JPH06103753A - 強誘電体メモリ - Google Patents

強誘電体メモリ

Info

Publication number
JPH06103753A
JPH06103753A JP4246908A JP24690892A JPH06103753A JP H06103753 A JPH06103753 A JP H06103753A JP 4246908 A JP4246908 A JP 4246908A JP 24690892 A JP24690892 A JP 24690892A JP H06103753 A JPH06103753 A JP H06103753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
ferroelectric
memory
thin film
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4246908A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Ito
毅 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP4246908A priority Critical patent/JPH06103753A/ja
Publication of JPH06103753A publication Critical patent/JPH06103753A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電体と層状になされる非線形抵抗体の電
流電圧特性の最適な値を具体化することにより、実際に
デバイスとして実現可能な強誘電体メモリを提供する。 【構成】 強誘電体薄膜と非線形電流電圧特性を有する
抵抗体薄膜とを層状構造に形成した単位メモリセルが該
メモリセルの上、下で互いに直交するように形成された
X、Yストライプ電極の各交点に配置され構成された単
純マトリックス構造の強誘電体メモリにおいて、前記非
線形電流電圧特性を有する抵抗体薄膜が、1マイクロア
ンペアの電流を流したときの電圧が約1ボルトから6ボ
ルトとなる様な電流電圧特性を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像ファイル、音声フ
ァイル等に適用可能な大容量固体不揮発性メモリに係
り、特に非選択セルの記憶状態を破壊しないで書き込み
読み出し可能な強誘電体メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図1に示すようなヒステリシス特
性を有する強誘電体材料の分極特性を利用した強誘電体
メモリが知られている。
【0003】このヒステリシス特性によれば、強誘電体
材料に電圧Vを印加して、一度分極させると、電圧を
“0”に戻しても、図示A点またはC点で示される残留
分極値Prの状態を保持する。
【0004】従って、A点、又はC点で示される残留分
極値の各々にデジタル信号の“1”、“0”を対応させ
ることにより、メモリとして機能させることができる。
【0005】このような特性を利用して、情報の記録を
行う場合は、抗電圧Vcを超える充分な大きさの電圧V
s(飽和電圧)を印加することによって、“0”が記録
され、また、抗電圧−Vcを超える充分な大きさの電圧
−Vs(飽和電圧)を印加し、“1”の状態を記録す
る。
【0006】この“1”の状態が記録されている場合
に、正の読み出しパルスVsを印加すると、分極状態が
点Aから点Cに転移する。この時、両分極差2Prに相
当する電荷が放出される。
【0007】一方、“0”の状態にあるときはC→B→
Cと分極状態が変化するので両分極差はゼロである。
【0008】従って、正の電圧印加によって発生する電
荷量を検出することにより、記憶状態が“1”か“0”
かを読み出すことができる。
【0009】図2は前述した分極を利用した従来構造の
メモリ装置の具体的な構成を示す図である。
【0010】図2(a)は単純マトリックス構造、同図
(b)はアクティブマトリックス構造である。
【0011】このメモリは、支持体となる基板1の面上
に互いに交差した一対のストライプ状の下部電極2、上
部電極3が配置され、この両電極2、3間に強誘電体薄
膜4が設けられて、上下ストライプ電極2、3の交差点
にメモリセルが構成される。
【0012】このようなメモリはストライプ電極2、3
に書き込み、または読み出し電圧を印加させるもので、
液晶表示装置にならって単純マトリックス方式と称され
ている。
【0013】図2(c)はアクティブマトリックス構造
のメモリ装置の等価回路を示す。
【0014】図3に前記単純マトリックス構造が3×3
のマトリックスの場合を示す。
【0015】図3(a)はセル配置図、同図(b)は等
価回路図である。
【0016】今、図3(a)に示すA2端子にV/2、
B3端子に−V/2の電圧を各々印加すると、セルC3
2に電圧Vがかかる。
【0017】前記セルC32の記憶状態を読み出そうと
する時、C22、C21、C12、C33には2/5
V、C31、C11、C13、C23には1/5Vの電
圧が各々かかる。
【0018】なお、単純マトリックス構造がn×nの場
合、+1/2V、−1/2Vの電圧がかかるストライプ
ラインに関わる非選択セルには(n−1)/(2n−
1)・Vが、それ以外の非選択セルには1/(2n−
1)・Vの電圧が印加される。
【0019】このような電圧の印加により、強誘電体メ
モリセルの分極が反転しないように、即ち、抗電圧以下
になるように印加電圧を設定したとしても、図1の点線
に示すように電圧除去後、分極状態はA→B′→A′と
減極することになる。
【0020】この現象は強誘電体の極めて原理的なもの
であり、従って、図2(a)に示した様な従来の単純マ
トリックス構造強誘電体メモリでは非選択セルの分極状
態の減極、即ち記憶状態の破壊を避けることは不可能で
あった。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人らは
強誘電体薄膜と非線形抵抗体を有する抵抗体薄膜とを層
状構造に形成した単位メモリセルが、該メモリセルの
上、下で互いに直交するように形成されたX、Yストラ
イプ電極の各交点に配置され構成された単純マトリック
ス構造の強誘電体メモリを提案した(出願No.特願平
3−239696)。
【0022】これにおいて、前記単位メモリセルが、上
部ストライプ電極/非線形抵抗体/第二電極/PZT/
下部ストライプ電極/シリコン酸化膜/半導体基板の積
層構造からなる強誘電体メモリが提案されている。
【0023】しかし、前記提案には基本構成については
述べられているが、非線形抵抗体の電流電圧特性につい
ては、具体的にはなっていなかった。
【0024】すなわち、強誘電体薄膜と非線形電流電圧
特性を有する抵抗体薄膜とを層状構造になるように形成
された単位メモリセルが該メモリセルの上、下で互いに
直交するように形成されたX、Yストライプ電極の各交
点に配置され構成された単純マトリックス構造の強誘電
体メモリにおいて、前記単位メモリセルが、上部ストラ
イプ電極/非線形抵抗体/第二電極/PZT/下部スト
ライプ電極/シリコン酸化膜/半導体積層基板構造から
なることを特徴とする強誘電体メモリにおいて、前記非
線形抵抗体の特性が不明確であり、実際にデバイスを製
造することが出来なかった。
【0025】そこで、本発明は上記強誘電体メモリに対
して、有効な非線形抵抗体の電流電圧特性を具体的にす
ることにより、実際にデバイスとして製造することが可
能な強誘電体メモリを提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段及び作用】すなわち、本発
明では、電流電圧特性が明確な非線形抵抗体を積層した
単純マトリックス構造の強誘電体メモリを構成すること
により、メモリセル間のクロストークが無く、書き込み
/読み出し動作によって、非選択メモリセルの記憶状態
が破壊されないデバイスを実現する。
【0027】先ず、本発明の強誘電体メモリ装置の概略
を説明する。
【0028】図4に非線形抵抗体薄膜の電流電圧特性を
示し、強誘電体薄膜に積層する非線形抵抗体の基本特性
とメモリセル特性との関係について述べる。
【0029】この非線形抵抗体薄膜の電流電圧特性は正
負対称となるように構成される。
【0030】この非線形抵抗体は、例えば、層状構造が
中心対称な奇数のZnO−Bi2 3 の繰り返し構造、
もしくは多結晶質等で構成できる。
【0031】そして、図5には前記非線形抵抗体の等価
回路の例として、直並列回路を示す。
【0032】ここで、Rgは多結晶グレインの内部抵抗
であり、通常数オームである。Rb、Cbは粒界層の直
流抵抗成分、静電容量成分であり、それぞれ数百オー
ム、約500pF程度である。
【0033】また、Ri、Ciはグレインと粒界の界面
直流抵抗成分、静電容量成分であり、それぞれ107
108 オーム、約100pF程度の値を持つ。
【0034】この構成では、しきい値電圧Vth以下に
なると等価直流抵抗は非常に大きくなる。
【0035】従って、合成インピーダンスは非線形抵抗
体の等価容量Cnlで決定される。
【0036】ここで、しきい値電圧とは非線形抵抗体が
off状態(高抵抗状態)からon状態(低抵抗状態)
にスイッチングするときの電圧のことである。
【0037】次に、前記非線形抵抗体と強誘電体薄膜と
を積層した場合のメモリ動作について説明する。
【0038】この場合、印加電圧Vexを前記非線形抵
抗体と電気容量Cfeを持つ強誘電体薄膜とで分圧し、
強誘電体側にはCnl/(Cnl+Cfe)・Vexが
印加され、非線形抵抗体側にはCfe/(Cnl+Cf
e)・Vexが印加される。
【0039】従って、Cnl+Cfeの値が小さいほ
ど、強誘電体側に加わる電圧は小さくなり、非破壊読み
出しが効果的に行えるようになる。
【0040】一方、外部電圧が増加し、非線形抵抗体側
に加わる電圧Cfe/(Cnl+Cfe)・Vexがし
きい値電圧Vthを超えると急激に非線形抵抗体の抵抗
が低下し、それと同時に強誘電体側に加わる電圧Zfe
/(Zfe+Znl)・Vexが大きくなり、前記強誘
電体の抗電圧Vc以上になった時、分極反転する。
【0041】従って、非選択セルの強誘電体に電圧が印
加されなくするためには、非線形抵抗体のオフ状態にお
いて、その電気容量が小さいほど良い。
【0042】
【実施例】先ず、本発明の強誘電体メモリ装置の構造に
ついて説明する。
【0043】図9は本発明の強誘電体メモリ装置の単位
メモリセルである。
【0044】この単位メモリセルの構造は、上部より上
部ストライプ電極17/非線形抵抗体層16/第2電極
15/強誘電体層14/下部ストライプ電極13/シリ
コン基板表面酸化層12/シリコン基板11となってい
る。
【0045】次に、どのような電流電圧特性を有する非
線形抵抗体が最適かを説明する。
【0046】図6は幾種かの非線形抵抗体を強誘電体単
一セルに直列に接続した場合のヒステリシス曲線の例で
あり、図示内側及び外側の曲線はそれぞれ2.5Vと5
Vの印加電圧単位での測定結果である。すなわち、測定
に際しては、印加電圧を2.5Vと5Vとで行ったもの
で、これは非選択セルにかかる最大の電圧は、選択セル
にかかる電圧の1/2となるためである。
【0047】図6(a)は非線形抵抗体を有しない場合
のヒステリシス曲線である。
【0048】図のように2.5Vの電圧でもその分極状
態が大きく変化している。
【0049】即ち、これは書き込み/読み出し動作によ
って、記憶状態が破壊されていることを示している。
【0050】図6(b)は0.9Vのしきい値電圧(V
th)を有する非線形抵抗体を接続した場合のヒステリ
シス曲線である。
【0051】これは非線形抵抗体のVthが小さすぎる
場合であり、2.5Vの印加電圧でもその分極状態が大
きく変化している。
【0052】図6(c)は2.76VのVthを有する
非線形抵抗体を接続した場合である。
【0053】これは、非線形抵抗体のVthが適正な値
の場合であり、印加電圧5Vのときは十分な分極を示し
ているが、印加電圧2.5Vのときはほとんど分極状態
を変化させてない。
【0054】図6(d)は6.2VのVthを有する非
線形抵抗体を接続した場合のヒステリシス曲線である。
【0055】この場合はVthが大きすぎる場合で、印
加電圧5Vの場合でもその分極状態をほとんど変化させ
てない。
【0056】上記測定は図7に示す測定回路を用いて行
った。
【0057】上記測定結果をグラフに表したものを図8
に示す。
【0058】横軸は測定に用いた非線形抵抗体としての
ダイオードの1μAでのしきい値電圧Vthであり、縦
軸は分極2Prの、印加電圧2.5Vと5Vでの測定値
の比であり、単位は%である。
【0059】この図に於て、縦軸の数値が小さいものほ
ど5Vの印加電圧に比べて2.5Vの印加電圧でその分
極を変化させていないことになり、従って、より非破壊
読み出し的であると言える。この図より、1μAの電流
を導通するのに要する電圧が約1〜6Vのしきい値電圧
Vthを有する非線形抵抗体が最も有効であることが分
かる。
【0060】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
圧電流特性が具体化された非線形抵抗体薄膜を用いるこ
とにより、非選択セルの内容を破壊することなく書き込
み/読み出し可能な強誘電体メモリデバイスとして実際
に実現可能な強誘電体メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】強誘電体材料の分極(ヒステリシス)特性を示
す図
【図2】従来の強誘電体のメモリ構造と等価回路とを示
す図
【図3】3×3単純マトリックス構造のセル配置図と等
価回路を示す図
【図4】本発明に用いる非線形抵抗体薄膜の電流電圧特
性を示す図
【図5】図4の非線形抵抗体の等価回路として直並列回
路を示す図
【図6】強誘電体単一セルに直列に接続する非線形抵抗
体の種別を変えたときのヒステリシス測定結果を示す図
【図7】図6に用いる測定回路を示す図
【図8】図6の測定結果を表したグラフを示す図
【図9】本発明による強誘電体メモリの単位メモリセル
を示す図
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 シリコン基板表面酸化膜 13 下部ストライプ電極 14 強誘電体層 15 第2電極 16 非線形抵抗体層 17 上部ストライプ電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強誘電体薄膜と非線形電流電圧特性を有
    する抵抗体薄膜とを層状構造に形成した単位メモリセル
    が該メモリセルの上、下で互いに直交するように形成さ
    れたX、Yストライプ電極の各交点に配置されることに
    より、構成された単純マトリックス構造の強誘電体メモ
    リにおいて、 前記非線形電流電圧特性を有する抵抗体薄膜が、1マイ
    クロアンペアの電流を流したときの電圧が約1ボルトか
    ら6ボルトとなる様な電流電圧特性を有することを特徴
    とした強誘電体メモリ。
JP4246908A 1992-09-16 1992-09-16 強誘電体メモリ Pending JPH06103753A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4246908A JPH06103753A (ja) 1992-09-16 1992-09-16 強誘電体メモリ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4246908A JPH06103753A (ja) 1992-09-16 1992-09-16 強誘電体メモリ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06103753A true JPH06103753A (ja) 1994-04-15

Family

ID=17155542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4246908A Pending JPH06103753A (ja) 1992-09-16 1992-09-16 強誘電体メモリ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06103753A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430656B1 (ko) * 2000-07-27 2004-05-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 비휘발성 반도체 기억 장치
US7190339B2 (en) 2003-01-17 2007-03-13 Seiko Epson Corporation Ferroelectric memory device and display drive IC

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100430656B1 (ko) * 2000-07-27 2004-05-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 비휘발성 반도체 기억 장치
US7190339B2 (en) 2003-01-17 2007-03-13 Seiko Epson Corporation Ferroelectric memory device and display drive IC

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5926412A (en) Ferroelectric memory structure
US5031144A (en) Ferroelectric memory with non-destructive readout including grid electrode between top and bottom electrodes
US5541871A (en) Nonvolatile ferroelectric-semiconductor memory
US5668754A (en) Ferroelectric memory cell and reading/writing method thereof
US5812442A (en) Ferroelectric memory using leakage current and multi-numeration system ferroelectric memory
JPH07122661A (ja) 強誘電体メモリ装置
KR900015339A (ko) 전기적인 독출/기록동작이 가능한 불휘발성 반도체기억장치 및 그 정보독출방법
US6344991B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device
JPH0660635A (ja) 強誘電体メモリ装置
JPH0863979A (ja) 不揮発性メモリ
JP2002269973A (ja) 強誘電体メモリ装置およびその駆動方法
JP3040700B2 (ja) ラマー・ドラブ効果を利用する非破壊読取り強誘電メモリセル
JPH03108192A (ja) 強誘電体メモリ
JPH0676562A (ja) 強誘電体メモリ
TW434539B (en) Ferro-electric write-/read-memory with memory-cells (CFRAM) connected in series
JP2989902B2 (ja) 強誘電体メモリー
US6341082B2 (en) Ferroelectric memory capable of suppressing deterioration of dummy cells and drive method therefor
US5291436A (en) Ferroelectric memory with multiple-value storage states
US5737180A (en) Ferroelectric capacitor structure
US5751625A (en) Ferroelectric memory and recording device using the same
JPH03108770A (ja) 強誘電体メモリ
US6870753B2 (en) Ferroelectric memory
JP3244330B2 (ja) 強誘電体メモリ装置
JPH02198094A (ja) 強誘電体メモリ
JPH0714380A (ja) 強誘電体メモリ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030304