(57)【要約】【課題】  従来の強誘電体メモリは不揮発性を利用する強誘電体薄膜がメモリセル毎に孤立している。したがって、不揮発性メモリとして集積度を高める際には強誘電体薄膜も小さな形状に裁断されることとなり、その結果、充分な特性や信頼性が得られず、微細化、高集積化には限界が生ずるという課題があった。【解決手段】  強誘電体薄膜を複数個の電極で挟み、強誘電体薄膜の中で分極信号を転送する分極転送部と、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分極検出部とをメモリの構成要素として組み合わせ、かつ強誘電体薄膜を連続、一体化した構成をとることにより、強誘電体特性を確保し、微細化、高集積化に適した強誘電体メモリを得る。【選択図】    図１
2007201052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体薄膜を下部電極と上部電極で挟んだ分極蓄電部と分極開閉部とからなる分極転送部と、
強誘電体薄膜をゲート部に有する電界効果型トランジスタからなる分極検出部と、を有し、
前記分極転送部の強誘電体薄膜と、前記電界効果型トランジスタのゲート部における強誘電体薄膜は連続、一体化して形成したことを特徴とする分極信号検出デバイス。
【請求項２】
請求項１において、
前記分極検出部は前記分極転送部の中間に配置され、転送過程の一環のなかで分極信号を検出する構成となっていることを特徴とする分極信号検出デバイス。
【請求項３】
請求項１において、
前記分極検出部は前記分極転送部に隣接して併置され、転送過程に関わることなく、分極信号を取り出し、検出する構成となっていることを特徴とする分極信号検出デバイス。
【請求項４】
請求項１において、
前記強誘電体薄膜と前記分極転送部の上部電極との間、および前記強誘電体薄膜と前記電界効果型トランジスタのゲート電極との間に常誘電体からなる絶縁層を設けたことを特徴とする分極転送方向選択デバイス。
【請求項５】
請求項４において、
前記常誘電体からなる絶縁層は前記分極転送部の内部において、もしくは前記分極転送部と前記分極検出部との間において、誘電率の互いに異なる第１絶縁層と第２絶縁層を用い、使い分けたことを特徴とする分極信号検出デバイス。
【請求項６】
請求項４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方向選択デバイス。
【請求項７】
請求項１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方向選択デバイス。
【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過程で分極信号を検出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２７に示すように強誘電体薄膜２７４０を電極２７４１と電極２７４２の間に挟み、強誘電体コンデンサ２７４９を形成し、メモリセルの一要素として用いる。更に図２８のように絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２８１２と強誘電体コンデンサ２８１１と組み合わせてメモリセルとし、ワード線２８１３、ビット線２８１４、プレート線２８１５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２６は図２７の破線２７４９で示した強誘電体コンデンサ、もしくは強誘電体薄膜２７４０の印加電圧と内部分極の関係を示した特性図である。図２６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２６０４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２６０５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２６０６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２６０１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２６０２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２６０３となる。更に正の印加電圧Ｖをかけると特性点２６０４に戻る。以上のように図２６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２９はゲート電極２９０１とソース電極２９０２とドレイン電極２９０３とバルクもしくはチャネルとなる２９０９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２９０１の直下に強誘電体薄膜２９００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２９に示した構造の強誘電体トランジスタは強誘電体薄膜２９００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。図３１、図３２は前述したゲート部の強誘電体薄膜にある残留分極によって電界効果型トランジスタとしてのスレッショルド電圧が変化する様子を示している。
【０００６】
図３１はゲート電極に負極性の電位を与えた結果、電界効果型トランジスタのチャネルのすぐ上の強誘電体薄膜には負極の分極が配置される為、チャネルの表面から電子が排除されるように作用し、Ｎ型電界効果型トランジスタとしてのスレッショルド電圧は高くなる。
【０００７】
図３２はゲート電極に正極性の電位を与えた結果、電界効果型トランジスタのチャネルのすぐ上の強誘電体薄膜には正極の分極が配置される為、チャネルの表面に電子が誘起されるように作用し、Ｎ型電界効果型トランジスタとしてのスレッショルド電圧は低くなる。
【０００８】
図３１と図３２のように異なる残留分極をゲート部の強誘電体薄膜に与えておいた場合にはスレッショルド電圧が異なるので、同じ条件で前記電界効果型トランジスタを動作させると異なった電流値の電流が流れる。
【０００９】
以上の図２９の強誘電体トランジスタを、図３０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３００１の流れる電流値の差異によって、強誘電体薄膜２９００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事実上、ほとんどであって、基本的、原理的には同種、同型のものと考えられる。
【００１０】
なお、図２７、図２８で示すような強誘電体コンデンサ２７４９あるいは２８１１と絶縁ゲート電界効果型トランジスタ２８１２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。
【００１１】
また、図２９、図３０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３００１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。
【００１２】
【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】
【００１３】
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。
【００１４】
そこで、本発明はこのような問題点を解決する強誘電体メモリを構成する際におけるメモリの分極信号を転送する過程で分極信号を検出する機能ブロックを構成するものであって、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の強誘電体メモリを有効に機能させる機能ブロックを補助する分極信号検出ブロック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、かつ安定化させた強誘電体メモリを具現化することにある。
【００１５】
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）を小さくすることを可能にして、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】
【００１６】
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。
【００１７】
すなわち第１の発明は、強誘電体薄膜を下部電極と上部電極で挟んだ分極蓄電部と分極開閉部とからなる分極転送部と、強誘電体薄膜をゲート部に有する電界効果型トランジスタからなる分極検出部と、を有しており、前記分極転送部の強誘電体薄膜と、前記電界効果型トランジスタのゲート部における強誘電体薄膜は連続、一体化して形成されている。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、前記分極検出部は前記分極転送部の中間に配置され、転送過程の一環のなかで分極信号を検出する構成となっている。
【００１９】
第３の発明は、第１の発明において、前記分極検出部は前記分極転送部に隣接して併置され、転送過程に関わることなく、分極信号を取り出し、検出する構成となっている。
【００２０】
第４の発明は、第１の発明において、前記強誘電体薄膜と前記分極転送部の上部電極との間、および前記強誘電体薄膜と前記電界効果型トランジスタのゲート電極との間に常誘電体からなる絶縁層を設けたものである。
【００２１】
第５の発明は、第４の発明において、前記常誘電体からなる絶縁層は前記分極転送部の内部において、もしくは前記分極転送部と前記分極検出部との間において、誘電率の互いに異なる第１絶縁層と第２絶縁層を設けたものである。
【００２２】
第６の発明は、第４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。
【００２３】
第７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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、強誘電体薄膜の中を伝送する分極による信号を、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電流変化で検出するので、データの読み出しはデータの非破壊で行われ、再書き込みの必要がなく、高速に行われるという効果がある。
【００２６】
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一体化しており、広い面積を占めることに変わりはなく、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て、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。
【００２７】
以上より、本発明が強誘電体メモリを構成する機能ブロックのひとつとして用いられることにより、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間接的に提供するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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２３は強誘電体における分極の状態例を示している。図２３において、２３０１、２３０２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２３０１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２３０２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２３０１と右側部２３０２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。
【００２９】
また、図２４は強誘電体薄膜２４２１を左側では下部電極２４２３と上部電極２４２４で挟み、右側では共通の下部電極２４２３と上部電極２４２５で挟んだ構造を示している。なお、下部電極２４２３はグラウンドの電位となっていて、上部電極２４２４には端子２４２６から、また、上部電極２４２５には端子２４２７から電位を与えられる構造となっている。図２４の（Ａ）および（Ｂ）ではまず、右側の上部電極２４２５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２４２７と上部電極２４２５の電位を開放しておく。次に図２４（Ａ）では左側の上部電極２４２４に負電位をかけて、上部電極２４２４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２４（Ｂ）では左側の上部電極２４２４に正電位をかけて、上部電極２４２４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２４２５直下における強誘電体薄膜の分極の状態を端子２４２７から調べてみると、（Ａ）の場合でも（Ｂ）の場合でも上部電極２４２５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２４２５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２３の事例でも図２４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。
【００３０】
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。
【００３１】
図２５にその例を示す。図２５（Ｃ）、（Ｄ）において、図２４の構造と異なるのは常誘電体絶縁層２５２２を強誘電体薄膜２５２１と上部電極２５２４、２５２５の間に設けたことである。この場合、当初左側の上部電極２５２４と右側の上部電極２５２５に負電位を与え、上部電極２５２４と上部電極２５２５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２５２５、端子２５３７の電位は開放する。この状態が図２５の（Ｄ）に示している。
【００３２】
次に端子２５２６を通して左側の上部電極２５２４に正電位を与える。すると上部電極２５２４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２５２７を通して、右側の上部電極２５３５直下における強誘電体薄膜の分極状態を調べると、図２５（Ｃ）のように当初の図２４（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２４（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２５２４と電極２５２５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。
【００３３】
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。
（分極信号検出デバイスの第１実施形態）
図１は本発明の分極信号検出デバイスの第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。
【００３４】
図１において、破線１０２の内部は分極転送部であり、破線１０４の内部は分極検出部である。破線１０１の中は分極転送部１０２の断面構造を模式的に図示しており、また、破線１０３の中は分極検出部１０４を構成す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断面構造を模式的に図示している。
【００３５】
分極転送部を示す破線１０２の中において、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、強誘電体薄膜で用いているＰＺＴＮの具体的な組成等については後述する（分極転送デバイスの第１例）において再度詳述する。
【００３６】
さて、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１３と上部電極１２３で挟んだ構造により、第１分極開閉部が、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、下部電極１１５と上部電極１２５で挟んだ構造により、第３分極開閉部がそれぞれ構成されている。また、強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２を下部電極１１６と上部電極１２６で挟んだ構造により、第１分極蓄電部が、下部電極１１７と上部電極１２７で挟んだ構造により、第２分極蓄電部がそれぞれ構成されている。
【００３７】
また、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。
【００３８】
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。
【００３９】
以上が分極転送部１０２の断面構造と制御信号との関連の概要である。なお、分極転送部の動作については後に詳述する。
【００４０】
さて、分極検出部を示す破線１０４の中において、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る。これらの強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２は、前述した分極転送部１０２のなかで用いられている強誘電体薄膜１１１と常誘電体絶縁層１１２と同一の材質、構造のものであり、連続して一体化形成されている。
【００４１】
また、１７２、１７３はＮ型拡散層からなり、それぞれ電界効果型トランジスタのソース電極もしくはドレイン電極となる。１７９はバルクもしくはチャネルである。１５１はゲート電極であり、端子１５２を経て制御信号で必要な電位が与えられる。
【００４２】
以上から、常誘電体絶縁層１１２、強誘電体薄膜１１１をゲート電極１５１とソース電極１７２、ドレイン電極１７３とで挟み、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１０３を構成している。
【００４３】
さて、分極転送部１０２によって、分極の形態をとった分極信号が強誘電体薄膜１１１を転送され、分極検出部１０４に到達すると、分極信号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１０３の強誘電体薄膜１１１に影響を与え、分極が再形成される。その結果、正極性あるいは負極性の分極かにより、更にその分極量の大小により、チャネル１７９にキャリア電荷を誘起するか排除するかの影響を与え、電界効果型トランジスタとしてのスレッショルド電圧が変化し、ソース電極１７２とドレイン電極１７３の間に流れる電流値が変化する。これにより、分極信号の正負、および大小を分極検出部１０４によって検知することができる。
【００４４】
図５は本発明の分極信号検出デバイスの第１実施形態を示す平面図である。破線５０２は分極転送部であり、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５は各分極開閉部のそれぞれの上部電極である。また、５３１、５３２、５３３、５３４は各分極蓄電部のそれぞれの上部電極である。複数箇所の１１１で示したのは強誘電体薄膜であり、平面図ではとぎれて表現されているが、上部電極の下では連続して一体化している。また、強誘電体薄膜の上部には常誘電体の絶縁層が形成されることがあるので、上部から観た平面図では必ずしも強誘電体薄膜は見えるとは限らないが、重要な構成要素であるので、あえて、常誘電体の絶縁層を無視して、強誘電体薄膜１１１を表現している。
【００４５】
また、破線５０４は分極検出部であり、５５１はゲート電極、５７２はソース電極、５７３はドレイン電極である。分極検出部を構成す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強誘電体薄膜は図５のゲート電極５５１と分極蓄電部の上部電極５３３の間に示した強誘電体薄膜１１１を通して、分極転送部の強誘電体薄膜と分極検出部の強誘電体薄膜は連続して形成されている。
【００４６】
以上より、分極転送部５０２で転送している分極信号が、途中で一部、分極検出部に入り、信号の値を検知することができる。
【００４７】
なお、以上において、詳細な結線は発明の本質には関わらないので省略した。
（分極転送部について）
次に図１において、破線１０２に示した分極転送部を構成する分極転送デバイスの構造や動作について図例を参照しながら詳述する。
（分極転送デバイスの第１例）
図７は分極転送デバイスの基本単位を示す構造の断面図と制御信号との関連を示した結線図の第１例である。また、図１に示した分極転送部１０２と同じ構造である。
【００４８】
さて、図７において、破線７０１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。７１１はＰＺＴＮからなる強誘電体薄膜であり、７１２はＮｉＯ（酸化ニッケル）からなる常誘電体絶縁層であり、７１３、７１４、７１５、７１６、７１７はＰｔ（白金）からなる下部電極であり、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７はＰｔ（白金）からなる上部電極である。なお、強誘電体薄膜７１１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。
【００４９】
さて、強誘電体薄膜７１１と常誘電体絶縁層７１２を下部電極７１３と上部電極７２３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７では一点鎖線７０５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７１１と常誘電体絶縁層７１２を下部電極７１４と上部電極７２４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７１１と常誘電体絶縁層７１２を下部電極７１５と上部電極７２５で挟んだ構造により、第３分極開閉部が構成されている。
【００５０】
また、強誘電体薄膜７１１と常誘電体絶縁層７１２を下部電極７１６と上部電極７２６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７１１と常誘電体絶縁層７１２を下部電極７１７と上部電極７２７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７では一点鎖線７０６に囲まれた内部が前記第２分極蓄電部を示している。
【００５１】
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７１３、７１４、７１５はともに接地電位７３１に接続されている。第２分極開閉部の上部電極７２４はΦ１である第１制御信号線７３２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７２３、７２５はΦ２である第２制御信号線７３３に接続されている。
【００５２】
また、第１分極蓄電部の上部電極７２６は端子７３５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７１６は端子７３４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７２７は端子７３７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７１７は端子７３６を経由してΦ５である第５制御信号線に接続されている。
【００５３】
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。
（分極転送デバイスの制御信号の第１例）
図１７は図７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例を示したものである。図１７におけるΦ１は図７の制御信号線７３２を通して第２分極開閉部の上部電極７２４に印加され、図１７におけるΦ２は図７の制御信号線７３３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７２３、７２５に印加される。なお、Φ１、Φ２はともに０電位と−ＶCの間を変位する。
【００５４】
また、図１７におけるΦ３は図７の第２分極開閉部の上部電極７２７に、Φ４は第１分極開閉部の上部電極７２６に、Φ５は第２分極開閉部の下部電極７１７に、Φ６は第１分極開閉部の下部電極７１６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の間を変位する。
【００５５】
また、±ＶC、±ＶB、２ＶBはすべて図７の強誘電体薄膜７１１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。
【００５６】
さて、図１７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。
（分極転送デバイスの動作について）
さて、図１７に示す各制御信号を図７の分極転送デバイスに与えたときの、動作と、そのときの分極や電荷の状態を図１３の（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、及び図１４の（Ｄ１）、（Ｅ１）、（Ｆ１）で示して説明する。
【００５７】
さて、図１７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。
【００５８】
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。
【００５９】
次に、図１７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。
【００６０】
次に、図１７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。
【００６１】
更に図１７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。
【００６２】
次に図１７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。
【００６３】
次に図１７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。
【００６４】
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７の分極転送デバイスにおいて、図１７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。
（分極転送デバイスの制御信号の第２例）
図１８は図７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例を示したものである。
【００６５】
さて、図１８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。
（分極転送デバイスの動作の第２例）
さて、以上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。次に図を参照しながら動作を説明する。
【００６６】
まず、図１８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。
【００６７】
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。
【００６８】
次に、図１８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。
【００６９】
次に図１８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。
【００７０】
更に図１８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。
【００７１】
次に図１８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。
【００７２】
次に図１８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（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。
【００７３】
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７の分極転送デバイスにおいて、図１８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。
【００７４】
なお、以上において、図１７に示す（分極転送デバイスの制御信号の第１例）と図１８に示す（分極転送デバイスの制御信号の第２例）を比較すると、（分極転送デバイスの制御信号の第１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、（分極転送デバイスの制御信号の第２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とが解る。この図１７の波形図と図１８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１７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。
【００７５】
一方、図１８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。
【００７６】
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。
【００７７】
以上の分極転送デバイスを本発明の分極信号検出デバイスの構成要素として用いることにより、分極信号の転送と検出する機能を合わせることにより、強誘電体メモリの重要な機能の一部を果たせることになる。
（分極転送デバイスの第２例）
図８は分極転送デバイスの第２例である。
【００７８】
図８は基本的には図７の分極転送デバイス構造の第１例を転用したものである。図８と図７の相違は図７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７１３、７１４、７１５、及び第１、第２分極蓄電部のそれぞれの下部電極７１６、７１７のすべてが図８においては共通電極８１８としている点にある。他は図８と図７は同一構造である。図８の構造では下部電極８１８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７１１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７の実施例よりも信頼性、製造安定性が高くなるという特徴がある。
（分極転送デバイスの第３例）
図９は分極転送デバイスの第３例である。
【００７９】
図９は基本的には図７のデバイス構造を複数個連結したものである。図９において、破線９０１で示した構成が図７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７の第１分極開閉部と第３分極開閉部は図９のように連結した場合は隣同士の分極開閉部は共用できるので、図９においては共用した形で画いている。また、図９において、９０２の端子は入力信号を電圧で入力する入力端子である。図９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９０２に正の電圧を与えると、分極入力部９０３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。
（分極転送デバイスの制御信号の第３例）
図１９は図９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例を示したものである。図９の分極転送デバイスは前述したように図７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１９の各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は図１７の制御信号波形を時間的に連結したものである。
【００８０】
なお、図１７において、Φ３、Φ６は０とＶB電位、Φ４、Φ５は０と−ＶB電位であるにもかかわらず、図１９において、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は−ＶB電位、０、ＶB電位の間を変化している。これは図７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１７に示したからであって、図７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１９の制御信号波形図は図１７の制御信号波形図を連結したものにすぎないので図９の分極転送デバイスを図１９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１９においては図９の入力信号を与えるタイミングも図示してある。図１９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。
（分極転送デバイスの制御信号の第４例）
図２０は図９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例を示したものである。図９の分極転送デバイスは前述したように図７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２０の各制御信号Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は図１８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２０の制御信号波形が図９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。
【００８１】
なお、図１８において、Φ３、Φ６は０と−ＶB電位、Φ４、Φ５は０とＶB電位であるにもかかわらず、図２０において、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６は−ＶB電位、０、ＶB電位の間を変化している。これは前述した（分極転送デバイスの制御信号の第３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。
【００８２】
以上より図９の分極転送デバイスの第３例を図１９、図２０の制御信号の第３例、第４例によって、制御し、動作させると分極信号を右方向にも左方向にも自由に転送できる。したがって、以上の多ビットの分極信号を格納記憶し、かつ転送する分極転送デバイスを本発明の分極信号検出デバイスにおいて用いることにより、分極信号の転送と検出する機能を合わせることが出来て、強誘電体メモリの重要な機能の一部をより一層果たせることになる。
（分極転送デバイスの第４例）
図１０は分極転送デバイスの第４例である。
【００８３】
図１０は基本的には図８のデバイス構造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８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８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は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画いている。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次々と転送される。
【００８４】
図１０の構造では図８の構造と同様に下部電極が広く、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７１１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似た構成の図９の実施例よりも信頼性、製造安定性が高くなるという特徴がある。
（分極転送デバイスの第５例）
図１１は分極転送デバイスの第５例である。
【００８５】
図１１は基本的には図８のデバイス構造を踏襲したものである。相違点は図８では常誘電体の絶縁層７１２が分極蓄電部でも分極開閉部においても均一な材質で形成されているのに対し、図１１では分極蓄電部の上部電極直下の常誘電体絶縁層は第１絶縁層７１２で形成されているのに対し、分極開閉部の上部電極直下の常誘電体絶縁層は第２絶縁層１１１２で形成されていて、誘電率等の特性が異なっているものを用いている。図１１の分極開閉部の上部電極が０電位では分極開閉部はオン（ＯＮ）せず、＋ＶC電位でオン（ＯＮ）するような材質と膜厚を選択する。
（分極転送デバイスの第６例）
図１２は分極転送デバイスの第６例である。
【００８６】
図１２は基本的には図９のデバイス構造を踏襲したものである。相違点は図９では常誘電体の絶縁層７１２が分極蓄電部でも分極開閉部においても均一な材質で形成されているのに対し、図１２では分極蓄電部の上部電極直下の常誘電体絶縁層は第１絶縁層７１２で形成されているのに対し、分極開閉部の上部電極直下の常誘電体絶縁層は第２絶縁層１２１２で形成されていて、誘電率等の特性が異なっているものを用いている。図１２の分極開閉部の上部電極が０電位では分極開閉部はオン（ＯＮ）せず、＋ＶC電位でオン（ＯＮ）するような材質と膜厚を選択する。
（分極転送デバイスの制御信号波形の第５例）
図２１は図１２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例を示したものである。
【００８７】
図２１は図１９における各制御信号線の信号波形の第３例に対応している。異なるのは分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図１９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２１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、前述したように、一般的には図１９の構造で図２１の制御電圧をとった方が図９で図１９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。
（分極転送デバイスの制御信号波形の第６例）
図２２は図１２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例を示したものである。
【００８８】
図２２は図１９、図２１における各制御信号線の信号波形の第３例、第５例に対応している。異なるのは分極開閉部の上部電極の制御信号Φ１、Φ２が図２２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１２の構造で図２２の制御電圧をとった方が図９で図１９の制御電圧の場合、あるいは図１２の構造で図２１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。
【００８９】
さて、再び本発明の分極信号検出デバイスの実施例について述べる。
（分極信号検出デバイスの第２実施形態）
図２は本発明の分極信号検出デバイスの第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。
【００９０】
図２において、破線１０２の内部は分極転送部であり、破線１０４の内部は分極検出部ある。破線１０１の中は分極転送部１０２の断面構造を模式的に図示しており、また、破線１０３の中は分極検出部１０４を構成す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断面構造を模式的に図示している。
【００９１】
以上の構成は図１の第１実施形態と同じ構成を継承している。異なるのは図２において、絶縁層２６１を強誘電体薄膜１１１とバルク１７９、ソース電極１７２、ドレイン電極１７３との間に設けたことである。強誘電体薄膜１１１の材質によってはＳｉ（シリコン）等によって構成されるバルク１７９の上に直接、強誘電体の材質を形成することは困難をともなうことがある。このような場合において、絶縁層２６１等を設ける手法があることを示すものである。また、分極検出部の構成も様々にあることを示す例でもある。
（分極信号検出デバイスの第３実施形態）
図３は本発明の分極信号検出デバイスの第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。
【００９２】
図３において、破線１０２の内部は分極転送部であり、破線１０４の内部は分極検出部ある。破線１０１の中は分極転送部１０２の断面構造を模式的に図示しており、また、破線１０３の中は分極検出部１０４を構成す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断面構造を模式的に図示している。
【００９３】
図３に示す構成は図１の第１実施形態、そして図２の第２実施形態と概要はほぼ同じであるが、分極検出部１０４を構成するゲート部に強誘電体を有する電界効果型トランジスタ１０３の構造が異なっている。相違点は白金（Ｐｔ）からなる下部電極３４１が設けられていることである。分極信号は強誘電体薄膜１１１に伝わると、その分極の状態によって、下部電極３４１に誘起される電荷が変化し、それが絶縁層３６１を経由してチャネル３７９の表面電荷に影響し、スレッショルド電圧の変化となって、ソース電極３７２とドレイン電極３７３の間に流れる電流値が変わる。以上により、分極検出部としての機能を果たす。また、上部電極１５１と下部電極３４１の作用によって、分極転送の動作も可能となる。
【００９４】
図６は本発明の分極信号検出デバイスの第３実施形態を示す平面図である。破線６０２、６０５は分極転送部であり、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５は各分極開閉部のそれぞれの上部電極である。また、６３１、６３２、６３４は各分極蓄電部のそれぞれの上部電極である。複数箇所の１１１で示したのは強誘電体薄膜であり、平面図ではとぎれて表現されているが、上部電極の下では連続して一体化している。また、強誘電体薄膜の上部には常誘電体の絶縁層が形成されることがあるので、上部から観た平面図では必ずしも強誘電体薄膜は見えるとは限らないが、重要な構成要素であるので、あえて、常誘電体の絶縁層を無視して、強誘電体薄膜１１１を表現している。
【００９５】
また、破線６０４は分極検出部であり、６５１はゲート電極、６７２はソース電極、６７３はドレイン電極である。分極検出部を構成す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強誘電体薄膜１１１と分極転送部の強誘電体薄膜は連続して形成されている。
【００９６】
以上より、分極転送部６０２で転送している分極信号が、途中で一部、分極検出部６０４に入り、信号の値を検知することができる。なお、分極信号は分極検出部６０４を経由して、分極転送部６０５に転送される。
【００９７】
以上、図３に示した断面構造の分極検出部１０４は図６の平面図に示すような分極転送部６０２、６０５との間に分極検出部６０４を設ける場合に適した構造例である。
【００９８】
ただし、図３の断面構造の分極検出部１０４を図５の平面図に示すような分極転送部５０２と分極検出部５０４が隣接して併置する場合に用いることも可能である。
（分極信号検出デバイスの第４実施形態）
図４は本発明の分極信号検出デバイスの第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。
【００９９】
図４において、破線１０２の内部は分極転送部であり、破線１０４の内部は分極検出部ある。破線１０１の中は分極転送部１０２の断面構造を模式的に図示しており、また、破線１０３の中は分極検出部１０４を構成す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断面構造を模式的に図示している。
【０１００】
図４に示す構成は図３の第３実施形態と概要はほぼ同じであるが、分極転送部１０２を構成が異なっている。図４の分極転送部１０２には図８で示した分極転送デバイスの第２例を用いている。したがって、図４の第４実施形態は前述した第１、第２、第３実施形態とほぼ同じ機能、動作をする。分極転送部と分極検出部のそれぞれの構成は様々に可能であり、それらの様々な組み合わせも可能であることを示している。
（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。
【０１０１】
以上、図１から図４で断面構造を示し、図５、図６で平面図としての配置を示したが、例示したもののみならず、それらの間の組み合わせも可能である。
【０１０２】
また、図１から図４では示さなかった図９から図１２の分極転送部と図１から図４における分極検出部との組み合わせも可能である。
【０１０３】
また、分極転送部における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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
また、図１から図４、および図７から図１２に示したデバイス構造の実施形態において、ＮｉＯ（酸化ニッケル）からなる常誘電体絶縁層１１２、７１２は強誘電体薄膜１１１、７１１と上部電極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、７１２の役目は強誘電体薄膜１１１、７１１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、７１２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。
【０１０６】
また、本発明の分極転送方向選択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、転送方向の選択を行うデバイスであるので、不揮発性のデバイスという特徴を活かして他への応用が広く見込める。
【０１０７】
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、本発明の分極転送方向選択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】
【０１０８】
【図１】本発明の分極信号検出デバイスの第１実施形態における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図２】本発明の分極信号検出デバイスの第２実施形態における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図３】本発明の分極信号検出デバイスの第３実施形態における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図４】本発明の分極信号検出デバイスの第４実施形態における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図５】本発明の分極信号検出デバイスの第１実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明の分極信号検出デバイスの第３実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第１例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図８】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第２例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図９】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第３例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１０】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第４例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１１】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第５例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１２】本発明のなかで用いる分極転送デバイスの第６例における部分構造を示す断面図、かつ制御信号との関連を示した結線図である。
【図１３】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを第１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】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを第１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】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを第２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】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを第２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】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第１例の制御信号波形図である。
【図１８】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第２例の制御信号波形図である。
【図１９】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第３例の制御信号波形図である。
【図２０】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第４例の制御信号波形図である。
【図２１】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第５例の制御信号波形図である。
【図２２】本発明の分極信号検出デバイスと連携して用いる分極転送デバイスを制御する第６例の制御信号波形図である。
【図２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】本発明及び従来例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３０】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。
【図３１】本発明及び従来例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断面構造と、分極および誘起電荷の様子を示す第１の状態図である。
【図３２】本発明及び従来例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断面構造と、分極および誘起電荷の様子を示す第２の状態図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０２、５０２、６０１、６０２  ・・・  分極転送部、もしくは分極転送デバイス
１０３、３００１  ・・・  ゲート部に強誘電体を有した電界効果型トランジスタ
１０４、５０４、６０４  ・・・  分極検出部
１１１、７１１、２３０１、２３０２、２４２１、２５２１、２７４０、２９００、３１００  ・・・  強誘電体薄膜
１１２、２６１、３６１、７１２、１１１２、１２１２、２５２２  ・・・  常誘電体絶縁層
１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１５１、３４１、５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５３１、５３２、５３３、５３４、５５１、６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６３１、６３２、６３４、６５１、７１３、７１４、７１５、７１６、７１７、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７、８１８、２４２３、２４２４、２４２５、２５２３、２５２４、２５２５、２７４１、２７４２、２９０１、３１０１  ・・・  電極
１３１、１３２、１３３、７３１、７３２、７３３、８３１、２８１３、２８１４、２８１５  ・・・  制御信号線
１３４、１３５、１３６、１３７、１５２、７３４、７３５、７３６、７３７、８３４、８３６、９０２、１００２、１２０２、２４２６、２４２７、２５２６、２５２７、３１０４、３１０５、３１０６  ・・・  端子
１７２、１７３、３７２、３７３、５７２、５７３、６７２、６７３、２９０２、２９０３、３１０２、３１０３  ・・・  ソースもしくはドレイン電極  
１７９、３７９、２９０９、３１０９  ・・・  バルクもしくはチャネル部
７０５  ・・・  分極開閉部
７０６  ・・・  分極蓄電部
９０３、１００３、１２０３  ・・・  分極入力部
２６０１、２６０２、２６０３、２６０４、２６０５、２６０６  ・・・  特性点
２７４９、２８１１  ・・・  強誘電体コンデンサ
２８１２  ・・・  絶縁ゲート電界効果型トランジスタ
Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５、Φ６  ・・・  制御信号
【図１】
2007201052.tif 000003
【図２】
2007201052.tif 000004
【図３】
2007201052.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007201052.tif 000009
【図８】
2007201052.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2007201052.tif 000021
【図２０】
2007201052.tif 000022
【図２１】
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【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】
2007201052.tif 000034