JPH0372664A - 光入力型三次元集積メモリ - 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、光学像等の画像情報を記憶するのに好適な光
入力型三次元集積メモリに関する。

〔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きており、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ＬＳＩ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５ｏｌ（Ｓｉｏｎｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ　）　、　　Ｓ　Ｉ　Ｍ　ＯＸ　（Ｓｅｐａｒａｔ
ｉｏｎ　ｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄ　０ｘｉｄｅｎｔ　）
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
ミュアブロ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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、本発明者等は、有機ＬＢ膜を利用した三次元
メモリ素子を開発し、すでに特願昭６３−２１４１６９
号等として出願済みである。

この三次元メモリ素子は、第７図に示すように、有機Ｌ
Ｂ膜等からなり導電率が印加電圧によって非線形に変化
するトンネルスイッチ膜２ａ〜２ｇと各々が電荷蓄積用
コンデンサＣ１〜Ｃ６に接続された導電層３ａ〜３ｆと
を交互に積層してトンネルスイッチ部１を形成し、この
トンネルスイッチ部１の最上層となるトンネルスイッチ
膜２ａ上に上部電極４を設け、最下層となるトンネルス
イッチ膜２ｇに下部電極５を設けた構成をしている。

このように構成された三次元メモリ素子において、上部
電極４．導電層３ａ間に電圧Ｖｉを印加することにより
、情報が書込まれる。そして、各導電層３ａ〜３ｆに位
相の異なる転送電圧パルスｖＡ、ＶＢ、ＶＣを印加する
ことにより、深さ方向（下部電極側）に電荷が転送され
る。

このような三次元メモリ素子によれば、深さ方第８図は
上記三次元メモリ素子を集積した三次元集積メモリを示
す図である。この三次元集積メモリ１０は、集積された
各メモリ素子の両端に薄膜トランジスタＩｌａ、ｌｌｂ
が設けられている。

各薄膜トランジスタｌｌａ、ｌｌｂは、Ｘ方向の上部配
線１１〜１４にエミッタが接続され、Ｙ方向の上部配線
１５〜１７にベースが接続され、コレクタが各メモリ素
子１の上部電極に接続されている。Ｘ方向の上部配線１
２〜１４の一端には、書込みアドレス用スイッチ１８が
設けられていて、Ｙ方向の上部配線１５〜１７の一端に
は書込みアドレス用スイッチ１つが設けられている。同
様に、集積メモリの読出し側には、Ｘ方向の下部配線２
２〜２４．Ｙ方向の下部配線２５〜２７．下部配線２２
〜２４の一端に設けられた読出しアドレスス用スイッチ
２８．下部配線２５〜２７の一端に設けられた読出しア
ドレス用スイッチ２つがそれぞれ設けられている。

このように構成された三次元集積メモリ］０によれば、
ＸＹアドレス方式で任意のメモリ索子１にシーケンシャ
ルにアクセスして書込み、読出しを行うことができる。

また、現在ある二次元的な集積メモリに比べて、高集積
化が可能であり、メモリ容量を増大できる。

ところが、第８図に示す三次元集積メモリ１０は、集積
された個々のメモリ素子にシーケンシャルにアクセスし
ているため、１層におけるメモリセル数（例えば画素数
に相当）がＮ２であれば、１層分のデータを入力するた
めにはＮ２回アクセスしなければならず長時間を要する
こととなる。

従って、前述した三次元集積メモリは、高速の書込み、
読出しができないという問題があった。

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、高
集積化によりメモリ容量の増大を図ることができるとノ
（に画像＋１１ｊ報のようなデータであっても高速に書
込み、読出しを行うことのできる光入力型三次元集積メ
モリを提供することを目的とする。

〔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、導電膜とトンネル
スイッチ膜とを交互に積層してなる積層体の一端部に光
電変換層が形成された積層メモリ素子を、前記光電変換
層を同一方向に向けて同一面上に複数個集積し、前記各
光電変換層に書込み情報としての光を照射することによ
り書込みを行うようにした。

また、前記各積層メモリ素子の読出し側となる他端部に
各々設けられ、各積層メモリ素子に記憶されている情報
を外部から各々与えられる読出し信号によって同時に読
み出す読出し手段を備える構成とした。

〔作　用〕 本発明は以上のような手段を講じたことにより、書込み
情報を示す光を光電変換層に照１Ｊすることにより、各
光電変換層で光情報が光電荷に嚢換され、この光電荷が
集積されている各積層メモリに一括して書込まれる。例
えば、光情報が光学像であれば、光電変換層上に結像さ
れた一つの画像が集積された積層メモリ素子の一層に一
括して記憶される。

また、上記のようにして各層ごとに記憶された情報は、
外部から読出し信号が与えられると読出し手段によって
同時に読出される。

したがって、集積された各積層メモリ素子に対して並列
的に書込み、読出しが行なわれるものとなり、高速の書
込みおよび読出しが行なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は一実施例に係る光入力型三次元集積メモリ（以
下、「集積メモリ」と呼称する）の概念図である。この
集積メモリは、後述する積層メモリ素子を同一基板上に
集積したものであって、トンネルスイッチ膜と導電膜と
を交互に積層し各層ごとに情報電荷が記憶される積層部
Ｈと、この積層部Ｈの一端部に形成された光電変換層３
０と、積層部Ｈの他端部に設けられた読出し手段として
の出力部４０と、出力部４０のｆモ意のメモリセルにＸ
Ｙアドレス方式でアクセスするためのＸ、　Ｙデコーダ
４１．．４２とから構成されている。

この集積メモリの基本単位となる上記積層メモリ素子は
、トンネルスイッチ膜と導電膜とを交互に積層し、この
積層体の書込み側となる一端部に光電変換膜を形成し、
読出し側となる他端部に後述する読出し回路を設け、積
層体の各導電層に電萄蓄積用コンデンサを接続した構成
である。集積された各積層メモリ素子の光電変換膜から
光電変換層３０が形成され、各積層体から積層部Ｈが形
成され、各読出し回路から出力部４０が形成されている
。光電変換膜は、トンネルスイッチ膜としてＬＢ膜を用
いた場合には、フタロシアニン、メロシアニン等の有機
膜を用いることが望ましく、またトンネルスイッチ膜に
ＡＮ２０ｉ、ＳｉＣ等の無機膜を用いた場合には、Ｉ［
−Ｖｌ系および■−Ｖ系の化合物、アモルファスＳｉ膜
等を用いることが望ましい。

第２図に各積層メモリ素子の書込み側の四路構成を示す
。同図に示す５０は光電変換セン→）ＳＷＩは光電変換
センサ５０にリセットパルスφＳを印加するためのリセ
ットスイッチ、Ｃｍは光電変換フサ５０に発生する電荷
量を制御するためのキャパシタである。光電変換センサ
５０に光起電力型素子を用いている場合には、光電変換
センサ５０を電気的にフローティング状態にすると、光
電変換センサ５０自体の浮遊容量の影響により、光を照
射したときに発生する電荷量が変動する。

そこで、この浮遊容量の影響を受けなくするために、容
量が大きく容量値のわかっているキャパシタＣｍが設け
られている。また、この光電変換センサ５０に接続され
る積層体のそれぞれの導電膜５２．５４には電荷蓄積用
キャパシタＣ１，Ｃ２が接続され、各導電膜５２．５４
にキャパシタＣＩ、Ｃ２を介して電荷転送パルスφ３．
φ２を印加する構成となっている。

第３図は出力部４０を構成する各続出し回路の構成を示
す図である。この読出し回路は、スイッチＭ１のドレイ
ン側がビット線に接続され、ゲート側がワード線に接続
されている。ビット線はデータ信号を出力するＸデコー
ダに接続され、ワード線がＹデコーダに接続されている
。このＸ、　Ｙデコーダによって各積層メモリ素子のア
ドレスが指定される。スイッチＭ１のソース側はコンデ
ンサＣｓの一方の電極に接続されると共にスイッチ対２
のソース側に接続されている。コンデンサＣｓの他方の
電極はＤＣバイアス電圧が印加されているプレート線に
接続されている。スイッチ対２のゲートには読出し信号
印加ラインＬ１が接続され、ドレイン側には積層メモリ
素子（図中のＭＩＭ素子）６０の最下段の電前蓄積用コ
ンデンサＣｄの一方の電極およびスイッチＭ３のドレイ
ン側が接続されている。スイッチＭ３は、ゲートがリセ
ット信号印加ラインＬ２に接続され、ソース側がアース
されている。また、キャパシタＣｄの他方の電極には、
キャパシタＣｄに蓄枯される情報のスレッシュホールド
電圧に応じた電圧■３．７が印加されている。なお、同
図中３０ａは第２図に示す書込み側回路を示している。

次に、このように構成された集積メモリの書込み、読み
出し動作について説明する。

］０ 書込みを行う場合は、先ず、スイッチＳＷＩをオンして
光電変換センサ５０にリセットパルスφＳを印加し、光
電変換センサ５０をリセットする。次に、光電変換セン
サ５０に接続された導電膜５２に正の電圧パルスφ１を
印加した状態で、例えば画像情報としての光学像をレン
ズ等によって光電変換層３０上に結像させる。そうする
と、実際に光が照射された位置にある積層メモリ素子の
光電変換センサ５０によって、照射された光が各々光電
荷に変換され、その光電変換センサ５０に接続された積
層メモリ素子の電荷蓄積用キャパシタＣ１に負電荷が蓄
積される。その結果、光電変換層３０に照射された光情
報が各積層メモリ素子の各々の電荷蓄積用キャパシタＣ
１に同時に書込まれたこととなる。

各積層メモリ素子の各々の電荷蓄積用キャパシタＣ１に
情報電荷が書込まれたならば、集積メモリの各層ごとに
その電荷を転送する。これは、トンネルスイッチ膜５３
を介して隣接する導電膜５２．５４に位相の異なる電圧
パルスφ１．φ２１ を印加することにより、キャパシタＣ１に岳私されてい
る電荷がトンネルスイッチ膜５３をトンネル伝導してキ
ャパシタＣ２に転送される。このようにして、書込まれ
た電荷を各層ごとに下段の電荷蓄積用キャパシタに転送
し、最終的に最ド段の一段上の電荷蓄積用キャパシタに
転送する。

読出しを行う場合は、Ｘ、Ｙデコーダ４１゜４２により
、全読出し回路の各々のコンデンサＣ５をクリアすると
ともに、リセット信号Ｒ３Ｔをオンし、スイッチ対３を
介してキャパシタＣｄをクリアする。

次に、リセット信号Ｒ３Ｔをオフした後、最下段の一段
上の電荷蓄積用キャパシタに蓄積されている電殉を最下
段の電６：１蓄積用キャパシタＣｄに転送する。そして
、読み出し信号ＲＤをスイッチＭ２に印加してスイッチ
Ｍ２をオンさせる。そうすると、キャパシタＣｄに信号
「１」が書き込まれていれば、コンデンサＣｓに信号「
１」が書き込まれ、ビット線に信号「１」が表れる。ま
た、キャパシタＣｄに信号ｒＯＪが書き込まれていれ２ ば、コンデンサＣｓに信号「０」が書き込まれ、ビット
線に信号「０」が表れる。

従って、各読出し回路に同時に読み出し信号ＲＤを与え
れば、集積された積層メモリ素子７０から同時に読み出
しが行われる。

このような本実施例によれば、積層メモリ素子を集積し
、情報電荷を三次元的に記憶するようにしたので、従来
よりある二次元集積メモリに比べてメモリ容量を増大さ
せることができる。

また、集積メモリの書込み側に光電変換層３０を形成し
、光照射によって情報を書込む構成としたので、集積さ
れた各積層そり素子に一括して情報を書込むことができ
、特に画像情報の場合には、光学像を光電変換層３０上
に結像させることによって、一つの画像を一括入力でき
る。その結果、書込みに要する時間を大幅に短縮するこ
とができる。

また、集積された各積層メモリ素子６０の読出し側に読
出し回路を設けたので、各読出し回路に読出し信号ＲＤ
を同時に与えることによって、各３ 積層メモリ素子６０から同特に読出しを行うことができ
、従来のようなシリアルアクセスに比べて高速に読出し
を行うことができる。

なお、上記実施例では、キャパシタＣｄとして、積層メ
モリ素子６０の電荷蓄積用キャパシタを用いているが、
外付けにしたコンデンサを用いるようにしても良い。

なお、本発明は上記−実施例に限定されるものではない
。例えば、第５図に示すように、光電変換センサ５０と
積層メモリ素子の最上段の導電膜５２との間にスイッチ
Ｍｓを設け、リセットスイッチＳＷ１に代えてスイッチ
ＭＲを設けた構成とすることができる。スイッチＭｓは
、債層体が無機材料でできている場合は、アモルファス
Ｓｉ等の薄膜トランジスタを用いることが望ましく、有
機材料からできているときは電界型骨ポリピロール等を
用いた有機トランジスタを用いることが望ましい。

このような構成において、第６図に示すタイミングで各
電圧パルスφＳ、φＴ、φｌ、φ２を印　４ 加して、書込み、転送、読出しを行う。

このような集積メモリによれば、前記一実施例と同様の
作用効果を得ることができ、さらに、意図しない光の入
射による誤差信号の人力をスイッチＭｓによって確実に
防止することができると共に、スイッチＭｓをオフする
ことにより光照射しているときに電荷転送を行うことが
できる。

また、第１図および第５図に示す集積メモリは、光−電
変換膜にコンデンサＣｒｎを設けているが、光電変換セ
ンサ５０が光導電体の場合には、コンデンサＣｍに代え
て定電圧電源を設け、この電源から電荷が電荷蓄積用キ
ャパシタＣ１に供給されるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、トンネルスイッチ
膜と導電膜とを交互に積層した積層メモリ素子の書込み
側に光電変換層を形成し、この積層メモリ素子を光電変
換層を同一方向に向けて多数集積する構成としたので、
光電変換層に書込み情報となる光を照Ｓすることにより
、各積層メモ５ す素子に同時に情報を書込むことがてき、書込み時間を
短縮することができる。

また、各積層メモリ素子の読出し側に読出し手段を各々
設けたので、各積層メモリ素子に書込まれている情報を
各層ごとに一括して読出すことができ、読出し時間を短
縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の概念図、第２図は一実施例の書込み
側の四路栖成図、第３囚は一実施例の続出し側の四路構
成図、第４図は一実施例の動作を説明するための図、第
５図は一実施例の書込み側回路の変形例を示す図、第６
図は第５図に示す変形例の動作を説明するための図、第
７図は先行技術となる三次元メモリ索子の構成図、第８
図は三次元集積メモリの構成図である。 ３０・・・光電変換層、４０・・・出力部、５０・・・
光電変換センサ、５２．５４・・・導電膜、５３・・・
トンネルスイッチ膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電膜とトンネルスイッチ膜とを交互に積層して
   なる積層体の一端部に光電変換層が形成された積層メモ
   リ素子を、前記光電変換層を同一方向に向けて同一面上
   に複数個集積し、前記各光電変換層に書込み情報として
   の光を照射することにより書込みを行う光入力型三次元
   集積メモリ。
2. （２）前記各積層メモリ素子の読出し側となる他端部に
   各々設けられ、各積層メモリ素子に記憶されている情報
   を外部から与えられる読出し信号によって同時に読出す
   読出し手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光
   入力型三次元集積メモリ。