(57)【要約】  【課題】電気的スイッチング・オンがスイッチング素子（１００）内に確立される導電路（１０１）により行われる電気的スイッチング・デバイスを提供すること。  【解決手段】スイッチング素子（１００）は、第１の電極ユニット（２０１）と、第２の電極ユニット（２０２）と、第１および第２の電極ユニット（２０１，２０２）の間に配置されてこれらの電極ユニットに接触接続している電解質層（２０３）とを有する。導電路（１０１）は、第１の電極ユニット（２０１）から電解質層（２０３）内に拡散している導電素子（１０２）により、電解質層（２０３）を介して、第１の電極ユニット（２０１）と第２の電極ユニット（２０２）との間に形成される。加熱装置（４００）は、スイッチング動作中、スイッチング素子（１００）を加熱する。【選択図】図３
2006222420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的スイッチング・オンが、スイッチング素子（１００）内に確立された導電路（１０１）により行われる電気的スイッチング・デバイスであって、前記スイッチング素子（１００）が、
ａ）第１の電極ユニット（２０１）と、
ｂ）第２の電極ユニット（２０２）と、
ｃ）前記第１の電極ユニット（２０１）および第２の電極ユニット（２０２）の間に配置されてこれらの電極ユニットに接触接続している電解質層（２０３）と、を有し、
ｄ）前記導電路（１０１）が、第１の電極ユニット（２０１）から電解質層（２０３）内に拡散している導電素子（１０２）により、電解質層（２０３）によって前記第１の電極ユニット（２０１）と前記第２の電極ユニット（２０２）との間に形成され、
前記電気的スイッチング・デバイスが、
ｅ）前記スイッチング素子（１００）を加熱するための加熱装置（４００）
をさらに有すること、を特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記スイッチング素子（１００）が、メモリ・セルとして形成されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の電極ユニット（２０１）がドナー材料を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の電極ユニット（２０１）が、前記電解質層（２０３）の材料にぜんぜん溶けないか、ほとんど溶けない化学的に不活性な材料から形成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記電解質層（２０３）が固体電解質材料から形成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電解質層（２０３）が形成される前記固体電解質材料が、ゲルマニウム・セレン（ＧｅｘＳｅ１−ｘ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅｘＳ１−ｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、硫化銅（Ｃｕ−Ｓ）、銅セレン（Ｃｕ−Ｓｅ）、または類似の、例えば、二元または三元カルコゲナイド含有化合物からなるグループからの１つ以上の材料からなる請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の電極ユニット（２０１）から前記電解質層（２０３）内に堆積する前記導電素子（１０２）が金属イオンである請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記スイッチング素子（１００）を加熱するための前記加熱装置（４００）が、抵抗発熱素子として設計される請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記スイッチング素子（１００）を加熱するための加熱装置（４００）が、スイッチング素子（１００）の一体型構成要素部分として設計される請求項１または８に記載のデバイス。
【請求項１０】
請求項１による複数のスイッチング素子（１００）を備えるアレイを有するメモリ・セル・アレイ。
【請求項１１】
電気的スイッチング動作が、スイッチング素子（１００）内の導電路（１０１）の確立または除去により行われるスイッチング方法であって、
ａ）第１の電極ユニット（２０１）へ接続するステップと、
ｂ）第２の電極ユニット（２０２）へ接続するステップと、
ｃ）前記第１の電極ユニット（２０１）および第２の電極ユニット（２０２）の間に電解質層（２０３）を設置し、前記第１の電極ユニット（２０１）および第２の電極ユニット（２０２）へそれを接触接続するステップと、
ｄ）第１の電極ユニット（２０１）から電解質層（２０３）内への導電素子（１０２）の拡散により、前記電解質層（２０３）によって第１の電極ユニット（２０１）と第２の電極ユニット（２０２）との間に導電路（１０１）を形成するステップと、を含み、
ｅ）前記スイッチング素子（１００）が、スイッチング動作中、加熱装置（４００）により加熱されること、を特徴とする方法。
【請求項１２】
金属イオンが、前記第１の電極ユニット（２０１）から前記電解質層（２０３）内に導電素子（１０２）として堆積することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加熱装置（４００）が、電気的スイッチング動作中、５０℃〜３５０℃の範囲内の温度に前記スイッチング素子（１００）を加熱することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱装置（４００）が、第１の電極ユニット（２０１）と、電解質層（２０３）と、第２の電極ユニット（２０２）とからなる配置を通してスイッチング素子（１００）を加熱するために電流を駆動することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱装置（４００）が、電流パルスによりスイッチング素子（１００）を加熱することを特徴とする請求項１１または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記加熱装置（４００）が、電流パルスにより前記スイッチング素子（１００）を加熱し、前記スイッチング素子（１００）の記憶内容がそのまま変化しないことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、固体電解質をベースとするメモリ・セルに関し、特に、例えば、固体電解質セルの消去および／または設定（プログラミング）のようなスイッチング動作、および本発明の方法を実行するためのスイッチング・デバイスに関する。より詳細に説明すると、本発明は、メモリ・セルの固体電解質内でのスイッチング動作を加速するためのスイッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、電気的スイッチング・オンが、スイッチング素子内の導電路の確立により行われ、電気的スイッチング・オフが、スイッチング素子内の導電路の消失により行われる電気的スイッチング・デバイスに関する。この場合スイッチング素子は、第１の電極ユニットと、第２の電極ユニットと、第１および第２の電極ユニットの間に配置されてこれらの電極に接触接続している電解質層と、を有する。導電路は、第１の電極ユニットから電解質層内に拡散している導電素子により、電解質層を介して第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に形成される。
【０００３】
固体電解質メモリ・セルとも呼ばれる、いわゆるＣＢ（導電性ブリッジング）セルは、とりわけ、メモリ・セルの製造に適している。このタイプのメモリ・セルは、通常、アノードと、カソードと、アノードおよびカソードの間に配置されているイオン導体とを有する。この場合メモリ・セルは、その全導電率をメモリ状態に割り当てることができる抵抗性スイッチング素子として形成される。セルの状態を検出するために、すなわち論理状態（論理「１」または論理「０」）を検出するために、所定の供給読出し電圧Ｕｒｅａｄでの電流が評価される。
【０００４】
このようなＣＢセルの機能については以下に説明する。金属イオンは、バイポーラ電圧パルスを印加することにより、通常、低い導電率を有するイオン導体を介してアノード材料から拡散する。最も簡単な例の場合、通常、金属イオンは、アノード材料と同じものである。セルの導通状態は、通常「オン」状態として定義され、一方、セルの非導通状態は、「オフ」状態として定義される。導電状態の形成は書き込み動作と呼ばれ、すなわち、非導通状態にするものは、消去動作として定義される。
【０００５】
書き込み動作中、正の書き込み電圧Ｕｗｒｉｔｅ＞Ｕｒｅａｄがかかるために、金属アノード材料は、酸化され、固体イオン導体内に溶け込む。このようなイオンの拡散は、セルに供給される印加電圧、または印加電流の時間の長さ、振幅および極性により制御することができる。十分な数の金属イオンがアノードから固体電解質材料内に拡散した後で、メモリ・セルの電気抵抗がかなり低減するように、低い抵抗の金属ブリッジをアノードとカソードとの間に形成することができる。
【０００６】
消去動作は、読出し電圧Ｕｒｅａｄの極性とは反対の極性を有する消去電圧Ｕｅｒａｓｅを供給することにより行われる。この場合、書き込み動作中に形成された金属ブリッジは、イオン導体からアノードに戻るイオンの拡散、およびアノードのところの金属イオンの以降の低減により中断し、その結果、セルの抵抗がかなり増大する。
【０００７】
従来のＣＢセルの本質的な欠点は、特に消去動作中、電圧が高くなるために電流密度が高くなり、そのためセルを破壊する恐れがあることである。一方、低い消去電圧を使用するのは不便である。何故なら、アノード内へのイオンの拡散が遅いと、都合の悪いことに、スイッチング速度が遅くなるからである。
【０００８】
従来のＣＢセルは、それぞれ順方向および逆方向の電圧パルスによる排他的なメモリ・セルのプログラミング（書き込み）および消去をベースとしていた。書き込みの場合、通常、各金属材料の電解質酸化のしきい値より高い、または例えば、銀イオンを含むセレン含有固体電解質から形成されているＣＢセルのための０．２３Ｖより高い金属イオンを発生するためのしきい値より高い電圧パルスを使用する。
【０００９】
一方、消去の場合には、固体電解質内のその位置からのこれら金属カチオンを金属含有ブリッジから再度協力により（元の）アノードの方向に戻すために駆動するのに十分な高さの電圧パルスを使用する。速いスイッチング速度を有するようなイオン移動プロセスを設計するためには、セルの損傷を避けるために、一方では、比較的大きなパルス振幅を加える必要があり、他方では、電界強度はセル内の電流密度を過度に大きくしてはならない。高い電界、すなわち高いイオン移動速度を達成するためには、下式から考えて、大きなパルス振幅が常に必要になることを指摘しておきたい。
【００１０】
ｖ＝μ・Ｅ  および
Ｕ／ｄ＝Ｅ
ここで、
μ＝イオン移動度、
Ｕ＝電圧、
ｄ＝層の厚さ、
ｖ＝イオンの移動速度、および
Ｅ＝電界強度である。
【００１１】
ＣＢセルをプログラミングまたは消去するための従来の方法のもう１つの本質的な欠点は、高い電界強度を反復して加えると固体電解質材料が劣化することである。それ故、都合の悪いことに、ＣＢセルは多数回スイッチング動作を行うと機能しなくなる。
【００１２】
さらに、従来のＣＢセルの１つの問題点は、消去パルスが長いためにＣＢセルが非対称動作しか行うことができないことである。さらに都合の悪いことに、消去動作中に十分速いデータ速度を実現するには、メモリ・セル・アレイを並列に大量に動作させなければならない。
【特許文献１】ヨーロッパ特許  ＥＰ０９３８７３１Ｂ１
【特許文献２】ヨーロッパ特許  ＥＰ１３２６２５４Ａ１
【特許文献３】ヨーロッパ特許  ＥＰ１５０１１２４Ａ１
【非特許文献１】Ｇｅｒｈａｒｄ  Ｍｕｅｌｌｅｒ，Ｎｉｃｏｌａｓ  Ｎａｇｅｌ，Ｃａｙ−Ｕｗｅ  Ｐｉｎｎｏｗ，  Ｔｈｏｍａｓ  Ｒｏｅｈｒ，  “Ｅｍｅｒｇｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ”、  ＥＳＳＤＥＲＣ／ＥＳＳＣＩＲＣ  ２００３  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
それ故、本発明の１つの目的は、ＣＢセルへの書き込みまたは消去の際に、電流密度が増大するのを避けると同時に速いスイッチング速度を達成し、ＣＢセルの損傷を避けるような方法でＣＢセルをベースとして電気的スイッチング・デバイスを設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明による請求項１に記載の機能を有するスイッチング・デバイスにより、および請求項１０に記載の機能を有するメモリ・セル・アレイにより達成される。こ
の目的は、さらに、請求項１１に記載の方法により達成される。
【００１５】
従属請求項を読めば、本発明の他の改善を理解することができる。
本発明の１つの本質的な思想は、熱支援書き込みまたは消去を行うことができるように、ＣＢセルへの書き込みまたは消去の際にＣＢセルを加熱することである。以後、このようなＣＢセルを、ＴＡＣＢセル（熱支援導電性ブリッジング）と呼ぶ。この場合加熱は、書き込みおよび／または消去中にセルを流れる電流によりセルのジュール加熱を超える。このようにして、本発明は、大きなパルス振幅による消去および／または書き込みを避けると同時に、高いスイッチング速度が達成できるという利点を有する。都合のよいことに、消去は、熱的に誘起された拡散プロセスにより加速される。何故なら、ＴＡＣＢセルの温度が上昇すると、イオン移動度が増大するからである。それ故、都合のよいことに、温度に依存するイオン移動度のために消去動作の速度が増大する。
【００１６】
ある一般的な態様によれば、スイッチング素子内の導電路の確立により、電気的スイッチング・オンが行われる本発明によるスイッチング・デバイスは、スイッチング素子を有し、該スイッチング素子は、
ａ）第１の電極ユニットと、
ｂ）第２の電極ユニットと、
ｃ）第１および第２の電極ユニットの間に配置されてこれらの電極と接触接続している電解質層と、を備え、導電路は、第１の電極ユニットから電解質層内に拡散している導電素子により、電解質層を介して、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に形成されていて、さらに、スイッチング素子を加熱するための加熱装置が設置されている。
【００１７】
さらに、スイッチング素子内の導電路の確立または消失により電気的スイッチング動作が行われる本発明によるスイッチング方法は、本質的には下記のステップ、すなわち、
ａ）第１の電極ユニットへ接続するステップと、
ｂ）第２の電極ユニットへ接続するステップと、
ｃ）第１および第２の電極ユニット間に電解質層を設置し、第１および第２の電極ユニットへそれを接触接続するステップと、
ｄ）第１の電極ユニットから電解質層内への導電素子の拡散により、電解質層を介して第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に導電路を形成するステップとを含む。スイッチング素子は、スイッチング動作中、加熱装置により加熱される。
【００１８】
従属請求項が、本発明の各主題の有利な開発および改善を記載している。
本発明の１つの好ましい態様によれば、スイッチング素子はメモリ・セルとして形成される。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、第１の電極ユニットはドナー材料を含む。
本発明のさらに他の好ましい態様によれば、第２の電極ユニットは化学的に不活性な材料から形成される。好適には、第２の電極ユニットは、スイッチング素子のカソードとして機能することが好ましく、一方、第１の電極ユニットは、スイッチング素子のアノードとして設計することが好ましい。
【００２０】
本発明のさらに他の好ましい態様によれば、電解質層は、固体電解質材料から形成される。好適には、固体電解質材料は、ゲルマニウム・セレン（ＧｅｘＳｅ１−ｘ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅｘＳ１−ｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、硫化銅（Ｃｕ−Ｓ）、銅セレン（Ｃｕ−Ｓｅ）、類似のカルコゲナイド含有化合物、または二元ＩＶ〜ＶＩ化合物からなるグループからの１つまたは複数の材料を含むことが好ましい。さらに、例えば、ＧｅＳｅＮまたはＧｅＳＮのような窒素を含む三元カルコゲナイド化合物も使用することができる。
【００２１】
本発明のさらに他の好ましい態様によれば、第１の電極ユニットから電解質層内に堆積している導電素子は金属イオンである。
本発明のさらに他の好ましい態様によれば、スイッチング素子を加熱するための加熱装置は、抵抗発熱素子として設計されている。さらに、スイッチング素子の一体構成要素部分を有するスイッチング素子を加熱するための加熱装置を設置することもできる。
【００２２】
好適には、発熱素子はスイッチング素子を５０℃〜３５０℃の範囲内の温度に加熱するように設計することが好ましい。
本発明のさらに他の好ましい態様によれば、加熱装置は、第１の電極ユニットと、電解質層と、第２の電極ユニットとからなる配置によってスイッチング素子を加熱するための電流を駆動する。
【００２３】
さらに、都合のよいことに、スイッチング素子は電流パルスによる加熱装置により加熱することもできる。
このようにして、本発明の電気的スイッチング・デバイスは、低い電流密度および速いスイッチング速度でスイッチング動作を行うことができる。
【００２４】
本発明の例示としての実施形態を図面に示し、以下により詳細に説明する。
図面中、同じ参照番号は、同じかまたは機能的に同一の構成要素またはステップを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明によるＴＡＣＢ（熱支援導電性ブリッジング）セルを示す。この場合、今後参照番号６００で示すこのようなＴＡＣＢセルは、本質的には２つの端末ユニット、すなわち、スイッチング素子１００用の第１の端部ユニット３０１および第２の端部ユニット３０２を有する。図１Ａは、このようなスイッチング素子１００の簡単な回路記号を示すが、図１Ｂは、スイッチング素子１００の構造の略図である。スイッチング素子１００は、本質的には第１の電極ユニット２０１および第２の電極ユニット２０２を備えているが、第１の電極ユニット２０１は第１の切替端子ユニット３０１に接続していて、一方、第２の電極ユニット２０２は第２の切替端子ユニット３０２に接続している。
【００２６】
図３を参照しながら以下に説明するように、本発明による電気的スイッチング・デバイスは、さらに、スイッチング素子１００の他に加熱装置４００を有する。上記加熱装置は、スイッチング素子１００の上または近くに配置されていて、それによりＴＡＣＢセル６００を形成している。
【００２７】
この場合、基本原理は、スイッチング素子１００内に確立される導電路により、電気的スイッチング・オンが行われる電気的スイッチング・デバイスが、スイッチング素子１００を加熱するための加熱装置４００を有することである。より詳細に説明すると、スイッチング素子１００は、第１の電極ユニット２０１と、第２の電極ユニット２０２と、第１および第２の電極ユニット２０１、２０２間に配置され、これらの電極と接触接続している電解質層２０３とを備える。導電路は、第１の電極ユニット２０１から電解質層２０３内に拡散している導電素子により、電解質層２０３を介して、第１の電極ユニット２０１と第２の電極ユニット２０２との間に形成されていて、加熱装置４００は、スイッチング動作中、スイッチング素子１００を加熱する。ＴＡＣＢセル６００は、加熱装置４００とスイッチング素子１００との組合せにより形成される。この場合、加熱装置４００は、別々の電気接点を有することができ、また、高抵抗層により、スイッチング素子１００に内蔵することにより実施することができる。
【００２８】
図２Ａは、導電素子１０２ａ，１０２ｂ，．．．，１０２ｉ，．．．，１０２ｎが、第１の電極ユニット２０１から電解質層２０３内に拡散している様子を示す。第２の電極ユニット２０２は、中性または不活性電極として形成されていることを指摘しておきたい。それ故、第１の電極ユニット２０１は、導電素子１０２ａ〜１０２ｎを確実に電解質層２０３内に拡散するドナー材料を含む。図２Ａは、メモリ・セルとして設計することができるスイッチング素子またはＴＡＣＢセルが「オフ」になっている状態を示す。「オフ」状態の特徴は、導電素子１０２ａ〜１０２ｎが電解質層２０３内に位置しているが、これらの導電素子が、第１の電極ユニット２０１と第２の電極ユニット２０２の間に導電路を形成していないことである。このようにして、第１の電極ユニット２０１と第２の電極ユニット２０２の間に電気絶縁が確保され、一方、２つの電極ユニット２０１、２０２間には高い電気抵抗が存在する。
【００２９】
図２Ｂは、対照的に、スイッチング素子１００が「オン」になっている状態である。「オン」状態の特徴は、電気的導電路１０１が、第１の電極ユニット２０１と第２の電極ユニット２０２との間に形成されていることである。図２（ｂ）に示すように、導電性ブリッジ（すなわち、導電性ブリッジ・スイッチング素子内のブリッジング）が、第１の電極ユニット２０１と第２の電極ユニット２０２の間の電気抵抗が低減するように、また多数の導電素子１０２ａ〜１０２ｎが接触するように少なくとも１つの場所に形成される。さらに、例えば、２ナノメートル（ｎｍ）以下の距離のような量子力学的トンネル電流が形成されるような短い距離を形成することもできる。図２Ｂに示すような導電路１０１の形成は、スイッチング素子への書き込みまたは「プログラミング」と呼ぶこともある。
【００３０】
図３は、最後に、それぞれ第１および第２の切替端子ユニット３０１および３０２を有するスイッチング素子１００を示す。スイッチング素子１００には、第１の加熱端末ユニット４０１および第２の加熱端末ユニット４０２を介して電流経路に接続することができる加熱装置４００が割り当てられる。図３に示す配置は、以下の説明においては、加熱装置−スイッチング素子のペア、すなわちＴＡＣＢセル６００と呼ぶ。
【００３１】
加熱装置４００は、本質的にはスイッチング素子１００を、「オン」の状態、すなわち金属／金属類似のブリッジが形成される状態から、「オフ」状態にするために使用することができるジュール熱を発生する。基本原理は、上記金属または金属類似のトラックに沿った電流密度により、適用したジュール熱が、消去するセルを加熱し、非常に短い時間内にブリッジの金属原子の結果としての増大した拡散運動をトリガするというものである。この効果は、本発明によるＴＡＣＢセルの場合、または本発明によるスイッチング素子の場合には、加熱装置４００により適当な高温が供給されるために、拡散運動が数ナノ秒（ｎｓ）間にスイッチング素子１００を「オフ」状態にするという方法で使用される。
【００３２】
さらに、電気的消去だけを熱により支援することができる。この場合、加熱動作と同時に、好適には金属原子として形成された導電素子が、後方に移動して第１の電極ユニット２０１内に拡散するように電界がかけられる。この場合、ＣＢセルをベースとする従来のスイッチング素子と比較した場合の利点は、このような消去を加熱動作と同時に低い電界強度により行うことができることである。本発明は、さらに消去時間を短縮するという利点を有する。
【００３３】
スイッチング素子またはＴＡＣＢセルへの熱支援書き込みまたは「プログラミング」を、同じ方法で実行することができることを指摘しておきたい。
このことは、書き込みおよび消去中、金属イオンの移動度は、かなりの温度依存性を有するという物理的事実、すなわち、μｉｏｎ＝μｉｏｎ（Ｔ）であるという物理的事実を利用するステップを含む。ここで、Ｔｉ＜＜Ｔ２であれば、μ（Ｔｉ）＜＜（Ｔ２）であ
る。
【００３４】
原則的に、本発明による加熱装置４００によるスイッチング素子１００を加熱するには３つのオプションを使用することができる。
ａ）加熱電流を、スイッチング素子１００を通して直接流す方法。
【００３５】
ｂ）加熱電流をスイッチング素子１００を通して流さないで、スイッチング素子１００（加熱装置−スイッチング素子のペア）の近くに配置されている加熱装置４００だけを通して流す方法。
【００３６】
ｃ）加熱電流の一部をスイッチング素子１００を通して流し、加熱電流の一部を加熱装置４００を通して流す方法。
上記実施形態は、加熱装置４００の実施および接触接続の点で異なる。上記ａ）の方法の場合、熱による加熱は、加熱電流が、直接セルを通してまたは直列接続抵抗発熱素子（例えば、抵抗電極の形をしている）を通して流れることにより行われる。発熱素子はＴＡＣＢセル内に直接内蔵される。このような装置は、並列または直列抵抗発熱体を適当に選択することにより実行することができる。
【００３７】
実施形態ｂ）は、図４〜図９を参照しながら、異なる配置で以下に説明するように、例えば、加熱線としての書き込み線のような追加の加熱線または既存線を使用して実行することができる。
【００３８】
そのため、実施形態ｃ）は、実施形態ａ）およびｂ）の組合わせである。
図４〜図９を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
下記の実施形態の目的は、本発明による複数のスイッチング素子、または複数の加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００を有するアレイを含むメモリ・セル・アレイを形成することである。
【００３９】
図４Ａは、（それぞれの場合、各参照番号に文字ａ，ｂ，ｃ，．．．，ｉ，．．．，ｎを付けたもので示す）２つの加熱装置−スイッチング素子のペアを使用する配置である。
【００４０】
図４Ａの例示としての実施形態の場合には、対応する加熱装置４００ａおよび４００ｂは、各スイッチング素子１００ａおよび１００ｂを加熱するために、十分大きな電流を導入しなければならないビット線５０１に接続している。この場合、メモリ・セルとして使用するスイッチング素子１００ａ、１００ｂは、それぞれビット線５０１および対応するワード線５０２ａおよび５０２ｂ間にそれぞれ接続している。この図は、図４Ａの例示としての実施形態の本発明による加熱装置−スイッチング素子のペアにより作動しない接触接続線５０３も示す。
【００４１】
図４Ａにさらに示すように、発熱素子４００ａ、４００ｂの他に、または代わりに発熱素子４００ｃ、４００ｄを使用することもできる。この場合、追加の発熱素子４００ｃ、４００ｄは、関連するスイッチング素子１００ａ、１００ｂに直列に接続している。
【００４２】
図４Ｂは、接触接続線５０３が、加熱装置４００の接続のために使用される別々の配置を示す。図４Ｂの配置の場合、加熱装置４００は、２つのスイッチング素子１００ａ、１００ｂ間に配置されていて、このタイプの両方のスイッチング素子１００ａ、１００ｂを加熱する。スイッチング素子自身は、それぞれワード線５０２ａおよび５０２ｂおよびビット線５０１間に配置されている。
【００４３】
図５Ａは、加熱装置４００ａおよび４００ｂのための電流が消去線５０４を介して送ら
れる別の例示としての実施形態である。この場合、対応するスイッチング素子１００ａ、１００ｂは、ビット線５０１またはワード線５０２ａ、５０２ｂを介して駆動され、一方、接触接続線５０３は、加熱装置４００により作動しない。
【００４４】
図５Ｂは、図５Ａの配置を変形したものである。図５Ｂに示すように、この場合も、消去線は、消去電流（または書き込み電流）が、消去線５０４を介して加熱装置４００に加熱するために供給されるように、加熱線として設計される。
【００４５】
各スイッチング素子１００ａ、１００ｂは、各切替端子ユニット３０１および各第２の切替端子ユニット３０２と一緒に、ビット線５０１および接触接続線５０３の間に接続している。
【００４６】
図６〜図９は、２つの異なる実施形態の加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００から形成されているメモリ・セル・アレイの設計を示す。図６および図７は、消去線５０４ａ〜５０４ｎが、メモリ・セル・アレイ内のビット線５０１ａ〜５０１ｎに並列になっている配置を示す。消去線５０４ａ〜５０４ｎは、図８および図９の配置のビット線５０１ａ〜５０１ｎに垂直に配置されている。
【００４７】
図６は、加熱装置４００およびスイッチング素子１００を備える加熱装置−スイッチング素子のペアを示す。スイッチング素子１００は、第１の切替端子ユニット３０１を介してビット線５０１に接続していて、一方、スイッチング素子１００は、第２の切替端子ユニット３０２を介してワード線５０２に接続している。図３を参照しながらすでに説明したように、加熱装置４００は、第１の加熱端末ユニット４０１および第２の加熱端末ユニット４０２を有する。これら端末ユニットは、図６の配置の場合には、消去線５０４に接続している。
【００４８】
図７は、図６に示す加熱装置−スイッチング素子のペア、またはＴＡＣＢセル６００を有するメモリ・セル・アレイである。
図８および図９の配置は、加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００の配置がメモリ・セル・アレイの形をしているという点で、図６および図７の配置に対応する。図８に示すように、スイッチング素子１００は、第１の切替端子ユニット３０１を介してビット線５０１に接続していて、一方、スイッチング素子１００は、第２の切替端子ユニット３０２を介してワード線５０２に接続している。ワード線５０２は、加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００の加熱装置４００が位置する消去線５０４に並列になっている。加熱装置４００は、第１の加熱端末ユニット４０１および第２の加熱端末ユニット４０２を介して消去線５０４に接続している。
【００４９】
図９は、最後に、図８に示す加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００を有するメモリ・セル・アレイを示す。
図７の配置の場合は、消去線５０４ａ〜５０４ｎは、ビット線５０１ａ〜５０１ｎに並列にメモリ・セル・アレイの上または下に配置することができるが、消去線５０４ａ〜５０４ｎは、図９の例の各ワード線５０２ａ〜５０２ｎに並列に配置されている。図７の配置は、消去線５０４ａ〜５０４ｎにより、抵抗発熱素子を各スイッチング素子のところにアドレスすることができるという利点がある。大きな振幅を有する電圧パルスにより、「交点アレイ」内の重要な消去を避けることができる。この配置の１つの欠点は、ビット線５０１ａ〜５０１ｎに割り当てられたすべてのセルをこの方法で消去できる（「ブロック消去」とも呼ばれる）ことである。
【００５０】
比較のために、図９の配置の場合には、対応するワード線５０２ａ〜５０２ｎに割り当てられるすべてのセルは、消去動作により消去される。
電解質層２０３が形成される固体電解質材料（とりわけ図２Ａおよび図２Ｂ参照）は、好適には、ゲルマニウム・セレン（ＧｅｘＳｅ１−ｘ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅｘＳ１−ｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、硫化銅（Ｃｕ−Ｓ）、銅セレン（Ｃｕ−Ｓｅ）、または類似の、例えば、二元または三元カルコゲナイド含有化合物からなるグループからの１つまたは複数の材料から形成することが好ましい。
【００５１】
第１の電極ユニット２０１から電解質層２０３内に堆積される導電素子は、好適には、金属イオンのクラスタ、通常５〜１０ｎｍの範囲の直径を有する金属化合物または金属含有堆積物であることが好ましい。
【００５２】
多くの加熱パルスを加えると、固体電解質内にＴＡＣＢセル６００内の金属が累積して固まる恐れがある。それ故、適当な追加の電気的消去パルスにより、ＴＡＣＢセル６００を最初の状態にリセットする必要がある場合がある。しかし、このことは、回路素子のユーザには見えないリセット・パルスが、例えば、回路装置がオンになった場合、または回路装置がオフになった場合、実際の動作サイクルの後でこれらのパルスを実行するように導入されるという方法で回路設計により実行することができる。しかし、このような消去または書き込みパルスの速度要件は厳格なものではない。
【００５３】
イオン移動度μ＝μ（Ｔ）の温度依存性により熱的に誘起された拡散プロセスを行うことができる。熱的消去のための、すなわち「オン」抵抗の約１０〜１００ｋΩから数ＧΩまたはもっと高い抵抗への遷移のための作動エネルギーは、約０．２５ｅＶであるので、加熱装置４００が１９０℃〜２００℃の範囲内の温度を発生すると、消去時間は数マイクロ秒から数ナノ秒になる。このような温度は、ジュール効果をベースとする抵抗材料内に電流の強度により簡単な方法で入手することができ、加熱装置−スイッチング素子のペアまたはＴＡＣＢセル６００により形成されているメモリ・セル・アレイを破壊しない。
【００５４】
スイッチング素子１００を加熱するための加熱装置４００は、スイッチング素子１００の一体構成要素部分として設計することができる。「ＴＡＣＢセル」６００は、加熱装置４００とスイッチング素子１００との組合わせにより形成される。
【００５５】
１つの好ましい実施形態の場合には、スイッチング素子１００を加熱するための加熱装置４００は、抵抗発熱素子として形成される。好適には、加熱装置４００は、第１の電極ユニット２０１、電解質層２０３および第２の電極ユニット２０２からなる配置を通してスイッチング素子１００を加熱するための電流を駆動することが好ましい。この場合、加熱装置４００は、動作のパルス・モードで電流パルスにより、スイッチング素子１００を加熱することができる。この場合、ＴＡＣＢセル６００のメモリ状態に影響を与えないバイポーラ・パルスを使用することができる。この目的のために、ナノ秒範囲内の持続時間を有し、スイッチングしきい値（約０．２５ＶのＶｔ）以下のパルス電圧を有するパルスを使用することができる。加熱装置４００が対応する割り当てられたスイッチング素子１００を加熱する通常の温度は、５０℃〜３５０℃の範囲内である。
【００５６】
好適な加熱材料としては、金属および金属窒化物、特に、ＷＮｘ、ＴｉＮｘ、ＴａＮｘ、ＴｉＳｉｘＮｙ、ＴａＳｉｘＮｙ、ＷＳｉｘＮｙのようなＣＭＯＳ材料の導電性金属窒化物等がある。さらに、ＴｉＳｉｘ、ＷＳｉｘ、ＣｏＳｉｘ、ＮｉＳｉｙ、ＴａＳｉｘまたはｎ−ポリ−Ｓｉ、ｐ−ポリ−Ｓｉのようなドーピングした多結晶シリコン材料のような金属珪化物も有利に使用することができる。
【００５７】
今まで好ましい例示としての実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないで、種々の方法で修正することができる。
さらに、本発明は、上記用途の可能性に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】ＴＡＣＢスイッチング素子の略図。
【図１Ｂ】ＴＡＣＢスイッチング素子の簡単な構造。
【図２Ａ】「オフ」状態の、導電素子が固体電解質材料内に拡散している、図１ＢのＴＡＣＢスイッチング素子。
【図２Ｂ】ＴＡＣＢセルが「オン」状態の、導電素子が固体電解質材料内に拡散している図１Ｂのセル。
【図３】割り当てられた加熱装置を含むＴＡＣＢスイッチング素子の略図。
【図４Ａ】ビット線を加熱線として使用している、メモリ・セル・アレイ内に加熱装置を含むスイッチング素子またはＴＡＣＢセルの配置。
【図４Ｂ】接触接続線を接続線デバイスとして使用している、割り当てられた加熱装置を含むメモリ・セル・アレイ内のスイッチング素子。
【図５Ａ】割り当てられた加熱装置が消去線を介して接続しているメモリ・セル・アレイ内に配置されているＴＡＣＢセル。
【図５Ｂ】メモリ・セル・アレイのビット線およびワード線にＴＡＣＢセルが修正した状態で接続している図５Ａの配置。
【図６】スイッチング素子がビット線およびワード線間に接続し、発熱素子が消去線に接続している加熱装置−スイッチング素子のペア。
【図７】メモリ・セル・アレイ内の図６による加熱装置−スイッチング素子のペアの配置。
【図８】スイッチング素子がビット線およびワード線間に接続し、発熱素子がワード線に並列に配置されている消去線に接続している加熱装置−スイッチング素子のペア。
【図９】図８による加熱装置−スイッチング素子のペアを有するメモリ・セル・アレイ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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