JP5397668B2 - 記憶素子および記憶装置 - Google Patents
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Description
上部電極6に正電位(+電位)を印加すると共に、下部電極3に負電位(−電位)または零電位を印加すると、イオン源層5からCu,AgおよびZnのうち少なくとも一種類の金属元素がイオン化して高抵抗層4内を拡散していき、下部電極3側で電子と結合して析出したり、あるいは、高抵抗層4の内部に拡散した状態でとどまる。その結果、高抵抗層4の内部に、Cu,AgおよびZnのうち少なくとも一種類の金属元素を多量に含む電流パスが形成されたり、若しくは、高抵抗層4の内部に、Cu,AgおよびZnのうち少なくとも一種類の金属元素による欠陥が多数形成され、高抵抗層4の抵抗値が低くなる。このとき、イオン源層5の抵抗値は、高抵抗層4の記録前の抵抗値に比べて元々低いので、高抵抗層4の抵抗値が低くなることにより、記憶素子10全体の抵抗値も低くなる。このとき記憶素子10全体の抵抗が書き込み抵抗となる。
次に、上部電極6に負電位(−電位)を印加すると共に、下部電極3に正電位(+電位)または零電位を印加すると、高抵抗層4内に形成されていた電流パス、あるいは不純物準位を構成する、Cu,AgおよびZnのうち少なくとも一種類の金属元素がイオン化して、高抵抗層4内を移動してイオン源層5側に戻る。その結果、高抵抗層4内から、電流パス、若しくは、欠陥が消滅して、高抵抗層4の抵抗値が高くなる。このとき、イオン源層5の抵抗値は元々低いので、高抵抗層4の抵抗値が高くなることにより、記憶素子10全体の抵抗値も高くなる。このときの記憶素子10全体の抵抗が消去抵抗となる。
次に、上記高抵抗層4の効果を示す実施例について説明する。
上述の高抵抗層4の組成の異なる複数の記憶素子10について、室温での書き込み可能な電圧を調べた。その結果を図5に示す。なお、一般的に用いられているメモリの電源電圧は何種類もあるが、ここでは一例として1.8Vを基準とし、この電圧以下で書き込みできるかによって、低電圧動作可能かどうかを判断し、書き込みの可否は、書き込み動作後に抵抗値が20kΩ以下となった場合を、書き込み可能と判断した。図5は、書き込み方向極性に直流電圧を印加したときの、1.8V以下の電圧で書き込み可能な場合を黒ドット、記録が不可の場合を白ドットとし、高抵抗層4の構成材料を三次元(Te,AlおよびCu+Zr)にプロットしたものである。ここで、各元素の比率は酸素を除いたものである。
上述の高抵抗層4の組成の異なる複数の記憶素子10について、書き込み/消去の繰り返し動作実験を行った結果を図6に示した。動作条件は、書き込みパルス幅を25nsec,消去パルス幅を1nsec,書き込み電圧を2.2V,書き込み時電流を120μA,消去電圧を1.6V,消去時電流を70μAとした。ここで、書き込み/消去繰り返し動作回数として106 回を基準とし、106 回以上の繰り返し動作回数が可能な場合を黒ドット、不可の場合を白ドットとして三次元にプロットした。なお、各元素の比率は、実験1と同様に酸素を除いたものである。
T1(a,b,c)=(1,0,0)
T2(a,b,c)=(0.3,0.7,0)
T3(a,b,c)=(0.3,0.34,0.36)
T4(a,b,c)=(0.64,0,0.36)
Claims (4)
- 第1電極と第2電極との間に、
少なくともTeおよびAlを含む酸化物により形成された高抵抗層と、
少なくとも一種類の金属元素と、Te,SおよびSeのうちの少なくとも一種類のカルコゲン元素とを含むイオン源層と
を備えた記憶素子。 - 前記第1電極および前記第2電極への電圧印加によって前記高抵抗層内に前記金属元素を含む電流パスが形成される,あるいは前記金属元素による多数の欠陥が形成されることにより、抵抗値が低下する請求項1に記載の記憶素子。
- 前記金属元素はCu,AgおよびZnのうちの少なくとも一種類である請求項1に記載の記憶素子。
- 第1電極と第2電極との間にイオン源層および高抵抗層を有する記憶素子と、
前記第1電極に電気的に接続された第1配線と、
前記第2電極に電気的に接続された第2配線と、
前記第1配線に直列挿入され、かつ前記第1電極および前記第2電極の間に印加する電圧を制御するスイッチング素子とを備え、
前記記憶素子を構成する高抵抗層はTeおよびAlを含む酸化物により形成され、
前記イオン源層は少なくとも一種類の金属元素と、Te,SおよびSeのうち少なくとも一種類のカルコゲン元素と
を含む記憶装置。
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