JP2815100B2

JP2815100B2 - 不揮発性記録装置

Info

Publication number: JP2815100B2
Application number: JP28513691A
Authority: JP
Inventors: 良高山元; 裕石井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH05128884A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度、大容量の記録
容量を有し、情報を電気的に書き込み・読み出しできる
ようになった不揮発性記録装置に関し、特にコンピュー
タ、メモリカードおよびワープロ等の機器に幅広く利用
が期待できる不揮発性記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報が書き換え可能になった不揮発性記
録装置の代表的なものとして、以下の４種類のものがあ
る。

【０００３】磁気テープ。

【０００４】磁気ディスク。

【０００５】ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＩＣ不揮
発性メモリ。

【０００６】光磁気ディスク。

【０００７】以下にそれぞれの特徴を説明する。

【０００８】磁気テープ最も代表的な書き換え可能型不揮発性記録装置であり、
安価であるためオーディオテープやビデオテープ等とし
て最も普及している。また、非常に大容量の記録装置で
あり、コンピュータ用のバックアップメモリとしても使
用される。

【０００９】但し、情報の連続的な書き込み・読み出し
しか行えないため、ランダムアクセが行えず、また、情
報の読み出し・書き込みに要するアクセス時間が長いと
いう欠点がある。

【００１０】磁気ディスクコンピュータやワープロ用の外部記録装置として一般に
使用される。取り扱いが簡単であり安価なフロッピーデ
ィスクと、フロッピーディスクに比べて記録容量は大き
いが、取り扱いが難しく、高価なハードディスクがよく
用いられる。

【００１１】これら磁気ディスクの長所は、高速ランダ
ムアクセスが可能であり、情報の書き込み・書き換えが
比較的容易に行えることである。

【００１２】なお、記録容量は３．５インチのフロッピ
ーディスク１枚で１メガバイト程度、３．５インチのハ
ードディスク１枚で４０メガバイト程度であり、大容量
化、高密度化を図る上で限界がある。

【００１３】ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭＩＣ不揮発性メモリは書き換え可能型の記録装置であ
り、高密度な記録が可能である。該ＩＣ不揮発性メモリ
の代表的なものとして、電気的な書き込みと紫外線照射
による消去を行うＥＰＲＯＭと、電気的な書き込み・消
去が可能なＥＥＰＲＯＭがある。これらのＩＣ不揮発性
メモリは小型軽量、アクセス時間が短い、消費電力が小
さいなどといった長所を備えている。

【００１４】以下に電気的に書き込み・消去が可能なＥ
ＥＰＲＯＭを例にとってその詳細を説明する。図７はＥ
ＥＰＲＯＭのメモリーセルの断面形状の一例を示す。シ
リコン基板７の表面にゲート酸化膜５を積層し、該ゲー
ト酸化膜５上にフローティングゲート４および制御ゲー
ト２を形成する。制御ゲート２は、キャリアが蓄積、保
存されるフローティングゲート４へのキャリアの注入を
制御する。両ゲート２、４間はシリコン酸化膜からなる
絶縁膜３で分離されている。シリコン基板７上には前記
ゲート２、４を覆うようにして表面保護膜１が形成され
る。表面保護膜１としては、通常シリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜が用いられる。また、シリコン基板７の表層
部には不純物が打ち込まれたソース領域８と、ドレイン
領域６が形成され、更に両者間にチャネル領域９が形成
される。

【００１５】上記構成において、情報の記録を行う場合
はドレイン領域６と制御ゲート２との間に電圧を印加
し、ゲート酸化膜５を通してホットエレクトロンとして
キャリアをフローティングゲート４に注入する。一方、
記録された情報の消去は、ソース領域８と制御ゲート２
との間に電圧を印加し、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉ
ｍ（Ｎ−Ｆ）Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ現象を利用してキャリ
アを除去する。また、記録情報の読み出しは、ソース領
域８とドレイン領域６との間のチャンネル領域９の反転
電圧の閾値電圧でＯＮ／ＯＦＦの判断をして行う。

【００１６】ここでキャリアの注入、除去はゲート酸化
膜５を通して行うので、ゲート酸化膜の膜質と膜厚はＥ
ＥＰＲＯＭの構成上非常に重要である。例えば、記録容
量が１メガビットのＥＥＰＲＯＭでは通常ゲート酸化膜
５の膜厚は２０ｎｍ程度の薄膜であるため、膜質、膜厚
の管理が難しく、歩留まりの低下によるコストアップが
大きな問題になっている。また、チップの寸法は通常、
短辺・長辺共に７〜１０mm程度であり、記録容量を大き
くするためにチップ面積を大きくすると、歩留まりが低
下し、よりコストアップになる欠点がある。

【００１７】このような欠点を有する故、ＥＥＰＲＯＭ
では上記のような長所を有する反面記憶容量の向上を図
る上で限界がある。因みに、現在のＥＥＰＲＯＭの記録
容量は１〜４メガビット程度であり、他の不揮発性記録
装置である光磁気ディスクや磁気ディスクと比較すると
記録容量は小さい。

【００１８】光磁気ディスク光ディスクの一種であり、記録の書き換えが可能な記録
装置であり、代表的な大容量不揮発性記録装置の１つで
ある。

【００１９】図８は光磁気ディスクの構造の一例を示し
ており、該光磁気ディスクは記録媒体として垂直磁化特
性を示す磁性薄膜１５、１６を用いる。情報の記録は、
磁性薄膜１５、１６を予め磁化した方向とは逆向きの弱
い磁界の中でレーザー光２０をディスク上の集光領域２
１に集光し、局部的な加熱により磁性薄膜１５、１６に
情報を記録する。一方、情報の再生はカー効果又はファ
ラデー効果を利用して行われる。すなわち、直線偏光さ
れたレーザー光２０をディスクの上に照射すると、その
透過光又は反射光は磁性薄膜１５、１６の磁化状態に応
じて偏光面が回転するので、この偏光面の回転を検光子
を用いて光の強弱信号に変換し光検出器で電気信号とし
て検出することにより、情報を再生する。このような光
磁気ディスクは文書ファイルや画像ファイル用の大容量
記録が可能な記録装置として実用化されている。

【００２０】光磁気ディスクの特長はレーザー光２０に
よる記録であるため、透明なガラス基板１２を通して非
接触で記録できることである。すなわち、この記録方法
によれば記録面２３側のゴミは問題とならない。これに
対して、基板面２２側のゴミは影響するが、基板面２２
側ではレーザー光２０の焦点が合っていないため、ビー
ム径が数百ミクロンと大きく、多少のゴミが存在して悪
影響を受けることがない。

【００２１】光磁気ディスクの記録容量は、集光された
レーザー光２０で情報を記録・再生するため、高密度な
記録が可能になる。因みに、３．５インチディスクで１
２０メガバイト程度の大容量のメモリが実現できる。

【００２２】但し、光磁気ディスクでは、情報の書き込
み・読み出しにレーザー、磁石、回転機構（ディスクの
回転機構）が必要になるため、大型の周辺装置を要し、
価格が高くなる欠点がある。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】情報が書き換え可能に
なった従来の不揮発性記録装置は上記のような長所およ
び短所を有するが、このことにより今後望まれる不揮発
性記録装置としては、以下の（１）、（２）、（３）、
（４）の項目を充足することが要請される。各項目につ
いて上記従来の不揮発性記録装置を再評価すると以下の
ようになる。

【００２４】（１）大容量、高密度な記録が可能である
こと。

【００２５】フロッピーディスクでは３．５インチディ
スクで記録容量が１メガバイト程度であり大容量化、高
密度化に対応出来ない。

【００２６】ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＩＣ不揮発
性メモリでは高密度化は実現出来るが、歩留まりの制限
によりチップ面積を大きくできないため、大容量化が困
難である。

【００２７】（２）衝撃、振動に強いこと。

【００２８】ハードディスクではディスクを複数枚集積
することにより大容量化が実現出来るが、高密度化に対
応するためにヘッドとディスクの間隔を１ミクロン以下
まで狭めており、衝撃や振動により破損しやすく、また
微小なゴミであってもヘッドやディスクに付着すると記
録装置を破損してしまう欠点がある。

【００２９】（３）書き込み・読み出し用の周辺装置が
小型・簡潔・安価であること。

【００３０】フロッピーディスク、ハードディスク、光
磁気ディスクは、共にディスクを回転して情報の書き込
み・読み出しを行うため、モーターなどの回転機構が必
要であり、周辺装置が大型化、複雑化する。

【００３１】加えて、ハードディスクではディスクとヘ
ッドの間隔を精密にしなければならないことや、耐衝撃
性を確保するために緩衝材が必要であるため、装置全体
が大型化し、重くなる問題がある。

【００３２】また、光磁気ディスクでは書き込み・読み
出しにレーザと磁石を使用するため、装置が大型化し、
重くなり、高価格になる欠点がある。

【００３３】（４）書き込み・読み出しを高速度で行え
ること。

【００３４】フロッピーディスク、ハードディスク、光
磁気ディスクではディスクを回転しながらアクセスすべ
き情報の位置を探すため、読み出し速度の高速化を図る
上で限界がある。また、磁気テープでは読み出し・書き
込み速度が共に遅い欠点がある。

【００３５】上記のように現状の不揮発性記録装置では
上記（１）、（２）、（３）、（４）の各項目をすべて
充足したものはなく、これら項目を全て充足する全く新
しいタイプの不揮発性記録装置の実現が要請されるゆえ
んである。

【００３６】本発明は、このような要請に答えるために
なされたものであり、高密度、大容量化が図れると共
に、周辺装置の小型化、簡潔化および低価格化が図れる
全く新しいタイプの不揮発性記録装置を提供することを
目的とする。

【００３７】また、本発明の他の目的は、情報の書き込
みが高速度で行え、かつ読み出しが容易かつ精度よく行
え、更には熱的なクロストークを確実に防止できる信頼
性の高い不揮発性記録装置を提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性記録装
置は、対向電極を有する対向側基板と、発熱体を挟み込
んだ上側電極及び下側電極を有する発熱体側基板とを貼
り合わせ、両基板間に強誘電性高分子液晶からなる記録
媒体を封入した不揮発性記録装置であって、該上側電極
及び該下側電極をマトリクス状に配設すると共に、列方
向に隣り合う該上側電極間及び行方向に隣り合う該下側
電極間に絶縁膜を介在させて、該上側電極及び該下側電
極の各交差部にメモリセルを構成しており、そのことに
より上記目的が達成される。好ましくは、前記絶縁膜が
前記発熱体に接する構成とする。

【００３９】

【作用】側鎖に強誘電性液晶を導入した強誘電性高分子
液晶は、末端にカイラル構造を付加したメソーゲン基
を、側鎖として高分子主鎖に導入することによって得ら
れる。この時、側鎖として導入する強誘電性液晶に適当
な材料を選択し、側鎖と高分子主鎖の間に適当なスペー
サーを入れると、側鎖の強誘電性液晶部分は低分子強誘
電性液晶と同様な挙動を示し、強誘電性を発現する。

【００４０】この強誘電性液晶は双安定状態をとる液晶
材料であり、高速応答性を有することで知られている。
従って、このような強誘電性液晶を付加してなる強誘電
性高分子液晶も高速応答性を有する。なお、強誘電性高
分子液晶の上記した特徴は、「Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｋ．
Ｍｏｒｉｔａ，Ｋ．Ｍｉｙｏｓｈｉ，Ｋ．Ｈａｓｈｉｍ
ｏｔｏ，Ｋ．Ｋａｗａｓａｋｉ，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．
Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．１９８８，１５５，９３Ｔ．Ｋ
ｉｔａｚｕｍｅ，Ｔ．Ｏｈｎｏｇｉ，Ｋ．Ｉｔｏ，Ｊ．
Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１９９０，１１２，６６０８
関谷隆司，川嵜憲治，高分子，１９９１，４０，７月
号，４５４北爪智哉，機能材料，１９９０，９月号，
４３」で明らかにされている。

【００４１】以下に図５に従いこのような強誘電性高分
子液晶を記録媒体として用いた不揮発性記憶装置におけ
る情報の書き込み・読み出しを説明する。但し、図５は
化１に示すビフェニル系の強誘電性液晶をメソーゲン基
とする強誘電性高分子液晶を用いた場合のＤＳＣ（Ｄｉ
ｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｃａｎｎｉｎｇＣａｌｏｒｉ
ｍｅｔｒｙ＝示差熱分析）曲線（降温時）を示してい
る。

【００４２】

【化１】

【００４３】図５に示すように、この強誘電性高分子液
晶は、温度上昇に連れてガラス相、カイラルＳｍＩ相
（又はカイラルＳｍＦ相）、カイラルＳｍＣ相、ＳｍＡ
相および等方相の５相に相転移する。すなわち、室温に
相当する低温領域ではガラス相を維持し、この状態から
昇温するとカイラルＳｍＩ相を経てカイラルＳｍＣ相に
相転移する。

【００４４】情報の書き込み／読み出しの手段として次
の３つの電極を用いる。発熱体に電圧を供給し、発熱を
制御する上側電極と下側電極、及び情報の書き込み／書
き換え、読み出し等を行う対向電極である。ここで、発
熱体は上下の電極で挟み込まれている。

【００４５】強誘電性高分子液晶の昇温は、上下の電極
間に電圧を印加し、これにより発熱体を発熱させて行わ
れる。強誘電性高分子液晶がカイラルＳｍＣ相になる
と、対向電極と上側電極との間に電圧を印加して強誘電
性高分子液晶の配向状態を電気的に制御し、これにより
情報のＯＮ／ＯＦＦ、すなわちデータ”１”、”０”の
書き込みを行う。

【００４６】情報の書き込みが行われると、上下の電極
間への電圧印加を停止して、強誘電性高分子液晶を急冷
しガラス相に相転移する。この相転移状態は長時間保持
されるので、書き込み情報が保持される。

【００４７】一方、液晶混合物を等方相まで加熱し、情
報書き込み電圧を印加せずに急冷するとポリドメイン構
造になる。また、急冷時に情報書き込み電圧を印加する
とモノドメイン構造になる。このモノドメイン構造とポ
リドメイン構造の誘電率の差を利用して情報の書き込み
を行うことが可能である。この場合、強誘電性液晶は自
己分極をもっているため他の高分子液晶を用いる場合よ
りも低電圧で書き込める特長がある。

【００４８】情報の読み出しは、次の３種類の方法があ
る。その１は、配向状態による誘電率の差を読み出す方
法である。強誘電性液晶の配向が異なるそれぞれの配向
に従って誘電率が異なる。この差を電気的に読み出すこ
とにより情報の読み出しが可能である。ここで、強誘電
性液晶は誘電率が高いため、情報の読み出し時において
大きな値が読み取れる。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな
読み出しが可能であることを意味し、読み出し精度の向
上が図れる。

【００４９】その２は、強誘電性液晶の配向状態による
自発分極の差を読み出す方法である。強誘電性液晶には
自発分極があるが、自発分極はは液晶の配向に従ってそ
の方向が変化する。この自発分極により、液晶を挟み込
む電極間に電圧が生じるが、この電圧は配向によりその
正負が反転するので、これを電気的に測定することによ
り情報の読み出しが出来る。強誘電性液晶の自発分極は
大きいので、情報の読み出し時において大きな値が読み
取れる。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな読み出しが可能
であることを意味し、読み出し精度の向上が図れる。

【００５０】その３は、モノドメイン構造とポリドメイ
ン構造の誘電率の差を読み出す方法である。強誘電性の
高分子液晶はポリドメイン構造とモノドメイン構造では
誘電率が異なる。この誘電率の差を測定することによ
り、電気的に情報の読み出しが可能である。また、自発
分極の差を測定することによっても読み出しは可能であ
る。強誘電性液晶は誘電率が高く自発分極が大きいた
め、情報の読み出し時において大きな値が読み取れる特
長がある。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな読み出しが可
能であることを意味し、読み出し精度の向上が図れる。

【００５１】図６は強誘電性高分子液晶の応答速度の温
度依存性を示しており、カイラルＳｍＣ相において応答
時間が急激に短くなっていることがわかる。このこと
は、書き込み対象のメモリーセルに対して情報の書き込
みが高速度で行われ、周囲のメモリセルに対して熱的な
クロストークがおよぶのを防止出来ることを意味してい
る。

【００５２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
発明不揮発性記録装置の表面構成を模式的に示してお
り、周辺回路は機能別にブロック毎に分割して示してあ
る。入出力信号制御部３１は、他の装置からの入力信号
を信号処理してメモリーセルへ信号（書き込み情報）を
送る機能と、メモリーセルより読み出された信号を信号
処理して他の装置へ送る機能等を有する。論理系制御部
３２は該不揮発性記録装置全体の信号処理を制御する。
駆動回路部３３は論理系制御部３２からの指令により記
録部３４のメモリーセルへ電気信号を供給するための電
流を制御，駆動する。記録部３４は入出力信号制御部３
１から与えられる信号を蓄積し、記録情報として保存す
る。

【００５３】該記録部３４は、図２ないし図４に示すよ
うに、記録情報の書き込み／書き換えのための加熱用の
発熱体４４と、該発熱体４４に電流を通電する配線を有
するシリコン基板５５と、対向電極５１を有し、該シリ
コン基板５５に対向配置されるガラス基板５２と、両基
板５５、５２間に封入された液晶（液晶層）５３を備え
た概略構成をとる。以下にその詳細を説明する。

【００５４】図２は記録部３４の前記ガラス基板５２と
液晶層５３を取り除いた状態のシリコン基板５２の表面
構成を示す。図において、上部電極４１は列方向にほぼ
等間隔で複数本配設され、図３に示すように配向膜５６
を介して液晶５３に接している。上部電極４１の下方に
は、該上部電極４１と直交する行方向に複数本の下部電
極４２が配設される。上部電極４１と下部電極４２との
間、より具体的には両電極４１、４２の交差部にメモリ
ーセル４３が形成される。両電極４１、４２の材質とし
ては、本実施例では耐熱性の優れたタングステンを用い
た。上部電極４１、下部電極４２共に配線の一部分を前
記発熱体４４の加熱電極として利用している。

【００５５】図３および図４はメモリーセル４３の具体
的な構成を示す。該メモリーセル４３は上記のように上
下の電極４１、４２の交差部に形成され、シリコン基板
５５とガラス基板５２間に配設および封入される以下の
構成要素からなる。以下にその構成を順を追って説明す
る。

【００５６】シリコン基板５５に対向配置されるガラス
基板５２の対向面には対向電極５１が配設される。該対
向電極５１の表面には液晶５３に接する配向膜５６が形
成されている。液晶５３はその配向又は相転移現象によ
って信号を記録する機能を有する。

【００５７】シリコン基板５５はＩＣで一般に使用され
る半導体用単結晶シリコンであり、抵抗値を制御するた
めに不純物を添加してある。該シリコン基板５５でその
まま下部電極４２を形成すると、上部電極４１との間で
通電される駆動電流がシリコン基板５５へリークする。
そこで、本実施例では電流リークを防止するため、シリ
コン基板５５の表面をフィールド絶縁膜５７で覆い、そ
の上に下部電極４２を形成する構成をとる。

【００５８】下部電極４２と上部電極４１との間には両
者間の絶縁性を保つために電極間絶縁膜５４が形成され
る。下部電極４２と上部電極４１の間には１０Ｖ以上の
電圧を印加する場合も有り、ピンホールのない均質な膜
質と、均一な膜厚が必要である。そこで、本実施例で
は、電極間絶縁膜５４としてプラズマＣＶＤ法で形成し
たシリコン窒化膜を用いた。

【００５９】電極間絶縁膜５４はメモリーセル４３の部
分で開口５４ａし、その部分で上部電極４１と下部電極
４２の間に直接発熱体４４を挟み込む構造としている。
記録情報の書き込み／消去時には、発熱体４４の発熱に
より上部電極４１および下部電極４２に共に温度上昇が
生じるため、電極材料は耐熱性が要求される。そこで、
本実施例では、減圧ＣＶＤ法で形成したタングステンを
用いた。一方、発熱体４４は耐熱性を持つと同時に適度
な抵抗値と微細加工が可能な材料を使用する必要が有
り、本実施例では高純度な多結晶シリコンを減圧ＣＶＤ
法で形成した。

【００６０】上部電極４１および発熱体４４の上には液
晶５３に接する配向膜５６が形成される。該配向膜５６
および前記対向電極５１の表面に形成される配向膜５６
は、共にポリイミドを塗布加熱後ラビング処理して形成
される。配向膜５６はポリイミドに限定するものではな
く、他の配向膜材料を用いても構わない。また、液晶材
料と書き込み／書き換え条件を選べば配向膜５６を省略
出来る場合もある。

【００６１】なお、本実施例では電極材料、すなわち配
線材料として減圧ＣＶＤ法で形成したタングステンを用
いたが、これに限定されるものではなく、耐熱性と耐薬
品性を備え、形成と加工が容易であり低抵抗な材料であ
れば他の材料を用いても構わない。また形成方法につい
ても減圧ＣＶＤ法に限定されず、膜厚を均一にできる方
法であればよい。また、発熱体４４は多結晶シリコンを
減圧ＣＶＤ法で形成したものを用いたが、適当な抵抗値
と耐熱性、耐薬品性を備え形成と加工が容易な材料であ
れば他の材料と他の形成方法を用いても構わない。

【００６２】次に、記録部３４にマトリクス状に形成さ
れるメモリーセル４３の製造工程について説明する。本
実施例では周辺ＭＯＳＩＣの形成工程と記録部３４の
形成工程が必要であるが、ここでは説明の簡略上ＭＯＳ
ＩＣのプロセスについては触れず、メモリーセル４３
の工程のみを説明する。

【００６３】シリコン基板５５は６インチＰ型（１０
０）の単結晶シリコンウエハーを用いた。まず、シリコ
ン基板５５上に熱酸化によって800ｎｍのフィールド酸
化膜５７を形成する。次いで、フィールド酸化膜５７上
に減圧ＣＶＤ法により膜厚１．２μｍのタングステン膜
を形成する。そして、該膜をフォトリソグラフィとドラ
イエッチングにより不要部分を除去し、下部電極４２を
パターン形成する。次にプラズマＣＶＤ法により下部電
極４２上に膜厚１．０μｍのシリコン窒化膜を成膜して
電極間絶縁膜５４を形成する。次いで、フォトリソグラ
フィとドライエッチングにより、該電極間絶縁膜５４に
下部電極４２に達する開口部５４ａを形成する。

【００６４】次いで、減圧ＣＶＤ法によって比抵抗が約
1000Ω・ｃｍ、膜厚が約１．０μｍの多結晶シリコンを
全面に形成し、発熱体４４とする。多結晶シリコンはボ
ロン、リン、金属等の不純物が膜中へ混入すると抵抗値
が下がり発熱したときに所定の温度に達しないことがあ
る。従って、減圧ＣＶＤ法に使用する材料の純度や装置
の清浄度に特に注意する必要がある。本実施例では、多
結晶シリコン形成用の材料として高純度のモノシランガ
スを用い、減圧ＣＶＤ法で発熱体４４を形成したが、必
要な抵抗値を確保できれば、他のシリコン化合物や他の
形成方法を用いても構わない。

【００６５】次いで、減圧ＣＶＤ法により約１．０μｍ
のタングステン膜を形成し、該膜をホトリソグラフィと
ドライエッチングにより不要部分を除去して上部電極４
１をパターン形成する。次に、ポリイミド材料を回転塗
布し加熱重合後、不要部分を除去し、ラビング処理を行
って配向膜５６を形成した。

【００６６】一方、対向電極側のガラス基板５２は適当
な大きさに裁断され、しかる後、スパッタリング法によ
り表面にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）
膜からなる透明導電膜が積層され、これで対向電極５１
が形成される。次いで、ホトリソグラフィとエッチング
により、ＩＴＯ膜の不要部分を除去し、対向電極５１を
行方向に配設する。該対向電極５１の配設ピッチと電極
の太さは、情報の書き込みと読み出しに最適の条件とな
るように選定した。そして、その後、対向電極５１の表
面にポリイミド材料を回転塗布し、加熱重合後、不要部
分の除去とラビングを施して配向膜５６を形成する。

【００６７】次いで、以上の工程で作製したシリコン基
板５５とガラス基板５２を、それぞれの電極形成面を内
側にして対向し、且つシリコン基板５５側のメモリーセ
ル４３上に対向電極５１が位置するように位置合わせ
る。そして、ガラス基板５５の記録部３４の周辺に当た
る部分をシールする。その後、両基板５５、５２間に液
晶５３を充填する。本実施例では液晶５３として、化２
に示されるビフェニル系の強誘電性液晶をメソーゲン基
とする強誘電性高分子液晶を用いたが、他の強誘電性を
示す高分子液晶を使用しても構わない。

【００６８】

【化２】

【００６９】最後に完成したシリコン基板５５をダイシ
ングし、ボンディングを行った後、パッケージに収納す
る。

【００７０】次に、上記のようにして作製されたメモリ
ーセル４３に対する情報の書き込みと読み出しの動作原
理を図５に基づき説明する。図５に示すように、この強
誘電性高分子液晶５３は、温度上昇に連れてガラス相、
カイラルＳｍＩ相（又はカイラルＳｍＦ相）、カイラル
ＳｍＣ相、ＳｍＡ相および等方相の５相に相転移する。
すなわち、室温に相当する低温領域ではガラス相を維持
し、この状態から昇温するとカイラルＳｍＩ相を経てカ
イラルＳｍＣ相に相転移する。

【００７１】強誘電性高分子液晶５３の昇温は、上部電
極４１と下部電極４２との間に電圧を印加し、これによ
り発熱体４４を発熱させて行われる。より具体的には、
外部の装置から入力された情報は、入出力信号制御部３
１でバッファメモリに記録され、データ処理後に記録部
３４に書き込まれ、該書き込みはシリコン基板５５上の
上記上部電極４１と下部電極４２に挟まれた発熱体４４
に電圧を印加して行われる。記録部３４のメモリーセル
４３に対する書き込み位置は自由に選択できるので、ラ
ンダムアクセスが可能である。

【００７２】強誘電性高分子液晶５３がカイラルＳｍＣ
相になると、対向電極５１と上部電極４１との間に、例
えば１５Ｖの書き込み電圧を印加して強誘電性高分子液
晶５３の配向状態を電気的に制御し、これにより情報の
ＯＮ／ＯＦＦ、すなわちデータ”１”、”０”の書き込
みを行う。

【００７３】情報の書き込みが行われると、上下の電極
４１、４２間への電圧印加を停止して、強誘電性高分子
液晶５３を急冷しガラス相に相転移する。この相転移状
態は長時間保持されるので、書き込み情報が保持され
る。

【００７４】一方、液晶混合物を等方相まで加熱し、情
報書き込み電圧を印加せずに急冷するとポリドメイン構
造になる。また、急冷時に情報書き込み電圧を印加する
とモノドメイン構造になる。このモノドメイン構造とポ
リドメイン構造の誘電率の差を利用して情報の書き込み
を行うことが可能である。この場合、強誘電性液晶は自
己分極をもっているため他の高分子液晶を用いる場合よ
りも低電圧で書き込める特長がある。

【００７５】情報の読み出しは、次の３種類の方法があ
る。その１は、配向状態による誘電率の差を読み出す方
法である。強誘電性液晶の配向が異なるそれぞれの配向
に従って誘電率が異なる。この差を電気的に読み出すこ
とにより情報の読み出しが可能である。ここで、強誘電
性液晶は誘電率が高いため、情報の読み出し時において
大きな値が読み取れる。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな
読み出しが可能であることを意味し、読み出し精度の向
上が図れる。

【００７６】その２は、強誘電性液晶の配向状態による
自発分極の差を読み出す方法である。強誘電性液晶には
自発分極があるが、自発分極はは液晶の配向に従ってそ
の方向が変化する。この自発分極により、液晶を挟み込
む電極間に電圧が生じるが、この電圧は配向によりその
正負が反転するので、これを電気的に測定することによ
り情報の読み出しが出来る。強誘電性液晶の自発分極は
大きいので、情報の読み出し時において大きな値が読み
取れる。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな読み出しが可能
であることを意味し、読み出し精度の向上が図れる。

【００７７】その３は、モノドメイン構造とポリドメイ
ン構造の誘電率の差を読み出す方法である。強誘電性の
高分子液晶はポリドメイン構造とモノドメイン構造では
誘電率が異なる。この誘電率の差を測定することによ
り、電気的に情報の読み出しが可能である。また、自発
分極の差を測定することによっても読み出しは可能であ
る。強誘電性液晶は誘電率が高く自発分極が大きいた
め、情報の読み出し時において大きな値が読み取れる特
長がある。換言すれば、Ｓ／Ｎ比の大きな読み出しが可
能であることを意味し、読み出し精度の向上が図れる。

【００７８】図６は強誘電性高分子液晶５３の応答速度
の温度依存性を示しており、カイラルＳｍＣ相において
応答時間が急激に短くなっていることがわかる。このこ
とは、強誘電性高分子液晶５３がカイラルＳｍＣ相の高
温度端まで昇温された時点で情報の書き込みを行うと、
書き込み動作を高速度で行うことができることを意味し
ている。なお、情報の書き込み動作が終了すると、強誘
電性高分子液晶５３は降温される。

【００７９】このような書き込み動作を行うものとすれ
ば、書き込み時において、書き込み対象のメモリセル４
３から書き込み非対象の周囲のメモリセル４３に対する
熱伝達量を格段に低減できるので、熱的な悪影響、すな
わち熱的なクロストークの発生を確実に防止でき、精度
のよい情報書き込みが行える利点がある。

【００８０】強誘電性高分子液晶５３としては、上記の
ものに限定されるものではなく、例えば化３に示すフッ
ソ系の強誘電性高分子液晶を用いることにしてもよい。

【００８１】

【化３】

【００８２】また、上記実施例では、強誘電性高分子液
晶５３をカイラルＳｍＣ相の高温端まで昇温して書き込
み動作を行ったが、図５に示す等温相まで昇温し、その
後の冷却時の電圧印加状態によって情報の書き込みを行
うことも可能である。

【００８３】上記のように本発明不揮発性記録装置は、
記録部３４として単結晶シリコン基板５５を用いるの
で、情報の入出力を制御等するＩＣからなる周辺回路を
同一装置内に容易に搭載できる。従って、装置構成の小
型化、簡潔化およびコストダウンを図る上で都合のよい
ものになる。なお、周辺回路としてはＩＣに限定される
ものではなく、単結晶シリコン基板５５に搭載できるも
のであれば、他の回路や回路素子を用いても構わない。

【００８４】

【発明の効果】以上の本発明不揮発性記録装置によれ
ば、静的な電気的制御により記録媒体に対する情報の書
き込み・読み出しができるので、光磁気ディスクや磁気
ディスクで必要な回転機構や移動機構が不要になる。従
って、装置構成の小型化、簡潔化および低価格化が図れ
る。また、レーザーピックアップやヘッド等の複雑な構
成部品や精密な構造が不要になるため、振動、衝撃やゴ
ミ付着に起因して装置が破損することもない。それ故、
記録保持の安定性を著しく向上できる。

【００８５】また、ＩＣ不揮発性メモリによる不揮発性
記録装置と比べてメモリーセルの構造を簡潔化できるの
で、大面積化が実現可能である。また、ＩＣの微細加工
技術を応用することにより、微細なメモリーセルを実現
できる。従って、大容量、高密度な不揮発性記録装置が
実現できる。

【００８６】特に、本発明の不揮発性記憶装置は、発熱
体を挟み込んだ上側電極及び下側電極をマトリクス状に
配設すると共に、列方向に隣り合う上側電極間及び行方
向に隣り合う下側電極間に絶縁膜を介在させて、上側電
極及び下側電極の各交差部にメモリセルを構成する構造
をとるので、絶縁膜により、上側電極及び下側電極の各
々を電気的に絶縁できると共に、各メモリーセルの発熱
体のセル外部への熱拡散を抑制することができるので、
メモリーセル間のリークを確実に防止することができ
る。更には、絶縁膜が発熱体に接する構成にすると、各
メモリーセルの発熱体のセル外部への熱拡散をより一層
抑制することができる。加えて、本発明の不揮発性記憶
装置は、記録媒体として強誘電性高分子液晶を用いるの
で、該強誘電性高分子液晶が有する特長により、情報の
書き込みが高速度で行える、熱的なクロストークの発生
を確実に防止できる、情報の読み出しが容易かつ高精度
に行えるといった利点がある。

【００８７】このように、本発明によれば不揮発性記録
装置としての望ましい条件を備えた全く新しいタイプの
不揮発性記録装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明不揮発性記録装置の表面構成図。

【図２】記録部の表面構成図。

【図３】図２のＡ−Ａ線に相当するメモリーセルの断面
図。

【図４】メモリーセルの斜視図。

【図５】縦軸に発熱量を、横軸に温度をとってビフェニ
ル系の強誘電性液晶をメソーゲン基とする強誘電性高分
子液晶を用いた場合のＤＳＣ曲線を示すグラフ。

【図６】縦軸に応答時間を、横軸に温度をとって強誘電
性高分子液晶の応答速度の温度依存性を示すグラフ。

【図７】ＥＥＰＲＯＭの構造図。

【図８】光磁気ディスクの構造図。

【符号の説明】

３１入出力信号制御部３２論理系制御部３３駆動回路部３４記録部４１上部電極４２下部電極４３メモリーセル４４発熱体５１対向電極５２ガラス基板５３液晶（強誘電性高分子液晶）５４電極間絶縁膜５５シリコン基板５６配向膜５７フィールド酸化膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向電極を有する対向側基板と、発熱体
を挟み込んだ上側電極及び下側電極を有する発熱体側基
板とを貼り合わせ、両基板間に強誘電性高分子液晶から
なる記録媒体を封入した不揮発性記録装置であって、該上側電極及び該下側電極をマトリクス状に配設すると
共に、列方向に隣り合う該上側電極間及び行方向に隣り
合う該下側電極間に絶縁膜を介在させて、該上側電極及
び該下側電極の各交差部にメモリセルを構成した不揮発
性記録装置。
【請求項２】前記絶縁膜が前記発熱体に接する構成と
した請求項１記載の不揮発性記録装置。