JP2807212B2 - 非線形素子および双安定メモリ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネリング現象
を利用した非線形素子の改良およびこの改良された非線
形素子を用いて構成される双安定メモリ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、２つの導電層の間に電子の移
動可能な導電レベルよりも高いバリアレベルを有する絶
縁膜を介在させた場合にも、一方の導電層から他方の導
電層にある確率で電子が移動するというトンネリング現
象が知られている。その場合、２つの導電層間に電圧を
印加し、その電圧を増大させていくほど電子の移動確率
が高くなり、２つの導電層間に流れる電流が増加する。
また、２つの導電層間に印加する電圧がある程度以上に
なると、絶縁膜のバリアレベルが実質的に低くなって拡
散電流やＦＮトンネリングが生じ、電流が増加する。こ
のような電圧の増大に対して電流が単純に増加する電圧
−電流特性は、一般的な導電膜−絶縁膜−導電膜構造の
間に見られる基本的な特性である。

【０００３】ところで、このトンネリングを利用して、
電圧の増大に対して電流が単純に増加しないという非線
形特性を有するいわゆる非線形素子も知られている。例
えばトンネルダイオードはその代表的なものであって、
半導体のｐｎ接合部の両側のｐ型半導体層及びｎ型半導
体層の不純物濃度を十分高くして空乏層の幅を小さくし
ておき、ｐｎ接合部に順方向の電圧を印加していくと、
ある電圧で電流値が極大となるが、それ以上電圧を上げ
ると電流値が逆に減小し（負性抵抗）、さらに電圧を上
げていくと再び電流値が上昇していく現象を利用したも
のである。すなわち、ある電圧範囲で、ｎ型半導体層の
伝導帯とｐ型半導体層の価電子帯とが同じエネルギー準
位になってトンネリングが生じる現象を利用したもので
ある。そして、このトンネルダイオードは、そのスイッ
チング速度が速い等の優れた特性を有することから、双
安定のマルチバイブレータや高速論理回路等に応用され
ている。

【０００４】一方、最近のようにＧＨｚ以上の高周波信
号に応じたより高速に作動する素子や、数ボルト程度の
低電圧で動作する素子が要求されるようになると、従来
のトンネルダイオードでは、その機能に限界がある。

【０００５】そこで、最近では、共鳴トンネリング現象
を利用した新たな素子が提案されている。例えば、特開
平３−１４８１８３号公報に開示されるように、２つの
化合物半導体層であるＩｎＡｓ基板の間に絶縁膜である
ＩｎＡｓ酸化膜を介在させて、両側のＩｎＡｓ基板の三
角ポテンシャルによる量子準位が互いに一致したときに
生じる共鳴トンネリングを利用して、電圧−電流特性中
に非線形部分を有する半導体装置が提案されている。こ
のような構造は、２つのＩｎＡｓ基板上にＩｎＡｓ酸化
膜を形成し、両者を張り合わせることにより実現できる
ことが同公報には記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のように２つの化合物半導体層の間に単に絶縁膜を挟
んで生じる共鳴トンネリング現象を利用するものでは、
以下のような問題があった。

【０００７】第１に、化合物半導体層の三角ポテンシャ
ルによる量子準位間で生じる共鳴トンネリングはフォノ
ン散乱を伴ったものであるので、電子の移動確率が極め
て小さい。つまり、厚い絶縁膜の両側に電圧を印加した
ときに生じるトンネリングによる電子の移動確率と余り
変わらない。そのために、電圧−電流特性中に現れる非
線形性の程度は極めて小さく、応用範囲が限定されてし
まう。

【０００８】第２に、半導体層の三角ポテンシャルによ
る量子準位は、印加される電圧の大小によって変化しや
すく、少し高めの電圧を印加すると三角ポテンシャルが
形成できなくなって、量子準位が消滅する。そのため、
共鳴トンネリングは生じなくなる。

【０００９】第３に、化合物半導体を利用した場合に
は、高速動作を確保することはできるものの、製造コス
トが高くなり、応用分野が限定される。また、同公報に
記載される製造方法では、半導体集積回路上にトランジ
スタと共に搭載するのは困難である。つまり、一般的な
ＭＩＳ型トランジスタの製造プロセスで安価に形成可能
な非線形素子が要望される。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、遷移金属等の元素においては、ある
殻における空の電子軌道を満たすためのエネルギ準位が
比較的低い点に着目し、この空の電子を満たすためのエ
ネルギ準位と電子を供与する層との間で共鳴トンネリン
グを行なわせる構造を実現することにより、集積回路内
への搭載が容易で、高速かつ低電圧で動作する低消費電
力の非線形素子および双安定メモリ装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、請求項１〜１０に記載される非線形素
子に係る手段と、請求項１１〜１９に記載される双安定
メモリ装置に係る手段とを講じている。

【００１２】請求項１に係る非線形素子は、第１のフェ
ルミ準位を有する第１の導電層と、電圧を印加しない状
態では上記第１のフェルミ準位と同じエネルギ準位に第
２のフェルミ準位を有する第２の導電層と、上記第１の
導電層と第２の導電層との間に介設され、少なくとも電
圧が印加されていない状態で上記各導電層のフェルミ準
位よりも高いエネルギ準位にバリアレベルを有する絶縁
層と、上記絶縁層内に形成され、電子で満たされていな
い空の軌道をいずれかの殻内に有する不純物元素を有
し、上記空の軌道を満たすためのエネルギ準位である不
純物準位が上記第１のフェルミ準位よりも高くかつ上記
バリアレベルよりも低い不純物層とを備え、上記第１の
導電層と上記第２の導電層との間に所定の電圧を印加し
たときに、上記第１及び第２の導電層のうち低電位側の
導電層と上記絶縁層内の不純物層との間に共鳴トンネリ
ングによる電子の移動が生じるように構成されている。

【００１３】この構成により、電圧の増大に伴い低電位
側の導電層のフェルミ準位と不純物準位とが合ってくる
と、低電位側の導電層から不純物層に共鳴トンネリング
によって電子が移動し、その電子がさらに不純物層から
他方の導電層に移動する。つまり、第１の導電層と第２
の導電層との間の電圧−電流特性には、ある電圧範囲で
電流が急激に増加するという非線形領域が存在すること
になる。

【００１４】このような共鳴トンネリングによる電子の
移動は高速であり、抵抗も極めて小さいので消費電力も
小さい。そして、電圧を印加しない状態では、不純物準
位が各導電層のフェルミ準位よりも高いので、共鳴トン
ネリング以外のトンネリングは生じがたい。また、この
共鳴トンネリングを生ぜしめるための所定電圧は、各導
電層のフェルミ準位と不純物準位との調整，つまり各導
電層の材料と不純物元素の種類の選択によって低く設定
することも可能である。したがって、簡素な構成を有
し、消費電力が小さく，高速かつ低電圧で動作する非線
形素子が得られることになる。

【００１５】請求項２に係る非線形素子は、請求項１に
おいて、上記第１及び第２の導電層のうちいずれか一方
を半導体で構成し、他方を金属で構成したものである。

【００１６】請求項３に係る非線形素子は、請求項２に
おいて、上記不純物層を上記半導体で構成されている導
電層に近接して形成したものである。

【００１７】これらの構成により、上記２つの導電層の
間に電圧を印加し、金属で構成される導電層に高電位側
電圧を印加して電圧を上昇させていくと、金属で構成さ
れる導電層のフェルミ準位が低下しそれに伴い不純物準
位も低下する。そして、半導体で構成される低電位側の
導電層のフェルミ準位と不純物準位とが合ってくると共
鳴トンネリングが生じ、電流値が急激に増大する。電圧
をさらに増大すると、不純物準位が半導体で構成される
導電層のフェルミ準位よりも低くなっていくので、共鳴
トンネリングが生じなくなり、電流が減小する。電圧が
さらに増大して絶縁層のバリアレベルが実効的に低くな
ると、拡散電流やＦＮトンネリングが生じて電流値が増
大する。一方、金属で構成される導電層に低電位側電圧
を印加しその電圧を増大させると、共鳴トンネリングを
生じた後はほぼ一定の電流が流れ、その後電圧の増大と
共に電流が増加する。

【００１８】したがって、半導体で構成される導電層に
低電位側電圧が印加されるときを正の電圧と定義する
と、ある範囲の正の電圧において、共鳴トンネリングに
よって電流が極大となった後電圧の上昇にともない電流
値が減小するという負性抵抗を示す範囲が存在する。し
かも、半導体層（第１の導電層）−絶縁層−金属層（第
２の導電層）という構造はＭＩＳ構造であり、多数のト
ランジスタを搭載した半導体集積回路内に実現できる。
すなわち、ＭＩＳ構造中の絶縁層に不純物層を形成する
ことにより、従来のＭＩＳ構造や化合物半導体層を利用
した構造では実現できなかった負性抵抗を示す非線形素
子を半導体集積回路内に組み込むことが可能となる。

【００１９】請求項４に係る非線形素子は、請求項１に
おいて、上記第１及び第２の導電層をいずれも金属で構
成したものである。

【００２０】この構成により、いずれかの導電層に正の
電圧を印加してその電圧を上昇させていくといくと、共
鳴トンネリングを生じた後は電流がほぼ一定となり、そ
の後、再び電流が増大する。したがって、ある電圧範囲
で電流値が一定となる特性を有する非線形素子が得られ
る。また、このようなＭＩＭ構造は、１層ポリシリコン
プロセスや、２層ポリシリコンプロセスで形成される半
導体集積回路内に容易に実現できる構造である。

【００２１】請求項５に係る非線形素子は、請求項１に
おいて、上記第１及び第２の導電層をいずれも半導体で
構成したものである。

【００２２】この構成により、各導電層における半導体
内の不純物の導電型と不純物濃度とを適宜調整すること
により、一方の導電層に対する電圧が正及び負のいずれ
においても、負性抵抗を示す電圧範囲が存在する電圧−
電流特特性を示す非線形素子が得られることになる。

【００２３】請求項６に係る非線形素子は、請求項１に
おいて、上記不純物元素のイオン化傾向が上記絶縁層を
構成する材料のイオン化傾向よりも大きい構成を有して
いる。

【００２４】この構成により、電子が絶縁層に吸収され
ることなく導電層から不純物層に移動するので、共鳴ト
ンネリング作用が確実に得られることになる。

【００２５】請求項７に記載されるように、請求項１に
おいて、製造の容易性及び安定性を考慮すると、上記絶
縁層は、酸化物，窒化物及び弗化物のうち少なくともい
ずれか１つによって構成することが好ましい。

【００２６】請求項８に記載されるように、請求項１，
６又は７において、上記不純物元素は遷移金属とするの
が好ましい。

【００２７】遷移金属は、ｄ殻又はｆ殻内に電子で満た
されていない軌道を有する金属であり、１価と２価、２
価と３価のように複数種類の陽イオンとなる。そして、
それらの価数が異なる陽イオン間のエネルギギャップは
小さい。したがって、ある陽イオンから他の陽イオンへ
の移行を利用して、共鳴トンネリングが生じる電圧と共
鳴トンネリングが生じない電圧との差を小さくできる。
つまり、特に低電圧で電圧−電流特性中に非線形特性を
生ぜしめることができるので、半導体集積回路内に組み
込むのに適した非線形素子が得られる。

【００２８】請求項９に記載されるように、請求項１に
おいて、上記不純物層が上記絶縁層内に不純物元素のイ
オンを注入することにより形成されていて、上記絶縁層
の厚み方向における上記不純物層の位置及び厚みと、上
記不純物層内における不純物元素の濃度とがイオン注入
時の条件によって調整されている構成を有していること
が好ましい。

【００２９】この構成により、確実に非線形特性を発揮
するために必要な不純物層が絶縁層内に容易に形成され
る。

【００３０】ただし、請求項１０に記載されるように、
請求項１において、上記絶縁層及び不純物層が共にＣＶ
Ｄにより形成されており、上記不純物層の位置及び厚み
と上記不純物層内における不純物元素の濃度とがＣＶＤ
時の条件によって調整されている構成としてもよい。

【００３１】請求項１１に係る双安定メモリ装置は、高
電位側の第１の電源と低電位側の第２の電源との間に、
負荷素子と駆動素子とを上記第１電源側から順次直列に
介設してなる双安定メモリ装置であって、上記駆動素子
は、第１のフェルミ準位を有する第１の導電層と、電圧
を印加しない状態では上記第１のフェルミ準位と同じエ
ネルギ準位に第２のフェルミ準位を有し、上記負荷素子
に接続される第２の導電層と、上記第１の導電層と第２
の導電層との間に介設され、少なくとも電圧が印加され
ていない状態で上記各導電層のフェルミ準位よりも高い
エネルギ準位にバリアレベルを有する絶縁層と、上記絶
縁層内に形成され、電子で満たされていない空の軌道を
いずれかの殻内に有する不純物元素を有し、上記空の軌
道を満たすためのエネルギ準位である不純物準位が上記
第１のフェルミ準位よりも高くかつ上記バリアレベルよ
りも低い不純物層とを備え、かつ上記第１の導電層と上
記第２の導電層との間に電圧を印加しながらその電圧を
増大していったときに、ある電圧範囲で上記第１の導電
層と不純物層との間における共鳴状態から非共鳴状態へ
の移行に伴う負性抵抗特性を生じるように構成されてい
て、上記駆動素子と負荷素子との間の中間点の電位は、
上記駆動素子及び負荷素子の各電圧−電流特性曲線の交
点に一致する少なくとも２つの安定点の電位のうちいず
れか一方である。

【００３２】この構成により、共鳴トンネリング現象に
よって生じる負荷抵抗特性を有する非線形素子を利用し
て、２つの安定点にある状態を０又は１データとして記
憶させることが可能になる。すなわち、ＳＲＡＭに相当
する双安定メモリ装置が極めて少ない素子数で構成され
ることになる。

【００３３】請求項１２に係る双安定メモリ装置は、請
求項１１において、上記駆動素子の上記第１の導電層を
半導体で構成し、上記駆動素子の上記第２の導電層を金
属で構成したものである。

【００３４】請求項１３に係る双安定メモリ装置は、請
求項１２において、上記駆動素子の上記不純物層を上記
第１の導電層よりも上記第２の導電層に近い側に形成し
たものである。

【００３５】これらの構成により、請求項２又は３の作
用により、駆動素子がある電圧範囲で負性抵抗特性を示
すようになるので、駆動素子の電圧−電流特性曲線と負
荷素子の電圧−電流特性曲線との間に２つの安定な交点
を得るように駆動素子及び負荷素子の特性を調整するこ
とが容易となる。

【００３６】請求項１４に係る双安定メモリ装置は、請
求項１２又は１３において、上記負荷素子を、上記駆動
素子と同じ構造からなる第１の導電層，第２の導電層，
絶縁層及び不純物層により構成したものである。

【００３７】この構成により、同じ半導体基板上に同じ
構造を有する２つの非線形素子を形成することで、双安
定メモリ装置が得られる。そして、駆動素子も負荷素子
もＭＩＳ構造を有しているので、半導体集積回路に搭載
し得る量産に適した双安定メモリ装置を得ることができ
る。

【００３８】請求項１５に係る双安定メモリ装置は、請
求項１４において、上記負荷素子の上記第１の導電層を
上記第１電源に接続し、上記負荷素子の第２の導電層を
上記駆動素子の第２の導電層に接続したものである。

【００３９】この構成により、負荷素子の第１の導電層
側に高電位電圧が印加されるので、負荷素子の電圧−電
流特性曲線のうち電圧が負の部分が負荷曲線となる。し
たがって、電圧の負側への増大に対して電流がほぼ一定
となる部分を有する負荷曲線と負性抵抗を有する駆動素
子の電圧−電流特性との交点のうち微係数が正の２つの
交点が双安定点となる。

【００４０】請求項１６に係る双安定メモリ装置は、請
求項１４において、上記負荷素子の上記第２の導電層を
上記第１電源に接続し、上記負荷素子の第１の導電層を
上記駆動素子の第２の導電層に接続したものである。

【００４１】この構成により、負荷素子の第２の導電層
側に高電位電圧が印加されるので、負荷素子の電圧−電
流特性曲線のうち電圧が正の部分が負荷曲線となる。し
たがって、電圧の負側への増大に対して負性抵抗を示す
部分を有する負荷曲線と負性抵抗を有する駆動素子の電
圧−電流特性との交点のうち微係数が正の２つの交点が
双安定点となる。

【００４２】請求項１５又は１６のいずれにおいても、
双安定点が確実に得られるので、双安定メモリ装置のデ
ータ保持機能が確実に発揮されることになる。

【００４３】請求項１７に係る双安定メモリ装置は、請
求項１１において、上記駆動素子の上記第１及び第２の
導電層を半導体で構成したものである。

【００４４】請求項１８に係る双安定メモリ装置は、請
求項１７において、上記負荷素子を、上記駆動素子と同
じ構造からなる第１の導電層，第２の導電層，絶縁層及
び不純物層により構成したものである。

【００４５】この構成により、請求項１５又は１６と同
じ作用が生じるので、双安定点が確実に得られ、双安定
メモリ装置のデータ保持機能が確実に発揮される。

【００４６】請求項１９に係る双安定メモリ装置は、請
求項１１において、上記負荷素子を抵抗体により構成し
たものである。

【００４７】この構成により、駆動素子の電圧−電流特
性曲線の負性抵抗を示す部分と直線的な負荷曲線との交
点のうち微係数が正の２つの交点が双安定点となる。し
たがって、双安定点が確実に得られ、双安定メモリ装置
のデータ保持機能が確実に発揮される。

【００４８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１は、本実施形態に係る非線形素
子の構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態の非
線形素子は、第１の導電層である半導体層１０と、第２
の導電層である金属層１２と、半導体層１０と金属層１
２との間に介設された絶縁層１１とを備えている。そし
て、絶縁層１１内において上記半導体層１０からは一定
の距離Ｄ１を隔て、かつ金属層１２には極めて小さな距
離Ｄ２と隔てて近接する厚みＴの領域に不純物原子が導
入された不純物原子層１１ａが形成されている。

【００４９】図２は、半導体基板上に形成された具体的
な非線形素子２０の構造を示す断面図である。同図に示
すように、ｐ型シリコン基板２１の上面付近の領域には
ｎ型不純物を導入してなる半導体層であるｎ型拡散層２
２が形成されており、ｎ型拡散層２２の上にはＳｉＯ2
からなる絶縁層２３が形成され、絶縁層２３の上に金属
層である第１アルミニウム電極２５が形成されている。
また、絶縁層２３中には、不純物原子として鉄（Ｆｅ2
+）がドーピングされた不純物原子層２３ａが形成され
ている。この不純物原子層２３ａは、絶縁層２３の上面
付近につまりｎ型拡散層２２から離れかつ第１アルミニ
ウム電極２３に極めて近接した位置に設けられている。
後に詳しく説明するように、鉄の２価イオン（Ｆｅ2+）
中の３ｄ殻内には電子で満たされていない空の軌道が存
在し、不純物原子層２３ａは、その空の軌道に電子を満
たすためのエネルギ準位（以下、不純物準位という）を
有している。また、絶縁層２３の一部に形成されたコン
タクトホール内及びその上方に連続してアルミニウムを
堆積してなる第２アルミニウム電極２６が形成されてお
り、該第２アルミニウム電極２６はｎ型拡散層２２とオ
ーミック接触している。なお、各アルミニウム電極２
５，２６間にはＳｉＯ2 からなるパッシベーション膜２
４が介在していて、ｐ型シリコン基板２１の裏面にはｐ
型ポリシリコンからなる裏面電極２７が形成され、この
裏面電極２７は接地されている。

【００５０】ここで、各部の寸法について説明する。第
１アルミニウム電極２５の厚さは２μｍ、絶縁層２３の
厚みは５ｎｍである。不純物原子層２３ａの不純物濃度
は１０¹⁷ｃｍ^-3程度であり、不純物原子層２３ａは絶縁
層２３中においてｎ型拡散層２２から３ｎｍ程度離れて
おり厚みが１ｎｍ程度である。つまり、第１アルミニウ
ム電極２５とは１ｎｍ程度しか離れておらず極めて近接
している。なお、ｎ型拡散層２２中のｎ型不純物濃度は
１０¹⁸ｃｍ^-3である。

【００５１】不純物原子層２３ａ内の不純物原子である
鉄イオン（Ｆｅ2+）はイオン注入法により絶縁膜中に注
入されている。イオン注入を用いると、注入エネルギー
の調整により注入深さの制御が可能であるし、また、不
純物の注入量も正確に制御できる。この不純物の注入量
により電子が移動可能な原子の数も決まるため、この注
入量で電流量までも制御することができる。

【００５２】ただし、不純物原子層２３ａをイオン注入
法以外の方法例えばＣＶＤ法やスパッタリング法等によ
って形成してもよい。また、不純物原子層２３ａは必ず
しも絶縁層２３内に周囲を囲まれるように形成されてい
る必要はなく、絶縁層２３の全面に亘って形成されてい
てもよい。

【００５３】次に、本実施形態に係る非線形素子の基本
的な動作原理について説明する。

【００５４】ここでは、図３（ａ）に示すように、非線
形素子の基本的な構造において、第１の導電層である半
導体層１０と第２の導電層である金属層１２との間に電
圧を印加した場合の電流の変化について説明する。その
際、金属層１２側の電圧を高電位側としたときを正の電
圧として、図３（ｂ）〜（ｄ）及び図４を参照しなが
ら、各層を貫く電流と印加電圧との関係を説明する。図
３（ｂ）〜（ｄ）は、各層間の電圧を変化させた場合に
おける各層のエネルギー準位の関係の変化を示すバンド
図である。また、図４は、各層間における電圧Ｖの変化
に対する電流Ｉの変化を示す特性図である。

【００５５】図３（ｂ）に示すように、各層間の電圧が
ゼロの場合つまり電圧を印加しない自然状態では、半導
体層１０のフェルミ準位ＥF1と金属層１２のフェルミ準
位ＥF2とは平衡した状態にあり、不純物原子層１１ａ
は、半導体層１０及び金属層１２のフェルミ準位よりも
高いところに不純物準位Ｅvaを有している。この状態で
は、半導体層１０から不純物原子層１１ａまで電荷が移
動することはほとんどなく、各層間に実質的に電流は流
れない。

【００５６】しかし、正の電圧を少しずつ大きくしてい
くと、金属層１２のフェルミ準位ＥF2が低下して、それ
に伴い不純物原子層１１ａの不純物準位Ｅvaも低下す
る。そして、半導体層１０のフェルミ準位ＥF1と不純物
原子層１１ａの不純物準位Ｅvaとが近付くと、半導体層
１０と不純物原子層１１ａの間でトンネリングが生じる
ためトンネル電流が増加していく。そして、図３（ｃ）
に示すように、両電極間の電圧Ｖが所定値Ｖ0 のときに
不純物原子層１１ａの不純物準位Ｅvaが半導体層１０の
フェルミ準位ＥF1と一致すると、半導体層１０から不純
物原子層１１ａに多数の電子が共鳴トンネリングにより
移動する（図４に示す範囲Ｒa1）。不純物原子層１１ａ
から金属層１２への電子の移動は容易であるので、いっ
たん共鳴トンネリングが生じると、両電極間には電流が
急激に流れ、極大値Ｉ0 を示す。

【００５７】一方、図３（ｄ）に示すように、さらに電
圧を大きくすると、不純物原子層１１ａの不純物準位Ｅ
vaと半導体層１０のフェルミ準位ＥF1との位置にずれが
生じて、非共鳴状態になる。この状態でも、不純物原子
層１１ａから金属層１２への電子の移動は容易である。
しかし、半導体層１０から不純物原子層１１ａへの電子
の移動量が急激に減小するので、両電極間の電流が減少
する。これによって、この非線形素子では、ある電圧範
囲で電圧が増大するにつれて電流が減小するという負性
抵抗特性が観測されることになる（図４に示す範囲Ｒa
2）。

【００５８】その後、電圧Ｖをさらに大きくしていく
と、半導体層１０のフェルミ準位ＥF1と絶縁層１１のバ
リアとの差が小さくなる。つまり、絶縁層１１によるバ
リアの高さが実効的に低くなって拡散電流が流れるとと
もに、ＦＮトンネリングも生じるようになるので再び電
流Ｉが増加する（図４に示す範囲Ｒa3）。

【００５９】一方、負の電圧を印加した場合、つまり半
導体層１０に高電位側の電圧を印加し、金属層１２に低
電位側の電圧を印加して、この電圧を少しずつ大きくし
ていくと、金属層１２のフェルミ準位ＥF2が高くなり半
導体層１０のフェルミ準位ＥF1が低くなるので、金属層
１２内の電子がトンネリングにより不純物原子層１１ａ
（不純物準位Ｅva）を介して半導体層１０へと流れ、当
初は図４の範囲Ｒa1とは逆の特性を示す。つまり、少し
ずつ負の電流Ｉが増加する（図４に示す範囲Ｒa4）。

【００６０】さらに負の電圧を大きくしていくと、金属
層１２のフェルミ準位ＥF2が高くなっていき、金属層１
２のフェルミ準位ＥF2と不純物原子層１１ａの不純物準
位Ｅvaの一部とが合ってくると共鳴トンネリングが生じ
る。その際、金属層１２内にはフェルミ準位ＥF2以下の
準位に存在する電子の量が多いため、いったん共鳴状態
になると、電子は一定量半導体層側へ流れて電流量Ｉは
一定となる（図４に示す範囲Ｒa5）。ただし、電流値は
不純物原子層１１ａの不純物準位Ｅvaから半導体層１０
への電子の移動確率によって規定され、不純物原子層１
１ａとｎ型半導体層１０との距離は比較的大きいので、
電流量Ｉはそれ程多くならない。

【００６１】さらに負の電圧を大きくしていくと、金属
層１２のフェルミ準位ＥF2に対する絶縁層１１のバリア
が実質的に低くなり、かつＦＮトンネリングも生じるこ
とで、電流量Ｉは負の方向に増加していく（図４に示す
範囲Ｒa6）。

【００６２】上述のように、本実施形態の非線形素子
は、半導体層１０と金属層１２との間に電圧Ｖが印加さ
れた場合、電圧Ｖが正の側では範囲Ｒa2において負性抵
抗特性を示し、それ以外の範囲Ｒa1，Ｒa3では電圧の増
大に応じて電流値が増加する特性を示す。一方、電圧Ｖ
が負の側では図４の範囲Ｒa5において電流値が一定とな
る特性を示し、それ以外の範囲Ｒa4，Ｒa6では電圧の増
大に応じて電流値が増加する特性を示す。つまり、本実
施形態に係る素子が非線形特性を有することがわかる。

【００６３】次に、電圧を印加する具体的な方法につい
て説明する。図２に示すような半導体基板上に形成され
た非線形素子２０については、半導体層であるｎ型拡散
層２２と金属層である第１アルミニウム電極２５との間
に電圧を印加するのであるが、実際には、第２アルミニ
ウム電極２６を介してｎ型拡散層２２に電圧を印加す
る。そして、第１アルミニウム電極２５の電位が高電位
となるときの電圧を正の電圧とした場合、正の電圧を印
加すると電子はｎ型拡散層２２から第１アルミニウム電
極２５に、主として共鳴トンネリングによって流れる。
つまり、電流は第１アルミニウム電極２５から第２アル
ミニウム電極２６へと流れる。一方、負の電圧を印加し
た場合には、電流は第２アルミニウム電極２６から第１
アルミニウム電極２５へと流れることになる。

【００６４】上述のように、本実施形態の非線形素子の
Ｉ−Ｖ特性（電流電圧特性）は負性抵抗を持つ半導体装
置として機能し、例えば図４に示すＶ−Ｉ特性におい
て、電流の極大値Ｖ0 が１ボルトのときに電流の極大値
Ｉ0 が１ｎＡになるように設定することが可能となる。
すなわち、本実施形態における非線形素子はディスクリ
ートな量子準位に対するトンネル効果を利用したもので
あるので、従来のトンネルダイオードとは異なり、動作
電圧、動作電流も小さいので低消費電力の素子として機
能する。しかも、化合物半導体基板のような特殊な半導
体基板を使用しなくても、極めて高速動作が可能であ
り、例えばＴＨｚオーダーのスイッチング素子としても
使用することができる。したがって、絶縁層内の不純物
原子層の不純物準位と半導体層との間で生じる共鳴トン
ネリングを利用することにより、半導体集積回路内に組
み込み可能で、高速かつ低電圧で作動する非線形素子が
低コストで得られることになる。

【００６５】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
に係る非線形素子について説明する。本実施形態に係る
非線形素子の構造が上記第１の実施形態に係る非線形素
子と異なるのは、第１及び第２の導電層をいずれも金属
で構成した点である。

【００６６】図５は、本実施形態に係る非線形素子の基
本的な構造を示す断面図である。同図に示すように、第
１金属層５０と第２金属層５２との間に絶縁層５１が介
設されており、さらに、絶縁層５１内には、不純物準位
を有する金属不純物を導入してなる不純物原子層５１ａ
が形成されている。不純物原子層５１ａは、絶縁層５１
内に不純物原子として鉄（Ｆｅ2+）をドーピングするこ
とにより形成されている。不純物原子層５１ａは、第
１，第２金属層５０，５２のいずれとも直接接していな
いが、第２金属層５２に近接した構造としている。ただ
し、不純物原子層５１ａは、第１金属層５２に近接して
いてもよく、あるいは両金属層の中間付近にあってもよ
い。

【００６７】図６（ａ）は、基板上に形成された具体的
な非線形素子６０の構造を示す断面図である。同図に示
すように、第１金属層であるアルミニウム基板６１の上
には、ＳｉＯ2 膜からなる絶縁層６３が形成されてお
り、さらに絶縁層６３の上に第２金属層である第１アル
ミニウム電極６５が形成されている。また、アルミニウ
ム基板６１の一部には第２アルミニウム電極６６が接触
しており、第１アルミニウム電極６５と第２アルミニウ
ム電極６６との間にはパッシベーション膜６４が介在し
ている。なお、アルミニウム基板６１の裏面には裏面電
極６７が形成されている。すなわち、本実施形態に係る
非線形素子６０の構造は、上記図２に示す第１の実施形
態に係る非線形素子２０の構造のうちｐ型シリコン基板
２１をアルミニウム基板６１で置き換えたものである。

【００６８】また、図６（ｂ）は、本実施形態の変形例
を示し、第２アルミニウム電極６５を省略して、アルミ
ニウム基板６１そのものを電極として利用するようにし
た場合の構造を示す断面図である。すなわち、本実施形
態のように基板を金属で構成した場合には、第２アルミ
ニウム電極は必ずしも必要でない。

【００６９】次に、本実施形態に係る非線形素子の動作
原理について説明する。

【００７０】図７（ａ）に示すように、第１金属層５０
と第２金属層５２との間に電圧を印加した場合の電流の
変化について説明する。その際、第２金属層５２の電圧
を高電位側としたときを正の電圧として、図７（ｂ）〜
（ｄ）及び図８を参照しながら、各層を貫く電流と印加
電圧との関係を説明する。図７（ｂ）〜（ｄ）は、各層
間の電圧を変化させた場合における各層のエネルギー準
位の関係の変化を示すバンド図である。また、図８は、
各層間における電圧Ｖの変化に対する電流Ｉの変化を示
す特性図である。

【００７１】図７（ｂ）に示すように、各層間の電圧が
ゼロの場合つまり電圧を印加しない自然状態では、第１
金属層５０のフェルミ準位ＥF11 と第２金属層５２のフ
ェルミ準位ＥF12 とは平衡した状態にあり、不純物原子
層５１ａは、第１金属層５０及び第２金属層５２のフェ
ルミ準位よりも高いところに不純物準位Ｅvaを有してい
る。この状態では、第１金属層５０から不純物原子層５
１ａまで電荷が移動することはほとんどなく、各層間に
実質的に電流は流れない。

【００７２】しかし、第２金属層５２に高電位側の電圧
を印加しその電圧を少しずつ大きくしていくと、第２金
属層５２のフェルミ準位ＥF12 が低下して、それに伴い
不純物原子層５１ａの不純物準位Ｅvaも低下する。した
がって、第１金属層５０のフェルミ準位ＥF11 と不純物
原子層５１ａの不純物準位Ｅvaとが近づき、第１金属層
５０と不純物原子層５１ａの間の絶縁層５１中をトンネ
ル効果で抜けるためトンネル電流が増加していく。そし
て、図７（ｃ）に示すように、両電極間の電圧Ｖが所定
値Ｖ0 のときに不純物原子層５１ａの不純物準位Ｅvaが
第１金属層５０のフェルミ準位ＥF11 に合ってくると、
第１金属層５０から不純物原子層５１ａに電子が共鳴ト
ンネリングにより移動して、両電極間には電流が急激に
流れる（図８に示す範囲Ｒa11 ）。

【００７３】さらに電圧を大きくすると、図７（ｄ）に
示すように、不純物原子層５１ａの不純物準位Ｅvaと第
１金属層５０のフェルミ準位ＥF11 とが合わなくなる。
しかし、第１金属層５０内にはフェルミ準位ＥF11 より
もエネルギ準位の低い電子が多く存在するので、共鳴状
態は長く持続され、電流値Ｉはほぼ一定となる（図８に
示す範囲Ｒa12 参照）。

【００７４】その後、電圧をさらに大きくしていくと、
第１金属層５０のフェルミ準位ＥF1と絶縁層５１のバリ
アとの差が小さくなる。つまり、絶縁層５１によるバリ
アの高さが実効的に低くなって拡散電流が流れるととも
に、ＦＮトンネリングも生じるようになるので電流Ｉが
増加する（図８に示す範囲Ｒa13 参照）。

【００７５】なお、図示しないが、本実施形態では、負
の電圧を印加した場合、つまり第１金属層５０にプラス
側電圧を印加し、第２金属層５２にマイナス側の電圧を
印加した場合には、基本的に図８に示す電圧が正の側に
おける特性を反転した形状を有する特性が得られる。

【００７６】本実施形態に係る非線形素子は、上記第１
の実施形態に係る非線形素子と同様に、電圧がＶ0 のと
ころで急激に電流が増加する特性を有する、しかし、Ｖ
0 以上に電圧を印加していっても負性抵抗を示さず、電
圧の増大につれて電流が少しずつ増加する傾向を示す。
すなわち、本実施形態に係る非線形素子は、負性抵抗特
性は有しないものの、途中で電流値がほぼ一定になると
いう非線形特性を有する。

【００７７】ここで、本実施形態に係る非線形素子の構
造は、ＭＩＭ構造中の絶縁層に不純物層を形成したもの
であり、このような構造は、２層ポリシリコンプロセス
によって形成されるＭＯＳトランジスタを搭載した半導
体集積回路内に容易に組み込める。また、１層ポリシリ
コン膜の上にアルミニウム配線等の金属配線を形成する
ことによっても容易に実現できる。

【００７８】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
に係る非線形素子について説明する。本実施形態に係る
非線形素子の構造が上記第１，第２の実施形態に係る非
線形素子の構造と異なるのは、第１，第２の導電層が共
に半導体で構成されている点である。

【００７９】図９に示すように、本実施形態の非線形素
子は、ｎ型の第１半導体層８０と、ｎ型の第２半導体層
８２と、各半導体層８０，８２間に介設された絶縁層８
１とにより構成されている。そして、絶縁層８１中に
は、不純物準位を有する金属が導入された不純物原子層
８１ａが形成されている。なお、図９に示す構造では、
不純物原子層８１ａは第２半導体層８２に近接した位置
に形成されているが、本実施形態の場合、不純物原子層
８１ａの位置は絶縁層８１内のいずれにあってもよい。

【００８０】図１０は、半導体基板上に形成された具体
的な非線形素子９０の構造を示す断面図である。ｐ型シ
リコン基板９１の上面付近の領域にはｎ型不純物を導入
してなる第１半導体層であるｎ型拡散層９２が形成され
ており、ｎ型拡散層９２の上にはＳｉＯ2 からなる絶縁
層９３が形成され、絶縁層９３の上に第２半導体層であ
るシリコン電極９５（ｎ型不純物が導入されている）が
形成されている。また、絶縁層９３中には、不純物原子
として鉄（Ｆｅ2+）がドーピングされた不純物原子層９
３ａが形成されている。また、絶縁層９３の一部にオー
ミック接触する第２アルミニウム電極９６と、ＳｉＯ2
からなるパッシベーション膜９４と、ｐ型ポリシリコン
からなる裏面電極９７とを有する点は、上記第１の実施
形態と同様である。すなわち、本実施形態に係る非線形
素子の構造は、第２の導電層としてアルミニウム電極の
代わりにシリコン電極を設けた点が第１の実施形態と基
本的に異なる点である。

【００８１】次に、本実施形態に係る非線形素子の基本
的な動作原理について説明する。

【００８２】ここで、図１１（ａ）に示すように、非線
形素子の基本的な構造において、第１の導電層である第
１半導体層８０と第２の導電層である第２半導体層８２
との間に電圧を印加するが、第２半導体層８２側の電圧
を高電位側としたときを正の電圧として、図１１（ｂ）
〜（ｄ）及び図１２（ａ）を参照しながら、各層を貫く
電流と印加電圧との関係を説明する。ただし、不純物原
子層８１ａは絶縁層８１内において第２半導体層８２に
近い側に形成されているものとする。図１１（ｂ）〜
（ｄ）は、各層間の電圧を変化させた場合における各層
のエネルギー準位の関係の変化を示すバンド図である。
また、図１２（ａ）は、各層間における電圧Ｖの正方向
の変化に対する電流Ｉの変化を示す特性図である。

【００８３】図１１（ｂ）に示すように、各層間の電圧
がゼロの場合つまり電圧を印加しない自然状態では、第
１半導体層８０のフェルミ準位ＥF21 と第２半導体層８
２のフェルミ準位ＥF22 とは平衡した状態にあり、不純
物原子層８１ａは、第１半導体層８０及び第２半導体層
８２のフェルミ準位よりも高いところに不純物準位Ｅva
を有している。この状態では、第１半導体層８０から不
純物原子層８１ａまで電子が移動することはほとんどな
く、各層間に実質的に電流は流れない。

【００８４】しかし、第２半導体層８２に高電位側の電
圧を印加しその電圧を少しずつ大きくしていくと、第２
半導体層８２のフェルミ準位ＥF22 が低下して、それに
伴い不純物原子層８１ａの不純物準位Ｅvaも低下する。
したがって、第１半導体層８０のフェルミ準位ＥF21 と
不純物原子層８１ａの不純物準位Ｅvaとが近づき、第１
半導体層８０と不純物原子層８１ａの間の絶縁層８１中
をトンネル効果で抜けるためトンネル電流が増加してい
く。そして、図１１（ｃ）に示すように、両電極間の電
圧Ｖが所定値Ｖ0 のときに不純物原子層８１ａの不純物
準位Ｅvaが第１半導体層８０のフェルミ準位ＥF21 と合
ってくると、第１半導体層８０から不純物原子層８１ａ
に電子が共鳴トンネリングにより移動して、両電極間に
は電流が急激に流れ、極大値Ｉ0 を示す（図１２（ａ）
に示す範囲Ｒa31 ）。

【００８５】一方、図３（ｄ）に示すように、さらに電
圧を大きくすると、不純物原子層８１ａの不純物準位Ｅ
vaと第１半導体層８０のフェルミ準位ＥF21 との位置に
ずれが生じて、非共鳴状態になり両者間の電流が減少す
る（図１２（ａ）に示す範囲Ｒa32 参照）。これによっ
てこの非線形素子では負性抵抗が観測されることにな
る。

【００８６】その後、電圧Ｖをさらに大きくしていく
と、第１半導体層８０のフェルミ準位ＥF21 と絶縁層８
１のバリアとの差が小さくなる。つまり、絶縁層８１に
よるバリアの高さが実効的に低くなって拡散電流が流れ
るとともに、ＦＮトンネリングも生じるようになるので
再び電流Ｉが増加する（図１２（ａ）に示す範囲Ｒa33
参照）。

【００８７】図１２（ａ）に示すように、本実施形態に
係る非線形素子の正方向の電圧に対するＶ−Ｉ特性は、
上記第１の実施形態に係る非線形素子の特性と基本的に
は同じである。しかし、負の方向の電圧に対しては、後
述のように、本実施形態に係る非線形素子は上記第１の
実施形態とは異なるＶ−Ｉ特性を示す。

【００８８】本実施形態では、絶縁層を挟む第１，第２
導電層はいずれもｎ型半導体で構成されているので、不
純物原子層８１ａを絶縁層８１の中央部に配置した場合
には、図１２（ｂ）に示すように、負方向の電圧に対す
る各範囲Ｒa34 ，Ｒa35 ，Ｒa36 において、正方向の電
圧に対する各範囲Ｒa31 ，Ｒa32 ，Ｒa33 におけるＩ−
Ｖ特性と原点に関して基本的形状が対称となるＩ−Ｖ特
性を示す。ただし、不純物原子層８１ａの位置をどちか
らの半導体層８０又は８２側に近付けると、Ｉ−Ｖ特性
におけるピーク値が小さくなる。

【００８９】図１２（ｃ）は、不純物原子層８１ａが第
２半導体層８２に接して形成されている場合の正方向及
び負方向のＩ−Ｖ特性を示す。電圧Ｖを正にしたときに
は、図１２（ａ），（ｂ）に示すＩ−Ｖ特性と基本的に
同じ特性を示すが、Ｖを負側にふったときには、範囲Ｒ
a35 ′において負性抵抗特性の代わりに電流値がほぼ一
定になる特性を示す。その他の範囲Ｒa34 ′，Ｒa36 ′
における特性は、図１２（ｂ）に示す範囲Ｒa34 ，Ｒa3
6 における特性と基本的に同じである。

【００９０】上記第１〜第３の実施形態では、非線形素
子の構成について説明した。この素子は共鳴トンネル効
果を利用したトンネルダイオードであり、かつ、絶縁層
中に不純物準位を有する不純物原子層を備えている点が
特徴となっている。

【００９１】ここで、不純物原子層を構成する不純物イ
オンとしては好ましいのは遷移金属のイオンである。そ
の理由を以下に説明する。

【００９２】遷移元素は、不完全に満たされたd 殻（又
はf 殻）を有する原子又はそのような陽イオンを生じる
元素と定義され（３Ａ〜７Ａ族，８族及び１Ｂ族元
素）、一般に多種の原子価を示す。そのため原子内での
電子の相関があまり強くなく、電子の受け渡しが行われ
易い。図１３（ａ）に示すように、たとえば鉄ＦｅはＭ
殻のｄ軌道に６個、Ｎ殻の４ｓ軌道に２個電子を持って
いる。

【００９３】鉄の酸化物にはＦｅ2 Ｏ3 とＦｅ3 Ｏ4 が
あり、それぞれ２価イオンのＦｅと３価イオンのＦｅに
よって構成されるものである。図１３（ｂ）は、Ｆｅの
中性原子、２価イオン及び３価イオンの３ｄ軌道及び４
ｓ軌道における電子配置状態を示す。図１３（ｂ）中の
電子配置を参照するとわかるように、２価イオンの場合
と３価イオンの場合のエネルギーの差は、フントの法則
よりあまり大きくない。すなわち、スピンの揃った軌道
が優先的に満たされ、かつ他の軌道とはスピンの向きが
異なる軌道に電子が満たされてもすぐに排斥されるから
である。従って、３価イオンの場合の仮想的な準位（そ
こに電子が入れば２価イオンになる）を不純物準位（不
純物準位）に用いると、極めて小さな電圧を印加して共
鳴トンネリングを生ぜしめ得る構造を実現することがで
きるのである。

【００９４】特に遷移金属の中でも、Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｃｅ
が特に好ましい。その理由は、これらの元素は２価と３
価、または１価と２価のように２つの価数をとることが
できるからである。

【００９５】それにより、図１４（ａ）で示すように、
たとえば鉄の場合、３価イオンで存在しているＦｅに電
子をもう１つ入れて２価イオンにしても、両者間で電子
のエネルギ準位はあまりずれない。したがって、外部か
ら印可する電圧Ｖ0 が小さくても、共鳴トンネリングを
生ぜしめることができ、共鳴トンネリング特性を有する
非線形素子として実用に供することができる。

【００９６】しかし、不純物原子層の不純物準位に電子
を１つ満たすことにより、電子のエネルギ準位が大きく
ずれてしまう場合は、素子として実用的に多少劣ったも
のとなる。例えば図１４（ｂ）に示すように、電子を１
つ入れることで、この素子に印加する電圧を３０ボルト
にまであげないと、共鳴トンネリングを生じない場合が
ある。ところが、３０ボルトを印加すると、絶縁層のバ
リアが実質的に極めて低くなるので、電子が絶縁膜を乗
り越える確率やＦＮトンネリングを生じる確率が上昇す
るので、図１４（ｂ）に示すように、負性抵抗を示す範
囲が極めて僅かになる。よって、電子のエネルギ準位の
ずれが高々数ボルトに押さえる必要がある。その点、遷
移金属は不純物準位に電子を満たしてもエネルギ準位が
それ程大きくずれないので、本発明の非線形素子の不純
物原子層を構成するのに極めて適した元素である。

【００９７】次に、不純物原子の空の軌道に電子がはい
らなければならない理由について説明する。例えば図３
（ｃ）に示す状態では、電子は半導体層１０から絶縁層
１１中の不純物原子層１１ａの不純物準位に共鳴トンネ
リングによって移動し、さらに絶縁層１１をトンネル効
果で抜けてから金属層１２へと移動する。この過程で、
もし、不純物原子層１１ａの空の軌道に電子が入らない
となると、半導体層１０のフェルミ準位ＥF1から不純物
準位Ｅvaへと電子は移動できないことになる。したがっ
て、不純物原子の不純物準位には電子が入ることがトン
ネル電流を流すための条件となる。

【００９８】特に不純物原子として遷移金属を用いる
と、遷移金属のイオン化傾向は絶縁層１１のイオン化傾
向よりも大きいので、絶縁層１１を抜けて電子が容易に
不純物準位Ｅvaに入ることができ、低電圧範囲で負性抵
抗特性を有する共鳴トンネルダイオードとして機能させ
るのには最適である。

【００９９】ここで、絶縁層を構成する材料が酸化物，
窒化物または弗化物の場合には、不純物原子層を構成す
る不純物原子として酸素，窒素または弗素原子よりもイ
オン化傾向の大きい原子が好ましい。それは、これらの
元素よりもイオン化傾向の小さい不純物元素では、すぐ
に酸素，窒素，弗素等に電子を奪われてしまい、本発明
の非線形特性を発揮できない虞れがあるからである。遷
移金属は、酸化物，窒化物，弗化物よりもイオン化傾向
が大きいので、その点でも不純物原子層を構成する元素
として適している。

【０１００】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
に係る双安定メモリ装置について説明する。

【０１０１】図１５（ａ）に示すように、本実施形態に
係る双安定メモリ装置は、上記第１の実施形態に係る構
造を有する第１，第２非線形素子２０Ａ，２０Ｂを集積
して形成されている。すなわち、各非線形素子２０Ａ，
２０Ｂは、第１の導電層であるｎ型不純物拡散層２２
ａ，２２ｂと、ｎ各型不純物拡散層２２ａ，２２ｂの上
に形成されたＳｉＯ2 膜からなる絶縁層２３と、該絶縁
層２３中の不純物原子層２３ａ，２３ｂと、絶縁層２３
の上に形成された第２の導電層である共通の第１アルミ
ニウム電極２５と、各ｎ型拡散層２２ａ，２２ｂにそれ
ぞれオーミック接触する第２アルミニウム電極２６ａ，
２６ｂとにより構成されている。そして、各非線形素子
２０Ａ，２０Ｂの各部材間は、素子分離２８によって分
離され、ｐ型シリコン基板２１の裏面にはポリシリコン
からなる裏面電極２７が形成されている。なお、同図に
は示されていないが、このメモリ装置の上面は、パッシ
ベーション膜で覆われている。

【０１０２】図１５（ｂ）は、このメモリ装置の電気回
路図である。同図に示すように、第１非線形素子２０Ａ
及び第２非線形素子２０Ｂの第２導電層となる共通の第
１アルミニウム電極２５を設けることにより、本実施形
態の双安定メモリ装置は、２つの非線形素子を直列にか
つＶ−Ｉ特性が対称的になるように接続した構造となっ
ている。以下、この双安定メモリ装置の電気的特性につ
いて説明する。

【０１０３】図１５（ｂ）の回路図に示す状態で、第１
非線形素子２０Ａの第２アルミニウム電極２６ａに正の
電圧ＶDDを印加し、第２非線形素子２０Ｂの第２アルミ
ニウム電極２６ａを接地に接続する。このとき、第１非
線形素子２０Ａでは、図３（ａ）に示す半導体層に正の
電圧が印加されたことで図４に示す電圧Ｖが負側のＶ−
Ｉ特性に応じた電流が流れる。一方、第２非線形素子２
０Ｂでは、図３（ａ）に示す金属層に正の電圧が印加さ
れたことで図４に示す正側のＶ−Ｉ特性に応じた電流が
流れる。

【０１０４】その結果、本実施形態に係る双安定メモリ
装置は、図１５（ｃ）に示す特性曲線ＶIA及びＶIBにし
たがって動作する。すなわち、第２非線形素子２０Ｂ
は、第１アルミニウム電極２５における電圧Ｖに対して
図３（ａ）に示す正側のＶ−Ｉ特性曲線と同じ特性曲線
ＶIAに応じて動作する。一方、第１非線形素子２０Ａは
負荷となり、電圧ＶがＶDDとなる点が図３（ａ）に示す
電圧０の点（原点）に相当する。すなわち、この双安定
メモリ装置の回路においては、図３（ａ）に示す負側の
Ｖ−Ｉ特性曲線を点ＶDDを基準として反転した曲線ＶIA
が負荷曲線となる。図１５（ｃ）に示すように、両素子
２０Ａ，２０Ｂを流れる電流が同じであるという条件を
満たす点つまり両曲線ＶIA，ＶIBの交点は３箇所ある
が、安定に存在する点は両側の２箇所（ＶL,ＶH ）のみ
である。真ん中の交点は不安定点であり、それより少し
でも小さいと左側のＶL に変化し、大きいとＶH にな
る。このように接続部の電位Ｖは双安定になり外乱に対
しても安定なメモリ効果がある。この点については、後
に詳細にその理由を説明する。

【０１０５】図１６は、本実施形態の双安定メモリ装置
をメモリセルとして、メモリの書き込み，読出しを行な
うための回路の例を示す図である。書き込み回路から電
圧ＶDDとしてメモリ０に相当する信号（例えば低電圧信
号）又はメモリ１に相当する信号（例えば高電圧信号）
をメモリセルに供給することで、上述のように中間節点
の電位Ｖが低電位ＶL で安定している状態をデータ０と
し、中間ノードの電位Ｖが高電位ＶH で安定している状
態をデータ１として、メモリセルにデータを容易に書き
込むことができる。そして、読出し回路に例えばＶH と
ＶL との間のしきい値を有するトランジスタＴＲのゲー
トにこの電位Ｖを供給し、電流検知回路を介してトラン
ジスタＴＲのオン・オフを検知することで、データの読
出しを容易に行なうことができる。ただし、書き込み，
読出しを行なうための構成は、図１６に示す例に限定さ
れるものではない。

【０１０６】本実施形態の双安定メモリ装置は、基本的
にプレーナ構造を有する２つの非線形素子によってＳＲ
ＡＭに相当する機能を発揮することができ、現在のＳＲ
ＡＭが４素子によって構成されているのと比べ、集積度
を大幅に向上させることができる。しかも、各非線形素
子の構造はＭＩＳ構造でＭＩＳＦＥＴと同じ製造工程で
形成可能な構造を有している。そして、各非線形素子の
構造自体も極めて簡素であり、かつ化合物半導体を使用
する必要もない。よって、低コストで集積度の高いＳＲ
ＡＭ相当の機能を有する双安定メモリ装置を得ることが
できる。

【０１０７】（第５の実施形態）次に、第５の実施形態
について説明する。

【０１０８】図１７（ａ）は、第５の実施形態に係る双
安定メモリ装置の構成を示す断面図である。同図に示す
ように、本実施形態に係る双安定装置は、上記第１の実
施形態に係る構造を有する第１，第２非線形素子２０
Ａ，２０Ｂを集積して形成されている。すなわち、各非
線形素子２０Ａ，２０Ｂは、第１の導電層であるｎ型不
純物拡散層２２ａ，２２ｂと、ｎ各型不純物拡散層２２
ａ，２２ｂの上に形成されたＳｉＯ2 膜からなる絶縁層
２３と、該絶縁層２３中の不純物原子層２３ａ，２３ｂ
と、絶縁層２３ａ，２３ｂの上に形成された第２の導電
層である第１アルミニウム電極２５ａ，２５ｂと、各ｎ
型拡散層２２ａ，２２ｂにそれぞれオーミック接触する
第２アルミニウム電極２６ａ，２６ｂとにより構成され
ている。そして、各非線形素子２０Ａ，２０Ｂの各部材
間は、素子分離２８によって分離されている。なお、同
図には示されていないが、このメモリ装置の上面は、パ
ッシベーション膜で覆われている。

【０１０９】そして、第２非線形素子２０Ｂの第１アル
ミニウム電極２５ｂと第１非線形素子２０Ａの第２アル
ミニウム電極２６ａとが互いに接続され、第２非線形素
子２０Ｂの第２アルミニウム電極２６ｂは接地に接続さ
れ、第１非線形素子２０Ａの第１アルミニウム電極２５
ａには正の電圧ＶDDが印加される。

【０１１０】図１７（ｂ）に示すように、本実施形態の
双安定メモリ装置では、第１非線形素子２０Ａ，第２非
線形素子２０Ｂのいずれにおいても、図３（ａ）に示す
金属層に正の電圧が印加されることになり、図４に示す
正側のＶ−Ｉ特性に応じた電流が流れる。

【０１１１】本実施形態に係る双安定メモリ装置は、図
１７（ｃ）に示す特性曲線ＶIA及びＶIBにしたがって動
作する。すなわち、本実施形態に係る双安定メモリ装置
の回路においては、第２非線形素子２０Ｂの動作は第４
の実施形態と同じであるが、第１非線形素子２０Ａによ
る負荷曲線は、図３（ａ）に示す正側のＶ−Ｉ特性曲線
を電流軸に関して対称に移動させ、さらに原点を点ＶDD
に移動させた曲線ＶIAとなる。本実施形態においても、
図１７（ｃ）に示すように、全体として条件を満たす電
流Ｉは交点の３箇所あるが、両側の２箇所（ＶL,ＶH ）
のみが安定点である。すなわち、上述の第４の実施形態
の双安定メモリ装置と同様に、中間ノードの電位Ｖは双
安定になり外乱に対しても安定なメモリ効果がある。

【０１１２】したがって、本実施形態おいても、図１６
に示すように、双安定メモリ装置をメモリセルとして書
き込み回路や読出し回路を付加することにより、ＳＲＡ
Ｍ相当の機能を発揮することができる。すなわち、低コ
ストで集積度の高いＳＲＡＭ相当の機能を有する双安定
メモリ装置を得ることができる。

【０１１３】（第６の実施形態）次に、第６の実施形態
について説明する。

【０１１４】図１８（ａ）に示すように、本実施形態に
係る双安定メモリ装置は、図２に示す構造を有する非線
形素子２０と抵抗素子Ｒｅとにより構成されている。す
なわち、上記第１の実施形態と同様に、ｐ型シリコン基
板２１と、第１の導電層であるｎ型拡散層２２と、絶縁
層２３と、第２の導電層である第１アルミニウム電極２
５と、不純物原子層２３ａと、ｎ型拡散層２２に接触す
る第２アルミニウム電極２６と、パッシベーション膜２
４と、裏面電極２７とが形成されており、これらの部材
によって非線形素子２０が形成されている。

【０１１５】さらに、本実施形態の特徴として、第２ア
ルミニウム電極２６の上にｎ型不純物が導入されたポリ
シリコン膜からなる抵抗素子Ｒｅが形成されている。そ
して、抵抗素子Ｒｅに正の電圧ＶDDが印加され、非線形
素子２０の第１アルミニウム電極２５が接地に接続され
ている。

【０１１６】図１８（ｂ）は、本実施形態の双安定メモ
リ装置の電気回路図である。ここで、本実施形態の双安
定メモリ装置においても、非線形素子２０と抵抗素子Ｒ
ｅとの間の中間ノードである第２アルミニウム電極２６
の電位Ｖを利用してデータを記憶する。

【０１１７】図１８（ｃ）に示すように、非線形素子２
０は図４に示す正側のＶ−Ｉ特性と同じ特性曲線ＶIMを
示し、負荷曲線は一般的な抵抗素子の負荷特性と同じ特
性曲線ＶIRとなる。

【０１１８】本実施形態においても、ポリシリコンの抵
抗負荷であるため、負荷曲線の交点は３点あるが、ＶL
とＶH の２点で安定となる。本実施形態の装置も双安定
のメモリとして機能する。

【０１１９】ポリシリコンの抵抗値は、大きいほど負荷
直線の傾きが小さくなり、安定点のＶL とＶH との差を
大きくとることができる。

【０１２０】ここで、本実施形態のメモリ装置において
双安定メモリ機能が得られる理由について、以下に説明
する。

【０１２１】図１８（ｂ）に示す回路において、半導体
基板にメモリ装置を形成した状態では、抵抗素子Ｒｅと
非線形素子２０の間の中間ノードと接地との間には、非
線形素子２０と並列に容量Ｃが存在する。回路に流れる
電流ｉをｆ（Ｖ）で現すと、下記式 （ＶDD−Ｖ）／Ｒ＝ｆ（ｖ） (1) が成立する。そして、図１８（ｃ）に示すように、この
式はＶL ，ＶX ，ＶH の３つの解を有する。そして、中
間ノードと接地との間に非線形素子と並列に容量Ｃが存
在することから、下記式 （ＶDD−Ｖ）／Ｒ＝Ｃ（ｄＶ／ｄｔ）＋ｆ（ｖ） が成立する。

【０１２２】ここで、Ｖ＝Ｖｉ＋ΔＶとおくと（｜ΔＶ
｜＜＜Ｖｉ（ｉ＝Ｌ，Ｘ，Ｈ））、上式は下記式のよう
に変形できる。

【０１２３】（ＶDD−Ｖｉ）／Ｒ−（ΔＶ／Ｒ）＝Ｃ
（ｄΔＶ／ｄｔ）＋ｆ（Ｖｉ＋ΔＶ）＝〜Ｃ（ｄΔＶ／
ｄｔ）＋ｆ（Ｖｉ）＋（αｆ／αＶ）_V=Vi・ΔＶ （ただし、＝〜は近似的に等しいことを意味し、αは偏
微分を意味する） Ｖｉは式(1) の解であるから、 −（ΔＶ／Ｒ）＝Ｃ（ｄΔＶ／ｄｔ）＋（αｆ／αＶ）
_V=Vi・ΔＶ この微分方程式の解をΔＶについて解くと、 ΔＶ＝Ａexp ［−（１／Ｃ）｛（Ｉ／Ｒ）＋（αｆ／αＶ）｝ｔ］ (2) となる（ただし、Ａ＝ΔＶ（０）（初期値））。

【０１２４】ここで、Ｖ＝ＶL ，ＶH においては、（α
ｆ／αＶ）＞０であるので、（１／Ｒ）＋（αｆ／α
Ｖ）＞０となり、式(2) から、ｔが大きくなると、つま
り時間が経過するとΔＶは「０」に近付く。

【０１２５】一方、Ｖ＝ＶX においては、（αｆ／α
Ｖ）＜０、｜αｆ／αＶ｜＞１／Ｒであるので、（１／
Ｒ）＋（αｆ／αＶ）＜０となる。したがって、式(2)
から、ｔが大きくなると、ΔＶは初期値Ａの符号に応じ
て正負いずれかに変化して、ＶL またはＶH に対応する
点に移行する。すなわち、ＶX に対応する点は不安定点
であることがわかる。

【０１２６】なお、計算を簡略にするために、本実施形
態に係る双安定メモリ装置における２つの交点ＶL ，Ｖ
H の安定性について説明したが、上述の第４，第５実施
形態における双安定メモリ装置においても、ＶL ，ＶH
が安定点であることが同様に説明できる。

【０１２７】（第７の実施形態）次に、第７の実施形態
について説明する。

【０１２８】図１９は、第７の実施形態に係る非線形素
子２０ｘの構造を示す断面図である。同図に示すよう
に、本実施形態に係る非線形素子２０ｘは、ｐ型シリコ
ン基板２１，ｎ型拡散層２２，絶縁層２３，パッシベー
ション膜２４，第１アルミニウム電極２５，第２アルミ
ニウム電極２６及び裏面電極２７を備えている点で、上
記第１の実施形態に係る非線形素子２０（図２参照）の
構造と基本的に同じである。

【０１２９】ここで、本実施形態に係る非線形素子２０
ｘの特徴は、絶縁層２３の全面に亘って不純物準位を有
する金属を導入してなる不純物原子層２３ｘが形成され
ている点である。そして、絶縁層２３及びパッシベーシ
ョン膜２４に開口されたコンタクトホールには絶縁膜か
らなるサイドウォール２９が形成されていて、このサイ
ドウォール２９により第２アルミニウム電極２６の埋め
込み部と不純物原子層２３ｘとを絶縁するように構成さ
れている。

【０１３０】本実施形態によっても、上記第１の実施形
態に係る非線形素子と同様の機能を発揮することがで
き、かつ同様の双安定メモリ装置を構成することができ
る。

【０１３１】（その他の実施形態）上記各実施形態にお
ける金属層の代わりに不純物をドープしたポリシリコン
層を設けてもよい。特に、ＭＯＳトランジスタでは、ゲ
ート電極にポリシリコン膜が使用されるので、同じ工程
で形成することが容易となる。

【０１３２】また、第３の実施形態におけるシリコン電
極９５の代わりにポリシリコン電極を設けてもよい。ポ
リシリコン膜は、結晶粒の大きさや不純物濃度の調整に
よって単結晶のシリコンに近い性質を持たせることが可
能であるので、第３の実施形態と同じ効果を得ることが
できる。

【０１３３】また、各実施形態において、絶縁層内に複
数の不純物層を設け、複数箇所に負性抵抗特性を有する
部分を形成することにより、Ｈ，Ｌ（０，１）の２値だ
けでなく、３値以上のデータを保持する機能を持たせる
ことも可能である。

【０１３４】上記実施形態では、絶縁層をシリコン酸化
膜によって構成したが、シリコン窒化膜や弗化カルシウ
ム膜等によって構成してもよい。絶縁層を構成する材料
は、不純物原子層を構成する不純物の種類や製造方法に
応じて任意に選択できる。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜１０の
非線形素子によれば、２つの導電層の間に絶縁層を介在
させ、この絶縁層内に少なくとも１つの殻内に電子で満
たされていない空の軌道を有する不純物を導入してなる
不純物層を設け、各導電層間に所定電圧を印加したとき
に不純物層と導電層との間で生じる共鳴トンネリングを
利用して、電圧に対する電流一定特性や負性抵抗特性を
有する非線形素子を構成することができ、よって、集積
回路内に組み込むのに適した消費電力の小さい，低電圧
かつ高速で動作する非線形素子の提供を図ることができ
る。

【０１３６】請求項１１〜１９の双安定メモリ装置によ
れば、負性抵抗特性を有する非線形素子を駆動素子と
し、負荷素子と駆動素子との中間点の電位が双安定とな
る効果を利用して、双安定メモリ装置を構成したので、
ＳＲＡＭに相当する機能を有するメモリ装置を少ない素
子数で実現でき、よって、低消費電力、かつ集積度の高
い双安定メモリ装置の提供を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る非線形素子の基本構成を
示す斜視図である。

【図２】基板上に形成された第１の実施形態に係る非線
形素子の具体的構成を示す断面図である。

【図３】第１の実施形態に係る非線形素子の動作原理を
説明するための基本構成図及びバンド図である。

【図４】第１の実施形態に係る非線形素子のＶ−Ｉ特性
を示す図である。

【図５】第２の実施形態に係る非線形素子の基本構成を
示す斜視図である。

【図６】基板上に形成された第２の実施形態に係る非線
形素子の具体的構成を示す断面図である。

【図７】第２の実施形態に係る非線形素子の動作原理を
説明するための基本構成図及びバンド図である。

【図８】第２の実施形態に係る非線形素子のＶ−Ｉ特性
を示す図である。

【図９】第３の実施形態に係る非線形素子の基本構成を
示す斜視図である。

【図１０】基板上に形成された第３の実施形態に係る非
線形素子の具体的構成を示す断面図である。

【図１１】第３の実施形態に係る非線形素子の動作原理
を説明するための基本構成図及びバンド図である。

【図１２】第３の実施形態に係る非線形素子のＶ−Ｉ特
性を示す図である。

【図１３】鉄元素の原子模型図及び電子配置図である。

【図１４】不純物原子層の不純物準位のを満たすに必要
なエネルギーとＶ−Ｉ特性との関係を示す図である。

【図１５】第４の実施形態に係る双安定メモリ装置の斜
視図、電気回路図及びＶ−Ｉ特性図である。

【図１６】第４の実施形態に係る双安定メモリ装置に対
するデータの書き込み，読出しを行なうための電気回路
の例を示す図である。

【図１７】第５の実施形態に係る双安定メモリ装置の斜
視図、電気回路図及びＶ−Ｉ特性図である。

【図１８】第６の実施形態に係る双安定メモリ装置の斜
視図、電気回路図及びＶ−Ｉ特性図である。

【図１９】第７の実施形態に係る非線形素子の断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 半導体層 １１ 絶縁層 １２ 金属層 ２０ 非線形素子 ２１ ｐ型シリコン基板 ２２ ｎ型拡散層 ２３ 絶縁層 ２３ａ 不純物原子層 ２４ パッシベーション膜 ２５ 第１アルミニウム電極 ２６ 第２アルミニウム電極 ２７ 裏面電極 ５０ 第１金属層 ５１ 絶縁層 ５２ 第２金属層 ６０ 非線形素子 ６１ アルミニウム基板 ６２ ｎ型拡散層 ６３ 絶縁層 ６３ａ 不純物原子層 ６４ パッシベーション膜 ６５ 第１アルミニウム電極 ６６ 第２アルミニウム電極 ６７ 裏面電極 ８０ 第１半導体層 ８１ 絶縁層 ８２ 第２半導体層 ９０ 非線形素子 ９１ アルミニウム基板 ９２ ｎ型拡散層 ９３ 絶縁層 ９３ａ 不純物原子層 ９４ パッシベーション膜 ９５ ポリシリコン電極 ９６ アルミニウム電極 ９７ 裏面電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/88 H01L 29/06 H01L 29/66 H01L 49/02

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のフェルミ準位を有する第１の導電
   層と、 電圧を印加しない状態では上記第１のフェルミ準位と同
   じエネルギ準位に第２のフェルミ準位を有する第２の導
   電層と、 上記第１の導電層と第２の導電層との間に介設され、少
   なくとも電圧が印加されていない状態で上記各導電層の
   フェルミ準位よりも高いエネルギ準位にバリアレベルを
   有する絶縁層と、 上記絶縁層内に形成され、電子で満たされていない空の
   軌道をいずれかの殻内に有する不純物元素を有し、上記
   空の軌道を満たすためのエネルギ準位である不純物準位
   が上記第１のフェルミ準位よりも高くかつ上記バリアレ
   ベルよりも低い不純物層とを備え、 上記第１の導電層と上記第２の導電層との間に所定の電
   圧を印加したときに、上記第１及び第２の導電層のうち
   低電位側の導電層と上記不純物層との間に共鳴トンネリ
   ングによる電子の移動が生じるように構成されているこ
   とを特徴とする非線形素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非線形素子において、 上記第１及び第２の導電層のうちいずれか一方が半導体
   で構成され、他方が金属で構成されていることを特徴と
   する非線形素子。
3. 【請求項３】 請求項２記載の非線形素子において、 上記不純物層は、上記金属で構成されている導電層に近
   接して形成されていることを特徴とする非線形素子。
4. 【請求項４】 請求項１記載の非線形素子において、 上記第１及び第２の導電層がいずれも金属で構成されて
   いることを特徴とする非線形素子。
5. 【請求項５】 請求項１記載の非線形素子において、 上記第１及び第２の導電層がいずれも半導体で構成され
   ていることを特徴とする非線形素子。
6. 【請求項６】 請求項１記載の非線形素子において、 上記不純物元素のイオン化傾向は、上記絶縁層を構成す
   る材料のイオン化傾向よりも大きいことを特徴とする非
   線形素子。
7. 【請求項７】 請求項１記載の非線形素子において、 上記絶縁層が、酸化物，窒化物及び弗化物のうち少なく
   ともいずれか１つによって構成されていることを特徴と
   する非線形素子。
8. 【請求項８】 請求項１，６又は７記載の非線形素子に
   おいて、 上記不純物元素は遷移金属であることを特徴とする非線
   形素子。
9. 【請求項９】 請求項１記載の非線形素子において、 上記不純物層は、上記絶縁層内に不純物元素のイオンを
   注入することにより形成されており、 上記絶縁層内における上記不純物層の位置及び厚みと不
   純物元素の濃度とは、イオン注入時の条件によって調整
   されていることを特徴とする非線形素子。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の非線形素子において、 上記絶縁層及び不純物層は共にＣＶＤにより形成されて
    おり、 上記絶縁層内における上記不純物層の位置及び厚みと不
    純物元素の濃度とは、ＣＶＤ時の条件によって調整され
    ていることを特徴とする非線形素子。
11. 【請求項１１】 高電位側の第１の電源と低電位側の第
    ２の電源との間に、負荷素子と駆動素子とを上記第１電
    源側から順次直列に介設してなる双安定メモリ装置であ
    って、 上記駆動素子は、 第１のフェルミ準位を有する第１の導電層と、 電圧を印加しない状態では上記第１のフェルミ準位と同
    じエネルギ準位に第２のフェルミ準位を有し、上記負荷
    素子に接続される第２の導電層と、 上記第１の導電層と第２の導電層との間に介設され、少
    なくとも電圧が印加されていない状態で上記各導電層の
    フェルミ準位よりも高いエネルギ準位にバリアレベルを
    有する絶縁層と、 上記絶縁層内に形成され、電子で満たされていない空の
    軌道をいずれかの殻内に有する不純物元素を有し、上記
    空の軌道を満たすためのエネルギ準位である不純物準位
    が上記第１のフェルミ準位よりも高くかつ上記バリアレ
    ベルよりも低い不純物層とを備え、かつ上記第１の導電
    層と上記第２の導電層との間に上記第２の導電層の電位
    が高くなる電圧を印加しながらその電圧を増大していっ
    たときに、ある電圧範囲で上記第１の導電層と上記不純
    物層との間における共鳴状態から非共鳴状態への移行に
    伴う負性抵抗特性を生じるように構成されていて、 上記駆動素子と負荷素子との間の中間点の電位は、上記
    駆動素子及び負荷素子の各電圧−電流特性曲線の交点に
    一致する少なくとも２つの安定点の電位のうちいずれか
    一方であることを特徴とする双安定メモリ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記駆動素子の上記第１の導電層は半導体で構成され、 上記駆動素子の上記第２の導電層は金属で構成されてい
    ることを特徴とする双安定メモリ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記駆動素子の上記不純物層は、上記第１の導電層より
    も上記第２の導電層に近い側に形成されていることを特
    徴とする双安定メモリ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２又は１３記載の双安定メモ
    リ装置において、 上記負荷素子は、上記駆動素子と同じ構造からなる第１
    の導電層，第２の導電層，絶縁層及び不純物層を有して
    いることを特徴とする双安定メモリ装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記負荷素子の上記第１の導電層が上記第１電源に接続
    され、上記負荷素子の第２の導電層が上記駆動素子の第
    ２の導電層に接続されていることを特徴とする双安定メ
    モリ装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記負荷素子の上記第２の導電層が上記第１電源に接続
    され、上記負荷素子の第１の導電層が上記駆動素子の第
    ２の導電層に接続されていることを特徴とする双安定メ
    モリ装置。
17. 【請求項１７】 請求項１１記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記駆動素子の上記第１及び第２の導電層は半導体で構
    成されていることを特徴とする双安定メモリ装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記負荷素子は、上記駆動素子と同じ構造からなる第１
    の導電層，第２の導電層，絶縁層及び不純物層を有して
    いることを特徴とする双安定メモリ装置。
19. 【請求項１９】 請求項１１記載の双安定メモリ装置に
    おいて、 上記負荷素子は、抵抗体により構成されていることを特
    徴とする双安定メモリ装置。