線，從疊層方向看時(shí)夾著所述狀態(tài)變化層互相交叉；所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部，從所述疊層方向看時(shí)形成在所述多條第一電極線中的任一條和所述多條第二電極線中的任一條交叉的位置的、該第一電極線與該第二電極線之間，并且具有以從該第一電極線及該第二電極線中的任一條向另一條延伸的方向作為正方向、以從該另一條向該一條延伸的方向作為反方向的二極管特性，且具有該狀態(tài)變化部在正方向上的電阻值根據(jù)被施加在該第一電極線與該第二電極線之間的規(guī)定脈沖電壓而增加或減少的可變電阻特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 還包括多個(gè)第一電極和多個(gè)第二電極，和所述多個(gè)狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)； 所述多個(gè)第一電極中的每個(gè)第一電極，介于和該第一電極對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變化部與和該狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第 一 電極線之間；所述多個(gè)第二電極中的每個(gè)第二電極，介于和該第二電極對(duì)應(yīng)的狀態(tài) 變化部與和該狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第二電極線之間；所述多個(gè)狀態(tài)變化部中的每個(gè)狀態(tài)變化部，具有以從所對(duì)應(yīng)的第 一 電 極及第二電極中的任一個(gè)向另一個(gè)延伸的方向作為正方向、以從該另一個(gè) 向該 一個(gè)延伸的方向作為反方向的二極管特性，且具有該狀態(tài)變化部在正 方向上的電阻值根據(jù)被施加在該第 一 電極與該第二電極之間的規(guī)定脈沖電 壓而增力口或減少的可變電阻特性。
3. —種存儲(chǔ)裝置，其特征在于包括第一電極層，包括互相平行地延伸的多條第一電極線， 狀態(tài)變化層，形成在所述第一電極層上，并且由具有二極管特性和可變電阻特性的狀態(tài)變化材料構(gòu)成，以及第二電極層，形成在所述狀態(tài)變化層上，并且包括互相平行地延伸的多條第二電極線；所述多條第一電極線和所述多條第二電極線，從疊層方向看時(shí)夾著所 述狀態(tài)變化層互相交叉；在所述狀態(tài)變化層中，是夾在所述多條第一電極線中的任一條與所述 多條第二電極線中的任一條之間的可變區(qū)域的狀態(tài)變化部，具有以從該第 一電極線及該第二電極線中的任一條向另一條延伸的方向作為正方向、以 從該另一條向該一條延伸的方向作為反方向的二極管特性，且具有該狀態(tài) 變化部在正方向上的電阻值根據(jù)被施加在該第一 電極線與該第二電極線之 間的規(guī)定務(wù)1o中電壓而增加或減少的可變電阻特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 所述多條第一電極線中的每條第一電極線的功函數(shù)，與所述多條第二電極線中的每條第二電極線的功函數(shù)不同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 所述多個(gè)第一電極中的每個(gè)第一電極的功函數(shù)，與所述多個(gè)第二電極中的每個(gè)第二電極的功函數(shù)不同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的每個(gè)狀態(tài)變化部中，狀態(tài)變化材料的結(jié)晶性 不均勻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 在所述狀態(tài)變化層中，狀態(tài)變化材料的結(jié)晶性不均勻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2及3中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 還包括第一驅(qū)動(dòng)電極線部，在所述多條第一電極線上施加規(guī)定電壓，和 第二驅(qū)動(dòng)電極線部，在所述多條第二電極線上施加規(guī)定電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 在要將信息儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一個(gè)狀態(tài)變化部中時(shí)，所 述第一驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第一電極線中的與要儲(chǔ)存所述信息的狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第 一 電極線上施加第 一脈沖電壓；在要將信息儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一個(gè)狀態(tài)變化部中時(shí)，所 述第二驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第二電極線中的與要儲(chǔ)存所述信息的狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第二電極線上施加第二務(wù)P中電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于在要再生已儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一個(gè)狀態(tài)變化部中的信息 時(shí)，所述第一驅(qū)動(dòng)電極線部在所述多條第一電極線中的與要讀出所述信息 的狀態(tài)變化部對(duì)應(yīng)的第一電極線上施加再生電壓；在要再生已儲(chǔ)存在所述多個(gè)狀態(tài)變化部的任一個(gè)狀態(tài)變化部中的信息 時(shí)，所述第二驅(qū)動(dòng)電極線部在所迷多條第二電極線中的與要讀出所述信息 的狀態(tài)變化部不對(duì)應(yīng)的第二電極線上施加所述再生電壓。
11. 一種半導(dǎo)體集成電路，其特征在于 包括權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，和 邏輯電路，進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算；所述邏輯電路，具有存儲(chǔ)模式和處理模式，在所述存儲(chǔ)模式時(shí)將位數(shù) 據(jù)儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中，在所述處理模式時(shí)讀出已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置 中的位數(shù)據(jù)。
12. —種半導(dǎo)體集成電路，其特征在于 包括權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)裝置，和 處理器，具有執(zhí)行程序模式和重寫(xiě)程序模式；所述處理器，在所述執(zhí)行程序模式時(shí)按照已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中的 程序進(jìn)行工作，在所述重寫(xiě)程序模式時(shí)將已儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)裝置中的程序 重寫(xiě)為從外部輸入的其他新程序。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2及3中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于所述狀態(tài)變化材料，是具有尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2及3中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于所述狀態(tài)變化材料，是被添加了金屬的鐵電氧化物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于 所述鐵電氧化物，具有鈦鐵礦結(jié)構(gòu)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2及3中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于所述狀態(tài)變化材料，是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于所述金屬氧化物，是具有超巨磁阻特性及高溫超導(dǎo)特性中的至少一種 特性的材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2及3中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)裝置，其特征在于所述狀態(tài)變化材料，不包含堿金屬和堿土金屬。
全文摘要
第一電極層，包括互相平行地延伸的多條第一電極線(W1、W2)。狀態(tài)變化層，形成在第一電極層上，并且包括具有二極管特性和可變電阻特性的多個(gè)狀態(tài)變化物(60-11、60-12、60-21、60-22)。第二電極層，形成在狀態(tài)變化層上，并且包括互相平行地延伸的多條第二電極線(B1、B2)。多條第一電極線和多條第二電極線，從疊層方向看時(shí)夾著狀態(tài)變化層互相交叉。狀態(tài)變化物(60-11)，形成在第一電極線(W1)和第二電極線(B1)交叉的位置的、該第一電極線與該第二電極線之間。
文檔編號(hào)H01L27/10GK101164167SQ20068001353
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者三谷覺(jué), 關(guān)博司, 小佐野浩一, 村岡俊作 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社