(57)【要約】【課題】光情報を直接的に取り込んで記憶かつ読出を行うことを可能にした新規な不揮発性メモリを提供する。【解決手段】所定の基板１１上において、半導体層１２、強誘電体層１３、及び光伝導体層１４を順次に積層する。半導体層１２上には、突出した中央部が強誘電体層１３の下側に延在するようにして形成されたソース電極１５及びドレイン電極１６を設けるとともに、光導電層１４上にはゲート電極１７を設ける。強誘電体層１３及び光伝導体層１４は、不揮発性光メモリ１０のゲート電極部を構成し、半導体層１２は、不揮発性光メモリ１０のチャネル部を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基板上において、半導体層と、強誘電体層と、光伝導体層とが順次に積層されてなる不揮発性光メモリ。
【請求項２】
前記強誘電体層及び前記光伝導体層はゲート電極部を構成し、前記半導体層はチャネル部を構成することを特徴とする、請求項１に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項３】
前記光伝導体層は、光情報検知層として機能することを特徴とする、請求項１又は２に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項４】
前記強誘電体層は、光情報記憶層として機能することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項５】
前記半導体層は、光情報読出層として機能することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項６】
前記光伝導体層は、有機伝導体を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項７】
前記光伝導体層は、銅フタロシニアニン及びアルミキノリル錯体の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項６に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項８】
前記強誘電体層は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸鉛、及びチタンジルコン酸鉛の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項９】
前記半導体層は、酸化物半導体を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項１０】
前記半導体層は、マンガン酸ランタンバリウムを含むことを特徴とする、請求項９に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項１１】
前記光伝導体層の厚さが３００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項１２】
前記強誘電体層の厚さが１００ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項１３】
前記半導体層の厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一に記載の不揮発性光メモリ。
【請求項１４】
所定の光情報を光伝導体層に照射して検知する工程と、
前記光伝導体層内を伝播してきた前記光情報により、前記光伝導体層の下方に設けられた強誘電体層を分極させ、前記光情報を前記強誘電体層中に記憶する工程と、を具えることを特徴とする、光情報記憶方法。
【請求項１５】
前記光情報による前記強誘電体層の分極は、前記強誘電体層に対して所定のバイアス電圧を印加した状態で実施することを特徴とする、請求項１４に記載の光情報記憶方法。
【請求項１６】
前記光伝導体層は、有機伝導体を含むことを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の光情報記憶方法。
【請求項１７】
前記光伝導体層は、銅フタロシニアニン及びアルミキノリル錯体の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の光情報記憶方法。
【請求項１８】
前記強誘電体層は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸鉛、及びチタンジルコン酸鉛の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一に記載の光情報記憶方法。
【請求項１９】
前記半導体層は、酸化物半導体を含むことを特徴とする、請求項１４〜１８のいずれか一に記載の光情報記憶方法。
【請求項２０】
前記半導体層は、マンガン酸ランタンバリウムを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の光情報記憶方法。
【請求項２１】
前記光伝導体層の厚さが３００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１４〜２０のいずれか一に記載の光情報記憶方法。
【請求項２２】
前記強誘電体層の厚さが１００ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項１４〜２１のいずれか一に記載の光情報記憶方法。
【請求項２３】
所定の光情報を光伝導体層に照射して検知する工程と、
前記光伝導体層内を伝播してきた前記光情報により、前記光伝導体層の下方に設けられた強誘電体層を分極させ、前記光情報を前記強誘電体層中に記憶する工程と、
前記光情報を、前記強誘電体層の下方に設けられた半導体層中の、前記強誘電体層との電界効果による抵抗変化を計測することにより読出す工程と、を具えることを特徴とする、光情報読出方法。
【請求項２４】
前記光情報による前記強誘電体層の分極は、前記強誘電体層に対して所定のバイアス電圧を印加した状態で実施することを特徴とする、請求項２３に記載の光情報読出方法。
【請求項２５】
前記光伝導体層は、有機伝導体を含むことを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の光情報読出方法。
【請求項２６】
前記光伝導体層は、銅フタロシニアニン及びアルミキノリル錯体の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の光情報読出方法。
【請求項２７】
前記強誘電体層は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸鉛、及びチタンジルコン酸鉛の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか一に記載の光情報読出方法。
【請求項２８】
前記半導体層は、酸化物半導体を含むことを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか一に記載の光情報読出方法。
【請求項２９】
前記半導体層は、マンガン酸ランタンバリウムを含むことを特徴とする、請求項２８に記載の光情報読出方法。
【請求項３０】
前記光伝導体層の厚さが３００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項２３〜２９のいずれか一に記載の光情報読出方法。
【請求項３１】
前記強誘電体層の厚さが１００ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする、請求項２３〜３０のいずれか一に記載の光情報読出方法。
【請求項３２】
前記半導体層の厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項２３〜３１のいずれか一に記載の光情報読出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性光メモリ、光情報記憶方法、及び光情報読出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ記録は今日の高度情報化社会に不可欠であり、揮発性のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）から、不揮発性のＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）の開発に関心が移行しており、多くの企業が開発に乗り出している。近年においては、高速かつ高密度のデータ処理が要求されており、このため所定の光情報を直接的に不揮発性メモリ内に記録する要望が増大している。
【０００３】
ＩＢＭは１９６０年代において、無機半導体／無機強誘電体の２層構造による光メモリの試作に成功しているが、この光メモリは電気的に読出すことができないという問題がある。また、無機半導体を光受光層として利用しているため、光照射時の抵抗が比較的小さく、十分な効率を得ることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、光情報を直接的に取り込んで記憶かつ読出を行うことを可能にした新規な不揮発性メモリを提供するとともに、前記光情報の直接的な記憶方法並びに前記光情報の読出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、所定の基板上において、半導体層と、強誘電体層と、光伝導体層とが順次に積層されてなる不揮発性光メモリに関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の光情報を光伝導体層に照射して検知する工程と、
前記光伝導体層内を伝播してきた前記光情報により、前記光伝導体層の下方に設けられた強誘電体層を分極させ、前記光情報を前記強誘電体層中に記憶する工程と、を具えることを特徴とする、光情報記憶方法に関する。
【０００７】
さらに、本発明は、
所定の光情報を光伝導体層に照射して検知する工程と、
前記光伝導体層内を伝播してきた前記光情報により、前記光伝導体層の下方に設けられた強誘電体層を分極させ、前記光情報を前記強誘電体層中に記憶する工程と、
前記光情報を、前記強誘電体層の下方に設けられた半導体層中の、前記強誘電体層との電界効果による抵抗変化を計測することにより読出す工程と、を具えることを特徴とする、光情報読出方法に関する。
【０００８】
本発明によれば、所定の基板上において、半導体層と、強誘電体層と、光伝導体層とを順次に積層させて不揮発性光メモリを構成している。そして、前記光伝導体層に光情報検知層としての機能を付加し、所定の光情報を検知するようにしている。また、前記強誘電体層に光情報記憶層としての機能を付加し、前記光情報によって前記強誘電体層に分極を生ぜしめ、前記光情報を分極情報として記憶するようにしている。さらに、前記半導体層に光情報読出層としての機能を付加し、前記半導体層と前記強誘電体層との電界効果を通じた、前記半導体層の抵抗変化から前記強誘電体層の分極情報、すなわち記憶された光情報を読出すようにしている。
【０００９】
このように本発明によれば、メモリに対して直接的に光情報を取り込んで記憶させることができるとともに、前記光情報を前記半導体層の抵抗値変化から電気的に読み取ることができる。したがって、高速かつ高密度のデータ処理を可能とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の不揮発性光メモリの一例を示す側面図であり、図２は、図１に示す不揮発性光メモリの上平面図である。
【００１１】
図１及び図２に示す不揮発性光メモリ１０においては、所定の基板１１上において、半導体層１２、強誘電体層１３、及び光伝導体層１４が順次に積層されている。半導体層１２上には、突出した中央部が強誘電体層１３の下側に延在するようにして形成されたソース電極１５及びドレイン電極１６が設けられているとともに、光導電層１４上にはゲート電極１７が設けられている。強誘電体層１３及び光伝導体層１４は、不揮発性光メモリ１０のゲート電極部を構成し、半導体層１２は、不揮発性光メモリ１０のチャネル部を構成する。
【００１２】
不揮発性光メモリ１０に対して、図中の矢印で示すように所定の光情報が照射されると、この光情報は光伝導体層１４によって検知される。次いで、前記光情報は、光伝導体層１４内を伝播した後、強誘電体層１３に至り、内部に分極を生ぜしめる。この結果、強誘電体層１３において前記光情報は分極情報として記憶されるようになる。
【００１３】
なお、上記記憶操作において、強誘電体層１３にバイアス電圧を印加することが好ましい。強誘電体層１３内の分極状態は、電圧の大きさや方向に依存して変化し、ヒステリシスループを描くようになる。したがって、前記バイアス電圧を印加することにより、強誘電体層１３内の絶対的な分極の大きさを制御することができ、前記光情報の記憶をより確実に行うことができるようになる。
【００１４】
強誘電体層１３内部に分極が生じるようになると、これによって生じる電界効果によって半導体層１２の抵抗値が変化するようになる。前記抵抗値の変化度合いは強誘電体層１３内部の分極状態に依存するので、前記抵抗値変化を計測することによって、強誘電体層１３内部の分極情報、すなわち前記光情報を読出すことができるようになる。
【００１５】
図１及び図２に示す不揮発性光メモリ１０において、前記抵抗値変化は、ゲート電極１７に一定電圧を負荷した際の、ソース電極１５及びドレイン電極１６間に流れる電流値を計測することによって知ることができる。
【００１６】
光伝導体層１４は有機伝導体を含むことが好ましく、特には銅フタロシアニン及びアルミキノリル錯体の少なくとも一方を含むことが好ましい。また、光伝導体層１４の厚さは３００ｎｍ〜１０００ｎｍに構成することが好ましい。
【００１７】
強誘電体層１３は、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸鉛、及びチタンジルコン酸鉛の少なくとも一つを含むことが好ましい。また、強誘電体層１３の厚さは１００ｎｍ〜７００ｎｍに構成することが好ましい。
【００１８】
半導体層１２は、公知の半導体から構成することができるが、好ましくは酸化物半導体を含むことが好ましく、特にはマンガン酸ランタンバリウムを含むことが好ましい。また、半導体層１２の厚さは５ｎｍ〜１０ｎｍに構成することが好ましい。
【００１９】
なお、半導体層１２、強誘電体層１３及び光伝導体層１４は公知の成膜手法を用いて作製することができる。また、基板１１は、汎用の半導体基板を用いることができ、ソース電極１５、ドレイン電極１６及びゲート電極１７は、金、銀、銅などの高導電性金属から構成することができる。
【００２０】
【実施例】
（不揮発性光メモリの作製）
ＳｒＴｉＯ３からなる基板上に、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いたレーザデポジション法により、温度７３０℃で半導体層としてのＬａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層を厚さ７ｎｍに形成した。次いで、所定のマスクを用いた真空蒸着法により、室温で前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層上にソース電極及びドレイン電極としての金電極を形成した。
【００２１】
次いで、同じくレーザデポジション法により、温度６２０℃で強誘電体層としてのＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層を、前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極の、突出して延在する中央部を覆うようにして厚さ２５０ｎｍに形成した。次いで、真空蒸着法により、温度１００℃で前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層上に、光伝導体層としての銅フタロシアニン層を厚さ６００ｎｍに形成した。次いで、前記銅フタロシアニン層上に、真空蒸着法によりゲート電極としての金電極を形成し、図１及び図２に示すような不揮発性光メモリを作製した。
【００２２】
（不揮発性光メモリの評価）
上述のようにして作製した不揮発性光メモリに対して、Ｘｅランプからフィルタで３８０ｎｍ以下の紫外光を除去した白色光を照射し、前記不揮発性光メモリの動作特性を評価した。
【００２３】
図３は、前記不揮発性光メモリを構成するＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層の、誘電分極Ｐと印加電圧Ｖｂとの関係を示すグラフである。図３に示すように、白色光を照射した状態においては、印加電圧の増減に従って比較的大きな誘電分極値Ｐが生じるようなヒステリシス曲線を呈するが、白色光の非照射状態においては、極小さい誘電分極値Ｐしか呈さない事が分かる。したがって、前記白色光を照射することによって、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層に適当な大きさの分極を生ぜしめることができる。この結果、前記白色光に対して所定の情報を重畳させれば、この光情報を分極情報として前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層中に記憶できることが分かる。
【００２４】
また、このとき、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層に対して所定の大きさのバイアス電圧を印加すれば、その誘電分極値Ｐを変化させることができるので、前記光情報を分極情報として正確に記憶させておくことができる。
【００２５】
図４は、前記不揮発性光メモリを構成するＬａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層の抵抗値変化を示すグラフである。図４から明らかなように、前記白色光を照射した状態においては、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層からの電界効果によって、前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層中の抵抗値はゲート電圧とともに変化するが、前記白色光を照射しない状態においては、前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層中の抵抗値はゲート電圧が変化してもほとんど変化しない。
【００２６】
図５は、前記不揮発性光メモリの記録動作を実行した際の、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層における抵抗値の経時変化を示すグラフである。なお、本記録動作は、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層に対して−５Ｖのバイアス電圧を印加することによって実施している。前述した白色光が前記不揮発性光メモリに照射されると（図中のａ点）、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層中には所定の大きさの分極が生ぜしめられるため、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層からの電界効果によって、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層の抵抗値は図中のａ点からｂ点へ変化（低下）する。
【００２７】
その後、前記バイアス電圧を除去することによって、前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層の抵抗値は図中のｂ点からｃ点へ若干変化（増加）し、以降一定値を呈するようになる。その後、＋５Ｖのゲート電圧を印加することによって前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層中の分極を消滅させると、前記Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層中の抵抗値は図中のｄ点からｅ点に変化（増加）し、ａ点における抵抗値と同等の抵抗値を呈するようになる。
【００２８】
このように、ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層が分極していると、それに応じてＬａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層中の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を計測することにより、前記ＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層の分極状態、すなわち分極情報を読出すことができ、これによって前記分極情報に変換せられた光情報を読出すことができる。
【００２９】
図６は、図５に示す記録動作を連続的に複数回実施した際の、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層における抵抗値の経時変化を示すグラフである。図６から明らかなように、記録動作を複数回実施しても、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３層は同様の経時的な抵抗値変化繰り返し、複数回の記録動作においても十分に読出動作を行えることが分かる。
結果として、本実施例において得た不揮発性光メモリは、光情報を直接的に取り込んで記憶させることができるとともに、前記光情報を前記半導体層の抵抗値変化から電気的に読み取ることができるので、高速かつ高密度のデータ処理を可能とすることができる。
【００３０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光情報を直接的に取り込んで記憶かつ読出を行うことを可能にした新規な不揮発性メモリを提供するとともに、前記光情報の直接的な記憶方法並びに前記光情報の読出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の不揮発性光メモリの一例を示す側面図である。
【図２】図１に示す不揮発性光メモリの上平面図である。
【図３】不揮発性光メモリを構成するＰｂＺｒ０．２Ｔｉ０．８Ｏ３層の、誘電分極Ｐと印加電圧Ｖｂとの関係を示すグラフである。
【図４】不揮発性光メモリを構成するＬａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３半導体層の抵抗値変化を示すグラフである。
【図５】不揮発性光メモリの記録動作を実行した際の、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３半導体層における抵抗値の経時変化を示すグラフである。
【図６】図５に示す記録動作を連続的に複数回実施した際の、Ｌａ０．８７Ｂａ０．１３ＭｎＯ３半導体層における抵抗値の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  基板
１２  半導体層
１３  強誘電体層
１４  光伝導体層
１５  ソース電極
１６  ドレイン電極
１７  ゲート電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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