JP5934086B2 - 記憶装置 - Google Patents
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Description
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る記憶装置を例示する図である。
図2は、本実施形態のメモリセルを例示する断面図である。
図3は、抵抗変化膜の結晶構造を示す分子モデル図である。
抵抗変化膜30_1〜30_3のそれぞれにおいては、GeTe層31とSb2Te3層32とが交互に複数対積層されて超格子膜が形成されている。GeTe層31は、ゲルマニウム(Ge)及びテルル(Te)が1:1で含有されたカルコゲン化合物からなる結晶層である。また、Sb2Te3層32は、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)が2:3で含有されたカルコゲン化合物からなる結晶層である。GeTe層31及びSb2Te3層32の積層方向は、抵抗変化膜30_1〜30_3の積層方向と一致しており、メモリセル23と整流素子24の配列方向とも一致し、記憶装置1の動作時に電流が流れる方向でもある。なお、上述の積層方向は、電流が流れる方向に対して90°以外の角度で傾斜していてもよい。
先ず、1枚の抵抗変化膜の動作について説明する。
図4(a)及び(b)は、抵抗変化膜の結晶構造を例示する分子モデル図であり、(a)は低抵抗状態を示し、(b)は高抵抗状態を示す。
図5は、横軸に抵抗変化膜に流す電流をとり、縦軸に抵抗変化膜の抵抗をとって、抵抗変化膜の動作を例示するグラフ図である。
図2に示すように、メモリセル23においては、n枚の抵抗変化膜30が直列に接続されているため、メモリセル23の動作は、n枚の抵抗変化膜30の複合動作になる。
図6(a)は、メモリセルの抵抗変化膜の状態を示す図であり、(b)は、横軸にメモリセルに流す電流をとり縦軸にメモリセルの抵抗をとってメモリセルの書込動作を例示するグラフ図である。
R(抵抗変化膜30_3の状態)(抵抗変化膜30_2の状態)(抵抗変化膜30_1の状態)
と表す。
図7は、本実施形態に係る記憶装置の書込動作を例示するフローチャート図である。
先ず、図6(a)及び(b)並びに図7のステップS11に示すように、制御回路12は、書込対象とする全てのメモリセル23に対して、Ireset以上の電流を流す。これにより、抵抗変化膜30_1〜30_3が全てリセットされて高抵抗状態(H)となり、メモリセル23に値「00」が書き込まれる。
以上の動作により、書込対象とする全てのメモリセル23に所期の値が書き込まれる。
本実施形態に係る記憶装置においては、各メモリセルにおいて、セット電流が相互に異なるn枚の抵抗変化膜が直列に接続されているため、抵抗変化膜を1枚ずつセットして、高抵抗状態から低抵抗状態に移行させることができる。この結果、n枚の抵抗変化膜に(n+1)水準の値を記録することができる。このため、本実施形態に係る記憶装置は、記録密度が高い。
図2、図6(a)及び(b)に示すように、n=3であるときに、各抵抗変化膜の抵抗比を均一化できる条件について考察する。以下の考察においては、1つのメモリセルを構成する3枚の抵抗変化膜の相互間において、抵抗差が相互に異なる場合を想定し、このような場合に、抵抗比を均一化するためには、どのような順番でセットさせるべきかを考察する。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、書込動作の際に、メモリセルの値を1つずつ上げていくのではなく、値「00」から一気に所期の値を書き込む点が異なっている。
図8は、本実施形態に係る記憶装置の書込動作を例示するフローチャート図である。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
図9は、本実施形態に係る記憶装置の書込動作を例示するフローチャート図である。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、書込対象とするメモリセルにおける全ての抵抗変化膜を高抵抗状態(H)とする前に、全ての抵抗変化膜を低抵抗状態(L)とする点が異なっている。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、各メモリセルに2水準の値を記録させる点が異なっている。
図10は、横軸にメモリセルの抵抗をとり、縦軸に頻度をとって、本実施形態におけるメモリセルの抵抗分布を例示するグラフ図である。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
図11は、本実施形態のメモリセルを例示する断面図である。
図11に示すように、本実施形態においては、各メモリセル23に属するn枚の抵抗変化膜30において、GeTe層31が薄い抵抗変化膜30、すなわち、GeTe層31における単位結晶構造の繰り返し数hiが小さい抵抗変化膜30ほど、GeTe層31及びSb2Te3層32からなる積層体の繰り返し数kiが小さい。すなわち、図11に示す例では、h1<h2<h3であり、k1<k2<k3である。
図12(a)は、1つのメモリセルにおける各抵抗変化膜の状態を示す図であり、(b)は、横軸にメモリセルに流す電流をとり縦軸にメモリセルの抵抗をとって、本実施形態におけるメモリセルの書込動作を例示するグラフ図である。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態は、前述の第2の実施形態に準じて、メモリセルの値を1つずつ上げていくのではなく、値「11」から所期の値を一気に書き込んでもよいし、第4の実施形態のように、各メモリセルに2水準の値を記録させるようにしてもよい。
Claims (5)
- 相互に直列に接続され、高抵抗状態から低抵抗状態に移行するセット電流が相互に異なるn枚(nは2以上の整数)の抵抗変化膜と、
前記n枚の抵抗変化膜を高抵抗状態とした後、前記セット電流が小さい抵抗変化膜から順に選択的に低抵抗状態に移行させる制御回路と、
を備え、
各前記抵抗変化膜は、GeTe層とSb2Te3層とが交互に複数対積層された超格子膜であり、
前記GeTe層が薄い抵抗変化膜ほど、前記GeTe層及び前記Sb2Te3層の合計の積層数が大きい記憶装置。 - 相互に直列に接続されたn枚(nは2以上の整数)の抵抗変化膜を備え、
各前記抵抗変化膜は、第1化合物からなる第1結晶層と、第2化合物からなる第2結晶層とが交互に複数対積層された超格子膜であり、
前記第1結晶層の積層数は、前記n枚の抵抗変化膜間で互いに異なり、
前記第2結晶層の積層数は、前記n枚の抵抗変化膜間で互いに同じであり、
前記第1結晶層及び前記第2結晶層の複数対の積層数は、前記n枚の抵抗変化膜間で互いに異なる記憶装置。 - 前記n枚の抵抗変化膜間で、前記各抵抗変化膜が高抵抗状態から低抵抗状態に移行するセット電流及び前記各抵抗変化膜が低抵抗状態から高抵抗状態に移行するリセット電流の少なくとも一方が相互に異なる請求項2記載の記憶装置。
- 相互に直列に接続され、高抵抗状態から低抵抗状態に移行するセット電流が相互に異なるn枚(nは2以上の整数)の抵抗変化膜と、
前記n枚の抵抗変化膜を高抵抗状態とした後、前記セット電流が小さい抵抗変化膜から順に選択的に低抵抗状態に移行させる制御回路と、
を備え、
各前記抵抗変化膜は、第1化合物からなる第1結晶層と、第2化合物からなる第2結晶層とが交互に複数対積層された超格子膜であり、
前記第1結晶層の積層数は、前記n枚の抵抗変化膜間で互いに異なり、
前記第2結晶層の積層数は、前記n枚の抵抗変化膜間で互いに同じであり、
前記第1結晶層が薄い前記抵抗変化膜ほど、前記第1結晶層及び前記第2結晶層の合計の積層数が大きい記憶装置。 - 相互に直列に接続され、低抵抗状態から高抵抗状態に移行するリセット電流が相互に異なるn枚(nは2以上の整数)の抵抗変化膜と、
前記n枚の抵抗変化膜を低抵抗状態とした後、前記リセット電流が小さい抵抗変化膜から順に選択的に高抵抗状態に移行させる制御回路と、
を備え、
各前記抵抗変化膜は、GeTe層とSb 2 Te 3 層とが交互に複数対積層された超格子膜であり、
前記GeTe層が薄い抵抗変化膜ほど、前記GeTe層及び前記Sb 2 Te 3 層の合計の積層数が小さい記憶装置。
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