JPH0321060A - 光読出し型メモリ素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、メモリ用のコンデンサに蓄積された情報を光
読出しする光読出し型メモリ素子に関する。

〔従来の技術〕

近年、高度情報化社会の発展に伴い、各種の情報機器が
一般的に用いられるようになっており、情報機器の主な
構成要素の一つであるメモリ素子の高性能化が強く要望
されている。

一方、最近のエレクトロニクス分野におけるＬ’Ｓ　Ｉ
技術は、超微細化の方向にその研究開発が進められてき
た。しかし、超微細化への技術開発が限界に達しつつあ
る今日、メモリ素子を高密度化，多機能化，高速化する
ことを目的として、三次元化の研究開発が行われている
。

このような三次元集積回路を実現するための技術として
は、無機材料を用いたＳＯＩ（Ｓｉｏｎｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ　）　，　　Ｓ　Ｉ　Ｍ　Ｏ　Ｘ　　（Ｓｅｐａｒ
ａｔｉｏｎ　ｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄ　Ｏｘｉｄａｎｔ
　）等のシリコン系技術，あるいは■族およびＶ族の物
質を組合わせる■−Ｖ系技術，さらには有機ＬＢ膜（ラ
ングミュアブ口ジェット法により成膜された超薄膜）を
応用した技術があり、各種の三次元メモリ素子が考えら
れている。

この種の三次元メモリ素子は、多数のメモリセルを三次
元的に作り込んだものであり、多数のメモリセルを同一
基板上に二次元的に形成すると共に、高さ方向に多数積
層した構成をしている。

ところで、メモリ素子に蓄積されている情報を読出す方
法としては、電気的読出し法と光出力させる光読出し法
がある。特に、光読出し法は、高速読出し，光演算処理
系との結合性，表示素子として兼用できるといった点で
電気的読出しよりも優れている。そこで、従来は、メモ
リ部と半導体ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイ
オード（ＬＤ）からなる光出力部とをワンチップ上に一
体的に作成して、メモリ部に蓄積されている電荷を光出
力部から光読出ししていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら三次元メモリ素子の光出力部として半導体
ダイオードまたはレーザダイオードを用いた場合は、一
点または数点から光出力させることはできるが、二次元
的に配置された複数のメモリセルから一括して面状に光
出力させることができなかった。そのため、高速に光読
出しできないという問題があった。また、半導体ダイオ
ードまたはレーザダイオードは、その作或プロセスが１
０００℃以上の高温熱プロセスを用いるので、三次元メ
モリを作成する上で有用な手段となる有機ＬＢ膜を用い
ることができないという欠点があった。しかも、基板の
種類がＳｉウェハ　ＧａＰウェハ等に限定されるので、
ＩＴＯ等の透明導電性基板を使用することができず、光
出力させることができない。そのため、一旦電気的に読
出した信号をラッチし、これをディスクリートな別の光
出力素子に出力するといったことを行わなければならず
、素子のコンパクト化の点で好ましくなかった。

そこで、本発明の目的は、メモリ部と光出力部とをワン
チップ上に一体的に作成できると共に、二次元的に光読
出しでき、読出しの高速化を図り得る光読出し型メモリ
素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、電荷蓄積用コンデ
ンサに接続されている導電膜と絶縁膜とを交互に積層し
てなる積層トンネルスイッチ部と、この積層トンネルス
イッチ部の積層方向の一端となる導電股上および他端と
なる絶縁膜上に設けられた一対の電極と、前記積層トン
ネルスイッチ部の積層方向の一端となる導電膜とこの導
電膜上に設けられた前記電極との間に形成されたエレク
トロルミネッセンス層とを備える構成とした。

また、上記課題を解決するために、請求項１記載の光読
出し型積層メモリ素子を二次元的に集積し、各エレクト
ロルミネッセンス層で同一平面を形成する構成とした。

なお、上記エレクトロルミネッセンス層は、注入型有機
エレクトロルミネッセンス層を用いることが望ましい。

また、上記絶縁膜は、ラングミュ５ アブロジエツ１・法で形成することが望ましい。

〔作用〕

上記手段を講じたことにより次のような作用を奏する。

すなわち、積層トンネルスイッチ部の積層方向の一端と
なる導電膜とこの導電膜上に設けられた電極との間に、
低温プロセスで作成できる光出力部としてのエレクトロ
ルミネッセンス層を設けたので、例えばトンネルスイッ
チ部にＬＢ膜を用いたとしても、熱的悪影響がないので
、メモリ部としての積層トンネルスイッチ部と光出力部
としてのエレクトロルミネッセンス層とをワンチップ上
に作成することができる。

また、請求項１記載の光読出し型積層メモリ素子のエレ
クトロルミネッセンス層が同一平面を形成するように、
複数の光り読出し型積層メモリ素子を二次元的に集積し
たので、各エレクトロルミネッセンス層に同時に電圧を
印加することにより、面発光させることができ、高速な
読出しを行うことができるものとなる。

〔実施例〕

６ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本実施例に係る光読出し型三次元メモリ素子の
模式図である。この先続出し型三次元メモリ素子は、電
荷を三次元的に蓄積したメモリ部と、光読出しを行うた
めの光出力部（Ｘｉ，Ｙｉ．ＺＥ）とを備えた積層メモ
リュニッｌ・（Ｘｉ．Ｙｉ，Ｚｌ〜Ｚ６）を、同一基板
上にマトリクス状に配置した構成をしている。

積層メモリユニットは、第２図に示すように、ガラス等
からなる透明基板１上に、下部電極としての透明導電層
２が形成されている。そして、この透明導電層２上には
、導電膜３〜８と絶縁膜１１〜１６とを交互に積層した
メモリ部としての積層トンネルスイッチ部が形戊されて
おり、この積層トンネルスイッチ部の最下層となる導電
膜３と透明導電層２との間に光出力部としてのエレクト
ロルミネッセンス層（以下、ＥＬ層と称する）１７が形
成されている。積層ｌ・ンネルスイッチ部の最」二層と
なる絶縁膜１６上には上部電極１８か設けられている。

また、積層トンネルスイッチ部の各導電膜３〜８には電
荷蓄積用のコンデンサＣ１〜Ｃ６が形成されており、（
Ｃ３，Ｃ６），（Ｃ２，Ｃ５），（ＣＩ，Ｃ４）にそれ
ぞれ独立に電圧を印加可能に構成されている。

ここで、透明導電層２は、ＩＴＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２　
０３＋　　ＺｎＯ：Ａ，Ｑ，ＴｉＯ２の中のいずれかの
月料で形成されており、絶縁膜１１〜１６は有機ＬＢ膜
で形成されている。

また、光出力部となるＥＬ層１７は、第３図に示すよう
に、透明基板１に形成した透明導電層２上にホール輸送
層２１，ＥＬ発光層２２を積層し、さらにＥＬ発光層２
２上に電極２３を設けた構成をしている。なお、光出力
部は、第４図に示すように、透明導電層２上にＭＩＳ型
ＥＬ層２４，絶縁膜２５を積層し、絶縁膜２５上に電極
２６を設けた構成としても良く、また第５図に示すよう
に、透明導電層２上に、ホール輸送層２１，ＥＬ発光層
２２，電子輸送層２７を積層し、さらに電子輸送層２７
上に電極２３を設けた構成としても良い。

このように構或された光出力部は、電極からの直接注入
または１・ンネル注入発光を利用しているので、駆動電
圧が１〜１５Ｖ程度の低い電圧でＥＬ発光する。従って
、積層メモリユニットの最終段部のコンデンサＣ１の電
荷で直接駆動することができる。具体的には、コンデン
サＣ１の出力レベルにもよるが、通常は０．３〜数Ｖ程
度の出力レベルとなるので、コンデンサＣ１の容量を前
段のコンデンサＣ２の容量の１／２〜１／３にすれば、
数ｖ〜１５Ｖに昇圧し、直接駆動できることとなる。

なお、ホール輸送層２１としては、ホール注入および輸
送性に優れたトリフェニルジアミン誘導体，チクロペン
タジエン誘導体，フタロシアニン等が適している。ＥＬ
発光層２２としては、クマリン，コロネン，ペリレン，
アントラセン，１２ーフタロペリノン誘導体，トリ　（
８−ヒドロキシキノリン）アルミニュウム等が適してい
る。また、ＭＩＳ型ＥＬ発光層２４としては、ｎ−ｙｖ
ｒ化合物（例えば、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ等），ｍ−Ｖ化合
物９ ？例えば、ＧａＰ，ＩｎＰ等）等が適している。

電極２３としては、電子の注入を容易にするために、仕
事関数の小さい，　Ｍｇ　（３．６１ｅ　Ｖ）　，　　
Ｉ　ｎ（３．８５ｅ　Ｖ）　，　　Ｓ　ｎ　（４．２９
ｅ　Ｖ）　，　Ａｌｌ　　（４．１９ｅ　Ｖ）　，　Ａ
　ｇ　（４．３４ｅ　Ｖ）　，あるいはポリピロール，
電荷移動錯体等の有機導電膜を用いることが好ましい。

絶縁膜２５としては、ポリイミド，ポリベンゾイミダゾ
ール，あるいはＳｉｎ２，Ｓｔ３Ｎ４等の無機材料を用
いることが好ましい。

電子輸送層２７としては、電子注入および輸送性に優れ
ているペリレン誘導体（例えば、３．４，９，１０ペリ
レン），テトラカルボキシービスーペンズイミダゾール
等が適している。

このような材料を成膜して構成されるＥＬ層１７を作成
する方法としては、真空蒸着法．電子ビーム蒸着法，ス
パッタ法，ＣＶＤ法等の乾式法、あるいは適当な親水基
および疎水基を用いたＬＢ法を利用することができる。

これらの成膜法は、いずれも４００℃以下の低温プロセ
スで■あるので・、先に積層メモリ部がＬＢ膜を用いて
作成されてぃ１０ る場合であっても、熱ダメージを与える心配かない。

次に、積層メモリユニットの基本動作における書き込み
，転送，光読出しについて、第６図を参照して説明する
。なお、第６図は第２図に示す積層メモリユニットの電
気的な構成を示す図である。

この積層メモリユニットは、スイッチＳＷをオンして上
部電極１８に電圧を印加すると、書込み電荷が絶縁膜１
６をトンネル伝導して、電荷蓄積用のコンデンサＣ６に
蓄積される。

そして、位相の異なる転送パルスφａ，φｂφＣを、コ
ンデンサＣ６〜Ｃ１に次々と印加していくことにより、
コンデンサＣ６に蓄積された書込み電荷がＣ６〜Ｃ１へ
転送される。

次いで、最終段のコンデンサＣ１に負極性の転送パルス
φＣを印加することにより、コンデンサＣ１の蓄積電荷
である電子がＥＬ層１７内に注入されると供に、正極性
の下部電極２からホールが注入される。その結果、ＥＬ
発光層がＥＬ発光して蓄積電荷が光読出しされる。

１１ なお、積層トンネルスイッチ部の最上層に光出力部とし
てのＥＬ層１７を設け、最下層となる基板１側から電荷
を読み込むようにする場合は、第７図に示す構成とする
。このとき、光出力部の構成は、第３図〜第５図に示す
光出力部の積層構造を上下逆転させた構成とする。

次に、上記積層メモリユニットを二次元的に集積した光
読出し型三次元メモリ素子の動作について説明する。

まず、書込みを行う場合は、書込み面となる２１面に、
面状に光を照射して光面人力し、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｌ）
の各コンデンサＣ６に一括してデータの書込みを行う。

または、第９図に示すように、各積層メモリユニットの
書込み面となる最上層に設けた複数のトランジタＴｒ（
または薄膜ＦＥＴ）により、各積層メモリユニットの最
上層から各々電圧を印加して、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｌ）の
各コンデンサＣ６に一括したデータの書込みを行う。

次に、各積層メモリユニットの各コンデンサ１２ Ｃ１〜Ｃ６に対して、第６図に示す電荷転送パルスφａ
，φｂ，φＣを、積層面ごとに一括して印加して、順次
下段のコンデンサに転送させる。なお、電荷転送に用い
るパルスは、二相のものであっても良い。

ここで、本実施例では、転送パルスを積層面ごとに一括
して印加するために、第８図に示すように、Ｚｉ面の各
コンデンザＣの電荷転送電圧印加ラインを共通接続した
。

そして、光読出しを行う場合は、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚ６）
面の各コンデンサに共通接続された転送パルス印加ライ
ンＬから電荷転送パルスφＣ（負パルス）を印加し、各
下部電極２に正パルスを同時に印加する。そうすると、
（Ｘｉ，Ｙｉ，ＺＥ）面が面発光し、各積層メモリユニ
ットから一括した光読出しが行なわれる。

また、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚ６）面の各コンデンサＣ６の蓄
積電荷に応じて、ＥＬ層１７に注入される電荷量か異な
るので、書込み時に、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｌ）面の各コン
デンザＣ６に対して、ア１３ ナログ的に変化させて電荷を蓄積させれば、（Ｘｉ，Ｙ
ｉ，ＺＥ）面から、アナログ光出力させることができる
。したがって、積層メモリユニットの光出力面を画素と
して用いる場合、デジタル信号による書込みの場合には
、画素の濃淡度をだすのに複数の画素を組み合わせる必
要があるが、アナログ光出力の場合であれば、一つの画
素で濃淡度の調整を行なうことができ、複数の画素から
形成される画像の鮮鋭度を向上させることができる。

このように本実施例によれば、低温プロセスで作成でき
るＥＬ層コ７を光出力部として用いているので、積層ト
ンネルスイッチ部に有機ＬＢ膜１１〜１６を用いること
ができると供に、光出力部とメモリ部とをワンチップ上
に一体的に作り込むことができ、素子のコンパクト化を
図ることができる。

また、光出力部を同一方向に向けた積層メモリユニット
を透明基板１上に二次元的に集積し、積層メモリユニッ
トの各積層面となるＺｉ面の各コ１４ ンデンサＣに対して、共通接続した転送パルス印加ライ
ンから一括して電荷転送パルスφａ，φｂφＣを印加す
るようにしたので、各コンデンサＣに蓄積されている電
荷を積層面（Ｚｉ面）毎に一括して転送できるとともに
（Ｘｉ，Ｙｉ，ＺＥ）面を面発光させることができ、高
速の光読出しができるものとなる。その結果、光演算素
子と結合した場合には、情報の伝達速度および演算速度
の高速化を図ることができる。

さらに、ＥＬ層ｌ７として、注入型有機ＥＬ層あるいは
ＭＩＳ型ＥＬ層を用いているので、増幅器等を用いなく
ても、コンデンサＣ１の蓄積電荷により直接光出力させ
ることができ、素子のコンパクト化を図ることができる
。

なお、上記実施例において、各積層メモリユニットの光
出力部を画素として用い、この画素面積を適正化するこ
とにより、メモリの出力表示機能を持たせることができ
る。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、積層トン１５ ネルスイッチ部の積層方向の一端に、低温プロセスで作
成できるエレクトロルミネッセンス層を設けたので、メ
モリ部と光出力部としてのエレクトロルミネッセンス層
とをワンチップ上に作成することができ、素子のコンパ
クト化を図ることができ、特に、エレクトロルミネッセ
ンス層は、低温プロセスで作成できるので、積層トンネ
ルスイッチ部に三次元方向への集積化が容易な有機ＬＢ
膜を用いることができるといった利点がある。

また、エレクトロルミネッセンス層が一端部に形成され
た光読出し型積層メモリ素子を複数個集積し、各エレク
トロルミネッセンス層で同一平面を形成する構成とした
ので、各エレクトロルミネッセンス層に同時に電圧を印
加することにより、面発光による一括した光読出しを行
うことができ、高速な読出しを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光読出し型三次元メモ
リ素子の模式的な構或を示す斜視図、第２図は積層メモ
リユニットの断面図、第３図〜第１６ ５図は光出力部の構成を示す断面図、第６図は基板側に
光出力部を設けた積層メモリユニットの電気的な構成を
示す構成図、第７図は基板対抗側に光出力部を設けた積
層メモリユニットの電気的な構成を示す図、第８図は各
コンデンサの転送パルス印加ラインを共通接続した状態
を示す図、第９図は書込み用トランジスタを各積層メモ
リユニット毎に設けた三次元メモリ素子の斜視図である
。 １・・・透明基板、２・・・透明導電層、３〜８・・・
導電膜、１１〜１６・・・絶縁膜、１７・・・エレクト
ロルミネッセンス層、１８・・・上部電極、ｃ１〜ｃ６
・・・電荷蓄積用キャパシタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電荷蓄積用コンデンサに接続されている導電膜と
   絶縁膜とを交互に積層してなる積層トンネルスイッチ部
   と、 この積層トンネルスイッチ部の積層方向の一端となる導
   電膜上および他端となる絶縁膜上に設けられた一対の電
   極と、 前記積層トンネルスイッチ部の積層方向の一端となる導
   電膜とこの導電膜上に設けられた前記電極との間に形成
   されたエレクトロルミネッセンス層とを具備したことを
   特徴とする光読出し型積層メモリ素子。
2. （２）前記光読出し型積層メモリ素子を二次元的に集積
   し、前記各エレクトロルミネッセンス層で同一平面を形
   成したことを特徴とする光読出し型三次元メモリ素子。