(57)【要約】  【課題】  現代のエレクトロニクスでは、デバイスの微細化が極限まで進みつつあり、チャネル長が数十ｎｍにまで小さくなることが想定されるが、チャネル部分に存在するおよそ１０個の不純物元素数の統計的な揺らぎによりデバイスの特性が大きく変わってしまうとい問題があった。  【解決手段】  異種の酸化物絶縁体のヘテロエピタキシャル接合界面をＮＶＲＡＭデバイスに用いる方法を提供する。この接合界面内を界面に並行に流れる電流の電気抵抗値は、電流と同じ経路を介して接合界面に与える電流または電圧パルスによって不揮発に変化することを我々は発見した。本発明においては、パルスによって不揮発に変化する界面の電気抵抗を利用して、情報の書き込み、読み出し、および消去を繰り返し行うことのできる、２端子のＮＶＲＡＭデバイスを提供する。【選択図】図１ 
2005064397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる２種の酸化物絶縁体のヘテロ接合界面に生じる導電性を利用することを特徴とする電子部品。
【請求項２】
上記酸化物絶縁体は、一般式ＡｘＢｙＯｚ（式中、Ａは、周期律表の１Ａ族、２Ａ族、希土類、Ｂは、周期律表の１Ｂ族〜７Ｂ族、８族、３Ａ族（及び５Ａ族、Ｏは、酸素であり、Ｘ、Ｙ及びＺは、０又は正の整数である。）で表現される物質から成ることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
【請求項３】
上記界面は、ヘテロエピタキシャル接合界面であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品。
【請求項４】
上記電子部品は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品。
【請求項５】
上記電子部品は、不揮発性ランダム・アクセス・メモリであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品。
【請求項６】
上記酸化物のバルク部分に、構成元素の欠損若しくは過剰又は他の元素との置換若しくは他の元素の挿入を行わないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品。
【請求項７】
上記電子部品は、２端子しか用いないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子部品。
【請求項８】
上記２種の酸化物絶縁体は、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸ランタンであることを特徴とする請求項１記載の電子部品。
【請求項９】
上記電子部品の制御方法であり、２つの電極間に電圧パルス又は電流パルスを印加することによって上記界面の電気抵抗を変化させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電子部品の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には不揮発性メモリに関し、より詳細には、不揮発性ランダム・アクセス・メモリ（以下「ＮＶＲＡＭ」ともいう。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性メモリとは、デジタル化された情報を、電気的に書き込みかつ消去することが可能で、かつデバイスへの電力が遮断されてもその情報が保持出来るデバイスのことである。ランダム・アクセスによって個々の場所を読み取ることができる不揮発性デバイスの配列を、不揮発性ランダム・アクセス・メモリ（ＮＶＲＡＭ）と呼ぶ。
【０００３】
現在使用されているＮＶＲＡＭのほとんどは、電解効果トランジスタ構造を持ち、そのゲート絶縁層に電荷を蓄えて、チャネル部分の伝導度を変化させるようになっている。例えばゲート絶縁層の内部に電気的に分離された導電層（フローティング・ゲート）を置き、そこにキャリアを注入することでゲート絶縁層に電荷を蓄えさせるものがいわゆるフラッシュ・メモリと呼ばれるものである。
【０００４】
また、ゲート絶縁層に強誘電体を用いるとゲートの電場をオフにしても誘電分極が残るため、チャネルの伝導度が保たれる。これはＦｅＲＡＭと呼ばれている。
【０００５】
しかしこれらのＮＶＲＡＭに共通している問題点として、チャネル部分に不純物（ドーパント）によってキャリアドープした半導体を用いていることがあげられる。
【０００６】
現代のエレクトロニクスでは、デバイスの微細化が極限まで進みつつあるが、チャネル長が数十ｎｍにまで小さくなってくると、チャネル部分に存在するおよそ１０個のドーパントの数の統計的な揺らぎでデバイスの特性が大きく変わってしまう（下記［非特許文献１］参照）。したがってこれは微細化を阻む大きな限界となってしまっているのである。
【非特許文献１】Martin R. Castell etal.,「Nature Materials」第２巻、２００３年、第１２９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようにＮＶＲＡＭの微細化・集積化の限界を決定付けている多くの要素のうちの重要なひとつは、ドーパントの存在である。ドーパントは、通常、化学的な方法やイオンプランテーションなどの方法を用いて意図的に導入してある。しかし、このようなドーパントを全く用いないデバイスでＮＶＲＡＭを作製することができれば、ＮＶＲＡＭの微細化・集積化にとって大きなブレークスルーとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、異種の酸化物絶縁体のヘテロエピタキシャル接合界面をＮＶＲＡＭデバイスに用いる方法を提供する。
【０００９】
このときヘテロエピタキシャル接合界面をはさんだ異種の酸化物のバルクの電気伝導は、十分に絶縁体的でなければならないが、接合界面においてはマーデルングポテンシャルの変化などに起因する電荷分布の再構成が起こって数百キロオーム程度の導電性が生じていることが望ましい。
【００１０】
この接合界面内を界面に並行に流れる電流の電気抵抗値は、電流と同じ経路を介して接合界面に与える電流または電圧パルスによって不揮発に変化することを我々は発見した。
【００１１】
本発明においては、パルスによって不揮発に変化する界面の電気抵抗を利用して、情報の書き込み、読み出し、および消去を繰り返し行うことのできる、２端子のＮＶＲＡＭデバイスを提供する。
【００１２】
異なる２種の酸化物絶縁体の接合には、例えば、ＡＢＯ3 とＣＤＯ3という化学式で表されるペロブスカイト型酸化物どうしの接合がある。ＡとＣは、アルカリ金属（周期律表の１Ａ族）、アルカリ土類金属（周期律表の２Ａ族）および希土類である。Ｂは遷移金族（周期律表の２Ｂから７Ｂ及び８族）、周期律表の３Ａから５Ａ族である。Ｏは酸素である。ＡとＢの元素が入れ代わる場合もある。またＡとＢがともに遷移金属の場合もある。
【００１３】
以下では異なる２種の酸化物絶縁体をＸおよびＹとする。
【００１４】
最初に、物質Ｘの単結晶基板を用意し、化学的または熱的な方法を用いてその清浄表面を作製する。
【００１５】
あるいは最初に、このＸの単結晶基板または別の適当な物質の基板の上にパルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）などによってＸの単結晶薄膜を生成する。
【００１６】
次に、このＸの単結晶の清浄表面またはＸの単結晶薄膜の上に、直接、ＰＬＤ法などによって別の酸化物絶縁体Ｙの単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。
【００１７】
酸化物絶縁体ＸとＹのヘテロエピタキシャル接合界面に接するように２端子の電極を作製する。例えば、Ｙ上に塗布したレジストにリソグラフィーによって電極パターンを作製した後、イオンミリングなどによってこの電極パターンにあわせてＹを削り取る。このとき削り取る深さはＹの膜厚より大きくとり、ＸとＹの界面より深い位置まで電極パターンが彫られている必要がある。
【００１８】
次にその電極パターンに金属を蒸着する。つまり金属電極はＸとＹの界面に直接、接している。
【００１９】
異なる２種の酸化物絶縁体ＸとＹのヘテロエピタキシャル接合界面の電気抵抗は、２つの電極間に電圧パルスまたは電流パルスを印加することによって変化する。さらにパルスの印加が終わったあとも、その抵抗値が保持される。抵抗値を変化させた後に、そのパルスと逆向きの電圧パルスまたは電流パルスを印加すると、抵抗値が元の値にもどる。
【００２０】
上記の操作は繰り返し行うことができて、しかも一度変化した抵抗値は次のパルスを印加するまで保持されるので不揮発である。
【発明の効果】
【００２１】
この不揮発メモリは、わずかに２端子しか必要としない上に、そのうち１端子は、接地してもよい。したがって微細化が非常に容易となる。さらに不純物添加によるキャリアドーピングを全く必要としないので、微細化によって素子の機能にばらつきが生じることは全くない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
10mm×10mm角で厚さ0.5mmの両面研磨チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３：以下「ＳＴＯ」という。）単結晶(001)面ステップフロー基板の上に、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ）によってアルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３：以下「ＬＡＯ」という。）を５ユニットセルだけエピタキシャル成長させた。成長は、反射高速電子線回折（以下「ＲＨＥＥＤ」ともいう。）を用いてリアルタイムでモニターした。ＲＨＥＥＤ像の鏡面反射点強度は、明瞭な振動を示し、各層は、layer-by-layerモードで確かにエピタキシャル成長している。
【００２４】
このＬＡＯの上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーで電極パターンを作製したあと、イオンミリングでそのパターンにあわせてＬＡＯを除去して、電子ビーム蒸着により、アルミニウムを厚さ30Å、さらにチタンを300Å蒸着した。蒸着後はアセトンおよびリムーバーを用いて、レジストをリフトオフした。デバイスの断面図の模式図は図１のようになる。
【００２５】
電極間の距離が３μｍであるデバイスのＩＶ特性を図２に示す。初期状態において約０.１ＭΩであった電気抵抗が、電極間に５.０ｍＡの電流パルスを１２ｍｓｅｃ印加することで０.５ｋΩにまで減少する。ここで−５.５ｍＡの電流パルスを６０ｍｓｅｃ印加すると、電気抵抗の値はもとの０.１ＭΩにまで戻るが、さらに５.０ｍＡの電流パルスを１２ｍｓｅｃ印加すると、再び０.５ｋΩにまで減少する。
【００２６】
このように、正負のパルスを加えることで容易に電気抵抗の値を３桁近くスイッチさせることが可能であり、パルスを加えなければその抵抗値が保たれる。これはまさに不揮発でランダム・アクセスが可能なメモリである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本願発明に係る電子部品は、記憶素子を必要とするすべての電子デバイスに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明の実施例に係るデバイス構造の断面の模式図
【図２】本願発明の実施例に係る電極間の距離が３μｍであるデバイスの電流ー電圧特性図
【図１】
2005064397.tif 000003
【図２】
2005064397.tif 000004