(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して一体化した形状の強誘電体薄膜と、
前記強誘電体薄膜を第１ゲート電極と第２ゲート電極で挟んだ構造の複数個の分極開閉部と、
前記強誘電体薄膜を第１電極板と第２電極板で挟んだ構造の複数個の分極蓄電部と、を有し、
前記複数個の分極開閉部と複数個の分極蓄電部が交互に配置され、
前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極開閉部の第２電極との間、および前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極蓄電部の第２電極板との間に常誘電体からなる絶縁層を設けたたことを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数個の分極開閉部における第１ゲート電極と、前記複数個の分極蓄電部における第１電極板は連続した共通の電極で形成されたことを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記複数個の分極開閉部における第２ゲート電極と、前記複数個の分極蓄電部における第２電極板はそれぞれ異なる製造工程で形成されたことを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項４】
請求項２において、
前記連続した共通の電極は白金からなることを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項５】
請求項１において、
前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極開閉部の第２電極との間に常誘電体からなる第１絶縁層を設け、また前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極蓄電部の第２電極板との間に常誘電体からなる第２絶縁層を設け、かつ前記第１絶縁層と第２絶縁層とでは誘電率が互いに異なることを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至４のうちいずれか一項において、
前記常誘電体からなる絶縁層は酸化ニッケルからなることを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項において、
前記強誘電体薄膜はＰＺＴＮ、もしくはＰＺＴ、あるいはＳＢＴからなることを特徴とする分極転送デバイス。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、
前記分極開閉部の第１ゲート電極と第２ゲート電極間に加える制御電圧、および、前記分極蓄電部の第１電極板と第２電極板の間に加える制御電圧は前記強誘電体薄膜の抗電圧以下の電圧であることを特徴とする分極転送デバイスの転送制御方法。
【請求項９】
請求項１または請求項２において、
前記複数個の分極蓄電部における、隣接する第１の分極蓄電部と第２の分極蓄電部のそれぞれの第１電極板間、もしくは第２電極板間、あるいはその両方においては、転送する方向に信号の分極を誘引もしくは反発する電圧が加わるように制御信号を与えることを特徴とする分極転送デバイスの転送制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は強誘電体の不揮発性を利用したデバイス分野、殊に強誘電体メモリにおいて、強誘電体の分極をメモリ素子として用いる際にデバイス構成の要素として分極を転送する機能ブロックの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、メモリ分野のなかで電気的に書き込み、消去可能な不揮発性メモリの重要性が増している。不揮発性メモリも様々にあるが、高速性、低電圧特性、低消費電力の観点から強誘電体メモリが注目されている。
【０００３】
たとえば図４３に示すように強誘電体薄膜４３４０を電極４３４１と電極４３４２の間に挟み、強誘電体コンデンサ４３４９を形成し、メモリセルの一要素として用いる。更に図４４のように絶縁ゲート電界効果型トランジスタ４４１２と強誘電体コンデンサ４４１１と組み合わせてメモリセルとし、ワード線４４１３、ビット線４４１４、プレート線４４１５とともにメモリセル群を行列状に構成した、いわゆる１Ｔ１Ｃ（１トランジスタと１コンデンサ）の強誘電体メモリがある。
【０００４】
なお、図４２は図４３の破線４３４９で示した強誘電体コンデンサ、もしくは強誘電体薄膜４３４０の印加電圧と内部分極の関係を示した特性図である。図４２において、印加電圧Ｖをかけるとその逆の極性の分極が強誘電体薄膜の中に誘起されるが、その状態が特性点４２０４である。この後、印加電圧を０としても強誘電体薄膜の中には残留分極があり、その点が特性点４２０５である。さらに逆に電圧をかけると残留分極は消えて、その状態が特性点４２０６となる。さらに印加電圧を−Ｖまでかけるとその逆の極性の分極が誘起されて、その状態が特性点４２０１となる。更に印加電圧を０としても強誘電体薄膜の中には残留分極があって、その点が４２０２である。更に正方向の電圧を加えていくと残留分極は消えて特性点４２０３となる。更に正の印加電圧Ｖをかけると特性点４２０４に戻る。以上のように図４２の特性図からも解るように強誘電体は印加電圧のかけた方向や履歴によりヒステリシス特性を有する。また、電圧を加えることにより生じた分極は印加電圧を０としても残留分極として保存される。この残留分極は逆方向の電圧を加えても抗電圧以下であれば消えない。以上の強誘電体のヒステリシス特性と残留分極の特徴を活かして不揮発性のメモリとして用いている。
【０００５】
また、図４５はゲート電極４５０１とソース電極４５０２とドレイン電極４５０３とバルクもしくはチャネルとなる４５０９で電界効果型トランジスタを形成しているとともに、ゲート電極４５０１の直下に強誘電体薄膜４５００を設けた強誘電体トランジスタの構造を示す断面図である。図４５の強誘電体トランジスタは強誘電体薄膜４５００の残留分極の極性と大きさにより電界効果型トランジスタのスレッショルド電圧が変化し、ソース・ドレイン間に流れる電流が変化する。
【０００６】
以上の図４５の強誘電体トランジスタを、図４６に示すように行列状に配置し、アドレスにより選択した強誘電体トランジスタ４６０１の流れる電流値の差異によって、強誘電体薄膜４５００に記憶された残留分極を検出する原理を利用した強誘電体メモリもある。  
また、他にも様々に強誘電体メモリはある。しかしながら、前記、強誘電体コンデンサと絶縁ゲート電界効果型トランジスタの組み合わせを用いるか、ゲート部に強誘電体薄膜を有した電界効果型トランジスタを用いるかのどちらかが殆どであり、基本的、原理的には同種、同型のものと考えられる。
【０００７】
なお、図４３、図４４で示すような強誘電体コンデンサ４３４９あるいは４４１１と絶縁ゲート電界効果型トランジスタ４４１２を組み合わせてメモリ素子として用いるものの例として特許文献１や、強誘電体コンデンサと絶縁ゲート電界効果型トランジスタとの接続方法は異なるが同種の例として特許文献２がある。
【０００８】
また、図４５、図４６で示すようなゲート部に強誘電体薄膜を有する電界効果型トランジスタ４６０１をメモリ素子として用いるものの例として特許文献３、あるいは特許文献４がある。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３９８８２号公報
【特許文献２】特開平１１−１７７０３６号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１５８６号公報
【特許文献４】特開２００４−１５３２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２、３、４のいずれの場合でも強誘電体コンデンサ、あるいはゲート部に強誘電体薄膜を有する電界効果型トランジスタとして用いる際に、各素子を独立させる必要がある。このときに強誘電体薄膜を各素子毎に分離する必要が生じ、強誘電体薄膜を化学的、物理的に切断するか、小さな領域で孤立して成長させるかの手法をとっていた。強誘電体は結晶の端点では特性が大きく変わる。したがって、従来の強誘電体メモリの構成ではデバイスの集積度をあげる為に、メモリセルを微細化していくと、それにともない強誘電体薄膜も小さな形状にする必要があるが、前述したように微細化にともない強誘電体の特性が変化してしまう。その結果、微細化による小型化が困難をともなうという問題があり、ひいては大容量化、低コスト化が難しいという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するものであって、その目的とするところは強誘電体薄膜を連続して一体化した形状として用いることにより、微細化や集積度にかかわらず、強誘電体の特性を高く、良好に、かつ安定化させることにある。さらには、この特性が安定化することにより、メモリデバイスのディメンジョン（設計寸法）を小さくして、強誘電体メモリとしての高集積化、大容量化を図り、かつ低コストの強誘電体メモリ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するために、各発明は以下のような構成からなる。
【００１３】
すなわち第１の発明は、連続して一体化した形状の強誘電体薄膜と、前記強誘電体薄膜を第１ゲート電極と第２ゲート電極で挟んだ構造の複数個の分極開閉部と、前記強誘電体薄膜を第１電極板と第２電極板で挟んだ構造の複数個の分極蓄電部と、を有しており、かつ前記複数個の分極開閉部と複数個の分極蓄電部が交互に配置されている。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記複数個の分極開閉部における第１ゲート電極と、前記複数個の分極蓄電部における第１電極板は連続した共通の電極で形成されている。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記複数個の分極開閉部における第２ゲート電極と、前記複数個の分極蓄電部における第２電極板はそれぞれ異なる製造工程で形成されたものである。
【００１６】
第４の発明は、第２の発明において、前記連続した共通の電極は白金からなるものである。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極開閉部の第２電極との間、および前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極蓄電部の第２電極板との間に常誘電体からなる絶縁層を設けたものである。
【００１８】
第６の発明は、第１の発明において、前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極開閉部の第２電極との間に常誘電体からなる第１絶縁層を設け、また前記強誘電体薄膜と前記複数個の分極蓄電部の第２電極板との間に常誘電体からなる第２絶縁層を設け、第１絶縁層と第２絶縁層の誘電率を互いに異ならせたものである。
【００１９】
第７の発明は、第５の発明において、前記常誘電体からなる絶縁層は酸化ニッケルからなるものである。
【００２０】
第８の発明は、第１の発明において、前記強誘電体薄膜はＰＺＴＮ、もしくはＰＺＴ、あるいはＳＢＴからなるものである。
【００２１】
第９の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記分極開閉部の第１ゲート電極と第２ゲート電極間に加える制御電圧、および、前記分極蓄電部の第１電極板と第２電極板の間に加える制御電圧は前記強誘電体薄膜の抗電圧以下の電圧であるものである。
【００２２】
第１０の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記複数個の分極蓄電部において、隣接する第１分極蓄電部と第２分極蓄電部のそれぞれの第１電極板間、もしくは第２電極板間、あるいはその両方において、転送する方向に信号の分極を誘引もしくは反発する電圧が加わるように制御信号を与えたものである。
【００２３】
このような構成からなる本発明によれば、強誘電体薄膜は共通の連続して一体化した形状となるので、安定した強誘電体特性が得られるという効果がある。
【００２４】
また、分極による信号を強誘電体薄膜のなかを蓄積、転送させる方法をとるので、信号が不揮発性であるとともに、書き込み回路や信号検出回路が共用化でき、集積効率を高めることができる。
【００２５】
また、制御信号や分極蓄電部の金属電極等を微細化しても強誘電体薄膜は広い面積を占めることに変わりはないため、不揮発性メモリとしての要点となる安定した特性の強誘電体薄膜が得られ、微細化と高集積化が比較的容易に行えるという効果がある。
【００２６】
以上より、安定した特性で、高集積、大容量、かつ低コストの強誘電体メモリを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について述べるが、その前に本発明が成立することを理解しやすくする為に、本発明に関係する強誘電体の分極に関わる物理現象について先に示す。
（表面電位と分極の移動について）
図３９は強誘電体における分極の状態例を示している。図３９において、３９０１、３９０２に示したのは強誘電体薄膜であるが、強誘電体薄膜の左側部分３９０１は下部が正極、上部が負極の分極をした状態を示している。また、右側部分３９０２は下部が負極、上部が正極の分極をした状態を示している。この場合において、強誘電体の結晶性がよく良好な特性が得られていると、左側部３９０１と右側部３９０２は逆の方向の分極をしていても、それぞれ独立して分極の方向と強さを保持している。
【００２８】
また、図４０は強誘電体薄膜４０２１を左側では下部電極４０２３と上部電極４０２４で挟み、右側では共通の下部電極４０２３と上部電極４０２５で挟んだ構造を示している。なお、下部電極４０２３はグラウンドの電位となっていて、上部電極４０２４には端子４０２６から、また、上部電極４０２５には端子４０２７から電位を与えられる構造となっている。図４０の（Ａ）および（Ｂ）ではまず、右側の上部電極４０２５に負電位をかけて直下の強誘電体薄膜には上が正極、下が負極の分極を起こしておいて、端子４０２７と上部電極４０２５の電位を開放しておく。次に図４０（Ａ）では左側の上部電極４０２４に負電位をかけて、上部電極４０２４の直下の強誘電体薄膜上が正極、下が負極の分極を起こす。また、図４０（Ｂ）では左側の上部電極４０２４に正電位をかけて、上部電極４０２４の直下の強誘電体薄膜上が負極、下が正極の分極を起こす。このとき、右側の上部電極４０２５直下における強誘電体薄膜の分極の状態を端子４０２７から調べてみると、（Ａ）の場合でも（Ｂ）の場合でも上部電極４０２５直下の分極の状態は当初、電位を与え、起こしておいた分極の状態、つまり、右側の上部電極４０２５直下の強誘電体薄膜には上が正極、下が負極の分極を起こしている状態はともに変わっていない。つまり、図３９の事例でも図４０の事例でも、強誘電体そのものだけでは左右方向で異なる分極が起こっていても分極の壁が保たれていて、相互は干渉せず互いの状態を保っている。以上が従来、よく知られている一般的な強誘電体薄膜の分極の現象であった。
【００２９】
しかしながら、状況を変えると前述の分極の壁が保たれない現象も観察される。
【００３０】
図４１にその例を示す。図４１（Ｃ）、（Ｄ）において、図４０の構造と異なるのは常誘電体絶縁層４１２２を強誘電体薄膜４１２１と上部電極４１２４、４１２５の間に設けたことである。この場合、当初左側の上部電極４１２４と右側の上部電極４２５に負電位を与え、上部電極４１２４と上部電極４１２５直下の強誘電体薄膜には上が正極、下が負極の分極の状態にする。そして、上部電極４１２５、端子４１３７の電位は開放する。この状態が図４１の（Ｄ）に示している。
【００３１】
次に端子４１２６を通して左側の上部電極４１２４に正電位を与える。すると上部電極４１２４の直下の強誘電体薄膜には上が負極、下が正極の分極となり、印加電圧の正負逆転にともない分極の方向も反転する。このとき、端子４１２７を通して、右側の上部電極４１３５直下における強誘電体薄膜の分極状態を調べると、図４１（Ｃ）のように当初の図４０（Ａ）の分極とは逆に反転することがある。少なくとも当初の図４０（Ａ）の強誘電体薄膜の上が正極、下が負極の分極のときよりも分極量が大きく変化することが観察される。この状態変化と変化量は常誘電体絶縁層の材質や厚み、そして電極４１２４と電極４１２５の間の距離等によっても大きく依存する。これは常誘電体絶縁層を設けたことによって、誘起される電荷状態が変化し、強誘電体薄膜の上部電位の安定状態が変化を受けたことによると推定される。つまり、強誘電体薄膜の上部の構造や電位によって、直下の強誘電体薄膜の分極壁が不安定になり、分極を強誘電体薄膜の中で移動させ、あるいは消滅させることが出来ることを示唆している。
【００３２】
以上のように、強誘電体薄膜の上部の材質や、電位によって、強誘電体薄膜の分極の状態が変化することが実験的に得られている。本発明は以上の現象を積極的、恣意的に利用するものである。次に実施形態について述べる。
（デバイス構造の第１実施形態）
図１は本発明の分極転送デバイスの第１実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００３３】
図１において、破線１１０に囲まれた内部は分極転送デバイスの断面構造を示している。１１１はＰＺＴＮからなる強誘電体薄膜であり、１１２はＮｉＯ（酸化ニッケル）からなる常誘電体絶縁層であり、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７はＰｔ（白金）からなる下部電極であり、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７はＰｔ（白金）からなる上部電極である。なお、強誘電体薄膜１１１はＰＺＴＮとしたがよく知られたＰＺＴやＳＢＴでもよい。ここでＰＺＴとはＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3の総称であり、またＰＺＴＮとはＰＺＴのＴｉの一部をＮｂで置き換えたものの総称であり、また、ＳＢＴとはＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9もしくはそれに近い組成の総称である。また、上部電極はＰｔ（白金）を例示したが、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）の金属や、ＩｒＯ2（酸化イリジューム）ＲｕＯ2（酸化ルビジューム）等、信頼性を含めた特性が確保されれば他の金属、金属酸化物でもよい。
【００３４】
さて、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極（第１ゲート電極）１１３と上部電極（第２ゲート電極）１２３で挟んだ構造により、第１分極開閉部が構成されている。図１では一点鎖線１４１に囲まれた内部が前記第１分極開閉部を示している。また、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１４と上部電極１２４で挟んだ構造により、第２分極開閉部が構成され、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１５と上部電極１２５で挟んだ構造により、第３分極開閉部が構成されている。
【００３５】
また、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１６と上部電極１２６で挟んだ構造により、第１分極蓄電部が構成され、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１７と上部電極１２７で挟んだ構造により、第２分極蓄電部が構成されている。図１では一点鎖線１４５に囲まれた内部が前記第２分極蓄電部を示している。
【００３６】
さて、第１分極開閉部、第２分極開閉部、および第３分極開閉部のそれぞれの下部電極１１３、１１４、１１５はともに接地電位１３１に接続されている。第２分極開閉部の上部電極１２４はΦ１である第１制御信号線１３２に接続されている。第１分極開閉部と第３分極開閉部のそれぞれの上部電極１２３、１２５はΦ２である第２制御信号線１３３に接続されている。
【００３７】
また、第１分極蓄電部の上部電極１２６は端子１３５を経由してΦ４である第４制御信号線に接続されている。第１分極蓄電部の下部電極１１６は端子１３４を経由してΦ６である第６制御信号線に接続されている。第２分極蓄電部の上部電極１２７は端子１３７を経由してΦ３である第３制御信号線に接続されている。第２分極蓄電部の下部電極１１７は端子１３６を経由してΦ５である第５制御信号線に接続されている。
【００３８】
以上の構成で強誘電体薄膜に信号を反映した分極を蓄積、転送させるが、Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の制御信号線に加える信号波形の組み合わせで動作や働きは変わる。次に制御方法の例を示す。
（制御信号の第１実施例）
図２５は図１の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第１実施例を示したものである。図２５におけるΦ１は図１の制御信号線１３２を通して第２分極開閉部の上部電極１２４に印加され、図２５におけるΦ２は図１の制御信号線１３３を通して第１分極開閉部と第３分極開閉部のそれぞれの上部電極１２３、１２５に印加される。なお、Φ１、Φ２はともに０電位と−ＶC電位の間を変位する。
【００３９】
また、図２５におけるΦ３は図１の第２分極蓄電部の上部電極１２７に、Φ４は第１分極蓄電部の上部電極１２６に、Φ５は第２分極蓄電部の下部電極１１７に、Φ６は第１分極蓄電部の下部電極１１６に、それぞれ印加される。なお、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６はともにＶB電位、０電位、−ＶB電位の間を変位する。
【００４０】
また、±ＶC、±ＶB、２ＶBはすべて図１の強誘電体薄膜１１１の抗電圧以下であって転送すべき信号である分極信号に回復不能の影響を与えない印加電圧未満に設定する。なお、強誘電体の抗電圧とは前述した図４２において、分極電荷の正負が逆転するか、しないかの境界の電圧である。
【００４１】
さて、図２５において、各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６を基本クロック（Ｃｌｏｃｋ）のタイミングにしたがって、（Ａ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｂ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｃ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｄ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、ＶB、−ＶB、−ＶB、ＶBを与える。（Ｅ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、ＶB、−ＶB、−ＶB、ＶBを与える。（Ｆ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、０、０、０、０を与える。このときの各区間の制御電圧と分極の状態を表したものが、図１３の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）及び、図１４の（Ｄ１）、（Ｅ１）、（Ｆ１）であって、括弧内の記号がそれぞれ対応している。  
さて、図２５の区間（Ａ１）の制御信号を与えたときの分極転送デバイスの状態を示した図１３の（Ａ１）の図（以下、第１３（Ａ１）図と表記する場合もある）について説明する。
【００４２】
第１３（Ａ１）図において、第１分極蓄電部の強誘電体薄膜には上部が負、下部が正の分極である分極信号が蓄積されており、第２分極蓄電部の強誘電体薄膜には信号に対応した分極はない。Φ１が制御する第２分極開閉部、Φ２が制御する第１分極開閉部と第３分極開閉部の上部電極はともに−ＶC電位が加えられているので、前記第１、第２、第３分極開閉部の直下の強誘電体薄膜には上部が正、下部が負の分極が起きている。したがって、第１分極蓄電部の分極信号と第２分極蓄電部の間に第２分極開閉部による異なる極性の分極壁が存在するために第１分極蓄電部には分極信号が蓄積して、隔離保存されている。
【００４３】
次に、図２５の区間（Ｂ１）に示すようにΦ１を０電位にする。すると第１３（Ｂ１）図に示すように第２分極開閉部直下の分極壁は消えて、信号に対応する分極の移動が可能となる。
【００４４】
次に図２５の区間（Ｃ１）に示すように区間（Ｂ１）の制御信号の状態を引き続けて保つと、第１３（Ｃ１）図に示すように第２分極開閉部を通じて、第１分極蓄電部の分極信号は移動可能となり、信号に対応する分極は第１分極蓄電部と第２分極蓄電部の両方に存在するようになる。
【００４５】
更に図２５の区間（Ｄ１）に示すようにΦ３とΦ６にＶBの電位を与え、Φ４とΦ５に−ＶBの電位を与える。すると、第１４（Ｄ１）図に示すように第２分極蓄電部の上部電極はＶBとなって、強誘電体薄膜の上部にある信号分極の負極性分極を引きつけ、第２分極蓄電部の下部電極は−ＶBとなって、強誘電体薄膜にある下部の信号分極の正極性分極を引きつける。また、第１分極蓄電部の上部電極は−ＶBとなって、強誘電体薄膜の上部にある信号分極の負極性分極を反発し、第１分極蓄電部の下部電極はＶBとなって、強誘電体薄膜にある下部の信号分極の正極性分極を反発する。したがって、強誘電体薄膜の上部側が負極性分極、下部側が正極性分極であった信号分極は第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へと移動する。
【００４６】
次に図２５の区間（Ｅ１）に示すようにΦ１を−ＶC電位とすると、第１４（Ｅ１）図に示すように第２分極開閉部の上部電極が−ＶC電位となって、第２分極開閉部を通しての信号分極の移動が行われなくなる。
【００４７】
次に図２５の区間（Ｆ１）に示すようにΦ３、Φ４、Φ５、Φ６をすべて０電位に戻す。なお、このときΦ１、Φ２は−ＶC電位のままである。すると、第１４（Ｆ１）図に示すように第２分極蓄電部には信号分極が蓄積されている。また、第１分極蓄電部にはＶBあるいは−ＶBの電圧を加えたときのバイアス分に相当する分極成分が僅かに残る。なお、これらの分極は第２分極蓄電部および第１分極蓄電部の上下電極にかかる電圧は０であるので残留分極である。また、第２分極開閉部、および第１分極開閉部、第３分極開閉部の上部電極には−ＶC電位が印加されているので第１、第２、第３分極開閉部によって第１分極蓄電部と第２分極蓄電部は隔離されている。
【００４８】
さて、第１４（Ｆ１）図を第１３（Ａ１）図と比較してみると、当初、信号を反映した信号分極が第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へ移動している。したがって、図１の分極転送デバイスにおいて、図２５に示すΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各制御信号を各端子に印加すると信号分極が第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へ、つまり左から右へ移動することが解る。
（制御信号の第２実施例）
図２８は図１の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第２実施例を示したものである。
【００４９】
さて、図２８において、各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６を基本クロック（Ｃｌｏｃｋ）のタイミングにしたがって、（Ｇ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｈ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｉ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、０、０、０、０を与える。（Ｊ１）区間では、それぞれ、０、−ＶC、−ＶB、ＶB、ＶB、−ＶBを与える。（Ｋ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、−ＶB、ＶB、ＶB、−ＶBを与える。（Ｌ１）区間では、それぞれ、−ＶC、−ＶC、０、０、０、０を与える。
【００５０】
このときの各区間の制御電圧と分極の状態を表したものが、図１５の（Ｇ１）、（Ｈ１）、（Ｉ１）及び、図１６の（Ｊ１）、（Ｋ１）、（Ｌ１）であって、括弧内の記号がそれぞれ対応している。  
さて、図２８の区間（Ｇ１）の制御信号を与えたときの分極転送デバイスの状態を示した図１５の（Ｇ１）の図について説明する。
【００５１】
第１５（Ｇ１）図において、第２分極蓄電部の強誘電体薄膜には上部が負、下部が正の分極である分極信号が蓄積されており、第１分極蓄電部の強誘電体薄膜には信号に対応した分極はない。Φ１が制御する第２分極開閉部、Φ２が制御する第１分極開閉部と第３分極開閉部の上部電極はともに−ＶC電位が加えられているので、前記第１、第２、第３分極開閉部の直下の強誘電体薄膜には上部が正、下部が負の分極が起きている。したがって、第２分極蓄電部の分極信号と第１分極蓄電部の間に第２分極開閉部による異なる極性の分極壁が存在するために第２分極蓄電部には分極信号が蓄積して、隔離保存されている。
【００５２】
次に、図２８の区間（Ｈ１）に示すようにΦ１を０電位にする。すると第１５（Ｈ１）図に示すように第２分極開閉部直下の分極壁は消えて、信号に対応する分極の移動が可能となる。
【００５３】
次に図２８の区間（Ｉ１）に示すように区間（Ｈ１）の制御信号の状態を引き続けて保つと、第１５（Ｉ１）図に示すように第２分極開閉部を通じて、第２分極蓄電部の分極信号は移動可能となり、信号に対応する分極は第２分極蓄電部と第１分極蓄電部の両方に存在するようになる。
【００５４】
更に図２８の区間（Ｊ１）に示すようにΦ３とΦ６に−ＶBの電位を与え、Φ４とΦ５にＶBの電位を与える。すると、第１６（Ｊ１）図に示すように第１分極蓄電部の上部電極はＶBとなって、強誘電体薄膜の上部にある信号分極の負極性分極を引きつけ、第１分極蓄電部の下部電極は−ＶBとなって、強誘電体薄膜にある下部の信号分極の正極性分極を引きつける。また、第２分極蓄電部の上部電極は−ＶBとなって、強誘電体薄膜の上部にある信号分極の負極性分極を反発し、第２分極蓄電部の下部電極はＶBとなって、強誘電体薄膜にある下部の信号分極の正極性分極を反発する。したがって、強誘電体薄膜の上部側が負極性分極、下部側が正極性分極であった信号分極は第２分極蓄電部から第１分極蓄電部へと移動する。
【００５５】
次に図２８の区間（Ｋ１）に示すようにΦ１を−ＶC電位とすると、第１６（Ｋ１）図に示すように第２分極開閉部の上部電極が−ＶC電位となって、第２分極開閉部を通しての信号分極の移動が行われなくなる。
【００５６】
次に図２８の区間（Ｌ１）に示すようにΦ３、Φ４、Φ５、Φ６をすべて０電位に戻す。なお、このときΦ１、Φ２は−ＶC電位のままである。すると、第１６の（Ｌ１）図に示すように第１分極蓄電部には信号分極が蓄積されている。また、第２分極蓄電部にはＶBあるいは−ＶBの電圧を加えたときのバイアス分に相当する分極成分が僅かに残る。なお、これらの分極は第２分極蓄電部および第１分極蓄電部の上下電極にかかる電圧は０であるので残留分極である。また、第２分極開閉部、および第１分極開閉部、第３分極開閉部の上部電極には−ＶC電位が印加されているので第１、第２、第３分極開閉部によって第２分極蓄電部と第１分極蓄電部は隔離されている。
【００５７】
さて、第１６（Ｌ１）図を第１５（Ｇ１）図と比較してみると、当初、信号を反映した信号分極が第２分極蓄電部から第１分極蓄電部へ移動している。したがって、図１の分極転送デバイスにおいて、図２８に示すΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各制御信号を印加すると信号分極が第２分極蓄電部から第１分極蓄電部へ、つまり右から左へ移動することが解る。
【００５８】
なお、以上において、図２５に示す（制御信号の第１実施例）と図２８に示す（制御信号の第２実施例）を比較すると、（制御信号の第１実施例）は信号分極を左から右へ移動させる制御信号波形の組み合わせであり、（制御信号の第２実施例）は信号分極を右から左へ移動させる制御信号波形の組み合わせである。この図２５の波形図と図２８の波形図で異なるのはΦ３、Φ４、Φ５、Φ６の（Ｄ１）から（Ｅ１）、もしくは（Ｊ１）から（Ｋ１）の区間である。殊に（Ｄ１）区間と（Ｊ１）区間は信号分極を最も移動させる区間であるが、図２５の（Ｄ１）区間の状態を示す図１４の（Ｄ１）図では、第１分極蓄電部と第２分極蓄電部の上部電極間と、第１分極蓄電部と第２分極蓄電部の下部電極間には信号分極が第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へ移動するような電界が形成されるように、それぞれの電極に各電圧を加えている。
【００５９】
一方、図２８の（Ｊ１）区間の状態を示す第１６（Ｊ１）図では第２分極蓄電部と第１分極蓄電部の上部電極間と、第２分極蓄電部と第１分極蓄電部の下部電極間には信号分極が第２分極蓄電部から第１分極蓄電部へ移動するような電界が形成されるように、それぞれの電極に各電圧を加えている。
【００６０】
以上より、これらの信号分極を最も移動させる区間において、第１、第２分極蓄電部の上部電極、下部電極の印加電圧による電界の形成の仕方により、左方向にも、右方向にも信号分極を移動させることが可能であることが解る。
（制御信号の第３実施例）
図３１は図１の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第３実施例を示したものである。
【００６１】
図３１において、区間（Ａ３）、（Ｂ３）、（Ｃ３）、（Ｄ３）、（Ｅ３）、（Ｆ３）
にΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各信号波形を示しており、また、その区間に対応する図１の分極転送デバイスの状態を図２１の（Ａ３）、（Ｂ３）、（Ｃ３）の図、および図２２の（Ｄ３）、（Ｅ３）、（Ｆ３）の図に示している。
【００６２】
図３１において、前述した（制御信号の第１実施例）の図２５と異なるのはΦ４、Φ６である。図２５ではΦ４、Φ６は（Ｄ１）（Ｅ１）区間において、それぞれ−ＶB電位、ＶB電位に変化していたが、図３１では前記区間に相当する（Ｄ３）（Ｅ３）区間においても０電位を継続している。この状態はとりわけ図２２の（Ｄ３）図において、意味をもつが、図２２の（Ｄ３）図でΦ４、Φ６がともに０電位であっても、Φ３がＶB電位、Φ５が−ＶB電位であるので、第１分極蓄積部から第２分極蓄積部へ信号分極を吸引する力が働く、もしくは電界が生じていて、信号分極を左から右へ移動させることになる。このとき、移動させる力は減少するが、これでも支障がない場合には消費電力の低減のために図３１の制御信号波形を選択することが有効な場合がある。
（制御信号の第４実施例）
図３２は図１の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第４実施例を示したものである。
【００６３】
図３２において、区間（Ａ４）、（Ｂ４）、（Ｃ４）、（Ｄ４）、（Ｅ４）、（Ｆ４）
にΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各信号波形を示しており、また、その区間に対応する図１の分極転送デバイスの状態を図２３の（Ａ４）、（Ｂ４）、（Ｃ４）図、および図２４の（Ｄ４）、（Ｅ４）、（Ｆ４）図に示している。
【００６４】
図３２において、前述した（制御信号の第１実施例）の図２５と異なるのはΦ３、Φ５である。図２５ではΦ３、Φ５は（Ｄ１）（Ｅ１）区間において、それぞれＶB電位、−ＶB電位に変化していたが、図３２では前記区間に相当する（Ｄ４）（Ｅ４）区間においても０電位を継続している。この状態はとりわけ図２４の（Ｄ４）図において、意味をもつが、図２４の（Ｄ４）図でΦ３、Φ５がともに０電位であっても、Φ４が−ＶB電位、Φ６がＶB電位であるので、第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へ信号分極を押し出す反発力が働く、もしくは電界が生じていて、信号分極を左から右へ移動させることになる。このとき、移動させる力は減少するが、これでも支障がない場合には消費電力の低減のために図３２の制御信号波形を選択することが有効な場合もある。
（デバイス構造の第２実施形態）
図６は本発明の分極転送デバイスの第２実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００６５】
図６は基本的には図１のデバイス構造の第１実施形態を複数個連結したものである。  図６において、破線６０１で示した構成が図１の分極転送デバイスの単位構成に相当している。ただし、図１の第１分極開閉部と第３分極開閉部は図６のように連結した場合において隣同士の分極開閉部は共用できるので、図６においては共用した形で描いている。また、図６において、６０２の端子は入力信号を電圧で入力する入力端子である。図６における分極転送デバイスは強誘電体薄膜の不揮発性の分極を信号として用いるが、入力部のみは電圧によって信号を与える。入力端子６０２に正の電圧を与えると、分極入力部６０３に入力電圧に対応する分極が生ずる。以降は転送デバイスの連結した構成によって分極は次々と転送される。
【００６６】
なお、図１２は電源電圧Ｖと電圧による入力信号Ｖsigと制御信号Φ１、Φ２の制御電位である０電位と−ＶC電位と、そして制御信号Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の制御電位であるＶB電位、０電位、−ＶB電位の関連を示したものである。
【００６７】
また、図１では分極開閉部の制御電圧は０電位と−ＶC電位としたが、特性上、必要であれば正の電位、つまり図１２の＋ＶC電位を用いることもある。
【００６８】
また、図１２において、入力信号Ｖsigは原則として電源電圧Ｖ以下であり、ＶB電位、−ＶB電位、−ＶC電位、＋ＶC電位は強誘電体薄膜の抗電圧未満であり、入力信号Ｖsig以下である。
（制御信号の第５実施例）
図３３は図６の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第５実施例を示したものである。
【００６９】
図６の分極転送デバイスは前述したように図１のデバイス構造の第１実施形態を複数個形状的に連結したものである。また、図３３の各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は図２５の制御信号波形を時間的に連結したものである。
【００７０】
なお、図２５において、Φ３、Φ６は０電位とＶB電位、Φ４、Φ５は０電位と−ＶB電位であるにもかかわらず、図３３において、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は−ＶB電位、０電位、ＶB電位の間を変化している。これは図１において、第１分極蓄電部から第２分極蓄電部への移動の際のみの制御信号波形を図２５に示したからであって、図１において、更に分極転送デバイスの基本構成を並べて転送する、つまり第２分極蓄電部から右の隣のいわば第３分極蓄電部へ転送する際にΦ３、Φ４、Φ５、Φ６が入れ替わった関係が生ずる為である。したがって、前述したように図３３の制御信号波形図は図２５の制御信号波形図を連結したものにすぎないので図６の分極転送デバイスを図３３の制御信号波形で制御すると信号分極は右方向へ次々と転送される。なお、図３３においては図６の入力信号を与えるタイミングも図示してある。図３３の入力信号ＶsigがＤ１、Ｄ２、Ｄ３等で表現された斜線以外のタイミングで確定されていれば正常入力する。
（制御信号の第６実施例）
図３４は図６の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第６実施例を示したものである。
【００７１】
図６の分極転送デバイスは前述したように図１のデバイス構造の第１実施形態を複数個形状的に連結したものである。また、図３４の各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は図２６の制御信号波形を時間的に連結したものである。したがって、図３４の制御信号波形が図６の分極転送デバイスにおいて、信号分極を右から左に転送させることが解る。
【００７２】
なお、図２６において、Φ３、Φ６は０電位と−ＶB電位、Φ４、Φ５は０電位とＶB電位であるにもかかわらず、図３４において、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は−ＶB電位、０電位、ＶB電位の間を変化している。これは前述した（制御信号の第５実施例）において、分極転送デバイスの基本構成を連結した場合の事情とほぼ同様の理由による。また、図３３では入力信号Ｖsigの項目があったのに対し、図３４では相当する項目がないのは図６の分極転送デバイスにおいて、右から左へ逆転送する際には入力端子６０２から信号が入力することはないという前提に立っているからである。
（デバイス構造の第３実施形態）
図２は本発明の分極転送デバイスの第３実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００７３】
図２は基本的には図１のデバイス構造の第１実施形態を転用したものである。図２と図１の相違は図１における第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの下部電極１１３、１１４、１１５、及び第１、第２分極蓄電部のそれぞれの下部電極１１６、１１７のすべてが図２においては共通電極１１８としている点にある。他は図２と図１は同一構造である。図２の構造では下部電極１１８が広く、切れ目のない白金（Ｐｔ）からなる共通電極で形成されるので、その上のＰＺＴＮからなる強誘電体薄膜１１１が下部電極の白金の結晶軸との相性がよく、結晶成長が順調に行われ、電気特性や信頼性の非常に高い強誘電体結晶となる。したがって、分極転送デバイスとして図１の実施例よりも信頼性、製造安定性の高い製品となるという特徴がある。
（制御信号の第７実施例）
図２９は図２の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第７実施例を示したものである。
【００７４】
図２９において、区間（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）、（Ｄ２）、（Ｅ２）、（Ｆ２）
にΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各信号波形を示しており、また、その区間に対応する図２の分極転送デバイスの状態を図１７の（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）の図、および図１８の（Ｄ２）、（Ｅ２）、（Ｆ２）の図に示している。
【００７５】
図２９において、前述した（制御信号の第１実施例）の図２５と異なるのはΦ５、Φ６である。これは図２の分極転送デバイスの第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの下部電極１１３、１１４、１１５、及び第１、第２分極蓄電部のそれぞれの下部電極１１６、１１７のすべてが図２においては共通電極１１８としており、かつグラウンドの０電位に固定しているので、図２９におけるΦ５、Φ６は常に０電位となっている点にある。
【００７６】
したがって、前述した（制御信号の第１実施例）の図２５ではΦ５、Φ６は（Ｄ１）（Ｅ１）区間において、それぞれ−ＶB電位、ＶB電位に変化していたが、図２９では前記区間に相当する（Ｄ２）（Ｅ２）区間においても０電位を継続している。この状態はとりわけ第１８（Ｄ２）図において、意味をもつが、第１８（Ｄ２）図でΦ５、Φ６がともに０電位であっても、Φ４が−ＶB電位、Φ３がＶB電位であるので、上部電極を介して第１分極蓄電部から第２分極蓄電部へ信号分極を押し出す反発力と引き出す吸引力がともに働く、もしくは電界が生じていて、信号分極を左から右へ移動させることになる。
（制御信号の第８実施例）
図３０は図２の分極転送デバイスに加える各制御信号線の信号波形の第８実施例を示したものである。
【００７７】
図３０において、区間（Ｇ２）、（Ｈ２）、（Ｉ２）、（Ｊ２）、（Ｋ２）、（Ｌ２）
にΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６の各信号波形を示しており、また、その区間に対応する図２の分極転送デバイスの状態を図１９の（Ｇ２）、（Ｈ２）、（Ｉ２）の図、および図２０の（Ｊ２）、（Ｋ２）、（Ｌ２）の図に示している。
【００７８】
図３０において、前述した（制御信号の第２実施例）の図２６と異なるのはΦ５、Φ６である。これは図２の分極転送デバイスの第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの下部電極１１３、１１４、１１５、及び第１、第２分極蓄電部のそれぞれの下部電極１１６、１１７のすべてが図２においては共通電極１１８としており、かつグラウンドの０電位に固定しているので、図３０におけるΦ５、Φ６は常に０電位となっている点にある。
【００７９】
したがって、前述した（制御信号の第２実施例）の図２８ではΦ５、Φ６は（Ｊ１）（Ｋ１）区間において、それぞれＶB電位、−ＶB電位に変化していたが、図３０では前記区間に相当する（Ｊ２）（Ｋ２）区間においても０電位を継続している。この状態はとりわけ第２０（Ｊ２）図において、意味をもつが、第２０（Ｊ２）図でΦ５、Φ６がともに０電位であっても、Φ３が−ＶB電位、Φ４がＶB電位であるので、上部電極を介して第２分極蓄電部から第１分極蓄電部へ信号分極を押し出す反発力と引き出す吸引力がともに働く、もしくは電界が生じていて、信号分極を右から左へ移動させることになる。
（デバイス構造の第４実施形態）
図８は本発明の分極転送デバイスの第４実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００８０】
図８は基本的には図２のデバイス構造の第３実施形態を複数個連結したものである。  図８において、破線８０１で示した構成が図２の分極転送デバイスの単位構成に相当している。ただし、図２の第１分極開閉部と第３分極開閉部は図８のように連結した場合において隣同士の分極開閉部は共用できるので、図８においては共用した形で描いている。また、図８において、８０２の端子は入力信号を電圧で入力する入力端子である。図８における分極転送デバイスは強誘電体薄膜の不揮発性の分極を信号として用いるが、入力部のみは電圧によって信号を与える。入力端子８０２に正の電圧を与えると、分極入力部８０３に入力電圧に対応する分極が生ずる。以降は転送デバイスの連結した構成によって分極は転送される。
【００８１】
なお、図８の分極転送デバイスの第４実施形態は図６の分極転送デバイスにおける第２実施形態のすべての分極開閉部と分極蓄電部の下部電極を共通電極化したとも見ることが出来る。
【００８２】
ここで、図８の構造を図６の構造に比較すると、下部電極が広く、切れ目のない白金（Ｐｔ）からなる共通電極で形成されるので、その上のＰＺＴＮからなる強誘電体薄膜が下部電極の白金の結晶軸との相性がよく、結晶成長が順調に行われ、電気特性や信頼性の非常に高い強誘電体結晶となる。したがって、分極転送デバイスとして図６の実施例よりも信頼性、製造安定性の高い製品となるという特徴がある。
（デバイス構造の第５実施形態）
図３は本発明の分極転送デバイスの第５実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００８３】
図３は図２のデバイス構造を基本的には踏襲している。異なるのは第１、第２、第３分極開閉部の上部電極１２３、１２４、１２５の直下における常誘電体の絶縁層３１２が第１、第２分極蓄電部の上部電極１２６、１２７の直下における常誘電体の絶縁層１１２と別の材質から形成されている点にある。常誘電体の絶縁層３１２は常誘電体の絶縁層１１２とは比誘電率が異なり、第３分極開閉部の上部電極１２３、１２４、１２５の電位が０電位では強誘電体薄膜内における分極移動は起きず、＋ＶCで分極移動が起こる特性の材質のもので構成されている。したがって、第１、第２、第３分極開閉部の上部電極１２３、１２４、１２５は−ＶC電位から＋ＶCの電位の間、もしくは０電位から＋ＶCの電位の間で制御される。このとき、分極転送デバイスは電源がオン（ＯＮ）している場合は勿論、電源がオフ（ＯＦＦ）している場合においても確実に分極信号は保存され、強誘電体を用いた不揮発性の特徴を活かすことができる。
【００８４】
以上に述べた分極開閉部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層の材質が異なる点以外は図２の第３実施形態とほぼ同様の構造と動作と機能を持つ。
（デバイス構造の第６実施形態）
図９は本発明の分極転送デバイスの第６実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００８５】
図９は図８のデバイス構造を基本的には踏襲している。異なるのは各分極開閉部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層９１２が各分極蓄電部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層１１２と別の材質から形成されている点にある。常誘電体の絶縁層９１２は常誘電体の絶縁層１１２とは比誘電率が異なり、各分極開閉部の上部電極の電位が０電位では強誘電体薄膜内における分極移動は起きず、＋ＶCで分極移動が起こる特性の材質のもので構成されている。したがって、各分極開閉部の上部電極は−ＶC電位から＋ＶCの電位の間、もしくは０電位から＋ＶCの電位の間で制御される。このとき、分極転送デバイスは電源がオン（ＯＮ）している場合は勿論、電源がオフ（ＯＦＦ）している場合においても確実に分極信号は保存され、強誘電体を用いた不揮発性の特徴を活かすことができる。
（デバイス構造の第７実施形態）
図７は本発明の分極転送デバイスの第７実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００８６】
図７は第５、第６実施形態で行った各分極開閉部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層７１２が各分極蓄電部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層１１２と別の材質から形成する手法を図６の第２実施形態に適用したものである。
【００８７】
したがって図７において、各分極開閉部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層７１２が各分極蓄電部の上部電極の直下における常誘電体の絶縁層１１２と別の材質から形成されていて、常誘電体の絶縁層７１２は常誘電体の絶縁層１１２とは比誘電率が異なり、各分極開閉部の上部電極の電位が０電位では強誘電体薄膜内における分極移動は起きず、＋ＶCで分極移動が起こる特性の材質のもので構成されている。したがって、各分極開閉部の上部電極は−ＶC電位から＋ＶCの電位の間、もしくは０電位から＋ＶCの電位の間で制御される。このとき、分極転送デバイスは電源がオン（ＯＮ）している場合は勿論、電源がオフ（ＯＦＦ）している場合においても確実に分極信号は保存され、強誘電体を用いた不揮発性の特徴を活かすことができる。
（デバイス構造の第８実施形態）
図４は本発明の分極転送デバイスの第８実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００８８】
図４は基本的には図２のデバイス構造で示した第３実施形態の高集積化を意図したものである。図４と図２の相違は図２における第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極１２３、１２４、１２５を第１、第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７とは別の層となるように異なる工程で形成し、図４の第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極４２３、４２４、４２５とした。かつ、図４では第１分極蓄電部と第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７の距離を縮めて形成している。その他はほぼ同じ構造であり、分極転送デバイスとしてはほぼ同じ制御の仕方をする。
【００８９】
図４において、１１９はＳｉＯ2やＮｉＯ等からなる絶縁層である。第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極１２３、１２４、１２５は絶縁層１１９を介して第１、第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７の上層に設けている。第２分極開閉部の上部電極１２４が上層に移ったことにより、第１、第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７の間隔は第２分極開閉部の上部電極１２４の金属幅にまで接近させている。また、各分極開閉部の上部電極は各分極蓄電部の上部電極の隙間を等して強誘電体薄膜の分極を制御することになる。なお、この際、図２と比較して、制御電圧としてはやや高い電圧で制御することになる。また、図４では第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極４２３、４２４、４２５は第１分極蓄電部と第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７の隙間を覆っているので、第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極４２３、４２４、４２５と、第１分極蓄電部と第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７とによって常誘電体の絶縁層１１２と強誘電体薄膜１１１の状態を確実に各制御信号によって洩れなく制御することができる。また、前述したように、図４の実施例は図２に比較し、第１、第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極１２６、１２７の間隔を接近させることができるために集積度は高まるとともに、第１、第２分極蓄電部間の転送効率が向上する。
【００９０】
以上より、高集積で、転送効率がよく、かつ分極移動と分極保持において制御性のよい分極転送デバイスとなる。
（デバイス構造の第９実施形態）
図１０は本発明の分極転送デバイスの第９実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００９１】
図１０は基本的には図４のデバイス構造の第８実施形態を複数個連結したものである。  図１０において、破線１００１で示した構成が図４の分極転送デバイスの単位構成に相当している。ただし、図４の第１分極開閉部と第３分極開閉部は図１０のように連結した場合において隣同士の分極開閉部は共用できるので、図１０においては共用した形で描いている。また、図１０において、１００２の端子は入力信号を電圧で入力する入力端子である。図１０における分極転送デバイスは強誘電体薄膜の不揮発性の分極を信号として用いるが、入力部のみは電圧によって信号を与える。入力端子１００２に正の電圧を与えると、分極入力部１００３に入力電圧に対応する分極が生ずる。以降は転送デバイスの連結した構成によって分極は転送される。
【００９２】
なお、図１０の分極転送デバイスの第９実施形態は図８の分極転送デバイスの第４実施形態において、分極開閉部の上部電極を分極蓄電部の上部電極と分けて上層に形成したとも見ることが出来る。
【００９３】
図１０の構造では図８の構造に比較すると、分極蓄電部の間隔が狭くなっているので、高集積化と転送効率が向上するという特徴がある。
【００９４】
また、図１０では分極開閉部の上部電極が分極蓄電部の上部電極の間を覆っているので、図８の構造に比較して、分極開閉部の制御性が向上するという特徴がある。
（デバイス構造の第１０実施形態）
図５は本発明の分極転送デバイスの第１０実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００９５】
図５は図４の第８実施形態の構造において、分極開閉部の上部電極と分極蓄電部の上部電極の上下関係を入れ替えたものである。つまり、図５において、第１、第２、第３分極開閉部のそれぞれの上部電極１２３、１２４、１２５は常誘電体の絶縁層１１２の直上にあり、第１分極蓄電部と第２分極蓄電部のそれぞれの上部電極５２６、５２７は絶縁層１１９の更に上に形成されている。
【００９６】
以上の図５の構造は分極開閉部の上部電極と分極蓄電部の上部電極の上下関係を図４から入れ替えただけであるので、図４の第８実施形態の特徴である高集積で、転送効率がよく、かつ分極移動と分極保持において制御性のよいという分極転送デバイスの特性をそのまま継承している。更に図５は図４に比較して、分極開閉部の上部電極が強誘電体薄膜に近いので分極開閉部の制御性に関しては更に向上するという特徴もある。
（デバイス構造の第１１実施形態）
図１１は本発明の分極転送デバイスの第１１実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【００９７】
図１１は基本的には図５のデバイス構造の第１０実施形態を複数個連結したものである。図１１において、破線１１０１で示した構成が図５の分極転送デバイスの単位構成に相当している。ただし、図５の第１分極開閉部と第３分極開閉部は図１１のように連結した場合において隣同士の分極開閉部は共用できるので、図１１においては共用した形で描いている。また、図１１において、１１０２の端子は入力信号を電圧で入力する入力端子である。図１１における分極転送デバイスは強誘電体薄膜の不揮発性の分極を信号として用いるが、入力部のみは電圧によって信号を与える。入力端子１１０２に正の電圧を与えると、分極入力部１１０３に入力電圧に対応する分極が生ずる。以降は転送デバイスの連結した構成によって分極は転送される。
【００９８】
なお、図１１の分極転送デバイスの第１１実施形態は図１０の分極転送デバイスの第９実施形態において、分極開閉部の上部電極と分極蓄電部の上部電極との上下関係を入れ替えた構成であるので、図１０の第９実施形態の特徴である高集積で、転送効率がよく、かつ分極移動と分極保持において制御性のよいという分極転送デバイスの特性をそのまま継承している。更に図１１は図１０に比較して、分極開閉部の上部電極が強誘電体薄膜に近いので分極開閉部の制御性に関しては更に向上するという特徴もある。
（制御信号の第９実施例）
図２６は図３、図４、図５にそれぞれ示した分極転送デバイスの第５、第８、第１０実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第９実施例を示したものである。
【００９９】
図２６の各制御信号線の信号波形と、前述した図２５の制御信号の第１実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図２５では−ＶC電位から０電位の範囲で制御していたのに対し、図２６では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図２６の制御電圧をとると図２５の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（制御信号の第１０実施例）
図２７は図３、図４、図５にそれぞれ示した分極転送デバイスの第５、第８、第１０実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第１０実施例を示したものである。
【０１００】
図２７の各制御信号線の信号波形と、前述した図２５の制御信号の第１実施例、あるいは図２６の制御信号の第９実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図２５では−ＶC電位から０電位の範囲、また図２６では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御していたのに対し、図２７では−ＶC電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図２７の制御電圧をとると図２５、あるいは図２６の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（制御信号の第１１実施例）
図３５は図７、図９、図１０、図１１にそれぞれ示した分極転送デバイスの第７、第６、第９、第１１実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第１１実施例を示したものである。
【０１０１】
図３５の各制御信号線の信号波形と、前述した図３３の制御信号の第５実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図３３では−ＶC電位から０電位の範囲で制御していたのに対し、図３５では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図３５の制御電圧をとると図３３の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（制御信号の第１２実施例）
図３６は図７、図９、図１０、図１１にそれぞれ示した分極転送デバイスの第７、第６、第９、第１１実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第１２実施例を示したものである。
【０１０２】
図３６の各制御信号線の信号波形と、前述した図３４の制御信号の第６実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図３４では−ＶC電位から０電位の範囲で制御していたのに対し、図３６では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図３６の制御電圧をとると図３４の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（制御信号の第１３実施例）
図３７は図７、図９、図１０、図１１にそれぞれ示した分極転送デバイスの第７、第６、第９、第１１実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第１３実施例を示したものである。
【０１０３】
図３７の各制御信号線の信号波形と、前述した図３３の制御信号の第５実施例、あるいは図３５の制御信号の第１１実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図３３では−ＶC電位から０電位の範囲、また図３５では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御していたのに対し、図３７では−ＶC電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図３７の制御電圧をとると図３３、あるいは図３５の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（制御信号の第１４実施例）
図３８は図７、図９、図１０、図１１にそれぞれ示した分極転送デバイスの第７、第６、第９、第１１実施例等に加える各制御信号線の信号波形の第１４実施例を示したものである。
【０１０４】
図３８の各制御信号線の信号波形と、前述した図３４の制御信号の第６実施例、あるいは図３６の制御信号の第１２実施例との相違は分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図３４では−ＶC電位から０電位の範囲、また図３６では０電位から＋ＶC電位の範囲で制御していたのに対し、図３８では−ＶC電位から＋ＶC電位の範囲で制御する方式をとったことである。分極開閉部の制御電圧はどの範囲が適切かは強誘電体薄膜や常誘電体の絶縁層の材質や膜厚等によって異なるが、一般的には図３８の制御電圧をとると図３４、あるいは図３６の制御電圧の場合に比較して、分極の保持特性、不揮発性が良くなる。
（その他の実施形態）
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。次にその他の実施形態について列挙する。
【０１０５】
以上において、入力信号は正極性の電圧の例をあげ、それに適したΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６からなる各制御信号の波形の組み合わせを示したが、入力信号が負極性の場合であってもそれに適したΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６からなる各制御信号の波形の組み合わせは存在する。信号分極を左、もしくは右に移動させる方向の電界が生ずるようなΦ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６からなる各制御信号の波形の組み合わせればよい。
【０１０６】
また、分極開閉部の下部電極には０電位の固定電位を与える方法について述べたが、下部電極を独立させて正極もしくは負極の電位を与えて分極開閉部としての開閉機能を強化する方法もある。
【０１０７】
また、分極開閉部の端子の制御電圧を−ＶC、０、＋ＶCとし、また分極蓄電部の端子の制御電圧を−ＶB、０、＋ＶBとして説明したが、正の電位と負の電位の絶対値は等しくなくともよい。
【０１０８】
また、分極開閉部、および分極蓄電部を構成する電極は上部電極と下部電極で形成していたが、上下ではなく横方向に形成する方法もある。
【０１０９】
また、強誘電体の例として、ＰＺＴＮ、ＰＺＴ、ＳＢＴをあげたが、他の材質の強誘電体であってもよい。例えばＢＬＴ（Ｂｉ4XＬａXＴｉ3Ｏ12）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＢａＢｉＮｂ2Ｏ9等々がある。また、組成の割合が変われば無数にある。また、強誘電体薄膜の上層部と下層部で組成のことなる材料を積層させたものを用いてもよい。
【０１１０】
また、図１から図１１に示したデバイス構造の第１実施形態から第７実施形態において、ＮｉＯ（酸化ニッケル）からなる常誘電体絶縁層１１２は強誘電体薄膜１１１と上部電極（１２３から１２７）との間に設けた例を示したが、強誘電体薄膜１１１の結晶成長に支障がない材質と製造工程が選択できれば、常誘電体絶縁層は強誘電体薄膜１１１と下部電極（１１３から１１８）との間に設けてもよい。このとき、分極の移動、転送効率に改善効果が期待できる。
【０１１１】
また、図１から図７に示したデバイス構造の第１実施形態から第７実施形態において、ＮｉＯ（酸化ニッケル）からなる常誘電体絶縁層１１２は強誘電体薄膜１１１と上部電極（１２３から１２７）との間に設けた例を示したが、必ずしも必須要件ではない。常誘電体絶縁層１１２の役目は強誘電体薄膜１１１の中の異なる分極間にある分極壁を誘起電荷や上部の電極の電位によって消滅、あるいは移動しやすくする機能のために設けたものである。したがって、強誘電体薄膜１１１の材質や多層形成等の工夫や上部電極の電位の与え方によっては常誘電体絶縁層１１２がなくとも、分極壁が消滅し、分極が移動可能となることもある。
【０１１２】
また、図３、図７、図９で用いた分極開閉部の上部電極直下と分極蓄電部の上部電極直下では常誘電体の絶縁層を異なる材質の第１絶縁層と第２絶縁層に分ける手法と、図４、図５、図１０、図１１の分極開閉部の上部電極と分極蓄電部の上部電極を異なる層に形成する手法と、を併用してもよい。
【０１１３】
また、本発明の分極転送デバイスの応用例として強誘電体メモリの例をあげたが、本質的には不揮発性の信号蓄積、転送デバイスであるので、不揮発性の遅延素子としての他への応用が広く見込める。
【０１１４】
また、強誘電体メモリの場合は１、０のデジタル信号を原則とするが、本発明の分極転送デバイスではアナログ信号や多値の信号を扱うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の分極転送デバイスの第１実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図２】本発明の分極転送デバイスの第３実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図３】本発明の分極転送デバイスの第５実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図４】本発明の分極転送デバイスの第８実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図５】本発明の分極転送デバイスの第１０実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図６】本発明の分極転送デバイスの第２実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図７】本発明の分極転送デバイスの第７実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図８】本発明の分極転送デバイスの第４実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図９】本発明の分極転送デバイスの第６実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１０】本発明の分極転送デバイスの第９実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１１】本発明の分極転送デバイスの第１１実施形態を示す構造の断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１２】本発明の分極転送デバイスを制御する際の各信号間の電位関係図である。
【図１３】本発明の分極転送デバイスを第１実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図１４】本発明の分極転送デバイスを第１実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図１５】本発明の分極転送デバイスを第２実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図１６】本発明の分極転送デバイスを第２実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図１７】本発明の分極転送デバイスを第７実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図１８】本発明の分極転送デバイスを第７実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図１９】本発明の分極転送デバイスを第８実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図２０】本発明の分極転送デバイスを第８実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図２１】本発明の分極転送デバイスを第３実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図２２】本発明の分極転送デバイスを第３実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図２３】本発明の分極転送デバイスを第４実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第１状態図である。
【図２４】本発明の分極転送デバイスを第４実施例の制御信号で動作させたときの分極信号の第２状態図である。
【図２５】本発明の分極転送デバイスを制御する第１実施例の制御信号波形図である。
【図２６】本発明の分極転送デバイスを制御する第９実施例の制御信号波形図である。
【図２７】本発明の分極転送デバイスを制御する第１０実施例の制御信号波形図である。
【図２８】本発明の分極転送デバイスを制御する第２実施例の制御信号波形図である。
【図２９】本発明の分極転送デバイスを制御する第７実施例の制御信号波形図である。
【図３０】本発明の分極転送デバイスを制御する第８実施例の制御信号波形図である。
【図３１】本発明の分極転送デバイスを制御する第３実施例の制御信号波形図である。
【図３２】本発明の分極転送デバイスを制御する第４実施例の制御信号波形図である。
【図３３】本発明の分極転送デバイスを制御する第５実施例の制御信号波形図である。
【図３４】本発明の分極転送デバイスを制御する第６実施例の制御信号波形図である。
【図３５】本発明の分極転送デバイスを制御する第１１実施例の制御信号波形図である。
【図３６】本発明の分極転送デバイスを制御する第１２実施例の制御信号波形図である。
【図３７】本発明の分極転送デバイスを制御する第１３実施例の制御信号波形図である。
【図３８】本発明の分極転送デバイスを制御する第１４実施例の制御信号波形図である。
【図３９】本発明および従来例において用いる強電体の分極例を示す状態図である。
【図４０】本発明および従来例において用いる強電体の他の分極例を示す状態図である。
【図４１】本発明の分極転送デバイスにおいて用いる構造における強電体の分極例を示す状態図である。
【図４２】本発明及び従来例に用いる強誘電体コンデンサの印加電圧と分極電荷の特性例を示した特性図である。
【図４３】本発明及び従来例に用いる強誘電体コンデンサの構造を示す断面図である。
【図４４】従来例の強誘電体メモリに用いるメモリセルの回路構成図である。
【図４５】従来例の強誘電体メモリに用いるゲート部に強誘電体薄膜を有する電界効果型トランジスタの構造を示す断面図である。
【図４６】従来例の強誘電体メモリ装置においてゲート部に強誘電体薄膜を有する電界効果型トランジスタを用いたメモリセルアレイの構成図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１１、３９０１、３９０２、４０２１、４１２１、４３４０、４５００  ・・・  強誘電体薄膜
１１２、１１９、３１２、７１２、９１２、４１２２  ・・・  常誘電体絶縁層
１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、４２３、４２４、４２５、５２６、５２７、４０２３、４０２４、４０２５、４１２３、４１２４、４１２５、４３４１、４３４２、４５０１  ・・・  電極
１３１、１３２、１３３、４４１３、４４１４、４４１５  ・・・  制御信号線
１３４、１３５、１３６、１３７、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、４０２６、４０２７、４１２６、４１２７  ・・・  端子
１４１  ・・・  分極開閉部
１４５  ・・・  分極蓄電部
６０３、７０３、８０３、９０３、１００３、１１０３  ・・・  分極入力部
４２０１、４２０２、４２０３、４２０４、４２０５、４２０６  ・・・  特性点
４３４９、４４１１  ・・・  強誘電体コンデンサ
４４１２  ・・・  絶縁ゲート電界効果型トランジスタ
４５０２、４５０３  ・・・  ソースもしくはドレイン電極
４５０９  ・・・  バルクもしくはチャネル部
４６０１  ・・・  ゲート部に強誘電体を有した電界効果型トランジスタ
Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６  ・・・  制御信号
【図１】
0004470889.tif 000002
【図２】
0004470889.tif 000003
【図３】
0004470889.tif 000004
【図４】
0004470889.tif 000005
【図５】
0004470889.tif 000006
【図６】
0004470889.tif 000007
【図７】
0004470889.tif 000008
【図８】
0004470889.tif 000009
【図９】
0004470889.tif 000010
【図１０】
0004470889.tif 000011
【図１１】
0004470889.tif 000012
【図１２】
0004470889.tif 000013
【図１３】
0004470889.tif 000014
【図１４】
0004470889.tif 000015
【図１５】
0004470889.tif 000016
【図１６】
0004470889.tif 000017
【図１７】
0004470889.tif 000018
【図１８】
0004470889.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0004470889.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
0004470889.tif 000044
【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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