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JP4025527B2 - Memory, writing device, reading device and method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶相と非晶質相との間で起こる可逆的な相変化を利用して情報を記憶する相変化メモリ、そのメモリに情報を書き込む書き込み装置およびそのメモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置、およびその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電流等の電気エネルギーの印加によって情報を記録する、または消去することが可能な相変化メモリが知られている。相変化メモリに用いられる記録層の材料は、電気エネルギーの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆変化を生じる。通常、結晶相の電気抵抗は低抵抗であり、非晶質相の電気抵抗は高抵抗である。相変化メモリとは、このような結晶相と非晶質相との間の電気抵抗の違いを利用して、2値を記録する不揮発性メモリである。
【0003】
近年、メモリに記録されるべき情報量の増大に伴い、さらに容量の大きいメモリが求められている。相変化メモリの容量を増大するために、▲1▼2値を記録するメモリセルの面積を縮小し、このメモリセルをマトリクス状に配置すること(面密度の向上)、または▲2▼1つのメモリセルに多値の情報を記憶することが提案されている。本明細書において、多値とは2よりも多い個数の値をいう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
▲1▼の面密度の向上には、フォトリソグラフィー等の製造技術における微細化プロセスに限界があり、相変化メモリの記憶容量を飛躍的に大きくすることはできない。▲2▼の1つのメモリセルに多値の情報を記録する技術として、特表平11−510317に開示される従来技術が知られている。この従来技術では、メモリセルの1つの記録層の抵抗値を段階的に制御することによって、そのメモリセルに多値の情報が記憶される。しかし、1つの記録層の相状態を段階的に制御することは、結晶相と非晶質相の2つの相状態を制御することに比べて非常に困難である。
【0005】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、多値の情報を記憶し、書き込みおよび読み出しの容易な相変化メモリ、その相変化メモリに情報を書き込む書き込み装置、その相変化メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置およびその方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によるメモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備えるメモリであって、前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、これにより上記目的が達成される。
【0007】
前記第1の記録層の融点Tm1は、関係400≦Tm1(℃)≦800を満たしてもよい。
【0008】
前記第2の記録層の融点Tm2は、関係300≦Tm2(℃)≦700を満たしてもよい。
【0009】
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1は、関係130≦Tx1(℃)≦230を満たしてもよい。
【0010】
前記第2の記録層の結晶化温度Tx2は、関係160≦Tx2(℃)≦260を満たしてもよい。
【0011】
前記第1の記録層の結晶化時間tx1は、関係5≦tx1(ns)≦200を満たしてもよい。
【0012】
前記第2の記録層の結晶化時間tx2は、関係2≦tx2(ns)≦150を満たしてもよい。
【0013】
前記第1の記録層は、Ge、Sb、およびTeの3つの元素を含み、前記第2の記録層が、(Sb−Te)−M1を含み、ここでM1はAg、In、Ge、Sn、Se、Bi、Au、およびMnからなる群から少なくとも1つ選択されてもよい。
【0014】
前記第1の記録層は基板上に堆積され、前記第2の記録層上に上部電極が堆積されてもよい。
【0015】
前記基板と前記第1の記録層との間に下部電極が堆積されてもよい。
【0016】
前記第1の記録層と前記第2の記録層との間に中間層が堆積されてもよい。
【0017】
前記第1の記録層が非晶質相の場合の比抵抗ra1は、1.0≦ra1(Ω・cm)≦1×107であってもよい。
【0018】
前記第2の記録層が非晶質相の場合の比抵抗ra2は、2.0≦ra2(Ω・cm)≦2×107であってもよい。
【0019】
前記第1の記録層が結晶相の場合の比抵抗rc1は、1×10-3≦rc1(Ω・cm)≦1.0であってもよい。
【0020】
前記第2の記録層が結晶相の場合の比抵抗rc2は、1×10-3≦rc2(Ω・cm)≦1.0であってもよい。
【0021】
本発明による書き込み装置は、メモリに情報を書き込む書き込み装置であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備えるメモリであって、前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、前記書き込み装置は、少なくとも第1〜第3の電流パルスを発生させるパルス発生部と、前記少なくとも第1〜第3の電流パルスを前記第1の記録層および前記第2の記録層に印加する印加部とを備え、前記パルス発生部は、前記第1の記録層を非結晶相から結晶相に相変化させ、前記第2の記録層の相状態を維持する場合には、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する前記第1の電流パルスを発生し、前記第1の記録層の相状態を維持し、前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する前記第2の電流パルスを発生し、前記第1の記録層および前記第2の記録層を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記第1および第2の記録層の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する前記第3の電流パルスを発生し、これにより上記目的が達成される。
【0022】
前記第1の電流パルスの振幅Ic1およびパルス幅tc1は、それぞれ0.02≦Ic1(mA)≦10および5≦tc1(ns)≦200であってもよい。
【0023】
前記第2の電流パルスの振幅Ic2およびパルス幅tc2は、それぞれ0.05≦Ic2(mA)≦20および2≦tc2(ns)≦150であってもよい。
【0024】
前記第3の電流パルスの振幅Ia1およびパルス幅ta1は、それぞれ0.1≦Ia1(mA)≦200および1≦ta1(ns)≦100であってもよい。
【0025】
前記パルス発生部は、前記第1の記録層および前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する第4の電流パルスを発生してもよい。
【0026】
前記第4の電流パルスの振幅Ic12およびパルス幅tc12は、それぞれ0.05≦Ic12(mA)≦20および5≦tc12(ns)≦200であってもよい。
【0027】
前記パルス発生部は、前記第1の記録層の融点Tm1と前記第2の記録層の融点Tm2との関係がTm1≠Tm2であり、前記融点Tm1またはTm2のうちの低い方の融点を有する記録層を結晶相から非晶質相に相変化させ、前記融点Tm1またはTm2のうちの高い方の融点を有する記録層を結晶相に維持する場合に、前記低い方の融点以上かつ前記高い方の融点未満の温度に相当する第5の電流パルスを発生してもよい。
【0028】
前記第5の電流パルスの振幅Ia2およびパルス幅ta2が、それぞれ0.05≦Ia2(mA)≦160および1≦ta2(ns)≦100であってもよい。
【0029】
本発明による読み出し装置は、メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備えるメモリであって、前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、前記読み出し装置は、電流パルスを前記第1および第2の記録層に印加する印加部と、前記第1および第2の記録層の抵抗の和を測定する抵抗測定器と、前記抵抗の和が前記4つの異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する判定部とを備え、これにより上記目的が達成される。
【0030】
前記電流パルスは、前記第1および第2の記録層の相変化を生じない大きさの振幅Irを有してもよい。
【0031】
前記電流パルスの振幅Irは、Ir(mA)≦0.02であってもよい。
【0032】
本発明によるメモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)を備えるメモリであって、第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、これにより上記目的が達成される。
【0033】
本発明による書き込み装置は、メモリに情報を書き込む書き込み装置であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)を備えるメモリであって、第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、前記書き込み装置は、少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを発生させるパルス発生部と、前記少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを前記N個の記録層に印加する、印加部とを備え、前記パルス発生部は、前記第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させ、前記第mの記録層を除く記録層の相状態を維持する場合には、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する結晶化電流パルスを発生し、前記N個の記録層すべてを結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記N個の記録層の融点のうちもっとも高い融点以上の温度に相当する前記非晶質化電流パルスを発生し、これにより上記目的が達成される。
【0034】
前記パルス発生部は、前記N個の記録層すべてを非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、TxN≦Txなる温度Txおよびtx1≦txなる時間txに相当する電流パルスを発生してもよい。
【0035】
前記パルス発生部は、前記N個の記録層のうち第mの記録層から第(m+n−1)の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、Tx(m+n-1)≦Tx<Tx(m+n)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する電流パルスを発生してもよい。
【0036】
前記パルス発生部は、前記N個の記録層のうち少なくとも1つの記録層のそれぞれが温度Tm以下の融点を有し、前記N個の記録層の前記少なくとも1つの記録層を除く記録層のそれぞれが温度Tmよりも高い融点を有し、前記少なくとも1つの記録層のそれぞれを結晶相から非晶質相に相変化させ、前記少なくとも1つの記録層のそれぞれを除く記録層を結晶相に維持する場合に、前記温度Tmに相当する電流パルスを発生してもよい。
【0037】
本発明による読み出し装置は、メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)を備えるメモリであって、第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、前記読み出し装置は、電流パルスを前記N個の記録層に印加する印加部と、前記N個の記録層の抵抗の和を測定する抵抗測定器と、前記抵抗の和が前記2N個の異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する、判定部とを備え、これにより上記目的が達成される。
【0038】
本発明による書き込み方法は、メモリに情報を書き込む書き込み方法であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備えるメモリであって、前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、前記書き込み方法は、少なくとも第1〜第3の電流パルスを発生させる工程と、前記少なくとも第1〜第3の電流パルスを前記第1の記録層および前記第2の記録層に印加する工程とを包含し、前記発生させる工程は、前記第1の記録層を非結晶相から結晶相に相変化させ、前記第2の記録層の相状態を維持する場合には、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する前記第1の電流パルスを発生し、前記第1の記録層の相状態を維持し、前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する前記第2の電流パルスを発生し、前記第1の記録層および前記第2の記録層を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記第1および第2の記録層の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する前記第3の電流パルスを発生する、工程であり、これにより上記目的が達成される。
【0039】
本発明による読み出し方法は、メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し方法であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備えるメモリであって、前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、前記読み出し方法は、電流パルスを前記第1および第2の記録層に印加する工程と、前記第1および第2の記録層の抵抗の和を測定する工程と、前記抵抗の和が前記4つの異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する工程とを包含し、これにより上記目的が達成される。
【0040】
本発明による書き込み方法は、メモリに情報を書き込む書き込み方法であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)を備えるメモリであって、第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、前記書き込み方法は、少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを発生させる工程と、前記少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを前記N個の記録層に印加する工程とを包含し、前記発生させる工程は、前記第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させ、前記第mの記録層を除く記録層の相状態を維持する場合には、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する結晶化電流パルスを発生し、前記N個の記録層すべてを結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記N個の記録層の融点のうちもっとも高い融点以上の温度に相当する前記非晶質化電流パルスを発生する、工程であり、これにより上記目的が達成される。
【0041】
本発明による読み出し方法は、メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し方法であって、前記メモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)を備えるメモリであって、第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、前記読み出し方法は、電流パルスを前記N個の記録層に印加する工程と、前記N個の記録層の抵抗の和を測定する工程と、前記抵抗の和が前記2N個の異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する工程とを包含し、これにより上記目的が達成される。
【0042】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は、本発明によるメモリに接続された書き込み/読み出し装置の構成を示す。書き込み/読み出し装置12は、メモリ11に情報を書き込む、またはメモリ11に書き込まれた情報を読み出す。
【0043】
書き込み/読み出し装置12は、電流パルスを発生させるパルス発生部7と、メモリ11の抵抗を測定する抵抗測定部8と、スイッチ9、10と、パルス発生部7によって発生された電流パルスをメモリ11に印加する印加部13と、抵抗測定部8によって測定されたメモリ11の抵抗値を判定する判定部16とを含む。
【0044】
メモリ11は、基板1と、基板1上に堆積された下部電極2と、下部電極2上に堆積された第1の記録層3と、第1の記録層3上に堆積された中間層4と、中間層4上に堆積された第2の記録層5と、第2の記録層5上に堆積された上部電極6とを含む。
【0045】
基板1としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂板、ガラス板、アルミナ(Al23)等のセラミック板、Si板、Cu等の各種金属板等が用いられ得るがこれらに限定されない。実施の形態1では、基板1としてSi基板を用いた。下部電極2および上部電極6としては、例えば、Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属材料、およびこれらの組み合わせ(合金材料)が用いられ得るが、第1の記録層3および第2の記録層5に電気エネルギーを印加することができる任意の電極材料を用いることができる。中間層4は、第1の記録層3と第2の記録層5との間で各記録層を構成する原子が拡散することを防ぐために設けられる。中間層4は好ましくは導電性であり、例えば、Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属材料、およびこれらの組み合わせ(合金材料)が用いられ得るが、これらに限定されない。実施の形態1では、下部電極2、中間層4および上部電極6にPtを用いた。
【0046】
なお、下部電極2および/または上部電極6に代えて、第1の記録層3および第2の記録層5に電流パルスを印加することが可能な任意の構成が採用され得る。例えば、基板1が導電性である場合には、下部電極2は省略され得る。中間層4は、第1の記録層3および第2の記録層5の材質が、それらの間で互いに原子が拡散しないような材質である場合には、省略してもよい。
【0047】
第1の記録層3および第2の記録層5の材料は、電流パルス等の電気エネルギーの印加による温度上昇に起因して、結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料である。第1の記録層3および第2の記録層5の材料は、以下の条件1〜条件3を満たすように選択される。
【0048】
条件1:第1の記録層3の結晶化温度Tx1および第2の記録層5の結晶化温度Tx2の関係が、Tx1<Tx2を満たす。本明細書において、結晶化温度とは、記録層の材料が、非晶質相から結晶相に変化する温度をいう。
【0049】
条件2:第1の記録層3の結晶化時間tx1および第2の記録層5の結晶化時間tx2の関係が、tx1>tx2を満たす。本明細書において結晶化時間とは、記録層の材料が、非晶質相から結晶相に変化するまでに要する時間をいう。
【0050】
条件3:第1の記録層3が非晶質相である場合の抵抗値をRa1、第1の記録層3が結晶相の場合の抵抗値をRc1、第2の記録層5が非晶質相である場合の抵抗値をRa2、第2の記録層5が結晶相である場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Rc1+Ra2、Rc1+Rc2が互いに異なる。
【0051】
条件1と条件2とが満たされることによって、第1の記録層3の相状態と第2の記録層5の相状態とをそれぞれ所望の状態(非晶質相または結晶相)に設定することが可能になる。さらに、条件3が満たされることによって、第1の記録層3の相状態と第2の記録層5の相状態との組み合わせである4つの状態を区別して検出することができる。従って、メモリ11の第1の記録層3および第2の記録層5は、その4つの状態に対応する4値(2ビット)の情報を担持することができる。各記録層を結晶相と非晶質相との間でのみ制御すればよいので、1つの記録層の相状態を段階的に制御することに比べて制御が容易である。
【0052】
第1の記録層3の結晶化温度Tx1は、好ましくは、130≦Tx1(℃)≦230である。第2の記録層5の結晶化温度Tx2は、好ましくは、160≦Tx2(℃)≦260である。第1の記録層3の結晶化時間tx1は、好ましくは、5≦tx1(ns)≦200である。第2の記録層5の結晶化時間tx2は、好ましくは、3≦tx2(ns)≦150である。第1の記録層3が非晶質相である場合の比抵抗ra1は、好ましくは、1.0≦ra1(Ω・cm)≦1×107である。第2の記録層5が非晶質相である場合の比抵抗ra2は、好ましくは、2.0≦ra2(Ω・cm)≦2×107である。第1の記録層3が結晶相である場合の比抵抗rc1は、好ましくは、1×10-3≦rc1(Ω・cm)≦1.0である。第2の記録層5が結晶相である場合の比抵抗rc2は、好ましくは、1×10-3≦rc2(Ω・cm)≦1.0である。実施の形態1において第1の記録層3および第2の記録層5の融点Tm1、Tm2の関係は、Tm1>Tm2であるとするが、これら融点の関係は任意であり得る。本実施の形態1では、第1の記録層3および第2の記録層5の融点Tm1、Tm2は、それぞれ630℃および550℃である。第1の記録層3の融点Tm1は、好ましくは、400≦Tm1(℃)≦800である。第2の記録層5の融点Tm2は、好ましくは、300≦Tm2(℃)≦700である。
【0053】
第1の記録層3は、Ge、Sb、Teの3つの元素を含む。第2の記録層5は、(Sb−Te)−M1で表される材料系を含み、ここでM1は、Ag、In、Ge、Sn、Se、Bi、AuおよびMnからなる群から少なくとも1つ選択される。実施の形態1では、第1の記録層3および第2の記録層5にそれぞれGe8Sb2Te11および(Sb0.7Te0.395Ge5を用いた。
【0054】
実施の形態1で用いた第1の記録層3および第2の記録層5の結晶化温度Tx1、Tx2は、それぞれ170℃および200℃であった。第1の記録層3および第2の記録層5の結晶化時間tx1、tx2は、それぞれ130nsおよび80nsであった。
【0055】
また、実施の形態1では、Pt下部電極2は面積10μm×10μm、厚さ0.1μmであり、第1の記録層3のGe8Sb2Te11は面積5μm×5μm、厚さ0.1μmであり、Pt中間層4は面積5μm×5μm、厚さ0.1μmであり、第2の記録層5の(Sb0.7Te0.395Ge5は面積5μm×5μm、厚さ0.1μmであり、Pt上部電極6は面積5μm×5μm、厚さ0.1μmであった。この構成において、第1の記録層3および第2の記録層5が非晶質相の場合の抵抗値Ra1、Ra2は、それぞれ1000Ωおよび1500Ωであった。第1の記録層3および第2の記録層5が結晶相の場合の抵抗値Rc1、Rc2は、それぞれ5Ωおよび10Ωであった。
【0056】
メモリ11は、表1に示されるように、状態1〜状態4の4つの異なる状態を有する。状態1〜状態4は、第1の記録層3および第2の記録層5の各相状態(非晶質相と結晶相)の組み合わせである。表1は、メモリ11のとり得る状態1〜4における第1の記録層3および第2の記録層5の相状態と抵抗の和を示す。
【0057】
【表1】

Figure 0004025527
第1の記録層3と第2の記録層5の両方が非晶質相である場合(状態1)、第1の記録層3の抵抗と第2の記録層5の抵抗の和は、Ra1+Ra2となる。第1の記録層3が結晶相であり、第2の記録層5が非晶質相である場合(状態2)、第1の記録層3の抵抗と第2の記録層5の抵抗の和は、Rc1+Ra2となる。第1の記録層3が非晶質相であり、第2の記録層5が結晶相である場合(状態3)、第1の記録層3の抵抗と第2の記録層5の抵抗の和は、Ra1+Rc2となる。第1の記録層3と第2の記録層5の両方が結晶相である場合(状態4)、第1の記録層3の抵抗と第2の記録層5の抵抗の和は、Rc1+Rc2となる。上述したように、各抵抗の和は状態1〜4で異なっている。
【0058】
次に、メモリ11の作製手順を以下の工程S1101〜S1106に説明する。
【0059】
S1101:表面を処理した基板1をスパッタリング装置内に準備する。
【0060】
S1102:Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属ターゲットまたはこれらの合金金属ターゲットをArガス雰囲気中でスパッタリングすることにより下部電極2が堆積される。
【0061】
S1103:Ge、Sb、Teの3つの元素を含む合金ターゲットをArガス雰囲気、Krガス雰囲気、Arガスと酸素ガスまたは窒素ガスのうち少なくとも一方を含む反応性ガスとの混合ガス雰囲気、およびKrガスと反応性ガスとの混合ガス雰囲気からなる群から選択される雰囲気中でスパッタリングすることによって下部電極2上に第1の記録層3が堆積される。
【0062】
S1104:Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属ターゲットまたはこれらの合金金属ターゲットをArガス雰囲気中でスパッタリングすることにより中間層4が第1の記録層3上に堆積される。
【0063】
S1105:(Sb−Te)−M1で表される材料系を含む(ここでM1は、Ag、In、Ge、Sn、Se、Bi、AuおよびMnからなる群から少なくとも1つ選択される)合金ターゲットをArガス雰囲気、Krガス雰囲気、Arガスと酸素ガスまたは窒素ガスのうち少なくとも一方を含む反応性ガスとの混合ガス雰囲気、およびKrガスと反応性ガスとの混合ガス雰囲気からなる群から選択される雰囲気中でスパッタリングすることによって中間層4上に第2の記録層5が堆積される。
【0064】
S1106:Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属ターゲットまたはこれらの合金金属ターゲットをArガス雰囲気中でスパッタリングすることにより上部電極6が第2の記録層5上に形成される。
【0065】
上述した作製手順の工程S1101〜S1106において、下部電極2、第1の記録層3、中間層4、第2の記録層5および上部電極6を堆積するために、スパッタリング装置を用いたが、各層を堆積することができる任意の薄膜堆積装置を用いることができる。実施の形態1では、工程S1101においてSi基板1の表面を窒素雰囲気中で窒化処理した。このようにして作製された下部電極2および上部電極6のそれぞれにAuリード線をボンディングし、印加部13を介して読み出し/書き込み装置12に接続した。
【0066】
次にメモリ11に情報を書き込む方法およびメモリ11に書き込まれた情報を消去する方法を説明する。メモリ11への情報の書き込みおよび消去を行う場合、スイッチ9が閉じられ、スイッチ10が開かれる。パルス発生部7は、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態を所望の相状態に変化させるために必要な振幅とパルス幅を有する電流パルスを発生する。パルス発生部7によって発生された電流パルスは、印加部13を介して第1の記録層3と第2の記録層5とに印加される。
【0067】
図2は、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態に関する状態遷移図である。
【0068】
本実施の形態1において、表1に示される状態1から状態2、状態1から状態3、状態1から状態4、状態2から状態3、状態2から状態4、状態3から状態2、状態3から状態4、状態4から状態2および状態4から状態3へ変化させる動作を書き込みと呼ぶ。一方、状態2から状態1、状態3から状態1および状態4から状態1へ変化させる動作を消去と呼ぶ。第1の記録層3および第2の記録層5の相状態を所望の相状態に変化させることによって、メモリ11に情報が書き込まれる、またはメモリ11に書き込まれた情報が消去される。
【0069】
以下、図2を参照しながら、メモリ11に情報を書き込むおよび/または消去する方法を各工程ごとに説明する。
【0070】
工程S1:状態1を状態2に、または状態3を状態4に変化させる場合、すなわち、第1の記録層3を非結晶相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5の相状態を維持する場合には、パルス発生部7(図1)は第1の電流パルスを発生し、印加部13(図1)を介してその第1の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加する。第1の電流パルスは、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1<tなる時間tに相当する電流パルスである。電流パルスの具体的な波形の例は、図3を参照して後述される。
【0071】
工程S2:状態1を状態3に、または状態2を状態4に変化させる場合、すなわち、第1の記録層の相状態を維持し、第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、パルス発生部7は第2の電流パルスを発生し、印加部13を介してその第2の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加する。第2の電流パルスは、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する電流パルスである。
【0072】
工程S3:状態4を状態1に変化させる場合、すなわち、第1の記録層3および第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、パルス発生部7は第3の電流パルスを発生し、印加部13を介してその第3の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加する。第3の電流パルスは、第1の記録層3および第2の記録層5の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する電流パルスである。
【0073】
工程S4:状態1を状態4に変化させる場合、すなわち、第1の記録層3および第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、パルス発生部7は第4の電流パルスを発生し、印加部13を介してその第4の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加する。第4の電流パルスは、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する電流パルスである。なお、工程S4は必須の工程ではない。なぜなら工程S4は、工程S2次いで工程S1、または工程S1次いで工程S2を行うことによって代替され得るからである。図2には、工程S4が必須の工程でないことを示すために、工程S4に対応する状態遷移を表す矢印が破線で示されている。
【0074】
工程S5:第1の記録層3および第2の記録層5の各融点Tm1、Tm2が、Tm1>Tm2を満たし、状態4を状態2に変化させる場合、すなわち第1の記録層3を結晶相に維持し、第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、パルス発生部7は第5の電流パルスを発生し、印加部13を介してその第5の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加する。第5の電流パルスは、Tm2≦T<Tm1なる温度Tに相当する電流パルスである。工程S5は必須の工程ではない。なぜなら工程S5は、工程S3次いで工程S1を行うことによって代替され得るからである。図2には、工程S5が必須の工程でないことを示すために、工程S5に対応する状態遷移を破線で示されている。なお、第1の記録層3および第2の記録層5の各融点Tm1、Tm2が、Tm1<Tm2を満たす場合には、Tm1≦T<Tm2なる温度Tに相当する第5の電流パルスを第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、状態4から状態3に変化させることができる。
【0075】
上述の工程S1〜S3さえあれば、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態を状態1〜状態4の任意の状態から任意の状態に変化させることができる。例えば、状態2を状態1に変化させる場合には、工程S2および工程S3を行えばよい。状態3を状態1に変化させる場合には、工程S1および工程S3を行えばよい。状態2を状態3に変化させる場合には、工程S2、工程S3、次いで工程S2を行えばよい。状態3を状態2に変化させる場合には、工程S1、工程S3、次いで工程S1を行えばよい。状態4を状態3に変化させる場合には、工程S3、次いで工程S2を行えばよい。
【0076】
第1の記録層3および第2の記録層5の現在の相状態が既知である場合には、上記の各工程を組み合わせることによって第1の記録層3および第2の記録層5を所望の相状態に相変化させることができる。現在の相状態(初期状態)は、図4を参照して説明される読み出し方法を用いて知ることができる。なお、工程S2次いで工程S1、または工程S1次いで工程S2を行うことによって、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態は、任意の状態から状態4に変化する。このようにして得られた状態4を初期状態として用いて、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態を所望の相状態に相変化させてもよい。これによって、読み出し手順が省略される。初期状態として使用することができる状態は、状態4に限定されない。
【0077】
次に、各状態へ変化させるための電流パルスの波形について説明する。
【0078】
図3は、2つの記録層の相状態を変化させるための種々の電流パルスの波形を示す。図1に示すパルス発生部7は、種々のパルス振幅(印加電流値)および種々のパルス幅(電流印加時間)を有する電流パルスを発生する。
【0079】
第1の電流パルス21:図2で説明したように、第1の電流パルス21は、状態1を状態2に、または状態3を状態4に変化させる場合に第1の記録層3および第2の記録層5に印加される電流パルスである。第1の電流パルス21を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5とは、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになる。実施の形態1では、第1の電流パルス21のパルス振幅Ic1およびパルス幅tc1は、それぞれ2mAおよび150nsに設定された。パルス振幅Ic1およびパルス幅tc1は、好ましくは、それぞれ0.02≦Ic1(mA)≦10および5≦tc1(ns)≦200である。第1の電流パルス21を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3のみが結晶化温度Tx1および結晶化時間tx1を達成し、第1の記録層3は非晶質相から結晶相へ相変化し、第2の記録層5は現在の相状態を維持する。
【0080】
このように、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する第1の電流パルス21を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を非結晶相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5の相状態を維持することができる。
【0081】
第2の電流パルス22:第2の電流パルス22は、状態1を状態3に、または状態2を状態4に変化させる場合に第1の記録層3および第2の記録層5に印加される電流パルスである。第2の電流パルス22を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx2≦t<tx1なる時間tの間、Tx2≦Tなる温度Tになる。実施の形態1では、第2の電流パルス22のパルス振幅Ic2およびパルス幅tc2は、それぞれ4mAおよび100nsに設定された。パルス振幅Ic2およびパルス幅tc2は、好ましくは、それぞれ0.05≦Ic2(mA)≦20および2≦tc2(ns)≦150である。このような第2の電流パルス22を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第2の記録層5のみが結晶化温度Tx2および結晶化時間tx2を達成し、第1の記録層3は現在の相状態を維持し、第2の記録層5は非晶質相から結晶相へ相変化する。
【0082】
このように、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する第2の電流パルス22を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層の相状態を維持し、第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させることができる。
【0083】
第3の電流パルス23:第3の電流パルス23は、状態4を状態1に変化させる場合に第1の記録層3および第2の記録層5に印加される電流パルスである。第3の電流パルス23を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになる。実施の形態1では、第3の電流パルス23のパルス振幅Ia1およびパルス幅ta1は、それぞれ50mAおよび50nsに設定された。パルス振幅Ia1およびパルス幅ta1は、好ましくは、それぞれ0.1≦Ia1(mA)≦200および1≦ta1(ns)≦100である。このような第3の電流パルス23を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5の両方がそれらの低くない方の融点(実施の形態1ではTm1=630℃)以上を達成し、ともに溶融された後に急冷され、その結果第1の記録層3および第2の記録層5の両方が結晶相から非晶質相へ相変化する。第3の電流パルス23のパルス振幅Ia1は、第1の記録層3および第2の記録層5を非晶質相から結晶相へ相変化させるために必要な電流値Ic1、Ic2と比較して大きい。これは、第1の記録層3および第2の記録層5の結晶化温度Tx1、Tx2よりも高い温度(Tm1=630℃)を達成するためである。
【0084】
このように、第1の記録層3および第2の記録層5の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する第3の電流パルス23を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させることができる。
【0085】
第1〜第3の電流パルス21〜23が、書き込み/読み出し装置12を用いて情報を書き込む際の必須の電流パルスである。これら第1〜第3の電流パルス21〜23を組み合わせることによって、メモリ11を任意の状態から別の任意の状態へ変化させることができる。
【0086】
第4の電流パルス24:第4の電流パルス24は、状態1を状態4に変化させる場合に第1の記録層3および第2の記録層5に印加される電流パルスである。第4の電流パルス24を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx2≦Tなる温度Tになる。第4の電流パルス24のパルス振幅Ic12およびパルス幅tc12は、それぞれ第2の電流パルス22のパルス振幅Ic2および第1の電流パルス21のパルス幅tc1に等しい。実施の形態1では、第4の電流パルス24のパルス振幅Ic12およびパルス幅tc12は、それぞれ4mA(=Ic2)および150ns(=tc1)に設定された。パルス振幅Ic12およびパルス幅tc12は、好ましくは、それぞれ0.05≦Ic12(mA)≦20および5≦tc12(ns)≦200である。このような第4の電流パルス24を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5の両方が高い方の結晶化温度Tx2および長い方の結晶化時間tx1を達成し、第1の記録層3および第2の記録層5の両方が非晶質相から結晶相へ相変化する。
【0087】
このように、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する第4の電流パルス24を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させることができる。
【0088】
上述したように、第4の電流パルス24は必須の電流パルスではない。なぜなら、第4の電流パルス24の代わりに、第1の電流パルス21および第2の電流パルス22が代替され得る。しかし、第1の電流パルス21および第2の電流パルス22をメモリ11に印加することに比較して、第4の電流パルス24をメモリ11に印加することは、状態1を状態4へより短時間で変化させることができるという利点を有する。
【0089】
第5の電流パルス25:第5の電流パルス25は、第1の記録層3の融点Tm1および第2の記録層5の融点Tm2の関係がTm1>Tm2であり、状態4を状態2に変化させる場合に第1の記録層3および第2の記録層5に印加される電流パルスである。第5の電流パルス25を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、Tm2≦T<Tm1なる温度Tになる。第5の電流パルス25のパルス振幅Ia2およびパルス幅ta2は、それぞれ30mAおよび50nsに設定された。パルス振幅Ia2およびパルス幅ta2は、好ましくは、それぞれそれぞれ0.05≦Ia2(mA)≦160および1≦ta2(ns)≦100である。このような第5の電流パルス25を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、第1の記録層3の融点には達しないが第2の記録層5の融点(実施の形態1ではTm2=550℃)以上に達する。従って第1の記録層3は結晶相を維持し、第2の記録層5のみが溶融され、急冷されて結晶相から非晶質相に相変化する。なお、第5の電流パルス25は、第1の記録層3の融点Tm1および第2の記録層5の融点Tm2の関係がTm1<Tm2の場合には、状態4を状態3に変化させるために用いられ得る。
【0090】
このように、第1の記録層3の融点Tm1と第2の記録層5の融点Tm2との関係がTm1≠Tm2である場合に、低い方の融点以上かつ高い方の融点未満の温度に相当する第5の電流パルス25を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、低い方の融点を有する記録層を結晶相から非晶質相に相変化させ、高い方の融点を有する記録層を結晶相に維持することができる。
【0091】
上述したように、第5の電流パルス25は、第1の記録層3と第2の記録層5の融点が異なる場合に有用であるが、必須の電流パルスではない。なぜなら第5の電流パルスの代わりに、第3の電流パルス23(または第2の電流パルス22)および第1の電流パルス21が代替され得る。しかし、第3の電流パルス23(または第2の電流パルス22)および第1の電流パルス21をメモリ11に印加することに比較して、第5の電流パルス25をメモリ11に印加することは、状態4を状態2(または状態3)へより短時間で変化させることができるという利点を有する。
【0092】
次に第1〜第5の電流パルス21〜25のうち少なくとも2つ以上を組み合わせた電流パルス26〜33について説明する。
【0093】
電流パルス26:電流パルス26は、第3の電流パルス23と第1の電流パルス21とを組み合わせた電流パルスである。状態4を状態2へ変化させる場合、電流パルス26は、第5の電流パルス25の代わりに用いられ得る。電流パルス26を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間に、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになり溶融され、その後、急冷されて、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになる。電流パルス26は、振幅Ia1(実施の形態1ではIa1=50mA)に次いで振幅Ic1(実施の形態1ではIc1=2mA)全体でtc1(実施の形態1ではtc1=150ns)となるように設定された。
【0094】
上述したように、電流パルス26は必須の電流パルスではない。なぜなら電流パルス26の代わりに、第5の電流パルス25が代替され得る。しかし、第5の電流パルス25をメモリ11に印加することに比較して、電流パルス26をメモリ11に印加することは、第1の記録層3および第2の記録層5の融点が等しい場合であっても状態4を状態2へ変化させることができるという利点を有する。
【0095】
このように、両方の記録層の低くない方の融点以上、次いでTx1≦T<Tx2なる温度Tを全体でtx1<tなる時間tに相当する電流パルス26を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、結晶相から非晶質相に相変化した後、第1の記録層3を非晶質相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5を非晶質相に維持することができる。すなわち、メモリ11は、状態4から状態1を介して状態2へと変化する。
【0096】
電流パルス27:電流パルス27は、第3の電流パルス23と第2の電流パルス22を組み合わせた電流パルスである。状態4を状態3に変化させる場合に、電流パルス27が用いられる。電流パルス27を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx2≦t<tx1なる時間tの間、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになり溶融される。その後急冷されて、Tx2≦Tなる温度Tになる。電流パルス27は、振幅Ia1に次いで振幅Ic2(実施の形態1ではIc2=4mA)全体でtc2(実施の形態1ではtc2=100ns)となるように設定された。
【0097】
このように、両方の記録層の低くない方の融点以上、次いでTx2≦Tなる温度Tを全体でtx2≦t<tx1なる時間tに相当する電流パルス27を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層は、結晶相から非晶質相に相変化した後、第1の記録層3を非晶質相に維持し、第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11は、状態4から状態1を介して状態3へと変化する。
【0098】
電流パルス28:電流パルス28は、第1の電流パルス21と第3の電流パルス23とを組み合わせた電流パルスである。状態3を状態1に変化させる場合に、電流パルス28が用いられる。電流パルス28を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになり、次いで両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになる。電流パルス28は、振幅Ic1、パルス幅tc1に次いで振幅Ia1、パルス幅ta1(実施の形態1ではta1=50ns)となるように設定された。
【0099】
このように、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間t、次いで第1の記録層3および第2の記録層5の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する電流パルス28を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を非晶質相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5を結晶相に維持し、次いで両方の記録層の結晶相を非晶質相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態3から状態4を介して状態1へと変化する。
【0100】
電流パルス29:電流パルス29は、第2の電流パルス22と第3の電流パルス23とを組み合わせた電流パルスである。状態2を状態1に変化させる場合に、電流パルス29が用いられる。電流パルス29を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx2≦t<tx1なる時間tの間、Tx2≦Tなる温度Tになり、次いで両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになる。電流パルス29は、振幅Ic2、パルス幅tc2に次いで振幅Ia1、パルス幅ta1となるように設定された。
【0101】
このように、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間t、次いで第1の記録層3および第2の記録層5の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する電流パルス29を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を結晶相に維持し、第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させ、次いで両方の記録層の結晶相を非晶質相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態2から状態4を介して状態1へと変化する。
【0102】
電流パルス30:電流パルス30は、第4の電流パルスと第3の電流パルスとを組み合わせた電流パルスである。状態2または状態3を状態1に変化させる場合に、電流パルス30が用いられる。電流パルス30は、電流パルス28および電流パルス29の代わりに用いることができる。電流パルス30を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx2≦Tなる温度Tになり、次いで両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになる。電流パルス30は、振幅Ic2、パルス幅tc1に次いで、振幅Ia1、パルス幅ta1となるように設定された。
【0103】
このように、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx1≦tなる時間t、次いで第1の記録層3および第2の記録層5の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する電流パルス30を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5の各々が結晶相または非晶質相のいずれの相状態であっても、第1の記録層3および第2の記録層5をともに結晶相に相変化させ、次いで両方の記録層の結晶相を非晶質相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態2または状態3を状態4を介して状態1へと変化する。
【0104】
電流パルス31:電流パルス31は、第2の電流パルス22と電流パルス27(第3の電流パルス23と第2の電流パルス22との組み合わせ)とを組み合わせた電流パルスである。状態2を状態3に変化させる場合に、電流パルス31が用いられる。電流パルス31を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx2≦t<tx1なる時間tの間、Tx2≦Tなる温度Tになり、次いでtx2≦t<tx1なる時間tの間、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになり、その後急冷されて、Tx2≦Tなる温度Tになる。電流パルス31は振幅Ic2、パルス幅tc2、次いで振幅Ia1、振幅Ic2全体でtc2となるように設定された。
【0105】
このように、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間t、次いでtx2≦t<tx1なる時間tの間、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tその後Tx2≦Tなる温度Tに相当する電流パルス31を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を結晶相に維持し、第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させ、次いで第1の記録層3および第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させる。その後第1の記録層3を非晶質相に維持し、第2の記録層5を非晶質相から結晶相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態2から状態4次いで状態1を介して状態3へと変化する。
【0106】
電流パルス32:電流パルス32は、第1の電流パルス21と第5の電流パルス25とを組み合わせた電流パルスである。状態3を状態2に変化させる場合に、電流パルス32が用いられる。電流パルス32を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになり、次いでTm2なる温度Tになる。電流パルス32は、振幅Ic1、パルス幅tc1、次いで振幅Ia2(実施の形態1ではIa2=30mA)、パルス幅ta2(実施の形態1ではta2=50ns)となるように設定された。
【0107】
このように、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間t、次いでTm2なる温度Tに相当する電流パルス32を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を非晶質相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5を結晶相に維持し、次いで第1の記録層3を結晶相に維持し、第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させることができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態3から状態4を介して状態2へと変化する。
【0108】
電流パルス33:電流パルス33は、第1の電流パルス21と電流パルス26(第3の電流パルス23と第1の電流パルス21との組み合わせ)とを組み合わせた電流パルスである。状態3を状態2に変化させる場合、電流パルス33が、電流パルス32の代わりに用いられ得る。電流パルス33を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3および第2の記録層5は、ともに温度上昇し、tx1≦tなる時間tの間、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになり、次いでtx1≦tなる時間tの間に、両方の記録層の低くない方の融点以上の温度Tになり溶融され、その後急冷されて、Tx1≦T<Tx2なる温度Tになる。電流パルス33は、振幅Ic1、パルス幅tc1、次いで振幅Ia1、振幅Ic1全体でtc1となるように設定された。
【0109】
このように、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間t、その後両方の記録層の低くない方の融点以上、次いでTx1≦T<Tx2なる温度Tを全体でtx1≦tなる時間tに相当する電流パルス33を第1の記録層3および第2の記録層5に印加することによって、第1の記録層3を非晶質相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5を結晶相に維持し、次いで第1の記録層3および第2の記録層5を結晶相から非晶質相に相変化させる。その後第1の記録層3を非晶質相から結晶相に相変化させ、第2の記録層5を非晶質相に維持することができる。すなわち、メモリ11の状態は、状態3から状態4次いで状態1を介して状態2へと変化する。
【0110】
電流パルス28〜33では、メモリ11は、一旦状態4を介して所望の状態へ変化している。これは、第1の記録層3または第2の記録層5のいずれか一方が非晶質相(高抵抗状態)である場合、印加された電流パルスの電気エネルギーの大部分が、非晶質相である記録層で消費されるので、他方の結晶相(低抵抗状態)のみを非晶質相に相変化させるために必要な電気エネルギーを結晶相である記録層に印加できないためである。従って、一旦両方の記録層を結晶相に相変化させ、次いでその両方の記録層を非晶質相に相変化させるように、電流パルス28〜33は設定されている。
【0111】
本発明による書き込み/読み出し装置12によれば、3つの電流パルスおよび3つの電流パルスの組み合わせを用いることで、第1の記録層3および第2の記録層5の相状態を結晶相と非晶質相との間で制御し、第1の記録層3および第2の記録層5の任意の相状態から所望の相状態へ相変化させることができる。
【0112】
次にメモリ11に書き込まれた情報を読み出す方法を説明する。メモリ11に書き込まれた情報を読み出す際には、図1に示すスイッチ10が閉じられ、書き込み/読み出し装置12が印加部13を介してメモリ11に接続される。抵抗測定部8は、第1の記録層3および第2の記録層5に電流パルスIrを印加し、その際に下部電極2(図1)と上部電極6(図1)との間に発生する電位差に基づいて、第1の記録層3および第2の記録層5の抵抗値(第1の記録層3の抵抗値と第2の記録層5の抵抗値との和)を検出する。電流パルスIrは、抵抗測定部8が発生する代わりに、パルス発生部7が発生してもよい。この場合には、スイッチ9が閉じられる。電流パルスIrは、第1の記録層3および第2の記録層5の相変化が生じない大きさの振幅およびパルス幅を有する。電流パルスIrは、好ましくは、Ir(mA)≦0.02である。
【0113】
図4は、本発明による、書き込み/読み出し装置を用いたメモリ11に書き込まれた情報を読み出す方法を示すフローチャートである。以下、図4を参照しながら、メモリ11に書き込まれた情報を読み出す方法を各工程ごとに説明する。
【0114】
工程401:第1の記録層3および第2の記録層5に電流パルスIrを印加部13を介して印加する。
【0115】
工程402:抵抗測定部8が第1の記録層3および第2の記録層5の抵抗の和を測定する。
【0116】
工程403:判定部16が、測定された抵抗の和が、状態1〜4のいずれの状態の第1の記録層3および第2の記録層5の抵抗の和に一致するかを判定する。これにより、メモリ11に書き込まれた情報が読み出される。
【0117】
図2と図4を参照して説明した例では、書き込み/読み出し装置12が、書き込みと読み出しの機能を兼ね備えるものとして説明した。しかしながら、書き込み/読み出し装置12は、書き込み(および消去)と読み出しとのいずれかのみを行うように構成されていてもよい。書き込み/読み出し装置12が、書き込み(および消去)のみを行う場合には、抵抗測定器8および判定部16は省略され得る。この場合には、書き込み/読み出し装置12は、メモリ11への情報の書き込み(および消去)装置として機能する。書き込み/読み出し装置12が、読み出しのみを行う場合には、パルス発生部7は省略してもよい。また、書き込み/読み出し装置12が、書き込み(および消去)と読み出しの機能を切り換えるためのスイッチ9、10は、手動で切り換えられてもよいし、書き込み/読み出し装置12の外部から与えられるコマンドに基づいて、スイッチ9、10を制御する制御部が設けられていてもよい。
【0118】
図1に示される例では、1つのメモリ11のみが用いられていた。しかし、複数のメモリ11をマトリクス状に配置した構成を採用してもよい。
【0119】
図5は、本発明のメモリをマトリクス状に配置した記憶装置と記憶装置に接続された外部回路の構成を示す。図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、これらについての詳細な説明は省略する。
【0120】
外部回路54は、パルス発生部7と、抵抗測定部8、スイッチ9および10と、判定部16と、制御部51とを含む。記憶装置58は、ロウデコーダおよびカラムデコーダを含む印加部13と、ビット線52と、ワード線53と、複数のメモリ11から構成されるメモリアレイ55とを含む。
【0121】
制御部51は、書き込み動作または読み出し動作のいずれの動作を行うかを示すコマンド等の制御情報をライン56を介してそれぞれパルス発生部7および抵抗測定部8に送る。パルス発生部7および抵抗測定部8のそれぞれは、受け取った制御情報に応じて、スイッチ9およびスイッチ10の開閉を行い、書き込み動作または読み出し動作を行う。制御部51はまた、メモリアレイ55のうちどのメモリ11に電流パルスを印加するかを示すアドレス情報をライン57を介して印加部13に送る。
【0122】
印加部13のロウデコーダおよびカラムデコーダはそれぞれ、受け取ったアドレス情報によって指定されるメモリ11のワード線53およびビット線52を指定する。次いで、指定されたメモリ11に電流パルスが印加されて、書き込み動作または読み出し動作が行われる。
【0123】
図5に示すように図1のメモリ11をマトリクス状に配置することによって、記憶装置の記憶容量を増大させることができる。
【0124】
(実施の形態2)
実施の形態1では、メモリ11を構成する記録層が2層の場合を説明した。しかし、メモリ11を構成する記録層の数は、2に限定されない。実施の形態2では、メモリを構成する記録層がN層(N>2、Nは自然数)の場合を説明する。
【0125】
図6は、N個の記録層62から構成されるメモリ60を示す。図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、これらについての詳細な説明は省略する。メモリ60は、基板1と、下部電極2と、第1〜第N−1の中間層61と、N個の記録層62と、上部電極6とを含む。
【0126】
第1〜第N−1の中間層61は、図1の中間層4と同様に、N個の記録層62間で各記録層を構成する原子が拡散することを防ぐために設けられる。第1〜第N−1の中間層61は好ましくは導電性であり、Al、Au、Ag、Cu、Pt、Ti、W等の単体金属材料、およびこれらの組み合わせ(合金材料)が挙げられるが、これらに限定されない。
【0127】
なお、下部電極2および/または上部電極6に代えて、N個の記録層62に電流パルスを印加することが可能な任意の構成が採用され得る。例えば、基板1が導電性である場合には、下部電極2は省略され得る。第1〜第N−1の中間層61は、N個の記録層62の材質が、それらの間で互いに原子が拡散しないような材質である場合には、省略してもよい。
【0128】
N個の記録層62は、それぞれ電流パルスなどの電気エネルギーの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料から構成される。N個の記録層62の材料は、以下の条件1〜条件3を満たすように選択される。
【0129】
条件1:N個の記録層62のうち第m(1≦m≦N)の記録層の結晶化温度Txmは、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たす。
【0130】
条件2:N個の記録層62のうち第mの記録層の結晶化時間txmは、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たす。
【0131】
条件3:N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、およびN個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとる。
【0132】
条件1と条件2とが満たされることによって、N個の記録層62のそれぞれの相状態を所望の状態(非晶質相または結晶相)に設定することが可能になる。さらに、条件3が満たされることによって、N個の記録層62のそれぞれの相状態の組み合わせである2N個の状態を区別して検出することができる。2N個の状態に対応する2N値(すなわちNビット)の情報を担持することができる。各記録層を結晶相と非晶質相との間でのみ制御すればよいので、1つの記録層の相状態を段階的に制御することに比べて制御が容易である。
【0133】
このように構成されたメモリ60は、図1に示すメモリ11の代わりに用いられる。図1に示す書き込み/読み出し装置12をメモリ60への情報の書き込みおよびメモリ60に書き込まれた情報の読み出しに用いる。
【0134】
N個の記録層62のそれぞれが、非晶質相または結晶相のいずれかの状態をとることによって、メモリ60は2N個の状態のいずれかをとる。状態1は、N個の記録層62すべてが非晶質相である状態とする。状態2Nは、N個の記録層62すべてが結晶相である状態とする。状態1から任意の状態へ変化させる動作を書き込みと呼ぶ。一方、状態1を除く任意の状態から状態1へ変化させる動作を消去と呼ぶ。N個の記録層62の相状態を所望の相状態に変化させることによって、メモリ60に情報が書き込まれるおよび/またはメモリ60に書き込まれた情報が消去される。
【0135】
次に、メモリ60に情報を書き込むまたはメモリ60に書き込まれた情報を消去する方法を説明する。
【0136】
メモリ60への情報の書き込みおよび消去を行う場合、スイッチ9が閉じられ、スイッチ10が開かれる。パルス発生部7は、N個の記録層62の相状態を所望の相状態に変化させるために必要な振幅とパルス幅とを有する電流パルスを発生する。電流パルスは、印加部13を介してN個の記録層62に印加される。
【0137】
図7は、N個の記録層62の相状態を変化させるための種々の電流パルスの波形を示す。
【0138】
電流パルス(結晶化電流パルス)70:結晶化電流パルス70は、第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、N個の記録層62に印加される電流パルスである。1≦m≦Nなるmのそれぞれについて、結晶化電流パルスが存在する。結晶化電流パルス70をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62すべてが温度上昇し、txm≦tx<tx(m-1)なる時間txの間、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txになる。振幅Icmおよびパルス幅tcmを有する結晶化電流パルス70をN個の記録層62に印加することによって、第mの記録層のみが、第mの記録層の結晶化温度Txmおよび結晶化時間txmを達成し、非晶質相から結晶相に相変化する。
【0139】
このように、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する結晶化電流パルス70を印加部13を介してN個の記録層62に印加することによって、第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させ、第mの記録層を除く記録層の相状態を維持することができる。なお、上述した関係txm≦tx<tx(m-1)は、m=1の場合には、関係tx1≦txと読みかえられる。また、m=Nの場合には、関係Txm≦Tx<Tx(m+1)は、TxN≦Txと読みかえられる。
【0140】
電流パルス(非晶質化電流パルス)71:非晶質化電流パルス71は、メモリ60の状態を状態2Nから状態1に変化させる場合、N個の記録層62に印加される電流パルスである。非晶質化電流パルス71をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが、温度上昇し、N個の記録層62の融点のうちもっとも高い融点以上の温度になる。振幅IaN+1およびパルス幅taN+1を有する非晶質化電流パルス71をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが融点Tm1を達成し溶融される。その後急冷されて、結晶相から非晶質相に相変化する。
【0141】
このように、N個の記録層の融点のうちもっとも高い融点以上の温度に相当する非晶質化電流パルス71を印加部13を介してN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてを結晶相から非晶質相に相変化させることができる。
【0142】
N個の記録層62のうち非晶質相である記録層のそれぞれについての結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することにより、任意の状態にあるメモリ60を状態2Nに変化させることができる。また、状態2Nにあるメモリ60に非晶質化電流パルス71を印加することにより、メモリ60を状態1に変化させることができる。さらに、状態1にあるメモリ60に、結晶相に相変化させることが所望されるN個の記録層62のうちの1つ以上の記録層についての結晶化電流パルス70を順次印加することにより、メモリ60を状態1から任意の状態に変化させることができる。このように、結晶化電流パルス70および/または非晶質化電流パルス71を単独または組み合わせて用いることにより、2N個の状態のうち任意の状態にあるメモリ60を任意の別の状態へ変化させることができる。
【0143】
電流パルス72:電流パルス72は、N個の記録層62のうち第mの記録層から第(m+n−1)の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、N個の記録層62に印加部13を介して印加される電流パルスである。電流パルス72をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが、温度上昇し、txm≦tx<tx(m-1)なる時間tx間、Tx(m+n-1)≦Tx<Tx(m+n)なる温度Txになる。振幅Ic(m+n-1)およびパルス幅tcmを有する電流パルス72をN個の記録層62に印加することによって、第m〜第(m+n−1)の記録層が結晶化温度Tx(m+n-1)および結晶化時間txmを達成し、非晶質相から結晶相に相変化する。
【0144】
このように、Tx(m+n-1)≦Tx<Tx(m+n)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する電流パルス72を印加部13を介してN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のうち第m〜第(m+n−1)の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させることができる。
【0145】
電流パルス72は必須の電流パルスではない。なぜなら、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することによっても、第m〜第(m+n−1)の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させることができるからである。しかし、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することに比較して、電流パルス72をメモリ60に印加することは、第m〜第(m+n−1)の記録層をより短時間で非晶質相から結晶相に相変化させることができるという利点を有する。
【0146】
電流パルス73:電流パルス73は、状態1を状態2Nに変化させる場合、印加部13を介してN個の記録層62に印加される電流パルスである。電流パルス73をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが、温度上昇し、tx1≦txなる時間txの間、TxN≦Txなる温度Txになる。振幅IcNおよびパルス幅tc1を有する電流パルス73をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが結晶化温度TxNおよび結晶化時間tx1を達成し、非晶質相から結晶相に相変化する。
【0147】
このように、TxN≦Txなる温度Txおよびtx1≦txなる時間txに相当する電流パルス73をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62すべてを非晶質相から結晶相に相変化させることができる。
【0148】
電流パルス73は必須の電流パルスではない。なぜなら、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することによっても、N個の記録層62のすべてを非晶質相から結晶相に相変化させることができるからである。しかし、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することに比較して、電流パルス73をメモリ60に印加することは、状態1を状態2Nにより短時間で変化させることができるという利点を有する。
【0149】
電流パルス74:電流パルス74は、電流パルス73と非晶質化電流パルス71とを組み合わせた電流パルスである。このような電流パルス74は、N個の記録層62のうち少なくとも1つの記録層が非晶質相であり、メモリ60を状態1に変化させる場合に、印加部13を介してN個の記録層62に印加される電流パルスである。電流パルス74をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが、温度上昇し、tx1≦txなる時間txの間、Tx≧TxNなる温度Txになり、次いでN個の記録層62のうち最も融点の高い温度になる。振幅IcNおよびパルス幅tc1、次いで振幅IaN+1およびパルス幅taN+1を有する電流パルス74をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62のすべてが結晶化温度TxNおよび結晶化時間tx1を達成し、非晶質相から結晶相に相変化する。次いで、N個の記録層62のすべてが、N個の記録層62の各融点のうち最も高い融点以上に達し溶融し、急冷されて結晶相から非晶質相に相変化する。
【0150】
電流パルス74は必須の電流パルスではない。なぜなら、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加して、N個の記録層62を状態2Nに変化させ、次いで非晶質化電流パルス71をメモリ60に印加することによっても、状態2Nから状態1に変化することができるからである。しかし、結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加し、非晶質化電流パルス71を印加することに比較して、電流パルス74をメモリ60に印加することは、状態2Nを除く任意の状態から状態1により短時間で変化させることができるという利点を有する。
【0151】
電流パルス75:電流パルス75は、N個の記録層62のうち少なくとも1つの記録層のそれぞれが温度Tm以下の融点を有し、N個の記録層のうちの少なくとも1つの記録層を除く記録層のそれぞれが温度Tmよりも高い融点を有し、少なくとも1つの記録層のそれぞれを結晶相から非晶質相に相変化させ、少なくとも1つの記録層のそれぞれを除く記録層を結晶相に維持する場合に、N個の記録層62に印加される電流パルスである。電流パルス75をN個の記録層62に印加することによって、N個の記録層62すべてが、温度上昇し、少なくとも1つの記録層のそれぞれが温度Tmとなる。振幅Icmおよびパルス幅tamを有する電流パルス75をN個の記録層62に印加することによって、温度Tm以下の融点を有する少なくとも1つの記録層のそれぞれのみが温度Tmを達成し、結晶相から非晶質相に相変化する。
【0152】
温度Tmは、N個の記録層62の融点のうち最も低い融点以上かつN個の記録層62のうち最も高い融点未満となるように任意に選択され得る。このように温度Tmを選択することにより、N個の記録層62を温度Tm以下の融点を有する少なくとも1つの記録層からなる低融点側のグループと、温度Tmより高い融点を有する少なくとも1つの記録層からなる高融点側のグループとに分けることができる。温度Tmに相当する電流パルス75をN個の記録層62に印加することによって、低融点側のグループに含まれる記録層のそれぞれを結晶相から非晶質相に相変化させることができる。
【0153】
電流パルス75は、N個の記録層62の融点が異なる場合に有用であるが、必須の電流パルスではない。なぜなら電流パルス75の代わりに、非晶質化電流パルス71および結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することによっても、N個の記録層62のうち所望の記録層のみを結晶相に相変化させることができるからである。しかし、非晶質化電流パルス71および結晶化電流パルス70をメモリ60に印加することに比較して、電流パルス75をメモリ60に印加することは、メモリ60をより短時間でN個の記録層62のうち所望の記録層のみを結晶相に相変化させることができるという利点を有する。
【0154】
N個の記録層62の現在の相状態が既知である場合には、上記の結晶化電流パルス70と非晶質化電流パルス71とを組み合わせることによって、N個の記録層62を所望の相状態に相変化させることができる。現在の相状態(初期状態)は、図8を参照して説明される読み出し方法を用いて知ることができる。なお、m=1〜Nのそれぞれについての結晶化電流パルス70をメモリ60に順次印加することによって(あるいは、電流パルス73をメモリ60に印加することによって)、メモリ60の状態は、任意の状態から状態2Nに変化する。このようにして得られた状態2Nを初期状態として用いて、N個の記録層62の相状態を所望の相状態に相変化させてもよい。これによって、読み出し手順が省略される。初期状態として使用することができる状態は、状態2Nに限定されない。
【0155】
次にメモリ60に書き込まれた情報を読み出す方法を説明する。読み出し方法は、実施の形態1において図4を参照して説明された読み出し方法と同様である。メモリ60に書き込まれた情報を読み出す際には、図1に示すスイッチ10が閉じられ、書き込み/読み出し装置12が印加部13を介してメモリ60に接続される。抵抗測定部8は、N個の記録層62に電流パルスIrを印加し、その際に下部電極2(図1)と上部電極6(図1)との間に発生する電位差に基づいて、N個の記録層62の抵抗値(N個の記録層62のそれぞれの抵抗値の和)を検出する。電流パルスIrは、N個の記録層62が相変化しない大きさの振幅およびパルス幅を有する。
【0156】
図8は、本発明による、書き込み/読み出し装置12を用いたメモリ60に書き込まれた情報を読み出す方法を示すフローチャートである。以下、図8を参照しながら、メモリ60に書き込まれた情報を読み出す方法を各工程について説明する。
【0157】
工程801:N個の記録層62に電流パルスIrを印加部13を介して印加する。
【0158】
工程802:抵抗測定部8がN個の記録層62の抵抗の和を測定する。
【0159】
工程803:判定部16が、測定された抵抗の和が、状態1〜2Nのいずれの状態のN個の記録層62の抵抗の和に一致するかを判定する。これにより、メモリ60に書き込まれた情報が読み出される。
【0160】
なお、図6のメモリ60を図5に示されるようにマトリクス状に配置し、記憶装置の記憶容量を増大させることもまた可能である。
【0161】
図6のメモリ60は、N個の記録層62が、第1〜第Nの記録層の順で堆積されていた。しかしながら、第1〜第Nの記録層は、任意の順番(例えば、ランダムな順番)で堆積されてもよい。
【0162】
【発明の効果】
本発明のメモリは、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層とを備える。第1の記録層の結晶化温度Tx1と第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、第1の記録層の結晶化時間tx1と第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2を満たすので、第1の記録層の相状態と第2の記録層の相状態とをそれぞれ所望の状態(非晶質相または結晶相)に設定することが可能になる。さらに、第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なるので、第1の記録層の相状態と第2の記録層の相状態との組み合わせである4つの状態を区別して検出することができる。第1の記録層および第2の記録層の相状態を結晶相と非晶質相との間で制御するだけなので、制御が容易である。なお、このようなメモリは、2つの記録層の限定されず、2つより多くの記録層を用いた場合にも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるメモリに接続された書き込み/読み出し装置の構成を示す図
【図2】第1の記録層および第2の記録層の相状態に関する状態遷移図
【図3】2つの記録層の相状態を変化させるための種々の電流パルスの波形を示す図
【図4】本発明による、書き込み/読み出し装置を用いたメモリに書き込まれた情報を読み出す方法を示すフローチャート
【図5】本発明のメモリをマトリクス状に配置した記憶装置と記憶装置に接続された外部回路の構成を示す図
【図6】N個の記録層から構成されるメモリを示す図
【図7】N個の記録層の相状態を変化させるための種々の電流パルスの波形を示す図
【図8】本発明による、書き込み/読み出し装置を用いたメモリに書き込まれた情報を読み出す方法を示すフローチャート
【符号の説明】
1 基板
2 下部電極
3 第1の記録層
4 中間層
5 第2の記録層
6 上部電極
7 パルス発生部
8 抵抗測定部
9、10 スイッチ
11 メモリ
12 書き込み/読み出し装置
13 印加部
16 判定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase change memory that stores information using a reversible phase change that occurs between a crystalline phase and an amorphous phase, a writing device that writes information to the memory, and information written to the memory. The present invention relates to a reading device and a method for reading.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A phase change memory capable of recording or erasing information by applying electric energy such as current is known. The material of the recording layer used for the phase change memory causes a reversible change between the crystalline phase and the amorphous phase due to the temperature rise caused by the application of electrical energy. Usually, the electrical resistance of the crystal phase is low, and the electrical resistance of the amorphous phase is high. A phase change memory is a non-volatile memory that records binary values by utilizing the difference in electrical resistance between the crystalline phase and the amorphous phase.
[0003]
In recent years, with an increase in the amount of information to be recorded in a memory, a memory having a larger capacity has been demanded. In order to increase the capacity of the phase change memory, (1) the area of the memory cell that records binary values is reduced and the memory cells are arranged in a matrix (improvement of surface density), or (2) one It has been proposed to store multivalued information in memory cells. In the present specification, multivalue refers to a number of values greater than two.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the surface density of (1), there is a limit to the miniaturization process in manufacturing technology such as photolithography, and the storage capacity of the phase change memory cannot be increased dramatically. As a technique for recording multi-value information in one memory cell of {circle around (2)}, a conventional technique disclosed in JP-T-11-510317 is known. In this prior art, multi-value information is stored in a memory cell by controlling the resistance value of one recording layer of the memory cell in a stepwise manner. However, it is very difficult to control the phase state of one recording layer step by step compared to controlling the two phase states of the crystalline phase and the amorphous phase.
[0005]
The present invention has been made in consideration of such problems, and is a phase change memory that stores multi-value information and is easy to write and read, a writing device that writes information to the phase change memory, and a phase change memory thereof. It is an object of the present invention to provide a reading apparatus and method for reading information written in a change memory.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The memory according to the present invention includes a first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse, and a current pulse. And a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by the application of Recording layer crystallization temperature T x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 And the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 , The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Are different from each other, thereby achieving the above-mentioned object.
[0007]
Melting point T of the first recording layer m1 Is the relationship 400 ≦ T m1 (° C.) ≦ 800 may be satisfied.
[0008]
Melting point T of the second recording layer m2 Is the relationship 300 ≦ T m2 (° C.) ≦ 700 may be satisfied.
[0009]
The crystallization temperature T of the first recording layer x1 Is the relation 130 ≦ T x1 (° C.) ≦ 230 may be satisfied.
[0010]
The crystallization temperature T of the second recording layer x2 Is the relationship 160 ≦ T x2 (° C.) ≦ 260 may be satisfied.
[0011]
Crystallization time t of the first recording layer x1 Is the relationship 5 ≦ t x1 (Ns) ≦ 200 may be satisfied.
[0012]
Crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship 2 ≦ t x2 (Ns) ≦ 150 may be satisfied.
[0013]
The first recording layer includes three elements of Ge, Sb, and Te, and the second recording layer includes (Sb-Te) -M1, where M1 is Ag, In, Ge, Sn. , Se, Bi, Au, and Mn may be selected.
[0014]
The first recording layer may be deposited on a substrate, and an upper electrode may be deposited on the second recording layer.
[0015]
A lower electrode may be deposited between the substrate and the first recording layer.
[0016]
An intermediate layer may be deposited between the first recording layer and the second recording layer.
[0017]
Specific resistance r when the first recording layer is in an amorphous phase a1 Is 1.0 ≦ r a1 (Ω · cm) ≦ 1 × 10 7 It may be.
[0018]
Specific resistance r when the second recording layer is in an amorphous phase a2 Is 2.0 ≦ r a2 (Ω · cm) ≦ 2 × 10 7 It may be.
[0019]
Specific resistance r when the first recording layer is in a crystalline phase c1 Is 1 × 10 -3 ≦ r c1 (Ω · cm) ≦ 1.0 may be sufficient.
[0020]
Specific resistance r when the second recording layer is in a crystalline phase c2 Is 1 × 10 -3 ≦ r c2 (Ω · cm) ≦ 1.0 may be sufficient.
[0021]
A writing device according to the present invention is a writing device for writing information into a memory, and the memory causes a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise due to application of a current pulse. A first recording layer for recording information by waking up and a first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between the crystalline phase and the amorphous phase due to the temperature rise caused by application of a current pulse. A crystallization temperature T of the first recording layer. x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 And the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 , The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Are different from each other, and the writing device includes a pulse generator for generating at least first to third current pulses, and the at least first to third current pulses to the first recording layer and the second recording layer. The pulse generator is configured to change the phase of the first recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase and maintain the phase state of the second recording layer. x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 When the first current pulse corresponding to a time t of ≦ t is generated, the phase state of the first recording layer is maintained, and the phase of the second recording layer is changed from an amorphous phase to a crystalline phase T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 When the second current pulse corresponding to the time t is generated to change the phase of the first recording layer and the second recording layer from the crystalline phase to the amorphous phase, the first and second The third current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the two recording layers is generated, whereby the above-mentioned object is achieved.
[0022]
The amplitude I of the first current pulse c1 And pulse width t c1 Are each 0.02 ≦ I c1 (MA) ≦ 10 and 5 ≦ t c1 (Ns) ≦ 200 may be satisfied.
[0023]
The amplitude I of the second current pulse c2 And pulse width t c2 Respectively, 0.05 ≦ I c2 (MA) ≦ 20 and 2 ≦ t c2 (Ns) ≦ 150 may be satisfied.
[0024]
The amplitude I of the third current pulse a1 And pulse width t a1 Respectively, 0.1 ≦ I a1 (MA) ≦ 200 and 1 ≦ t a1 (Ns) ≦ 100 may be satisfied.
[0025]
The pulse generation unit is configured to change T when the first recording layer and the second recording layer are changed from an amorphous phase to a crystalline phase. x2 ≦ T T and t x1 A fourth current pulse corresponding to time t satisfying ≦ t may be generated.
[0026]
The amplitude I of the fourth current pulse c12 And pulse width t c12 Respectively, 0.05 ≦ I c12 (MA) ≦ 20 and 5 ≦ t c12 (Ns) ≦ 200 may be satisfied.
[0027]
The pulse generator has a melting point T of the first recording layer. m1 And the melting point T of the second recording layer m2 Relationship with T m1 ≠ T m2 And the melting point T m1 Or T m2 Of the recording layer having a lower melting point is changed from a crystalline phase to an amorphous phase, and the melting point T m1 Or T m2 When the recording layer having the higher melting point is maintained in the crystalline phase, a fifth current pulse corresponding to a temperature not lower than the lower melting point and lower than the higher melting point may be generated.
[0028]
The amplitude I of the fifth current pulse a2 And pulse width t a2 Are each 0.05 ≦ I a2 (MA) ≦ 160 and 1 ≦ t a2 (Ns) ≦ 100 may be satisfied.
[0029]
A reading device according to the present invention is a reading device that reads information written in a memory, and the memory is reversible between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. The information is obtained by causing a reversible phase change between the first recording layer for recording information by causing a phase change and a temperature increase due to application of a current pulse between the crystalline phase and the amorphous phase. A second recording layer for recording, the crystallization temperature T of the first recording layer x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 And the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 , The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Are different from each other, and the reading device includes: an application unit that applies a current pulse to the first and second recording layers; a resistance measuring instrument that measures a sum of resistances of the first and second recording layers; A determination unit for determining which of the four different resistances matches the sum of the resistances, thereby achieving the object.
[0030]
The current pulse has an amplitude I having a magnitude that does not cause a phase change in the first and second recording layers. r You may have.
[0031]
The amplitude I of the current pulse r I r (MA) ≦ 0.02 may be sufficient.
[0032]
The memory according to the present invention has N recording layers (N> 2) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. , N is a natural number), and the crystallization temperature of the m-th recording layer is T xm If (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperature of each of the N recording layers is expressed by the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN And the crystallization time of the m-th recording layer is t xm Then, the crystallization time of each of the N recording layers is expressed by the relationship t. x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN And the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different. The sum of the resistance of the recording layer is 2 N It takes a number of different values, thereby achieving the above objective.
[0033]
The writing device according to the present invention is a writing device for writing information into a memory, and the memory performs a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. The memory includes N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by waking up, and the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm If (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperature of each of the N recording layers is expressed by the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN And the crystallization time of the m-th recording layer is t xm Then, the crystallization time of each of the N recording layers is expressed by the relationship t. x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN And the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different. The sum of the resistance of the recording layer is 2 N The writing device has a pulse generator for generating at least N crystallization current pulses and an amorphization current pulse, and the at least N crystallization current pulses and an amorphization current. An application unit that applies a pulse to the N recording layers, wherein the pulse generation unit changes only the m-th recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase, and the m-th recording layer When maintaining the phase state of the recording layer excluding xm ≦ T x <T x (m + 1) Temperature T x And t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x When a crystallization current pulse corresponding to is generated and all of the N recording layers change from a crystalline phase to an amorphous phase, a temperature equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers. The amorphizing current pulse corresponding to is generated, whereby the above object is achieved.
[0034]
The pulse generator may be configured to change T when all of the N recording layers are changed from an amorphous phase to a crystalline phase. xN ≦ T x Temperature T x And t x1 ≦ t x Time t x A current pulse corresponding to may be generated.
[0035]
The pulse generation unit is configured to change T from the mth recording layer to the (m + n−1) th recording layer of the N recording layers from an amorphous phase to a crystalline phase. x (m + n-1) ≦ T x <T x (m + n) Temperature T x And t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x A current pulse corresponding to may be generated.
[0036]
In the pulse generator, at least one of the N recording layers has a temperature T m Each of the recording layers excluding the at least one recording layer of the N recording layers has a temperature T m Having a higher melting point, changing each of the at least one recording layer from a crystalline phase to an amorphous phase, and maintaining the recording layer excluding each of the at least one recording layer in a crystalline phase, Temperature T m A current pulse corresponding to may be generated.
[0037]
A reading device according to the present invention is a reading device that reads information written in a memory, and the memory is reversible between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise due to application of a current pulse. A memory having N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a phase change, wherein the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm If (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperature of each of the N recording layers is expressed by the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN And the crystallization time of the m-th recording layer is t xm Then, the crystallization time of each of the N recording layers is expressed by the relationship t. x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN And the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different. The sum of the resistance of the recording layer is 2 N The readout device takes different values, and the reading device includes an application unit that applies a current pulse to the N recording layers, a resistance measuring device that measures a sum of resistances of the N recording layers, and a sum of the resistances. 2 N And a determination unit for determining which of the different resistances is the same, thereby achieving the above object.
[0038]
A writing method according to the present invention is a writing method for writing information into a memory, and the memory causes a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. A first recording layer for recording information by waking up and a first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. A crystallization temperature T of the first recording layer. x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 And the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 , The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Are different from each other, and the writing method includes the steps of generating at least first to third current pulses and applying the at least first to third current pulses to the first recording layer and the second recording layer. The step of generating includes a step of changing the phase of the first recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase and maintaining the phase state of the second recording layer. x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 When the first current pulse corresponding to a time t of ≦ t is generated, the phase state of the first recording layer is maintained, and the phase of the second recording layer is changed from an amorphous phase to a crystalline phase T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 When the second current pulse corresponding to the time t is generated to change the phase of the first recording layer and the second recording layer from the crystalline phase to the amorphous phase, the first and second And generating the third current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the two recording layers, thereby achieving the above object.
[0039]
A reading method according to the present invention is a reading method for reading information written in a memory, and the memory is reversible between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise due to application of a current pulse. The first recording layer that records information by causing a phase change, and the information by causing a reversible phase change between the crystalline phase and the amorphous phase due to a temperature rise due to application of a current pulse. A second recording layer for recording, the crystallization temperature T of the first recording layer x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 And the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 , The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Are different from each other, and the reading method includes a step of applying a current pulse to the first and second recording layers, a step of measuring a sum of resistances of the first and second recording layers, and a sum of the resistances. Determining which one of the four different resistances matches, thereby achieving the above object.
[0040]
A writing method according to the present invention is a writing method for writing information into a memory, and the memory causes a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse. The memory includes N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by waking up, and the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm If (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperature of each of the N recording layers is expressed by the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN And the crystallization time of the m-th recording layer is t xm Then, the crystallization time of each of the N recording layers is expressed by the relationship t. x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN And the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different. The sum of the resistance of the recording layer is 2 N The writing method takes at least N crystallization current pulses and an amorphization current pulse, and includes at least N crystallization current pulses and an amorphization current pulse. Applying to the N recording layers, wherein the generating step changes the phase of only the m-th recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase and removes the m-th recording layer. To maintain the phase state of the layer, T xm ≦ T x <T x (m + 1) Temperature T x And t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x When the crystallization current pulse corresponding to is generated and all the N recording layers are phase-changed from the crystalline phase to the amorphous phase, the temperature equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers. The amorphization current pulse corresponding to the above is generated, and the above object is achieved.
[0041]
A reading method according to the present invention is a reading method for reading information written in a memory, and the memory is reversible between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise due to application of a current pulse. A memory having N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a phase change, wherein the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm If (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperature of each of the N recording layers is expressed by the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN And the crystallization time of the m-th recording layer is t xm Then, the crystallization time of each of the N recording layers is expressed by the relationship t. x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN And the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance value when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different. The sum of the resistance of the recording layer is 2 N Taking the different values, the reading method includes applying a current pulse to the N recording layers, measuring a sum of resistances of the N recording layers, and adding the resistances to the 2 N Determining which of the different resistance sums is met, thereby achieving the above objective.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a writing / reading device connected to a memory according to the present invention. The writing / reading device 12 writes information in the memory 11 or reads information written in the memory 11.
[0043]
The writing / reading device 12 includes a pulse generator 7 that generates current pulses, a resistance measuring unit 8 that measures the resistance of the memory 11, switches 9 and 10, and current pulses generated by the pulse generator 7. And a determination unit 16 that determines the resistance value of the memory 11 measured by the resistance measurement unit 8.
[0044]
The memory 11 includes a substrate 1, a lower electrode 2 deposited on the substrate 1, a first recording layer 3 deposited on the lower electrode 2, and an intermediate layer 4 deposited on the first recording layer 3. And a second recording layer 5 deposited on the intermediate layer 4 and an upper electrode 6 deposited on the second recording layer 5.
[0045]
As the substrate 1, for example, a resin plate such as polycarbonate, a glass plate, alumina (Al 2 O Three ), Etc., various metal plates such as Si plate, Cu and the like can be used, but are not limited thereto. In the first embodiment, a Si substrate is used as the substrate 1. As the lower electrode 2 and the upper electrode 6, for example, a single metal material such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W, or a combination thereof (alloy material) can be used. Any electrode material capable of applying electric energy to the third and second recording layers 5 can be used. The intermediate layer 4 is provided to prevent atoms constituting each recording layer from diffusing between the first recording layer 3 and the second recording layer 5. The intermediate layer 4 is preferably conductive. For example, single metal materials such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, and W, and combinations (alloy materials) thereof can be used, but are not limited thereto. . In the first embodiment, Pt is used for the lower electrode 2, the intermediate layer 4, and the upper electrode 6.
[0046]
Instead of the lower electrode 2 and / or the upper electrode 6, any configuration that can apply a current pulse to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be adopted. For example, when the substrate 1 is conductive, the lower electrode 2 can be omitted. The intermediate layer 4 may be omitted when the materials of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are such that atoms do not diffuse between each other.
[0047]
The materials of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 cause a reversible phase change between the crystalline phase and the amorphous phase due to a temperature rise caused by application of electric energy such as a current pulse. It is a material to wake up. The materials of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are selected so as to satisfy the following conditions 1 to 3.
[0048]
Condition 1: the crystallization temperature T of the first recording layer 3 x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer 5 x2 The relationship is T x1 <T x2 Meet. In this specification, the crystallization temperature refers to a temperature at which the recording layer material changes from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0049]
Condition 2: Crystallization time t of the first recording layer 3 x1 And the crystallization time t of the second recording layer 5 x2 Is the relationship t x1 > T x2 Meet. In this specification, the crystallization time refers to the time required for the recording layer material to change from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0050]
Condition 3: When the first recording layer 3 is in an amorphous phase, the resistance value is R a1 The resistance value when the first recording layer 3 is in the crystalline phase is R c1 , The resistance value when the second recording layer 5 is in an amorphous phase is R a2 The resistance value when the second recording layer 5 is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R c1 + R a2 , R c1 + R c2 Are different from each other.
[0051]
By satisfying Condition 1 and Condition 2, the phase state of the first recording layer 3 and the phase state of the second recording layer 5 are set to desired states (amorphous phase or crystalline phase), respectively. Is possible. Furthermore, when the condition 3 is satisfied, the four states that are combinations of the phase state of the first recording layer 3 and the phase state of the second recording layer 5 can be distinguished and detected. Therefore, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 of the memory 11 can carry four-value (2-bit) information corresponding to the four states. Since each recording layer only needs to be controlled between the crystalline phase and the amorphous phase, the control is easier than controlling the phase state of one recording layer stepwise.
[0052]
The crystallization temperature T of the first recording layer 3 x1 Is preferably 130 ≦ T x1 (° C.) ≦ 230. The crystallization temperature T of the second recording layer 5 x2 Is preferably 160 ≦ T x2 (° C.) ≦ 260. Crystallization time t of the first recording layer 3 x1 Is preferably 5 ≦ t x1 (Ns) ≦ 200. Crystallization time t of the second recording layer 5 x2 Is preferably 3 ≦ t x2 (Ns) ≦ 150. Specific resistance r when the first recording layer 3 is in an amorphous phase a1 Is preferably 1.0 ≦ r a1 (Ω · cm) ≦ 1 × 10 7 It is. Specific resistance r when second recording layer 5 is in an amorphous phase a2 Is preferably 2.0 ≦ r a2 (Ω · cm) ≦ 2 × 10 7 It is. Specific resistance r when the first recording layer 3 is a crystalline phase c1 Is preferably 1 × 10 -3 ≦ r c1 (Ω · cm) ≦ 1.0. Specific resistance r when second recording layer 5 is in a crystalline phase c2 Is preferably 1 × 10 -3 ≦ r c2 (Ω · cm) ≦ 1.0. The melting point T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 in the first embodiment. m1 , T m2 The relationship is T m1 > T m2 However, the relationship between these melting points may be arbitrary. In the first embodiment, the melting points T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 m1 , T m2 Are 630 ° C. and 550 ° C., respectively. Melting point T of the first recording layer 3 m1 Is preferably 400 ≦ T m1 (° C.) ≦ 800. Melting point T of the second recording layer 5 m2 Is preferably 300 ≦ T m2 (° C.) ≦ 700.
[0053]
The first recording layer 3 contains three elements of Ge, Sb, and Te. The second recording layer 5 includes a material system represented by (Sb-Te) -M1, where M1 is at least 1 from the group consisting of Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au, and Mn. Is selected. In the first embodiment, each of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 has Ge. 8 Sb 2 Te 11 And (Sb 0.7 Te 0.3 ) 95 Ge Five Was used.
[0054]
The crystallization temperature T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 used in the first embodiment x1 , T x2 Were 170 ° C. and 200 ° C., respectively. Crystallization time t of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 x1 , T x2 Were 130 ns and 80 ns, respectively.
[0055]
In the first embodiment, the Pt lower electrode 2 has an area of 10 μm × 10 μm and a thickness of 0.1 μm, and the Ge of the first recording layer 3 8 Sb 2 Te 11 Is an area of 5 μm × 5 μm and a thickness of 0.1 μm, and the Pt intermediate layer 4 has an area of 5 μm × 5 μm and a thickness of 0.1 μm. 0.7 Te 0.3 ) 95 Ge Five The area was 5 μm × 5 μm and the thickness was 0.1 μm, and the Pt upper electrode 6 was area 5 μm × 5 μm and the thickness was 0.1 μm. In this configuration, the resistance value R when the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are in the amorphous phase. a1 , R a2 Were 1000Ω and 1500Ω, respectively. Resistance value R when first recording layer 3 and second recording layer 5 are in a crystalline phase c1 , R c2 Were 5Ω and 10Ω, respectively.
[0056]
As shown in Table 1, the memory 11 has four different states, state 1 to state 4. State 1 to state 4 are combinations of the respective phase states (amorphous phase and crystalline phase) of the first recording layer 3 and the second recording layer 5. Table 1 shows the sum of the phase states and resistances of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 in the states 1 to 4 that the memory 11 can take.
[0057]
[Table 1]
Figure 0004025527
When both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are in an amorphous phase (state 1), the sum of the resistance of the first recording layer 3 and the resistance of the second recording layer 5 is R a1 + R a2 It becomes. When the first recording layer 3 is in a crystalline phase and the second recording layer 5 is in an amorphous phase (state 2), the sum of the resistance of the first recording layer 3 and the resistance of the second recording layer 5 Is R c1 + R a2 It becomes. When the first recording layer 3 is in an amorphous phase and the second recording layer 5 is in a crystalline phase (state 3), the sum of the resistance of the first recording layer 3 and the resistance of the second recording layer 5 Is R a1 + R c2 It becomes. When both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are in a crystalline phase (state 4), the sum of the resistance of the first recording layer 3 and the resistance of the second recording layer 5 is R c1 + R c2 It becomes. As described above, the sum of the resistances is different in the states 1 to 4.
[0058]
Next, the manufacturing procedure of the memory 11 will be described in the following steps S1101 to S1106.
[0059]
S1101: A substrate 1 having a treated surface is prepared in a sputtering apparatus.
[0060]
S1102: The lower electrode 2 is deposited by sputtering a single metal target such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W or an alloy metal target thereof in an Ar gas atmosphere.
[0061]
S1103: An alloy target containing three elements of Ge, Sb, and Te is used in an Ar gas atmosphere, a Kr gas atmosphere, a mixed gas atmosphere of Ar gas and a reactive gas containing at least one of oxygen gas and nitrogen gas, and Kr gas. The first recording layer 3 is deposited on the lower electrode 2 by sputtering in an atmosphere selected from the group consisting of a mixed gas atmosphere of reactive gas and reactive gas.
[0062]
S1104: The intermediate layer 4 is deposited on the first recording layer 3 by sputtering a single metal target such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W or an alloy metal target thereof in an Ar gas atmosphere. The
[0063]
S1105: an alloy including a material system represented by (Sb-Te) -M1 (where M1 is selected from the group consisting of Ag, In, Ge, Sn, Se, Bi, Au, and Mn) The target is selected from the group consisting of an Ar gas atmosphere, a Kr gas atmosphere, a mixed gas atmosphere of Ar gas and a reactive gas containing at least one of oxygen gas and nitrogen gas, and a mixed gas atmosphere of Kr gas and reactive gas The second recording layer 5 is deposited on the intermediate layer 4 by sputtering in an atmosphere to be used.
[0064]
S1106: The upper electrode 6 is formed on the second recording layer 5 by sputtering a single metal target such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, W or an alloy metal target thereof in an Ar gas atmosphere. The
[0065]
In steps S1101 to S1106 of the manufacturing procedure described above, a sputtering apparatus was used to deposit the lower electrode 2, the first recording layer 3, the intermediate layer 4, the second recording layer 5, and the upper electrode 6. Any thin film deposition apparatus capable of depositing can be used. In the first embodiment, the surface of the Si substrate 1 is nitrided in a nitrogen atmosphere in step S1101. An Au lead wire was bonded to each of the lower electrode 2 and the upper electrode 6 thus fabricated, and connected to the read / write device 12 via the application unit 13.
[0066]
Next, a method for writing information in the memory 11 and a method for erasing information written in the memory 11 will be described. When writing and erasing information in the memory 11, the switch 9 is closed and the switch 10 is opened. The pulse generator 7 generates a current pulse having an amplitude and a pulse width necessary for changing the phase state of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 to a desired phase state. The current pulse generated by the pulse generator 7 is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 via the application unit 13.
[0067]
FIG. 2 is a state transition diagram regarding the phase states of the first recording layer 3 and the second recording layer 5.
[0068]
In the first embodiment, from state 1 to state 2, state 1 to state 3, state 1 to state 4, state 2 to state 3, state 2 to state 4, state 3 to state 2, and state 3 shown in Table 1 The operation of changing from state 4 to state 4, state 4 to state 2 and state 4 to state 3 is called writing. On the other hand, the operation of changing from state 2 to state 1, from state 3 to state 1 and from state 4 to state 1 is called erasure. By changing the phase state of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 to a desired phase state, information is written in the memory 11 or information written in the memory 11 is erased.
[0069]
Hereinafter, a method for writing and / or erasing information in the memory 11 will be described for each step with reference to FIG.
[0070]
Step S1: When the state 1 is changed to the state 2 or the state 3 is changed to the state 4, that is, the phase of the second recording layer 5 is changed by changing the phase of the first recording layer 3 from the amorphous phase to the crystalline phase. 1 is maintained, the pulse generator 7 (FIG. 1) generates a first current pulse, and the first current pulse is applied to the first recording layer 3 and the first recording layer via the application unit 13 (FIG. 1). 2 is applied to the second recording layer 5. The first current pulse is T x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 A current pulse corresponding to a time t of <t. An example of a specific waveform of the current pulse will be described later with reference to FIG.
[0071]
Step S2: When the state 1 is changed to the state 3 or the state 2 is changed to the state 4, that is, the phase state of the first recording layer is maintained, and the second recording layer 5 is changed from the amorphous phase to the crystalline phase. When the phase is changed, the pulse generator 7 generates a second current pulse, and applies the second current pulse to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 via the applying unit 13. . The second current pulse is T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 Is a current pulse corresponding to the time t.
[0072]
Step S3: When changing the state 4 to the state 1, that is, when changing the phase of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 from the crystalline phase to the amorphous phase, the pulse generator 7 3 current pulses are generated, and the third current pulse is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 via the applying unit 13. The third current pulse is a current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5.
[0073]
Step S4: When the state 1 is changed to the state 4, that is, when the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are changed from the amorphous phase to the crystalline phase, the pulse generator 7 4 current pulses are generated, and the fourth current pulse is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 via the applying unit 13. The fourth current pulse is T x2 ≦ T T and t x1 ≦ t is a current pulse corresponding to time t. Note that step S4 is not an essential step. This is because step S4 can be replaced by performing step S2 and then step S1, or step S1 and then step S2. In FIG. 2, in order to indicate that the step S4 is not an essential step, an arrow indicating a state transition corresponding to the step S4 is indicated by a broken line.
[0074]
Step S5: Respective melting points T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 m1 , T m2 But T m1 > T m2 When the condition 4 is satisfied and the state 4 is changed to the state 2, that is, the first recording layer 3 is maintained in the crystalline phase and the second recording layer 5 is changed from the crystalline phase to the amorphous phase. The generation unit 7 generates a fifth current pulse and applies the fifth current pulse to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 via the application unit 13. The fifth current pulse is T m2 ≦ T <T m1 This is a current pulse corresponding to the temperature T. Step S5 is not an essential step. This is because step S5 can be replaced by performing step S3 and then step S1. In FIG. 2, in order to show that step S5 is not an essential step, the state transition corresponding to step S5 is indicated by a broken line. Each melting point T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 m1 , T m2 But T m1 <T m2 T if m1 ≦ T <T m2 The state 4 can be changed to the state 3 by applying a fifth current pulse corresponding to the temperature T to the first recording layer 3 and the second recording layer 5.
[0075]
If there are only the above-described steps S1 to S3, the phase states of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be changed from an arbitrary state of the state 1 to the state 4 to an arbitrary state. For example, when changing the state 2 to the state 1, the steps S2 and S3 may be performed. When the state 3 is changed to the state 1, the steps S1 and S3 may be performed. When the state 2 is changed to the state 3, the step S2, the step S3, and then the step S2 may be performed. When changing the state 3 to the state 2, the steps S1, S3, and then the step S1 may be performed. When the state 4 is changed to the state 3, the step S3 and then the step S2 may be performed.
[0076]
When the current phase states of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are known, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be obtained by combining the above steps. The phase can be changed to a phase state. The current phase state (initial state) can be known by using the reading method described with reference to FIG. Note that the phase state of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 changes from the arbitrary state to the state 4 by performing step S2 and then step S1, or step S1 and then step S2. Using the state 4 thus obtained as an initial state, the phase states of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 may be changed to a desired phase state. Thereby, the reading procedure is omitted. The state that can be used as the initial state is not limited to state 4.
[0077]
Next, the waveform of a current pulse for changing to each state will be described.
[0078]
FIG. 3 shows waveforms of various current pulses for changing the phase state of the two recording layers. The pulse generator 7 shown in FIG. 1 generates current pulses having various pulse amplitudes (applied current values) and various pulse widths (current application time).
[0079]
First current pulse 21: As described with reference to FIG. 2, the first current pulse 21 is generated when the first recording layer 3 and the second recording layer 3 are changed when the state 1 is changed to the state 2 or the state 3 is changed to the state 4. Current pulse applied to the recording layer 5. By applying the first current pulse 21 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x1 ≦ T <T x2 The temperature T becomes In the first embodiment, the pulse amplitude I of the first current pulse 21 c1 And pulse width t c1 Were set to 2 mA and 150 ns, respectively. Pulse amplitude I c1 And pulse width t c1 Are preferably 0.02 ≦ I c1 (MA) ≦ 10 and 5 ≦ t c1 (Ns) ≦ 200. By applying the first current pulse 21 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, only the first recording layer 3 has a crystallization temperature T x1 And crystallization time t x1 Thus, the first recording layer 3 changes from an amorphous phase to a crystalline phase, and the second recording layer 5 maintains the current phase state.
[0080]
Thus, T x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 By applying a first current pulse 21 corresponding to a time t of ≦ t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the phase of the first recording layer 3 changes from an amorphous phase to a crystalline phase. Thus, the phase state of the second recording layer 5 can be maintained.
[0081]
Second current pulse 22: The second current pulse 22 is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 when the state 1 is changed to the state 3 or the state 2 is changed to the state 4. Current pulse. By applying the second current pulse 22 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x2 ≦ t <t x1 For time t x2 The temperature T becomes ≦ T. In the first embodiment, the pulse amplitude I of the second current pulse 22 c2 And pulse width t c2 Were set to 4 mA and 100 ns, respectively. Pulse amplitude I c2 And pulse width t c2 Are preferably 0.05 ≦ I respectively. c2 (MA) ≦ 20 and 2 ≦ t c2 (Ns) ≦ 150. By applying such a second current pulse 22 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, only the second recording layer 5 has a crystallization temperature T. x2 And crystallization time t x2 The first recording layer 3 maintains the current phase state, and the second recording layer 5 changes from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0082]
Thus, T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 By applying a second current pulse 22 corresponding to time t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the phase state of the first recording layer is maintained, and the second recording layer is The phase can be changed from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0083]
Third current pulse 23: The third current pulse 23 is a current pulse applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 when the state 4 is changed to the state 1. By applying the third current pulse 23 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and both recording layers The temperature T is equal to or higher than the lower melting point. In the first embodiment, the pulse amplitude I of the third current pulse 23 a1 And pulse width t a1 Were set to 50 mA and 50 ns, respectively. Pulse amplitude I a1 And pulse width t a1 Are preferably 0.1 ≦ I respectively a1 (MA) ≦ 200 and 1 ≦ t a1 (Ns) ≦ 100. By applying the third current pulse 23 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are not lower. Melting point (T in Embodiment 1) m1 = 630 ° C.) or higher, and after being melted together, they are rapidly cooled. As a result, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 change from a crystalline phase to an amorphous phase. Pulse amplitude I of the third current pulse 23 a1 Is the current value I required to change the phase of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 from the amorphous phase to the crystalline phase. c1 , I c2 Big compared to. This is due to the crystallization temperature T of the first recording layer 3 and the second recording layer 5. x1 , T x2 Higher temperature (T m1 = 630 ° C.).
[0084]
In this way, the third current pulse 23 corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5. By applying to the layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be phase-changed from the crystalline phase to the amorphous phase.
[0085]
The first to third current pulses 21 to 23 are indispensable current pulses when information is written using the writing / reading device 12. By combining these first to third current pulses 21 to 23, the memory 11 can be changed from an arbitrary state to another arbitrary state.
[0086]
Fourth current pulse 24: The fourth current pulse 24 is a current pulse applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 when the state 1 is changed to the state 4. By applying the fourth current pulse 24 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x2 The temperature T becomes ≦ T. Pulse amplitude I of the fourth current pulse 24 c12 And pulse width t c12 Respectively, the pulse amplitude I of the second current pulse 22 c2 And the pulse width t of the first current pulse 21 c1 be equivalent to. In the first embodiment, the pulse amplitude I of the fourth current pulse 24 c12 And pulse width t c12 Are each 4 mA (= I c2 ) And 150 ns (= t c1 ) Was set. Pulse amplitude I c12 And pulse width t c12 Are preferably 0.05 ≦ I respectively. c12 (MA) ≦ 20 and 5 ≦ t c12 (Ns) ≦ 200. By applying such a fourth current pulse 24 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are crystallized in the higher direction. Temperature T x2 And the longer crystallization time t x1 Thus, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 change from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0087]
Thus, T x2 ≦ T T and t x1 By applying a fourth current pulse 24 corresponding to a time t of ≦ t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are made amorphous. The phase can be changed from a solid phase to a crystalline phase.
[0088]
As described above, the fourth current pulse 24 is not an essential current pulse. This is because the first current pulse 21 and the second current pulse 22 can be substituted for the fourth current pulse 24. However, applying the fourth current pulse 24 to the memory 11 is shorter than the state 1 to the state 4 compared to applying the first current pulse 21 and the second current pulse 22 to the memory 11. It has the advantage that it can be changed over time.
[0089]
Fifth current pulse 25: The fifth current pulse 25 is the melting point T of the first recording layer 3. m1 And the melting point T of the second recording layer 5 m2 Relationship is T m1 > T m2 These are current pulses applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5 when the state 4 is changed to the state 2. By applying the fifth current pulse 25 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and T m2 ≦ T <T m1 The temperature T becomes Pulse amplitude I of the fifth current pulse 25 a2 And pulse width t a2 Were set to 30 mA and 50 ns, respectively. Pulse amplitude I a2 And pulse width t a2 Are preferably 0.05 ≦ I respectively. a2 (MA) ≦ 160 and 1 ≦ t a2 (Ns) ≦ 100. By applying such a fifth current pulse 25 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 become the first recording layer 3. The melting point of the second recording layer 5 (T 1 in the first embodiment) is not reached. m2 = 550 ° C.) or higher. Accordingly, the first recording layer 3 maintains the crystalline phase, and only the second recording layer 5 is melted and rapidly cooled to change the phase from the crystalline phase to the amorphous phase. The fifth current pulse 25 is the melting point T of the first recording layer 3. m1 And the melting point T of the second recording layer 5 m2 Relationship is T m1 <T m2 , It can be used to change state 4 to state 3.
[0090]
Thus, the melting point T of the first recording layer 3 m1 And the melting point T of the second recording layer 5 m2 Relationship with T m1 ≠ T m2 In this case, the fifth current pulse 25 corresponding to a temperature higher than the lower melting point and lower than the higher melting point is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, whereby the lower melting point is applied. The recording layer having the melting point can be changed from the crystalline phase to the amorphous phase, and the recording layer having the higher melting point can be maintained in the crystalline phase.
[0091]
As described above, the fifth current pulse 25 is useful when the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are different, but is not an essential current pulse. This is because the third current pulse 23 (or the second current pulse 22) and the first current pulse 21 can be substituted for the fifth current pulse. However, applying the fifth current pulse 25 to the memory 11 is different from applying the third current pulse 23 (or the second current pulse 22) and the first current pulse 21 to the memory 11. The state 4 can be changed to the state 2 (or the state 3) in a shorter time.
[0092]
Next, the current pulses 26 to 33 obtained by combining at least two of the first to fifth current pulses 21 to 25 will be described.
[0093]
Current pulse 26: The current pulse 26 is a current pulse in which the third current pulse 23 and the first current pulse 21 are combined. When changing state 4 to state 2, the current pulse 26 can be used in place of the fifth current pulse 25. By applying the current pulse 26 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t During time t, both recording layers are melted at a temperature T equal to or higher than the lower melting point of the recording layers, and then rapidly cooled. x1 ≦ T <T x2 The temperature T becomes The current pulse 26 has an amplitude I a1 (In the first embodiment, I a1 = 50 mA) followed by amplitude I c1 (In the first embodiment, I c1 = 2 mA) t in total c1 (In the first embodiment, t c1 = 150 ns).
[0094]
As described above, the current pulse 26 is not an essential current pulse. This is because the fifth current pulse 25 can be substituted for the current pulse 26. However, compared to applying the fifth current pulse 25 to the memory 11, applying the current pulse 26 to the memory 11 is when the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are equal. Even so, there is an advantage that the state 4 can be changed to the state 2.
[0095]
Thus, not less than the lower melting point of both recording layers, then T x1 ≦ T <T x2 The temperature T x1 By applying a current pulse 26 corresponding to a time t of <t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are separated from the crystalline phase. After the phase change to the crystalline phase, the first recording layer 3 can be changed from the amorphous phase to the crystalline phase, and the second recording layer 5 can be maintained in the amorphous phase. That is, the memory 11 changes from the state 4 to the state 2 via the state 1.
[0096]
Current pulse 27: The current pulse 27 is a current pulse obtained by combining the third current pulse 23 and the second current pulse 22. When changing the state 4 to the state 3, the current pulse 27 is used. By applying the current pulse 27 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x2 ≦ t <t x1 During this time t, the recording layer is melted at a temperature T equal to or higher than the lower melting point of both recording layers. Then it was quenched and T x2 The temperature T becomes ≦ T. The current pulse 27 has an amplitude I a1 Followed by amplitude I c2 (In the first embodiment, I c2 = 4 mA) Overall t c2 (In the first embodiment, t c2 = 100 ns).
[0097]
Thus, not less than the lower melting point of both recording layers, then T x2 ≦ T is the temperature T as a whole t x2 ≦ t <t x1 By applying a current pulse 27 corresponding to the time t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer are changed from the crystalline phase to the amorphous phase. After the phase change, the first recording layer 3 can be maintained in an amorphous phase, and the second recording layer 5 can be changed from an amorphous phase to a crystalline phase. That is, the memory 11 changes from the state 4 to the state 3 through the state 1.
[0098]
Current pulse 28: The current pulse 28 is a current pulse in which the first current pulse 21 and the third current pulse 23 are combined. When changing the state 3 to the state 1, the current pulse 28 is used. By applying the current pulse 28 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x1 ≦ T <T x2 And then the temperature T is equal to or higher than the lower melting point of both recording layers. The current pulse 28 has an amplitude I c1 , Pulse width t c1 Followed by amplitude I a1 , Pulse width t a1 (In the first embodiment, t a1 = 50 ns).
[0099]
Thus, T x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 ≦ t, then the current pulse 28 corresponding to a temperature not lower than the lower melting point of the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer. By applying to the layer 5, the first recording layer 3 is changed from an amorphous phase to a crystalline phase, the second recording layer 5 is maintained in the crystalline phase, and then the crystalline phases of both recording layers are made non-crystalline. The phase can be changed to a crystalline phase. That is, the state of the memory 11 changes from the state 3 to the state 1 via the state 4.
[0100]
Current pulse 29: The current pulse 29 is a current pulse in which the second current pulse 22 and the third current pulse 23 are combined. When changing the state 2 to the state 1, the current pulse 29 is used. By applying the current pulse 29 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x2 ≦ t <t x1 For time t x2 ≦ T, and then the temperature T is equal to or higher than the lower melting point of both recording layers. The current pulse 29 has an amplitude I c2 , Pulse width t c2 Followed by amplitude I a1 , Pulse width t a1 Was set to be.
[0101]
Thus, T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 Current pulse 29 corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 and then the first recording layer 3 and the second recording layer 5. To maintain the first recording layer 3 in the crystalline phase, change the second recording layer 5 from the amorphous phase to the crystalline phase, and then change the crystalline phase of both recording layers to the amorphous phase. The phase can be changed. That is, the state of the memory 11 changes from the state 2 to the state 1 via the state 4.
[0102]
Current pulse 30: The current pulse 30 is a current pulse obtained by combining the fourth current pulse and the third current pulse. Current pulse 30 is used when changing state 2 or state 3 to state 1. The current pulse 30 can be used in place of the current pulse 28 and the current pulse 29. By applying the current pulse 30 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x2 ≦ T, and then the temperature T is equal to or higher than the lower melting point of both recording layers. The current pulse 30 has an amplitude I c2 , Pulse width t c1 Followed by amplitude I a1 , Pulse width t a1 Was set to be.
[0103]
Thus, T x2 ≦ T T and t x1 ≦ t, then a current pulse 30 corresponding to a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer. By applying to the layer 5, the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be in either the crystalline phase or the amorphous phase, regardless of whether the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are in the crystalline phase or the amorphous phase. Both recording layers 5 of the recording layer 5 can be changed to a crystalline phase, and then the crystalline phases of both recording layers can be changed to an amorphous phase. That is, the state of the memory 11 changes from the state 2 or the state 3 to the state 1 via the state 4.
[0104]
Current pulse 31: The current pulse 31 is a current pulse obtained by combining the second current pulse 22 and the current pulse 27 (combination of the third current pulse 23 and the second current pulse 22). When changing the state 2 to the state 3, the current pulse 31 is used. By applying the current pulse 31 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x2 ≦ t <t x1 For time t x2 ≦ T, temperature T, then t x2 ≦ t <t x1 During the time t, the temperature T becomes equal to or higher than the lower melting point of both recording layers, and then rapidly cooled, x2 The temperature T becomes ≦ T. The current pulse 31 has an amplitude I c2 , Pulse width t c2 Then amplitude I a1 , Amplitude I c2 Overall t c2 Was set to be.
[0105]
Thus, T x2 ≦ T T and t x2 ≦ t <t x1 Time t, then t x2 ≦ t <t x1 For a time t, a temperature T above the lower melting point of both recording layers T and then T x2 By applying a current pulse 31 corresponding to a temperature T of ≦ T to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 is maintained in a crystalline phase, and the second recording layer 5 Is changed from an amorphous phase to a crystalline phase, and then the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are changed from a crystalline phase to an amorphous phase. Thereafter, the first recording layer 3 can be maintained in an amorphous phase, and the second recording layer 5 can be changed from an amorphous phase to a crystalline phase. That is, the state of the memory 11 changes from the state 2 to the state 4 and then the state 1 to the state 3.
[0106]
Current pulse 32: The current pulse 32 is a current pulse in which the first current pulse 21 and the fifth current pulse 25 are combined. When changing the state 3 to the state 2, the current pulse 32 is used. By applying the current pulse 32 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x1 ≦ T <T x2 Temperature T, then T m2 The temperature T becomes The current pulse 32 has an amplitude I c1 , Pulse width t c1 Then amplitude I a2 (In the first embodiment, I a2 = 30 mA), pulse width t a2 (In the first embodiment, t a2 = 50 ns).
[0107]
Thus, T x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 ≦ t t, then T m2 By applying a current pulse 32 corresponding to the temperature T to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 is changed in phase from the amorphous phase to the crystalline phase. The recording layer 5 can be maintained in the crystalline phase, the first recording layer 3 can be maintained in the crystalline phase, and the second recording layer 5 can be changed from the crystalline phase to the amorphous phase. That is, the state of the memory 11 changes from the state 3 to the state 2 via the state 4.
[0108]
Current pulse 33: The current pulse 33 is a current pulse obtained by combining the first current pulse 21 and the current pulse 26 (combination of the third current pulse 23 and the first current pulse 21). When changing state 3 to state 2, current pulse 33 may be used instead of current pulse 32. By applying the current pulse 33 to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, both the first recording layer 3 and the second recording layer 5 rise in temperature, and t x1 ≦ t during time t x1 ≦ T <T x2 Temperature T and then t x1 ≦ t During time t, both recording layers are melted at a temperature T equal to or higher than the lower melting point of the recording layers, and then rapidly cooled. x1 ≦ T <T x2 The temperature T becomes The current pulse 33 has an amplitude I c1 , Pulse width t c1 Then amplitude I a1 , Amplitude I c1 Overall t c1 Was set to be.
[0109]
Thus, T x1 ≦ T <T x2 Temperature T and t x1 ≦ t, the time t, then the lower melting point of both recording layers, then T x1 ≦ T <T x2 The temperature T x1 By applying a current pulse 33 corresponding to a time t of ≦ t to the first recording layer 3 and the second recording layer 5, the first recording layer 3 is changed in phase from an amorphous phase to a crystalline phase, The second recording layer 5 is maintained in the crystalline phase, and then the first recording layer 3 and the second recording layer 5 are phase-changed from the crystalline phase to the amorphous phase. Thereafter, the first recording layer 3 can be changed in phase from the amorphous phase to the crystalline phase, and the second recording layer 5 can be maintained in the amorphous phase. That is, the state of the memory 11 changes from the state 3 to the state 4 and then the state 1 to the state 2.
[0110]
In the current pulses 28 to 33, the memory 11 once changes to a desired state via the state 4. This is because when one of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 is in an amorphous phase (high resistance state), most of the electric energy of the applied current pulse is amorphous. This is because it is consumed in the recording layer that is a phase, so that the electrical energy required to change the phase of only the other crystal phase (low resistance state) to the amorphous phase cannot be applied to the recording layer that is the crystal phase. Therefore, the current pulses 28 to 33 are set so that both recording layers are once changed into a crystalline phase and then both recording layers are changed into an amorphous phase.
[0111]
According to the writing / reading device 12 of the present invention, the phase state of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 can be changed between a crystalline phase and an amorphous state by using three current pulses and a combination of three current pulses. It is possible to change the phase from an arbitrary phase state of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 to a desired phase state by controlling between them and the quality phase.
[0112]
Next, a method for reading the information written in the memory 11 will be described. When reading the information written in the memory 11, the switch 10 shown in FIG. 1 is closed, and the writing / reading device 12 is connected to the memory 11 via the application unit 13. The resistance measuring unit 8 applies a current pulse I to the first recording layer 3 and the second recording layer 5. r Is applied, and the resistance values of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 (based on the potential difference generated between the lower electrode 2 (FIG. 1) and the upper electrode 6 (FIG. 1) ( The sum of the resistance value of the first recording layer 3 and the resistance value of the second recording layer 5 is detected. Current pulse I r Instead of being generated by the resistance measuring unit 8, the pulse generating unit 7 may be generated. In this case, the switch 9 is closed. Current pulse I r Has an amplitude and a pulse width of such a magnitude that the phase change of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 does not occur. Current pulse I r Is preferably I r (MA) ≦ 0.02.
[0113]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of reading information written in the memory 11 using a writing / reading device according to the present invention. Hereinafter, a method of reading information written in the memory 11 will be described for each step with reference to FIG.
[0114]
Step 401: Current pulse I is applied to the first recording layer 3 and the second recording layer 5. r Is applied via the application unit 13.
[0115]
Step 402: The resistance measurement unit 8 measures the sum of the resistances of the first recording layer 3 and the second recording layer 5.
[0116]
Step 403: The determination unit 16 determines whether the sum of the measured resistances coincides with the sum of the resistances of the first recording layer 3 and the second recording layer 5 in any of the states 1 to 4. Thereby, the information written in the memory 11 is read.
[0117]
In the example described with reference to FIGS. 2 and 4, the writing / reading device 12 has been described as having both writing and reading functions. However, the writing / reading device 12 may be configured to perform only one of writing (and erasing) and reading. When the writing / reading device 12 performs only writing (and erasing), the resistance measuring device 8 and the determination unit 16 can be omitted. In this case, the writing / reading device 12 functions as a device for writing (and erasing) information to the memory 11. When the writing / reading device 12 performs only reading, the pulse generator 7 may be omitted. The switches 9 and 10 for the writing / reading device 12 to switch between writing (and erasing) and reading functions may be switched manually or based on a command given from the outside of the writing / reading device 12. In addition, a control unit that controls the switches 9 and 10 may be provided.
[0118]
In the example shown in FIG. 1, only one memory 11 is used. However, a configuration in which a plurality of memories 11 are arranged in a matrix may be employed.
[0119]
FIG. 5 shows a configuration of a storage device in which memories of the present invention are arranged in a matrix and an external circuit connected to the storage device. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0120]
External circuit 54 includes a pulse generation unit 7, a resistance measurement unit 8, switches 9 and 10, a determination unit 16, and a control unit 51. The storage device 58 includes an application unit 13 including a row decoder and a column decoder, a bit line 52, a word line 53, and a memory array 55 including a plurality of memories 11.
[0121]
The control unit 51 sends control information such as a command indicating whether to perform a write operation or a read operation to the pulse generation unit 7 and the resistance measurement unit 8 via the line 56, respectively. Each of the pulse generation unit 7 and the resistance measurement unit 8 opens and closes the switch 9 and the switch 10 according to the received control information, and performs a write operation or a read operation. The control unit 51 also sends address information indicating to which memory 11 of the memory array 55 the current pulse is applied to the application unit 13 via the line 57.
[0122]
The row decoder and column decoder of the application unit 13 specify the word line 53 and the bit line 52 of the memory 11 specified by the received address information, respectively. Next, a current pulse is applied to the designated memory 11, and a write operation or a read operation is performed.
[0123]
As shown in FIG. 5, the memory capacity of the storage device can be increased by arranging the memories 11 of FIG. 1 in a matrix.
[0124]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where there are two recording layers constituting the memory 11 has been described. However, the number of recording layers constituting the memory 11 is not limited to two. In the second embodiment, the case where the recording layers constituting the memory are N layers (N> 2, N is a natural number) will be described.
[0125]
FIG. 6 shows a memory 60 composed of N recording layers 62. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The memory 60 includes a substrate 1, a lower electrode 2, first to (N−1) th intermediate layers 61, N recording layers 62, and an upper electrode 6.
[0126]
As in the case of the intermediate layer 4 in FIG. 1, the first to (N−1) -th intermediate layers 61 are provided to prevent the atoms constituting each recording layer from diffusing between the N recording layers 62. The first to (N-1) -th N-1 intermediate layers 61 are preferably conductive, and include single metal materials such as Al, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, and W, and combinations (alloy materials) thereof. However, it is not limited to these.
[0127]
Instead of the lower electrode 2 and / or the upper electrode 6, any configuration that can apply a current pulse to the N recording layers 62 can be adopted. For example, when the substrate 1 is conductive, the lower electrode 2 can be omitted. The first to (N-1) th (N−1) -th intermediate layers 61 may be omitted if the materials of the N recording layers 62 are such that atoms do not diffuse between each other.
[0128]
Each of the N recording layers 62 is made of a material that causes a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of electrical energy such as a current pulse. The materials of the N recording layers 62 are selected so as to satisfy the following conditions 1 to 3.
[0129]
Condition 1: The crystallization temperature T of the mth (1 ≦ m ≦ N) recording layer among the N recording layers 62 xm Is the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 <T xm <T xm + 1 <... <T xN Meet.
[0130]
Condition 2: Of the N recording layers 62, the crystallization time t of the m-th recording layer xm Is the relationship t x1 > T x2 >...> t xm-1 > T xm > T xm + 1 >...> t xN Meet.
[0131]
Condition 3: The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of resistance is 2 N Takes different values.
[0132]
By satisfying Condition 1 and Condition 2, it is possible to set the phase state of each of the N recording layers 62 to a desired state (amorphous phase or crystalline phase). Further, when the condition 3 is satisfied, 2 is a combination of the respective phase states of the N recording layers 62. N It is possible to distinguish and detect individual states. 2 N 2 corresponding to each state N Value (ie, N bits) information can be carried. Since each recording layer only needs to be controlled between the crystalline phase and the amorphous phase, the control is easier than controlling the phase state of one recording layer stepwise.
[0133]
The memory 60 configured in this way is used instead of the memory 11 shown in FIG. The writing / reading device 12 shown in FIG. 1 is used for writing information to the memory 60 and reading information written to the memory 60.
[0134]
Each of the N recording layers 62 is in an amorphous phase or a crystalline phase, so that the memory 60 has 2 N Take one of the states. State 1 is a state in which all N recording layers 62 are in an amorphous phase. State 2 N Is a state in which all of the N recording layers 62 are in a crystalline phase. The operation of changing from state 1 to an arbitrary state is called writing. On the other hand, an operation for changing from any state except state 1 to state 1 is called erasing. By changing the phase state of the N recording layers 62 to a desired phase state, information is written in the memory 60 and / or information written in the memory 60 is erased.
[0135]
Next, a method for writing information in the memory 60 or erasing the information written in the memory 60 will be described.
[0136]
When writing and erasing information in the memory 60, the switch 9 is closed and the switch 10 is opened. The pulse generator 7 generates a current pulse having an amplitude and a pulse width necessary for changing the phase state of the N recording layers 62 to a desired phase state. The current pulse is applied to the N recording layers 62 through the application unit 13.
[0137]
FIG. 7 shows waveforms of various current pulses for changing the phase state of the N recording layers 62.
[0138]
Current pulse (crystallization current pulse) 70: The crystallization current pulse 70 is a current pulse applied to the N recording layers 62 when only the m-th recording layer is changed from an amorphous phase to a crystalline phase. It is. There is a crystallization current pulse for each m where 1 ≦ m ≦ N. By applying the crystallization current pulse 70 to the N recording layers 62, the temperature of all the N recording layers 62 increases, and t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x T xm ≦ T x <T x (m + 1) Temperature T x become. Amplitude I cm And pulse width t cm Is applied to the N recording layers 62, so that only the m-th recording layer has a crystallization temperature T of the m-th recording layer. xm And crystallization time t xm To achieve a phase change from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0139]
Thus, T xm ≦ T x <T x (m + 1) Temperature T x And t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x Is applied to the N recording layers 62 through the applying unit 13 to change only the m-th recording layer from the amorphous phase to the crystalline phase, and thereby the m-th recording layer. The phase state of the recording layer excluding the layer can be maintained. Note that the above-described relationship t xm ≦ t x <T x (m-1) Is the relationship t if m = 1. x1 ≦ t x It can be read as If m = N, the relationship T xm ≦ T x <T x (m + 1) T xN ≦ T x It can be read as
[0140]
Current pulse (amorphization current pulse) 71: The amorphization current pulse 71 changes the state of the memory 60 to the state 2 N In this case, the current pulse is applied to the N recording layers 62 when the state is changed to the state 1. By applying the amorphizing current pulse 71 to the N recording layers 62, all of the N recording layers 62 rise in temperature, and the temperature is equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers 62. become. Amplitude I aN + 1 And pulse width t aN + 1 Is applied to the N recording layers 62 so that all of the N recording layers 62 have a melting point T m1 Is achieved and melted. Then, it is rapidly cooled to change the phase from the crystalline phase to the amorphous phase.
[0141]
In this way, by applying an amorphizing current pulse 71 corresponding to a temperature equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers to the N recording layers 62 via the applying unit 13, All of the recording layer 62 can be changed from a crystalline phase to an amorphous phase.
[0142]
By sequentially applying a crystallization current pulse 70 for each of the recording layers in the amorphous phase among the N recording layers 62 to the memory 60, the memory 60 in an arbitrary state is set in the state 2. N Can be changed. State 2 N The memory 60 can be changed to the state 1 by applying the amorphizing current pulse 71 to the memory 60 in FIG. Further, by sequentially applying to the memory 60 in the state 1 a crystallization current pulse 70 for one or more recording layers of the N recording layers 62 that are desired to change into a crystalline phase, The memory 60 can be changed from state 1 to any state. Thus, by using the crystallization current pulse 70 and / or the amorphization current pulse 71 alone or in combination, 2 N The memory 60 in any state among the individual states can be changed to any other state.
[0143]
Current pulse 72: The current pulse 72 is generated when the mth recording layer to the (m + n−1) th recording layer among the N recording layers 62 is changed from an amorphous phase to a crystalline phase. This is a current pulse applied to the recording layer 62 via the applying unit 13. By applying the current pulse 72 to the N recording layers 62, all of the N recording layers 62 increase in temperature, and t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x T x (m + n-1) ≦ T x <T x (m + n) Temperature T x become. Amplitude I c (m + n-1) And pulse width t cm Is applied to the N recording layers 62, so that the mth to (m + n−1) th recording layers have a crystallization temperature T. x (m + n-1) And crystallization time t xm To achieve a phase change from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0144]
Thus, T x (m + n-1) ≦ T x <T x (m + n) Temperature T x And t xm ≦ t x <T x (m-1) Time t x Is applied to the N recording layers 62 via the applying unit 13, so that the mth to (m + n−1) th recording layers of the N recording layers 62 are converted into an amorphous phase. To a crystalline phase.
[0145]
The current pulse 72 is not an essential current pulse. This is because the m-th to (m + n−1) th recording layers can also be changed from the amorphous phase to the crystalline phase by sequentially applying the crystallization current pulse 70 to the memory 60. However, as compared with the sequential application of the crystallization current pulse 70 to the memory 60, the application of the current pulse 72 to the memory 60 reduces the m-th to (m + n-1) recording layers in a shorter time. This has the advantage that the phase can be changed from the crystalline phase to the crystalline phase.
[0146]
Current pulse 73: Current pulse 73 changes state 1 to state 2 N In this case, the current pulse is applied to the N recording layers 62 via the applying unit 13. By applying the current pulse 73 to the N recording layers 62, all of the N recording layers 62 increase in temperature, and t x1 ≦ t x Time t x T xN ≦ T x Temperature T x become. Amplitude I cN And pulse width t c1 Is applied to the N recording layers 62 so that all of the N recording layers 62 have a crystallization temperature T xN And crystallization time t x1 To achieve a phase change from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0147]
Thus, T xN ≦ T x Temperature T x And t x1 ≦ t x Time t x Is applied to the N recording layers 62, so that all of the N recording layers 62 can be changed from an amorphous phase to a crystalline phase.
[0148]
The current pulse 73 is not an essential current pulse. This is because all of the N recording layers 62 can also be changed from the amorphous phase to the crystalline phase by sequentially applying the crystallization current pulse 70 to the memory 60. However, applying current pulse 73 to memory 60 as compared to sequentially applying crystallization current pulse 70 to memory 60 can cause state 1 to state 2 N This has the advantage that it can be changed in a short time.
[0149]
Current pulse 74: The current pulse 74 is a combination of the current pulse 73 and the amorphizing current pulse 71. Such a current pulse 74 is such that at least one recording layer of the N recording layers 62 is in an amorphous phase and the N recordings are made via the application unit 13 when the memory 60 is changed to the state 1. A current pulse applied to the layer 62. By applying the current pulse 74 to the N recording layers 62, all of the N recording layers 62 increase in temperature, and t x1 ≦ t x Time t x T x ≧ T xN Temperature T x Then, the temperature of the melting point of the N recording layers 62 is the highest. Amplitude I cN And pulse width t c1 Then amplitude I aN + 1 And pulse width t aN + 1 Is applied to the N recording layers 62 so that all of the N recording layers 62 have a crystallization temperature T xN And crystallization time t x1 To achieve a phase change from an amorphous phase to a crystalline phase. Next, all of the N recording layers 62 reach the highest melting point among the melting points of the N recording layers 62 and are melted and rapidly cooled to change from a crystalline phase to an amorphous phase.
[0150]
The current pulse 74 is not an essential current pulse. This is because the crystallization current pulse 70 is sequentially applied to the memory 60 so that the N recording layers 62 are in the state 2. N And then applying an amorphizing current pulse 71 to the memory 60, state 2 N This is because the state can be changed from state to state 1. However, applying the current pulse 74 to the memory 60 as compared to applying the crystallization current pulse 70 sequentially to the memory 60 and applying the amorphization current pulse 71 is the state 2 N It has the advantage that it can be changed in a short time by state 1 from any state except for.
[0151]
Current pulse 75: The current pulse 75 indicates that at least one of the N recording layers 62 has a temperature T m Each of the recording layers except for at least one of the N recording layers has a temperature T m N in the case where each of the at least one recording layer is changed from a crystalline phase to an amorphous phase and the recording layers excluding each of the at least one recording layer are maintained in the crystalline phase. This is a current pulse applied to the recording layer 62. By applying the current pulse 75 to the N recording layers 62, the temperature of all the N recording layers 62 increases, and each of the at least one recording layer has a temperature T m It becomes. Amplitude I cm And pulse width t am Is applied to the N recording layers 62 so that the temperature T m Only each of the at least one recording layer having the melting point m To achieve a phase change from a crystalline phase to an amorphous phase.
[0152]
Temperature T m Can be arbitrarily selected so as to be equal to or higher than the lowest melting point of the N recording layers 62 and lower than the highest melting point of the N recording layers 62. Thus, the temperature T m To select the N recording layers 62 at the temperature T m A low melting point group consisting of at least one recording layer having the following melting point and a temperature T m It can be divided into a high melting point group consisting of at least one recording layer having a higher melting point. Temperature T m Is applied to the N recording layers 62, each of the recording layers included in the low melting point group can be phase-changed from the crystalline phase to the amorphous phase.
[0153]
The current pulse 75 is useful when the N recording layers 62 have different melting points, but is not an essential current pulse. This is because, by sequentially applying the amorphizing current pulse 71 and the crystallization current pulse 70 to the memory 60 instead of the current pulse 75, only the desired recording layer of the N recording layers 62 is made into a crystalline phase. This is because it can be changed. However, applying the current pulse 75 to the memory 60 compared to applying the amorphizing current pulse 71 and the crystallization current pulse 70 to the memory 60 causes the memory 60 to record N recordings in a shorter time. Of the layers 62, only the desired recording layer can be changed into a crystalline phase.
[0154]
When the current phase state of the N recording layers 62 is known, the N recording layers 62 are formed in a desired phase by combining the crystallization current pulse 70 and the amorphization current pulse 71. The phase can be changed to a state. The current phase state (initial state) can be known by using the reading method described with reference to FIG. In addition, by sequentially applying the crystallization current pulse 70 for each of m = 1 to N to the memory 60 (or by applying the current pulse 73 to the memory 60), the state of the memory 60 is an arbitrary state. From state 2 N To change. State 2 obtained in this way N May be used as an initial state to change the phase state of the N recording layers 62 to a desired phase state. Thereby, the reading procedure is omitted. The state that can be used as the initial state is state 2 N It is not limited to.
[0155]
Next, a method for reading the information written in the memory 60 will be described. The reading method is the same as the reading method described in Embodiment 1 with reference to FIG. When reading the information written in the memory 60, the switch 10 shown in FIG. 1 is closed, and the writing / reading device 12 is connected to the memory 60 via the application unit 13. The resistance measuring unit 8 applies the current pulse I to the N recording layers 62. r And the resistance values of the N recording layers 62 (the resistances of the N recording layers 62 are determined based on the potential difference generated between the lower electrode 2 (FIG. 1) and the upper electrode 6 (FIG. 1). The sum of each resistance value) is detected. Current pulse I r The N recording layers 62 have such an amplitude and pulse width that the phase does not change.
[0156]
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for reading information written in the memory 60 using the writing / reading device 12 according to the present invention. Hereinafter, a method of reading information written in the memory 60 will be described with reference to FIG.
[0157]
Step 801: Current pulses I are applied to N recording layers 62. r Is applied via the application unit 13.
[0158]
Step 802: The resistance measuring unit 8 measures the sum of the resistances of the N recording layers 62.
[0159]
Step 803: The determination unit 16 determines that the sum of the measured resistances is in the state 1-2. N Which of the states of the N recording layers 62 is in agreement with the sum of the resistances. Thereby, the information written in the memory 60 is read.
[0160]
It is also possible to increase the storage capacity of the storage device by arranging the memory 60 of FIG. 6 in a matrix as shown in FIG.
[0161]
In the memory 60 of FIG. 6, N recording layers 62 are deposited in the order of the first to Nth recording layers. However, the first to Nth recording layers may be deposited in an arbitrary order (for example, a random order).
[0162]
【The invention's effect】
The memory according to the present invention includes a first recording layer that records information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse, and a current pulse. And a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between the crystalline phase and the amorphous phase due to the temperature rise caused by the application of. Crystallization temperature T of the first recording layer x1 And the crystallization temperature T of the second recording layer x2 The relationship with T x1 <T x2 And the crystallization time t of the first recording layer x1 And the crystallization time t of the second recording layer x2 Is the relationship t x1 > T x2 Therefore, the phase state of the first recording layer and the phase state of the second recording layer can be set to desired states (amorphous phase or crystalline phase), respectively. Further, the resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is set to R a1 , The resistance value when the first recording layer is in the crystalline phase is R c1 The resistance value when the second recording layer is in an amorphous phase is R a2 The resistance value when the second recording layer is in the crystalline phase is R c2 Then R a1 + R a2 , R a1 + R c2 , R a2 + R c1 , R c1 + R c2 Since these are different from each other, four states, which are combinations of the phase state of the first recording layer and the phase state of the second recording layer, can be distinguished and detected. Since the phase states of the first recording layer and the second recording layer are only controlled between the crystalline phase and the amorphous phase, the control is easy. Note that such a memory is not limited to two recording layers, and the same effect can be obtained when more than two recording layers are used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a configuration of a writing / reading device connected to a memory according to the present invention.
FIG. 2 is a state transition diagram regarding the phase states of the first recording layer and the second recording layer.
FIG. 3 shows waveforms of various current pulses for changing the phase state of two recording layers.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of reading information written in a memory using a writing / reading device according to the present invention.
FIG. 5 shows a configuration of a storage device in which memories of the present invention are arranged in a matrix and an external circuit connected to the storage device.
FIG. 6 is a diagram showing a memory composed of N recording layers.
FIG. 7 is a diagram showing waveforms of various current pulses for changing the phase state of N recording layers.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of reading information written in a memory using a writing / reading device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Lower electrode
3 First recording layer
4 Middle layer
5 Second recording layer
6 Upper electrode
7 Pulse generator
8 Resistance measurement unit
9, 10 switch
11 memory
12 Writing / reading device
13 Application section
16 Judgment part

Claims (36)

電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層と
を備えるメモリであって、
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、
前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、
前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なる、メモリ。
A first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature increase due to application of a current pulse, and a temperature increase due to application of a current pulse. A memory comprising a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase,
Relationship between the crystallization temperature T x2 of the second recording layer and the crystallization temperature T x1 of the first recording layer is a T x1 <T x2,
The relationship between the crystallization time t x2 of the first recording layer crystallization time t x1 and the second recording layer is a t x1> t x2,
The resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , the resistance value when the first recording layer is in a crystalline phase is R c1 , and the second recording layer is in an amorphous phase. the resistance value R a2 when, when the second recording layer is the resistance value in the case of the crystalline phase and the R c2, R a1 + R a2 , R a1 + R c2, R a2 + R c1, R c1 + R c2 are different from each other ,memory.
前記第1の記録層の融点Tm1は、関係400≦Tm1(℃)≦800を満たす、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein the melting point T m1 of the first recording layer satisfies the relationship 400 ≦ T m1 (° C.) ≦ 800. 前記第2の記録層の融点Tm2は、関係300≦Tm2(℃)≦700を満たす、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein the melting point T m2 of the second recording layer satisfies the relationship 300 ≦ T m2 (° C.) ≦ 700. 前記第1の記録層の結晶化温度Tx1は、関係130≦Tx1(℃)≦230を満たす、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein the crystallization temperature T x1 of the first recording layer satisfies the relationship 130 ≦ T x1 (° C.) ≦ 230. 前記第2の記録層の結晶化温度Tx2は、関係160≦Tx2(℃)≦260を満たす、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein the crystallization temperature T x2 of the second recording layer satisfies the relationship 160 ≦ T x2 (° C.) ≦ 260. 前記第1の記録層の結晶化時間tx1は、関係5≦tx1(ns)≦200を満たす、請求項1に記載のメモリ。The memory according to claim 1, wherein the crystallization time t x1 of the first recording layer satisfies the relationship 5 ≦ t x1 (ns) ≦ 200. 前記第2の記録層の結晶化時間tx2は、関係2≦tx2(ns)≦150を満たす、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein the crystallization time t x2 of the second recording layer satisfies the relationship 2 ≦ t x2 (ns) ≦ 150. 前記第1の記録層は、Ge、Sb、およびTeの3つの元素を含み、前記第2の記録層が、(Sb−Te)−M1を含み、ここでM1はAg、In、Ge、Sn、Se、Bi、Au、およびMnからなる群から少なくとも1つ選択される、請求項1に記載のメモリ。The first recording layer includes three elements of Ge, Sb, and Te, and the second recording layer includes (Sb-Te) -M1, where M1 is Ag, In, Ge, Sn. The memory of claim 1, wherein at least one is selected from the group consisting of: Se, Bi, Au, and Mn. 前記第1の記録層は基板上に堆積され、前記第2の記録層上に上部電極が堆積される、請求項1に記載のメモリ。The memory of claim 1, wherein the first recording layer is deposited on a substrate and an upper electrode is deposited on the second recording layer. 前記基板と前記第1の記録層との間に下部電極が堆積される、請求項9に記載のメモリ。The memory of claim 9, wherein a lower electrode is deposited between the substrate and the first recording layer. 前記第1の記録層と前記第2の記録層との間に中間層が堆積される、請求項1に記載のメモリ。The memory of claim 1, wherein an intermediate layer is deposited between the first recording layer and the second recording layer. 前記第1の記録層が非晶質相の場合の比抵抗ra1は、1.0≦ra1(Ω・cm)≦1×107である、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein a specific resistance r a1 when the first recording layer is in an amorphous phase is 1.0 ≦ r a1 (Ω · cm) ≦ 1 × 10 7 . 前記第2の記録層が非晶質相の場合の比抵抗ra2は、2.0≦ra2(Ω・cm)≦2×107である、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein a specific resistance r a2 when the second recording layer is in an amorphous phase is 2.0 ≦ r a2 (Ω · cm) ≦ 2 × 10 7 . 前記第1の記録層が結晶相の場合の比抵抗rc1は、1×10-3≦rc1(Ω・cm)≦1.0である、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein a specific resistance r c1 when the first recording layer is in a crystalline phase is 1 × 10 −3 ≦ r c1 (Ω · cm) ≦ 1.0. 前記第2の記録層が結晶相の場合の比抵抗rc2は、1×10-3≦rc2(Ω・cm)≦1.0である、請求項1に記載のメモリ。2. The memory according to claim 1, wherein a specific resistance r c2 when the second recording layer is in a crystalline phase is 1 × 10 −3 ≦ r c2 (Ω · cm) ≦ 1.0. メモリに情報を書き込む書き込み装置であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層と
を備えるメモリであって、
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、
前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、
前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、
前記書き込み装置は、
少なくとも第1〜第3の電流パルスを発生させるパルス発生部と、
前記少なくとも第1〜第3の電流パルスを前記第1の記録層および前記第2の記録層に印加する印加部と
を備え、前記パルス発生部は、
前記第1の記録層を非結晶相から結晶相に相変化させ、前記第2の記録層の相状態を維持する場合には、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する前記第1の電流パルスを発生し、
前記第1の記録層の相状態を維持し、前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する前記第2の電流パルスを発生し、
前記第1の記録層および前記第2の記録層を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記第1および第2の記録層の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する前記第3の電流パルスを発生する、書き込み装置。
A writing device for writing information to a memory,
The memory is
A first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
A memory comprising: a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
Relationship between the crystallization temperature T x2 of the second recording layer and the crystallization temperature T x1 of the first recording layer is a T x1 <T x2,
The relationship between the crystallization time t x2 of the first recording layer crystallization time t x1 and the second recording layer is a t x1> t x2,
The resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , the resistance value when the first recording layer is in a crystalline phase is R c1 , and the second recording layer is in an amorphous phase. the resistance value R a2 when, when the second recording layer is the resistance value in the case of the crystalline phase and the R c2, unlike R a1 + R a2, R a1 + R c2, R a2 + R c1, R c1 + R c2 are mutually ,
The writing device includes:
A pulse generator for generating at least first to third current pulses;
An application unit that applies the at least first to third current pulses to the first recording layer and the second recording layer, and the pulse generation unit includes:
When the phase of the first recording layer is changed from the amorphous phase to the crystalline phase and the phase state of the second recording layer is maintained, the temperature T and T x1 ≦ t satisfy T x1 ≦ T <T x2. Generating the first current pulse corresponding to time t;
When maintaining the phase state of the first recording layer and changing the phase of the second recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase, a temperature T satisfying T x2 ≦ T and t x2 ≦ t <t x1 Generating the second current pulse corresponding to time t,
When changing the phase of the first recording layer and the second recording layer from a crystalline phase to an amorphous phase, a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first and second recording layers. A writing device for generating the third current pulse corresponding to
前記第1の電流パルスの振幅Ic1およびパルス幅tc1は、それぞれ0.02≦Ic1(mA)≦10および5≦tc1(ns)≦200である、請求項16に記載の書き込み装置。 17. The writing device according to claim 16, wherein an amplitude I c1 and a pulse width t c1 of the first current pulse satisfy 0.02 ≦ I c1 (mA) ≦ 10 and 5 ≦ t c1 (ns) ≦ 200, respectively. . 前記第2の電流パルスの振幅Ic2およびパルス幅tc2は、それぞれ0.05≦Ic2(mA)≦20および2≦tc2(ns)≦150である、請求項16に記載の書き込み装置。 17. The writing device according to claim 16, wherein an amplitude I c2 and a pulse width t c2 of the second current pulse satisfy 0.05 ≦ I c2 (mA) ≦ 20 and 2 ≦ t c2 (ns) ≦ 150, respectively. . 前記第3の電流パルスの振幅Ia1およびパルス幅ta1は、それぞれ0.1≦Ia1(mA)≦200および1≦ta1(ns)≦100である、請求項16に記載の書き込み装置。17. The writing device according to claim 16, wherein an amplitude I a1 and a pulse width t a1 of the third current pulse are 0.1 ≦ I a1 (mA) ≦ 200 and 1 ≦ t a1 (ns) ≦ 100, respectively. . 前記パルス発生部は、前記第1の記録層および前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する第4の電流パルスを発生する、請求項16に記載の書き込み装置。The pulse generation unit is configured to change the temperature of T x2 ≦ T and the time t of t x1 ≦ t when the first recording layer and the second recording layer are changed from an amorphous phase to a crystalline phase. The writing device according to claim 16, wherein the writing device generates a corresponding fourth current pulse. 前記第4の電流パルスの振幅Ic12およびパルス幅tc12は、それぞれ0.05≦Ic12(mA)≦20および5≦tc12(ns)≦200である、請求項20に記載の書き込み装置。 21. The writing device according to claim 20, wherein the amplitude I c12 and the pulse width t c12 of the fourth current pulse are 0.05 ≦ I c12 (mA) ≦ 20 and 5 ≦ t c12 (ns) ≦ 200, respectively. . 前記パルス発生部は、前記第1の記録層の融点Tm1と前記第2の記録層の融点Tm2との関係がTm1≠Tm2であり、前記融点Tm1またはTm2のうちの低い方の融点を有する記録層を結晶相から非晶質相に相変化させ、前記融点Tm1またはTm2のうちの高い方の融点を有する記録層を結晶相に維持する場合に、前記低い方の融点以上かつ前記高い方の融点未満の温度に相当する第5の電流パルスを発生する、請求項16に記載の書き込み装置。In the pulse generator, the relationship between the melting point T m1 of the first recording layer and the melting point T m2 of the second recording layer is T m1 ≠ T m2 , which is lower than the melting point T m1 or T m2. When the recording layer having the higher melting point is changed from the crystalline phase to the amorphous phase and the recording layer having the higher melting point of the melting points T m1 or T m2 is maintained in the crystalline phase, the lower one is used. The writing device according to claim 16, wherein a fifth current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the melting point and lower than the higher melting point is generated. 前記第5の電流パルスの振幅Ia2およびパルス幅ta2が、それぞれ0.05≦Ia2(mA)≦160および1≦ta2(ns)≦100である、請求項22に記載の書き込み装置。23. The writing device according to claim 22, wherein an amplitude I a2 and a pulse width t a2 of the fifth current pulse are 0.05 ≦ I a2 (mA) ≦ 160 and 1 ≦ t a2 (ns) ≦ 100, respectively. . メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層と
を備えるメモリであって、
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、
前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、
前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、
前記読み出し装置は、
電流パルスを前記第1および第2の記録層に印加する印加部と、
前記第1および第2の記録層の抵抗の和を測定する抵抗測定器と、
前記抵抗の和が前記4つの異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する判定部と
を備える、読み出し装置。
A reading device for reading information written in a memory,
The memory is
A first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
A memory comprising: a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
Relationship between the crystallization temperature T x2 of the second recording layer and the crystallization temperature T x1 of the first recording layer is a T x1 <T x2,
The relationship between the crystallization time t x2 of the first recording layer crystallization time t x1 and the second recording layer is a t x1> t x2,
The resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , the resistance value when the first recording layer is in a crystalline phase is R c1 , and the second recording layer is in an amorphous phase. the resistance value R a2 when, when the second recording layer is the resistance value in the case of the crystalline phase and the R c2, unlike R a1 + R a2, R a1 + R c2, R a2 + R c1, R c1 + R c2 are mutually ,
The reading device includes:
An application unit for applying a current pulse to the first and second recording layers;
A resistance measuring instrument for measuring a sum of resistances of the first and second recording layers;
And a determination unit that determines which of the four different resistances matches the sum of the resistances.
前記電流パルスは、前記第1および第2の記録層の相変化を生じない大きさの振幅Irを有する、請求項24に記載の読み出し装置。The current pulse has an amplitude I r of the size that does not cause a phase change of said first and second recording layer, reading device according to claim 24. 前記電流パルスの振幅Irは、Ir(mA)≦0.02である、請求項25に記載の読み出し装置。The reading device according to claim 25, wherein the amplitude I r of the current pulse is I r (mA) ≦ 0.02. 電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)
を備えるメモリであって、
第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、
前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、
前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとる、メモリ。
N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse
A memory comprising:
Assuming that the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperatures of the N recording layers have the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 < T xm <T xm + 1 <... <T xN is satisfied,
Assuming that the crystallization time of the mth recording layer is t xm , the crystallization times of the N recording layers are expressed by the relationship t x1 > t x2 >...> T xm-1 > t xm > t xm + 1 >...> t satisfies xN ,
The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of the resistances of the memory takes 2 N different values.
メモリに情報を書き込む書き込み装置であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)
を備えるメモリであって、
第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、
前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、
前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、
前記書き込み装置は、
少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを発生させるパルス発生部と、
前記少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを前記N個の記録層に印加する、印加部と
を備え、前記パルス発生部は、
前記第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させ、前記第mの記録層を除く記録層の相状態を維持する場合には、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する結晶化電流パルスを発生し、
前記N個の記録層すべてを結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記N個の記録層の融点のうちもっとも高い融点以上の温度に相当する前記非晶質化電流パルスを発生する、書き込み装置。
A writing device for writing information to a memory,
The memory is
N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse
A memory comprising:
Assuming that the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperatures of the N recording layers have the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 < T xm <T xm + 1 <... <T xN is satisfied,
Assuming that the crystallization time of the mth recording layer is t xm , the crystallization times of the N recording layers are expressed by the relationship t x1 > t x2 >...> T xm-1 > t xm > t xm + 1 >...> t satisfies xN ,
The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of the resistances takes 2 N different values,
The writing device includes:
A pulse generator for generating at least N crystallization current pulses and an amorphization current pulse;
An application unit that applies the at least N crystallization current pulses and the amorphization current pulse to the N recording layers, and the pulse generation unit includes:
To change the phase of only the mth recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase and maintain the phase state of the recording layers excluding the mth recording layer, T xm ≦ T x <T x (m +1) crystallization current pulses corresponding to the temperature T x and t xm ≦ t x <t x (m-1) becomes the time t x occurs becomes,
When all of the N recording layers are changed from a crystalline phase to an amorphous phase, the amorphization current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers is applied. The writing device that occurs.
前記パルス発生部は、前記N個の記録層すべてを非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、TxN≦Txなる温度Txおよびtx1≦txなる時間txに相当する電流パルスを発生する、請求項28に記載の書き込み装置。The pulse generation unit corresponds to a temperature T x satisfying T xN ≦ T x and a time t x satisfying t x1 ≦ t x when all the N recording layers are changed from an amorphous phase to a crystalline phase. 30. The writing device of claim 28, wherein the writing device generates a current pulse. 前記パルス発生部は、前記N個の記録層のうち第mの記録層から第(m+n−1)の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合に、Tx(m+n-1)≦Tx<Tx(m+n)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する電流パルスを発生する、請求項28に記載の書き込み装置。The pulse generating unit is configured to change T x (m + n ) when the mth recording layer to the (m + n−1) th recording layer among the N recording layers is changed from an amorphous phase to a crystalline phase. -1) to generate a corresponding current pulse to ≦ T x <T x (m + n) becomes the temperature T x and t xm ≦ t x <t x (m-1) becomes the time t x, claim 28 Writing device. 前記パルス発生部は、前記N個の記録層のうち少なくとも1つの記録層のそれぞれが温度Tm以下の融点を有し、前記N個の記録層の前記少なくとも1つの記録層を除く記録層のそれぞれが温度Tmよりも高い融点を有し、前記少なくとも1つの記録層のそれぞれを結晶相から非晶質相に相変化させ、前記少なくとも1つの記録層のそれぞれを除く記録層を結晶相に維持する場合に、前記温度Tmに相当する電流パルスを発生する、請求項28に記載の書き込み装置。The pulse generator includes at least one recording layer of the N recording layers, each of which has a melting point of a temperature Tm or less, and the recording layers of the N recording layers excluding the at least one recording layer Each has a melting point higher than the temperature T m, each of the at least one recording layer is changed from a crystalline phase to an amorphous phase, and the recording layers excluding each of the at least one recording layer are changed to a crystalline phase in maintaining, generating a current pulse corresponding to the temperature T m, the writing device according to claim 28. メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し装置であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)
を備えるメモリであって、
第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、
前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、
前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、
前記読み出し装置は、
電流パルスを前記N個の記録層に印加する印加部と、
前記N個の記録層の抵抗の和を測定する抵抗測定器と、
前記抵抗の和が前記2N個の異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する、判定部と
を備える、読み出し装置。
A reading device for reading information written in a memory,
The memory is
N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse
A memory comprising:
Assuming that the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperatures of the N recording layers have the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 < T xm <T xm + 1 <... <T xN is satisfied,
Assuming that the crystallization time of the mth recording layer is t xm , the crystallization times of the N recording layers are expressed by the relationship t x1 > t x2 >...> T xm-1 > t xm > t xm + 1 >...> t satisfies xN ,
The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of the resistances takes 2 N different values,
The reading device includes:
An application unit for applying a current pulse to the N recording layers;
A resistance measuring instrument for measuring a sum of resistances of the N recording layers;
And a determination unit that determines which of the 2 N different resistances matches the sum of the resistances.
メモリに情報を書き込む書き込み方法であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層と
を備えるメモリであって、
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、
前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、
前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、
前記書き込み方法は、
少なくとも第1〜第3の電流パルスを発生させる工程と、
前記少なくとも第1〜第3の電流パルスを前記第1の記録層および前記第2の記録層に印加する工程と
を包含し、前記発生させる工程は、
前記第1の記録層を非結晶相から結晶相に相変化させ、前記第2の記録層の相状態を維持する場合には、Tx1≦T<Tx2なる温度Tおよびtx1≦tなる時間tに相当する前記第1の電流パルスを発生し、
前記第1の記録層の相状態を維持し、前記第2の記録層を非晶質相から結晶相に相変化させる場合には、Tx2≦Tなる温度Tおよびtx2≦t<tx1なる時間tに相当する前記第2の電流パルスを発生し、
前記第1の記録層および前記第2の記録層を結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記第1および第2の記録層の融点のうち低くない方の融点以上の温度に相当する前記第3の電流パルスを発生する、工程である、書き込み方法。
A writing method for writing information to memory,
The memory is
A first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
A memory comprising: a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
Relationship between the crystallization temperature T x2 of the second recording layer and the crystallization temperature T x1 of the first recording layer is a T x1 <T x2,
The relationship between the crystallization time t x2 of the first recording layer crystallization time t x1 and the second recording layer is a t x1> t x2,
The resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , the resistance value when the first recording layer is in a crystalline phase is R c1 , and the second recording layer is in an amorphous phase. the resistance value R a2 when, when the second recording layer is the resistance value in the case of the crystalline phase and the R c2, unlike R a1 + R a2, R a1 + R c2, R a2 + R c1, R c1 + R c2 are mutually ,
The writing method is:
Generating at least first to third current pulses;
Applying the at least first to third current pulses to the first recording layer and the second recording layer, and generating the step,
When the phase of the first recording layer is changed from the amorphous phase to the crystalline phase and the phase state of the second recording layer is maintained, the temperature T and T x1 ≦ t satisfy T x1 ≦ T <T x2. Generating the first current pulse corresponding to time t;
When maintaining the phase state of the first recording layer and changing the phase of the second recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase, a temperature T satisfying T x2 ≦ T and t x2 ≦ t <t x1 Generating the second current pulse corresponding to time t,
When changing the phase of the first recording layer and the second recording layer from a crystalline phase to an amorphous phase, a temperature equal to or higher than the lower melting point of the melting points of the first and second recording layers. A writing method, which is a step of generating the third current pulse corresponding to.
メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し方法であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第1の記録層と、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録する第2の記録層と
を備えるメモリであって、
前記第1の記録層の結晶化温度Tx1と前記第2の記録層の結晶化温度Tx2との関係が、Tx1<Tx2であり、
前記第1の記録層の結晶化時間tx1と前記第2の記録層の結晶化時間tx2との関係が、tx1>tx2であり、
前記第1の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa1、前記第1の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc1、前記第2の記録層が非晶質相の場合の抵抗値をRa2、前記第2の記録層が結晶相の場合の抵抗値をRc2とすると、Ra1+Ra2、Ra1+Rc2、Ra2+Rc1、Rc1+Rc2が互いに異なり、
前記読み出し方法は、
電流パルスを前記第1および第2の記録層に印加する工程と、
前記第1および第2の記録層の抵抗の和を測定する工程と、
前記抵抗の和が前記4つの異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する工程と
を包含する、読み出し方法。
A reading method for reading information written in a memory,
The memory is
A first recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
A memory comprising: a second recording layer for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse;
Relationship between the crystallization temperature T x2 of the second recording layer and the crystallization temperature T x1 of the first recording layer is a T x1 <T x2,
The relationship between the crystallization time t x2 of the first recording layer crystallization time t x1 and the second recording layer is a t x1> t x2,
The resistance value when the first recording layer is in an amorphous phase is R a1 , the resistance value when the first recording layer is in a crystalline phase is R c1 , and the second recording layer is in an amorphous phase. the resistance value R a2 when, when the second recording layer is the resistance value in the case of the crystalline phase and the R c2, unlike R a1 + R a2, R a1 + R c2, R a2 + R c1, R c1 + R c2 are mutually ,
The reading method is:
Applying a current pulse to the first and second recording layers;
Measuring the sum of the resistances of the first and second recording layers;
And determining which of the four different resistances the sum of the resistances matches.
メモリに情報を書き込む書き込み方法であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)
を備えるメモリであって、
第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、
前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、
前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、
前記書き込み方法は、
少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを発生させる工程と、
前記少なくともN個の結晶化電流パルスおよび非晶質化電流パルスを前記N個の記録層に印加する工程と
を包含し、前記発生させる工程は、
前記第mの記録層のみを非晶質相から結晶相に相変化させ、前記第mの記録層を除く記録層の相状態を維持する場合には、Txm≦Tx<Tx(m+1)なる温度Txおよびtxm≦tx<tx(m-1)なる時間txに相当する結晶化電流パルスを発生し、
前記N個の記録層すべてを結晶相から非晶質相に相変化させる場合には、前記N個の記録層の融点のうちもっとも高い融点以上の温度に相当する前記非晶質化電流パルスを発生する、工程である、書き込み方法。
A writing method for writing information to memory,
The memory is
N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse
A memory comprising:
Assuming that the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperatures of the N recording layers have the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 < T xm <T xm + 1 <... <T xN is satisfied,
Assuming that the crystallization time of the mth recording layer is t xm , the crystallization times of the N recording layers are expressed by the relationship t x1 > t x2 >...> T xm-1 > t xm > t xm + 1 >...> t satisfies xN ,
The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of the resistances takes 2 N different values,
The writing method is:
Generating at least N crystallization current pulses and an amorphization current pulse;
Applying the at least N crystallization current pulses and amorphization current pulses to the N recording layers, the generating step comprising:
To change the phase of only the mth recording layer from an amorphous phase to a crystalline phase and maintain the phase state of the recording layers excluding the mth recording layer, T xm ≦ T x <T x (m +1) crystallization current pulses corresponding to the temperature T x and t xm ≦ t x <t x (m-1) becomes the time t x occurs becomes,
When all of the N recording layers are changed from a crystalline phase to an amorphous phase, the amorphization current pulse corresponding to a temperature equal to or higher than the highest melting point among the melting points of the N recording layers is applied. A writing method that is a process that occurs.
メモリに書き込まれた情報を読み出す読み出し方法であって、
前記メモリは、
電流パルスの印加による温度上昇に起因して結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こすことにより情報を記録するN個の記録層(N>2、Nは自然数)
を備えるメモリであって、
第mの記録層の結晶化温度をTxm(1≦m≦N)とすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化温度は、関係Tx1<Tx2<…<Txm-1<Txm<Txm+1<…<TxNを満たし、
前記第mの記録層の結晶化時間をtxmとすると、前記N個の記録層のそれぞれの結晶化時間は、関係tx1>tx2>…>txm-1>txm>txm+1>…>txNを満たし、
前記N個の記録層の各記録層が非晶質相の場合の抵抗値、および前記N個の記録層の各記録層が結晶相の場合の抵抗値がすべて異なり、前記N個の記録層の抵抗の和は、2N個の異なる値をとり、
前記読み出し方法は、
電流パルスを前記N個の記録層に印加する工程と、
前記N個の記録層の抵抗の和を測定する工程と、
前記抵抗の和が前記2N個の異なる抵抗の和のいずれに一致するかを判定する工程と
を包含する、読み出し方法。
A reading method for reading information written in a memory,
The memory is
N recording layers (N> 2, N is a natural number) for recording information by causing a reversible phase change between a crystalline phase and an amorphous phase due to a temperature rise caused by application of a current pulse
A memory comprising:
Assuming that the crystallization temperature of the mth recording layer is T xm (1 ≦ m ≦ N), the crystallization temperatures of the N recording layers have the relationship T x1 <T x2 <... <T xm-1 < T xm <T xm + 1 <... <T xN is satisfied,
Assuming that the crystallization time of the mth recording layer is t xm , the crystallization times of the N recording layers are expressed by the relationship t x1 > t x2 >...> T xm-1 > t xm > t xm + 1 >...> t satisfies xN ,
The resistance values when the recording layers of the N recording layers are in an amorphous phase and the resistance values when the recording layers of the N recording layers are in a crystalline phase are all different, and the N recording layers The sum of the resistances takes 2 N different values,
The reading method is:
Applying a current pulse to the N recording layers;
Measuring the sum of the resistances of the N recording layers;
And determining which of the 2 N different resistances the sum of the resistances matches.
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