JP3950179B2 - トンネルダイオード - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、2つの金属性導電電極間に、電子に対する障壁レベルを有する障壁を形成するがしきい値より高い電圧では電子が一方の電極から他方の電極へこの障壁を突き抜ける(トンネリング)ことができる厚さを有する絶縁誘電体を具えるトンネルダイオードに関するものである。本発明はメモリ素子にも関するものである。
【0002】
【従来の技術】
このようなトンネルダイオードは、S.M.Sze:" Physics of semiconductor devices" の第9章から既知である。トンネルダイオードは、MIM( metal-insulator-metal)又はMIS(metal-insulator-semiconductor) ダイオードとしても知られており、ここで”metal"( 金属)は良導電性材料を意味するものと理解されたい。電極間にしきい値電圧を越える電圧を与えると、電子が一方の電極から他方の電極へ突き抜けることができる。しきい値電圧以下の電圧では電子は障壁を突き抜けることはできない。このようなスイッチング素子は高周波数用に極めて好適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の既知のトンネルダイオードは記憶特性を持たないという欠点がある。多くの用途において、トンネルダイオードは室温のような実際の条件の下で、開/閉のような所定のスイッチング状態を保持するものが望まれている。また、特定の用途のために3以上の異なるスイッチング状態を有するトンネルダイオードが望まれている。
本発明の目的はこの欠点を解消することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的のために、頭書に記載された種類のトンネルダイオードにおいて、前記誘電体が、それぞれ異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する2以上の強誘電体材料の積層を具えることを特徴とする。
【0005】
本発明によれば、誘電体の残留分極に応じて3以上のスイッチング状態を有するトンネルダイオードが得られる。分極の値及び方向が障壁レベルに影響を与え、換言すれば障壁の形が強誘電体の残留分極により変化する。電極に所定の電圧を与えると、障壁レベルに依存して多数の電子又は少数の電子が誘電体をトンネリングするため、大きな電流又は小さな電流がこのトンネルダイオードを流れる。従って、このトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有する。強誘電体は、電圧を強誘電体間に供給して強誘電体内に強誘電材料のスイッチング電界を生じさせることにより一方の分極状態から他方の分極状態にスイッチさせることができる。スイッチング状態は誘電体の分極状態が変化するまで維持される。
【0006】
誘電体の厚さは、いわゆるトラップを有し電子がこれらのトラップを介して誘電体をトンネリングしうる場合(トラップアシストトンネリング)には、かなり厚くすることができる。しかし、しかし、このような誘電体は再現性良く製造するのが難しい。誘電体3の厚さは100Å以下に選択するのが好ましい。この場合にはトラップの助けなしに誘電体の電子トンネリングをかなり低い電圧で生じさせることができる。強誘電体材料の極めて薄い層ではダイオード特性はもはや得られず、このダイオードは固定の低抵抗のように動作する。強誘電体材料の層の厚さはダイオード特性を得るために20Å以上にするのが好ましい。
【0007】
強誘電体材料の層内の残留分極は層の構造に応じて異なる値及び異なる方向を有しうる。残留分極の値及び方向は電極間に供給される電界の影響を強めるか弱めるので、障壁レベル及びトンネル電流に影響を与える。実際上、2つの電極は平行な板状にし、残留分極の最大成分がこれらの電極板にほぼ垂直になるようにするのが好ましい。この場合、電極間に電圧を供給すると、残留分極のこの最大成分の向きが電極間の電界に平行又は逆平行になる。この場合分極が障壁のレベル及び幅に与える影響が最大になる。このような材料は、強誘電材料の層、即ち強誘電体を単結晶質の金属性導電酸化物の電極上にエピタキシャル成長させることにより得られる。この場合、強誘電材料の層の成長方向を、残留分極の最大成分の向きを示す強誘電材料の優先分極軸が電極板にほぼ垂直になるように選択する。この場合、誘電体は、残留分極が最大になるとともに分極の方向が電極間に供給される電界に平行になる構造を有する。金属性導電酸化物層は、例えばランタン−ストロンチウム−コバルト酸化物、ストロンチウムルテニウム酸塩、ストロンチウムバナジン酸塩、又はインジウムドープ錫酸化物のような既知の単結晶材料で構成する。金属性導電酸化物の電極及び強誘電体はパルスレーザデポジション(PLD)、スパッタリング、分子ビームエピタキシ(MBE)、又は金属有機化学気相成長(MOCVD)のような標準の技術で設ける。これらの材料は非晶質基板上に設けることができるが、金属性導電酸化物は単結晶基板の上に設けるのが好ましい。このような単結晶基板は使用する電極の導電酸化物及び強誘電体と許容しうる格子整合(+−10%の格子ディスロケーション)を有するものが好ましい。この場合には強誘電体のエピタキシャル成長がかなり簡単になる。単結晶基板に使用しうる材料は、例えばストロンチウムチタン酸塩、マグネシウム酸化物、マグネシウム−アルミニウム酸化物、又はリチウムニオブ酸塩である。しかし、例えばPr6011又はCeO2のような適当なバッファ層を有する砒化シリコン又はゲルマニウムの基板を使用することもできる。
【0008】
本発明の実施例では、例えば第1電極上に異なる強誘電特性を有する2つの層に成長させることができる。次いで第2電極をこれらの層上に設ける。
【0009】
本発明の他の実施例では、一つの電極上に強誘電材料の層と電極が順に2度以上設けられ、直列に接続された複数のダイオードを具えるものとする。誘電体は同一の厚さにする必要はない。誘電体はトンネル電流を流しうるようにかなり薄くするため、いわゆるピンホールのために2つの電極間の誘電体に電極間短絡がときたま起こりうる。単一の誘電体3の場合、電極間短絡はトンネルダイオードの故障を意味する。本例のトンネルダイオードでは、一つの誘電体にピンホールが生じてもトンネルダイオードの故障にならない。従って、トンネルダイオードの信頼性が向上する。
【0010】
更に、トンネルダイオードが直列に接続された複数の素子を具え、且つ3以上の異なるスイッチング状態を有するものとするために、誘電体を、それぞれ異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する異なる強誘電材料で構成する。この場合にはトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有する。このトンネルダイオードは、例えばMFMF’M又はM(FMF’M)n のような構造になる。ここで、Mは電極、F及びF’は異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する強誘電材料、指数nは強誘電体材料F,F‘と電極Mの複合層の反復数を表す。強誘電材料F及びF’の残留分極の値及び方向に応じて、トンネル電流が強くなったり弱くなったりするため、このトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有する。このようなトンネルダイオードは高い信頼性を有する。更に2つの誘電体間に電極が存在することにより2つの強誘電材料内の分極ドメインの結合が阻止される。
【0011】
本発明は本発明トンネルダイオードを具えるメモリ素子にも関するものである。既知のメモリ素子はキャパシタンスを具え、これらキャパシタンスの電荷の値が情報を表す。既知のメモリ素子の読み出しは難しい。読み出し中、所定の電圧をキャパシタンスに供給した後、キャパシタンスの方へ流れる電荷を測定する。この電荷の測定値がキャパシタンスに存在した電荷の目安になる。読み出し後、もとの情報が消滅するため、もとの情報をキャパシタンスに再び書き込む必要がある。本発明のメモリ素子では、読み出し中電圧をメモリ素子に供給した後、素子を流れる電流を測定する。電流の測定は電荷の測定より著しく容易である。このメモリ素子の情報は読み出しにより影響を受けない。従って、本発明のメモリ素子の読み出し処理は既知のメモリ素子の読み出し処理より著しく簡単になる。本発明のメモリ素子は、トンネルダイオードが3以上のスイッチング状態を有するため、特定の用途に特に好適である。
【0012】
【実施例】
本発明を図面を参照して実施例につきもっと詳細に説明する。
図1は、ほぼ平行な板状の2つの電極1、2間に、電子に対する障壁レベルを有する障壁を形成するがしきい値より高い電圧では電子が一方の電極から他方の電極へこの障壁を突き抜けることができる厚さを有する絶縁誘電体3を具えるトンネルダイオードを示す。本発明はメモリ素子にも関するものである。
【0013】
このようなダイオードは、トンネルデバイス又はMIM( metal-insulator-metal)又はMIS(metal-insulator-semiconductor) ダイオードとして知られている。ここで”metal"( 金属)は良導電性材料を意味するものと理解されたい。トンネルデバイスでは電荷輸送が電子により行われるため、このようなスイッチング素子は高速であり、従ってトンネルダイオードは高周波数用に極めて有利である。図2はMIMダイオードの電流−電圧特性を示し、ダイオードを流れる電流Iを電極1、2間の電圧の関数として示してある。2つの電極が同一である場合にはこの電流−電圧特性は零点を中心に対称である。
【0014】
既知のトンネルダイオードは記憶特性を持たない。多くの用途において、トンネルダイオードは室温のような実際の条件の下で開/閉のような所定のスイッチング状態を保持するものが望まれている。つまり、電極1、2間の1つの所定電圧に対し、ダイオードのスイッチング状態に応じて2つ以上の異なるダイオード電流値が得られるようにすることが望まれている。
【0015】
誘電体3は室温で強誘電性を有する材料の層で構成し、その残留分極が障壁レベルに影響するよう構成する。このように構成されたトンネルダイオードは誘電体の残留分極に依存して種々の状態を有する。残留分極の値及び方向が電極間に印加される電界の影響を強めるか弱めるので、障壁及びトンネル電流に影響を与える。誘電体の分極は電極間に印加される電界に対し平行又は逆平行になる。従って、所定の電圧を電極間に与えると、強誘電体の残留分極が誘電体3内の電界に平行であるか逆平行であるかに応じて、一層大きな電流又は小さな電流がトンネルダイオードを流れる。この場合トンネルダイオードは2つの異なるスイッチング状態を有する。強誘電体間に電圧を供給して強誘電体内に強誘電材料のスイッチング電界を越える電界を発生させることにより、強誘電体を一方の分極状態から他方の分極状態へ切り換えることができる。スイッチング状態は誘電体の残留分極により決まるため、このスイッチング状態は誘電体の分極状態が変化するまで維持される。図3は2つの同一の電極を有する本発明トンネルダイオードの電流−電圧特性を示す。この電流−電圧特性は異なる方向の残留分極に対応する2つの曲線5、6からなる。
【0016】
トンネルダイオードに何の電圧も与えない場合、素子には何の電流も流れない(図3の点0)。誘電体3間の電圧Vを上昇させ、且つ残留分極が電界の影響を相殺する場合(分極が印加電界に逆並列である場合)、電流は曲線5に従って上昇する。曲線5の点8において強誘電体内の電界が分極を切り換えるスイッチング電界に達する。このとき強誘電体内の残留分極が電界に対し逆並列から並列に変化する。このときトンネルダイオードを流れる電流は曲線6の点9に達するまで上昇する。電圧が更に増大すると、電流は誘電体がブレークダウンするまで曲線6に従って上昇する。電圧が点9に到達後低下すると、電流は曲線6に従って減少する。曲線6の点10に到達すると、電界が誘電体の分極を再び方向変化させる大きさになる。このとき電流は曲線5の点11の値に達するまで低下する。電圧が更に低下すると、電流は誘電体がブレークダウンするまで曲線5の沿って低下する。電圧が点11に到達後に上昇すると、電流は曲線5に沿って上昇する。
【0017】
実際上、トンネルダイオードは、誘電体の残留分極を変化させる値の電圧パルスを誘電体間に供給することによりスイッチされる。この場合トンネルダイオードは残留分極のスイッチング電界に対応する電圧より低い電圧で読み出される。
【0018】
図4はトンネルダイオードの書き込み−読み出しサイクルを示す。時間tを横軸に、トンネルダイオードを流れる電流Iを縦軸にプロットしてある。瞬時t=0において、誘電体3のスイッチング電界を越える電界を生ずる値の正電圧パルスを供給すると、分極方向が正の電極間電圧に対する電界に平行になる(図3の曲線6)。次にトンネルダイオードのスイッチング状態を読み出すために、0と+Vt(図3参照)との間の振幅を有する矩形波電圧を電極1、2間に供給する。この場合には比較的強い電流がトンネルダイオードを流れ、トンネルダイオードは閉状態である。瞬時t=ts において、誘電体3のスイッチング電界を越える値の負電圧パルスを電極間に供給すると、分極方向が正の電極間電圧に対する電界に対し逆並列になる(図3の曲線5)。次にトンネルダイオードの読み出しのために0と+Vt(図3参照)との間の振幅を有する矩形波電圧を電極1、2間に供給する。この場合には比較的弱い電流がトンネルダイオードを流れ、トンネルダイオードは開状態である。
【0019】
誘電体の厚さは、誘電体内にいわゆるトラップが存在し電子がこれらのトラップを介して誘電体をトンネリングしうる(トラップアシストトンネリング)場合にはかなり厚くすることができる。しかし、このような誘電体は製造が難しい。誘電体3の厚さは100Å以下に選択するのが好ましい。この場合にはトラップの助けなしで誘電体の電子トンネリングをかなり低い電圧で生じさせることができる。
【0020】
残留分極はその値及び方向に応じて電極1、2間に印加される電界の影響を強めるか弱めるので、障壁及びトンネル電流に影響を及ぼす。一実施例では、2つの電極1、2が2つの平行平板に形成されたトンネルダイオードを用いる。本発明では、残留分極の最大成分の方向4がこれらの電極板にほぼ垂直になるようにする。この場合残留分極の方向4は電界に平行又は逆平行になる。この場合分極が障壁の値に及ぼす効果が最大になる。
【0021】
強誘電体3を単結晶質の金属性導電酸化物の電極1上に設けると追加のの利点が得られる。この場合誘電体3は残留分極の値が最大になる構造を有するとともに、分極方向4が電極1、2間に印加される電界に平行になる。金属性導電酸化物層は、例えばランタン−ストロンチウム−コバルト酸化物、ストロンチウムルテニウム酸塩、ストロンチウムバナジン酸塩、又はインジウムドープ錫酸化物のような単結晶材料で構成する。金属性導電酸化物の電極1及び強誘電体3はパルスレーザデポジション(PLD)、スパッタリング、分子ビームエピタキシ(MBE)、又は金属有機化学気相成長(MOCVD)のような標準の技術で設ける。
【0022】
これらの材料は非晶質の基板15上に設けることができる。しかし、金属性導電電極1は単結晶基板15上に設けるのが好ましい。このような単結晶基板15は使用する電極1の導電性酸化物及び強誘電体3と許容しうる格子整合(+−10%の格子ディスロケーション)を有するものが好ましい。この場合には強誘電体3のエピタキシャル形成がかなり簡単になる。単結晶基板15に使用しうる材料は、例えばストロンチウムチタン酸塩、マグネシウム酸化物、マグネシウム−アルミニウム酸化物、又はリチウムニオブ酸塩である。しかし、例えばPr6011又はCeO2のような適当なバッファ層を有するシリコン又はゲルマニウム砒化物の基板を使用することもできる。
【0023】
トンネルダイオードの一実施例は次のように製造する。基板15に単結晶質のストロンチウムチタン酸塩結晶を用いる。このような結晶は電極1に用いるストロンチウムルテニウム酸塩に対し許容可能な整合(1.5%)を有する。ストロンチウムルテニウム酸塩はPLDにより0.2mbarの酸素雰囲気内において650°Cで設ける。次に、強誘電体3として80Åの単結晶質鉛−ジルコニウムチタン酸塩(PZT)の層を電極1のストロンチウムルテニウム酸塩と同様の方法で設ける。上述の方法で得られる鉛−ジルコニウムチタン酸塩の代表的な組成はPbZr0.05Ti0.95O3である。この場合層3はエピタキシャル構造を有する。残留分極は約75μC/cm2 である。ストロンチウムルテニウム酸塩の第2の層を電極1と同様の方法で設けて鉛−ジルコニウムチタン酸塩の層3の上に第2電極2を形成する。次に、電極2及び誘電体3を標準のリソグラフィ処理及びエッチング、即ち反応イオンエッチング又はArイオンエッチングによりパターン化する。この場合電極1内までエッチングする。
【0024】
こうしてストロンチウムルテニウム酸塩の電極1、2及び80Å厚さの鉛−ジルコニウムチタン酸塩の誘電体3を具えた図1に示すトンネルダイオードが得られる。このような素子では図3のスイッチ点8、10が約0.1Vに位置する。
【0025】
本発明によるトンネルダイオードの一実施例では、誘電体3をそれぞれ異なるスイッチング電界でそれらの残留分極の方向を変化する数個の強誘電体材料で構成する。この場合にはトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有する。図5は誘電体3を第1電極上に異なる強誘電体特性を有する2つの層3、6の形で成長させたトンネルダイオードを示す。この誘電体3、6上に第2電極2を設ける。一例として、ここでもストロンチウムチタン酸塩の基板15にストロンチウムルテニウム酸塩の第1電極1を設ける。この電極1上に、第1実施例と同様の方法で50Åの鉛−ジルコニウムチタン酸塩の層3を設ける。この層3上に鉛−ジルコニウムチタン酸塩の第2の強誘電材料層6を実施例1と同様の方法で設ける。この層6の組成を、層3と異なるスイッチング電界及び残留分極が実現されるように選択する。誘電体3は100kV/cmのスイッチング電界及び75μC/cm2 の残留分極を有するものとし、誘電体6は30kV/cmのスイッチング電界及び25μC/cm2 の残留分極を有するものとする。このようなトンネルダイオードはこれらの誘電体の残留分極の方向に応じて4つのスイッチング状態を有する。分極方向4を電極1から電極2へ向かう方向を→、その逆の方向を←で示すと、4つのスイッチング状態は、
1.誘電体3→、誘電体6→;2.誘電体3→、誘電体6←;3.誘電体3←、誘電体6→;4.誘電体3←、誘電体6←;
である。両誘電体の残留分極が同一の値を有する場合には、3つのスイッチング状態が存在するだけになり、即ちスイッチング状態2及び3が同一になる。トンネルダイオードは2以上の異なる強誘電体を有することもできる。この場合にはトンネルダイオードはこれに応じて一層多数のスイッチング状態を有するものとなる。
【0026】
図6は本発明の他の実施例を示し、本例では電極1上に強誘電体3と電極2を順に2度以上設けてトンネルダイオードが直列に接続された複数個の素子20を具えるものとする。誘電体3はトンネル電流を流しうるようにかなり薄くするので、ピンホールのために2つの電極1、2又は2、2間の誘電体3に電極間短絡がときたま起こりうる。これは特に誘電体の厚さを20Å以下にする場合に起こりうる。単一の誘電体3の場合、電極間短絡はトンネルダイオードの故障を意味する。本例のトンネルダイオードでは、単一の誘電体3にピンホールが発生してもトンネルダイオードの故障にならない。従って、トンネルダイオードの信頼度が向上する。また、素子のスイッチング電圧が1つの素子20を具えるトンネルダイオードのスイッチング電圧のn倍になるという追加の利点が得られる。従って、トンネルダイオードを所望のスイッチング電圧に適合させることができる。
【0027】
3以上の異なるスイッチング状態が必要とされるために、図6の実施例の誘電体3を、それぞれ異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する異なる強誘電材料で構成することができる。この場合にはトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有するものとなる。このトンネルダイオードは、例えばMFMF’M又はM(FMF’M)n のような構造にする。ここで、Mは電極、F及びF’はそれぞれ異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する強誘電材料、指数nは強誘電体F,F’と電極Mを具える複合層の反復数を示す。強誘電材料F及びF’の残留分極の値及び方向に応じて、トンネル電流が強くなったり弱くなったりするため、このトンネルダイオードは3以上のスイッチング状態を有する。図5の実施例につき記載した強誘電材料をこの実施例にも使用することができる。
【0028】
本発明は本発明によるトンネルダイオードを具えるメモリ素子にも関するものである。既知のメモリ素子は多数のキャパシタンスを具え、これらキャパシタンスの電荷の値が情報を表す。既知のメモリ素子の読み出しは難しい。読み出し中、所定の電圧をキャパシタンスに供給し、次いでキャパシタンスの方へ流れる電荷を測定する。この電荷の測定値がキャパシタンスに存在した電荷の目安になる。読み出し後、もとの情報が消滅するため、もとの情報をキャパシタンスに再び書き込む必要がある。本発明のメモリ素子では、読み出し中電圧をメモリ素子に供給し、次いでメモリ素子を流れる電流を測定する(図4参照)。電流の測定は電荷の測定より著しく簡単である。このメモリ素子の情報は読み出しにより影響を受けない。従って、本発明のメモリ素子の読み出し処理は既知のメモリ素子の読み出し処理より著しく簡単になる。
【0029】
実際上、本発明のメモリ素子は、誘電体の残留分極、数個の誘電体が存在する場合にはその内の一つの残留分極の方向を変化させる値の電圧パルスを誘電体間に供給することにより、一方のメモリ状態から他方のメモリ状態にスイッチされる。このメモリ素子は、誘電体3の残留分極のスイッチング電界に対応する電圧より低い電圧においてトンネルダイオードを流れる電流を測定することにより読み出される。
【0030】
本発明は上述した実施例にのみ限定されない。単一のトンネルダイオードの代わりに、多数のトンネルダイオードを基板15上に設けることができ、またトンネルダイオードに加えて、トランジスタ、抵抗又はキャパシタのような他の素子も設けることができる。換言すれば、トンネルダイオードを集積回路の一部とすることができる。
【0031】
上述の実施例は対称トンネルダイオードに関するものであるが、電極1及び電極2に対し異なる材料、例えば電極1に対し導電性酸化物を、電極2に対し金属を使用することができる。このようなトンネルダイオードの電流−電圧特性は非対称になる。
【0032】
強誘電体を非強誘電体材料と組み合わせることができる。例えば、誘電体3は強誘電材料の薄い層に加えて薄い絶縁層又は半導体層を具えることができる。これによりスイッチングが生ずる電圧レベルを変化させることができ、またスイッチングの効果、即ちトンネルダイオードを流れる電流の値を変化させることができる。強誘電体を反強誘電体と組み合わせるもできる。このようにすると、トンネルダイオードに追加のスイッチング状態を実現することができる。トンネルダイオードはトンネルトランジスタの一要素として用いることもできる。この目的のために、例えばMFM(M:電極1、F:強誘電体3、M:電極2)で表される本発明トンネルダイオードをMIM(I:絶縁誘電体)ダイオードと組み合わせ、追加の誘電体及び第3電極が本発明トンネルダイオードの上に設けれたM1FM2 IM3 で表されるトンネルトランジスタを構成することができる。この場合、本発明トンネルダイオードの電極2(M2 )が同時にMIMダイオードの一方の電極をになる。こうして、エミッタ接続がM1 、即ちMFMの電極1からなり、ベース接続がM2 、即ちMFMの電極2からなり、コレクタ接続がM3 、即ちMIMの他方の電極からなるトンネルトランジスタが得られる。本発明トンネルダイオードをp型又はn型半導体領域と組み合わせることもでき、例えばMFPNM構造とすることができる(P及びNはp型及びn型半導体領域)。この場合には、電極1がエミッタ接続として作用し、p型領域がベース領域として作用し、n型領域がコレクタ領域として作用する。これらのトンネルトランジスタはメモリ機能を有し、即ちこれらのトランジスタは所定のスイッチング状態を保持しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 強誘電体材料からなる絶縁体を具えるトンネルダイオードを示す図である。
【図2】 強誘電体材料と異なる絶縁体を具えるトンネルダイオードの電流−電圧特性を示す図である。
【図3】 強誘電体材料からなる絶縁体を具えるトンネルダイオードの一実施例の電流−電圧特性を示す図である。
【図4】 図1のトンネルダイオードを具えるメモリ素子の書き込み−読み出しサイクルを示す図である。
【図5】 異なるスイッチング電界を有する2つの強誘電体材料の層を具える本発明トンネルダイオードの実施例を示す図である。
【図6】 直列に接続された図5の複数の素子を具える本発明トンネルダイオードの他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1、2 電極
3、6 強誘電体
4 残留分極の向き
15 基板
Claims (8)
- 第1及び第2の電極間に、電子に対する障壁レベルを有する障壁を形成するがしきい値より高い電圧では電子が一方の電極から他方の電極へこの障壁を突き抜けることができる厚さを有する誘電体を具えるトンネルダイオードにおいて、前記誘電体が、それぞれ異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する2以上の強誘電体材料の積層を具えることを特徴とするトンネルダイオード。
- 前記2以上の強誘電体材料の積層の全厚が100Å以下であることを特徴とする請求項1記載のトンネルダイオード。
- 前記2以上の強誘電体材料の積層の全厚が20Å以上であることを特徴とする請求項1又は2記載のトンネルダイオード。
- 前記残留分極の最大成分の方向が前記電極にほぼ垂直であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトンネルダイオード。
- 前記2以上の強誘電体材料の積層が単結晶質の金属性導電酸化物よりなる前記第1の電極上にエピタキシャル成長されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のトンネルダイオード。
- 単結晶質の金属性導電酸化物よりなる前記第1の電極が単結晶基板上に設けられていることを特徴とする請求項5記載のトンネルダイオード。
- 第1及び第2の電極間に、電子に対する障壁レベルを有する障壁を形成するがしきい値より高い電圧では電子が一方の電極から他方の電極へこの障壁を突き抜けることができる厚さを有する誘電体と導電性電極を2度以上交互に積層してなる積層体を具えるトンネルダイオードであって、複数の前記誘電体のうち、少なくとも一つの誘電体が他の誘電体と異なるスイッチング電界で残留分極の方向を変化する強誘電体材料からなることを特徴とするトンネルダイオード。
- 請求項1〜7に記載されたトンネルダイオードを具えることを特徴とするメモリ素子。
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