专利名称：驱动非易失性开关装置的方法
技术领域：
本发明涉及驱动具备由强电介质膜和半导体膜形成的层叠膜的非易失性开关装置的方法。
背景技术：
专利文献I公开了非易失性开关装置。图8表示在专利文献I的图3中公开的现有的非易失性开关装置。如图8A所示，该非易失性开关装置具备基板11、控制电极12、强电介质层13、半导体层14和第一 第三电极15a 15c。控制电极12、强电介质层13和半导体层14依次在基板11上层叠。第一 第三电极15a 15c设置在半导体层14上。在控制电极12与第一 第三电极15a 15c之间施加电压,使强电介质层13的极化方向发生变化。当强电介质层13的一部分具有向上的极化方向时，在该一部分之上层叠的半导体层14的部分具有低电阻。这对应于导通状态。另一方面，当强电介质层13的一部分具有向下的极化方向时，在该一部分之上层叠的半导体层14的部分具有高电阻。这对应于断开状态。图8A中，仅位于第三电极15c的下方的强电介质层13的一部分具有向下的极化方向。因此,如图8B所不，电流有选择地从第一电极15a流向第二电极15b。先行技术文献专利文献专利文献I :美国专利申请公开第2009/0097299号说明书(对应于日本特开2009-99606 号公报)
发明内容
发明要解决的课题图9A表示图8所示的非易失性开关装置的变形例。图9A中，X方向、Y方向和Z方向分别是强电介质层13的长度方向、与该长度方向正交的方向和层叠方向。图9A所示的非易失性开关装置除了具备第一电极15、第二电极16、第三电极17和第四电极18之外，与图8所示的非易失性开关装置相同。这4个电极15 18被配置在对应于正方形顶点的4个位置。第一电极15和第三电极17沿着X方向设置。第二电极16和第四电极18沿着X方向设置。第一电极15与第二电极16沿着Y方向设置。第三电极17和第四电极18沿着Y方向设置。以下，对使用该非易失性开关装置，在2个电极之间有选择地流过电流的方法进行说明。在此，首先举在第一电极15与第三电极17之间有选择地流过电流的例子。在控制电极12与第一电极15之间以及控制电极12与第三电极17之间施加电压，使位于第一电极15和第三电极17下方的强电介质层13的各部分具有向上的极化方向。如此，该各部分具有低电阻，即导通状态。另一方面，在控制电极12与第二电极16之间以及控制电极12与第四电极18之间施加电压，使位于第二电极16和第四电极18下方的强电介质层13的各部分具有向下的极化方向。如此，该各部分具有高电阻，即断开状态。
因此，如图9B所示，电流能够从第一电极15到第三电极17有选择地流过。换言之，电流不流过第二电极16，也不流过第四电极18。接着，举在第一电极15与第四电极18之间有选择地流过电流的例子。通过施加与上述同样的电压，使位于第一电极15与第四电极18下方的强电介质层13的各部分具有向上的极化方向。另一方面，通过施加电压，使位于第三电极17和第二电极16下方的强电介质层13的一部分具有向下的极化方向。如此，第一电极15与第四电极18具有导通状态，并且第三电极17和第二电极16具有断开状态。因此，理论上来说，电流能够在第一电极15与第四电极18之间有选择地流过。但是，实际上，电流在第一电极15与第三电极17之间流过。以下，参照图10对其原因进行说明。图10表不第一 第四电极15 18的平面图。第一电极15与第二电极16之间的距离LI比第一电极15与第四电极18之间的距离L2短。因此，第一电极15与第二电极16之间的电阻Rl比第一电极15与第四电极18之间的电阻R2小。在第一电极15与第二电极16之间，存在3个电阻。即，位于第一电极15下方的部分的半导体层14所具有的低电阻RL15、电阻Rl和位于第二电极16下方的部分的半导体层14具有的高电阻RH16。同样，在第一电极15与第四电极18之间，也存在3个电阻。即，存在位于第一电极15下方的部分的半导体层14所具有的低电阻RL15、电阻R2和位于第四电极18下方的部分的半导体层14所具有的低电阻RL18。因此，为了在第一电极15与第四电极18之间有选择地流过电流，需要满足以下的不等式(I)。RL15 + Rl + RH16 RL15 + R2 + RL18- (I)此处，符号“〉〉”表示左侧值远远大于右侧值。即，“值A>>值B”表示值A远远大于值B。但是,如上所述，由于Rl比R2小,所以未必能满足不等式(I)。当RH16不远远大于RL18时，(R1 + RH16)不远远大于(R2 +RL18X因此，不满足不等式(I)。所以，虽然谋求在第一电极15与第四电极18之间有选择地流过电流，但是电流在第一电极15与第三电极17之间流过。这意味着图9所示的非易失性开关装置没有正确地动作。本发明的目的是提供使用正确动作的非易失性开关装置有选择地流过电流的方法。
用于解决课题的方法为了实现上述目的，本发明的一个方面(aspect)所涉及的使用非易失性开关装置有选择地流过电流的方法，具备以下的工序准备上述非易失性开关装置的工序(a)，其中，上述非易失性开关装置具备控制电极、强电介质膜、半导体膜和电极组，上述控制电极、上述强电介质膜、上述半导体膜和上述电极组依次层叠，上述电极组具备第一电极、第二电极和第三电极，上述第一电极具备具有长度LL的边L2和具有长度LS的边L3，
上述第二电极具备具有长度LS的边L4和具有长度LS的边L6，
上述第三电极具备具有长度LS的边L7和具有长度LL的边L8，上述边L2、上述边L3和上述边L6分别与上述边L8、上述边L4和上述边L7平行，满足以下的等式(A):IL/LL=IS/LS…(A)其中，IL是上述边L2与上述边L8之间的间隔，IS是上述边L3与上述边L4之间的间隔，上述边L6与上述边L7之间的间隔等于上述IS ;和在上述非易失性开关装置中设定第一状态、第二状态和第三状态中的任一个状态的工序(b)，其中，在上述第一状态下，在上述电极组之间不流过电流，在上述第二状态下，在上述第一电极与上述第二电极之间有选择地流过电流，在上述第三状态下，在上述第一电极与上述第三电极之间有选择地流过电流，分别对上述控制电极、上述第一电极、上述第二电极和上述第三电极施加电压Vl、Va, Vb和 Vc,在设定上述第一状态时，施加满足以下不等式(a) Cd)中任一个不等式的电压，Vl>Va、Vl〈Vb、且 Vl〈Vc…(a)￥1〈￥&、￥1>￥13、且￥1〈￥(3... (b)Vl〈Va、Vl〈Vb、且 Vl>Vc…(C)和Vl〈Va、Vl〈Vb、且 Vl〈Vc…Cd)在设定上述第二状态时，施加满足以下不等式的电压，Vl>Va、Vl>Vb、且 Vl〈Vc在设定上述第三状态时，施加满足以下不等式的电压，￥1>￥&、￥1〈￥13、且￥1>￥。。也可以上述第一电极、上述第二电极和上述第三电极在俯视时是完全重叠(全等)的。在上述工序(a)和上述工序(b)之间，也可以还具备以下工序(C)对上述第一电极、上述第二电极和上述第三电极施加电压Vin,同时对上述控制电极施加电压Vreset的工序(c),其中，Vin〈Vreset。也可以在工序(b)中，设定上述第一状态、上述第二状态、上述第三状态和第四状态的任一个状态在上述第四状态下，在上述第一电极、上述第二电极和上述第三电极之间电流流过，在设定上述第四状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va、Vl>Vb、Vl>Vc。也可以上述非易失性开关装置还具备第四电极，其中，上述第四电极具备具有上述长度LS的边LlO、具有上述长度LL的边Lll和具有上述长度LS的边L12，
上述第一电极还具备具有上述长度LS的边LI,上述第二电极还具备具有上述长度LL的边L5，上述第三电极还具备具有上述长度LS的边L9，上述边LI、上述边L5和上述边L9分别与上述边L12、上述边Lll和上述边LlO平行，上述边L5与上述边Lll之间的间隔等于上述IL，上述边LI与上述边L12之间的间隔以及上述边L9与上述边LlO之间的间隔都等于上述IS。也可以上述第一电极、上述第二电极、上述第三电极和上述第四电极在俯视时是
完全重叠的。也可以在工序(b)中，设定上述第一状态、上述第二状态、上述第三状态、第四状态 第十二状态的任一个状态，其中，对上述第四电极施加电压Vd，在上述第四状态下，在上述第一电极、上述第二电极和上述第三电极之间电流流过，其中，对上述第四电极施加电压Vd，在设定上述第四状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va、Vl>Vb、Vl>Vc 和 Vl〈Vd在上述第五状态下，在上述第二电极与上述第三电极之间有选择地流过电流，在设定上述第五状态时，施加满足以下不等式的电压Vl〈Va、Vl>Vb、Vl>Vc 和 Vl〈Vd在上述第六状态下，在上述第一电极与上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第六状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va、Vl〈Vb、Vl〈Vc 和 Vl>Vd在上述第七状态下，在上述第二电极与上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第七状态时，施加满足以下不等式的电压Vl〈Va、Vl>Vb、Vl〈Vc 和 Vl>Vd在上述第八状态下，在上述第三电极与上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第八状态时，施加满足以下不等式的电压Vl〈Va、Vl〈Vb、Vl>Vc 和 Vl>Vd在上述第九状态下，在上述第一电极、上述第二电极和上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第九状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va、Vl>Vb、Vl〈Vc 和 Vl>Vd在上述第十状态下，在上述第一电极、上述第三电极和上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第十状态时，施加满 足以下不等式的电压Vl>Va、Vl〈Vb、Vl>Vc 和 Vl>Vd在上述第i^一状态下，在上述第二电极、上述第三电极和上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第十一状态时，施加满足以下不等式的电压Vl〈Va、Vl>Vb、Vl>Vc 和 Vl>Vd在上述第十二状态下，在上述第一电极、上述第二电极、上述第三电极和上述第四电极之间有选择地流过电流，在设定上述第十二状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va、Vl>Vb、Vl>Vc 和 Vl>Vd。发明的效果本发明提供一种使用正确动作的非易失性开关装置有选择地流过电流的方法。
图I是实施方式I中的非易失性开关装置的平面图。图2是实施方式I中的非易失性开关装置的截面图。图3A是说明实施方式I中的驱动非易失性开关装置的方法的图。图3B是说明实施方式I中的驱动非易失性开关装置的方法的图。图3C是说明实施方式I中的驱动非易失性开关装置的方法的图。图4是表示低电阻状态和高电阻状态的截面图。图5是实施方式2中的非易失性开关装置的平面图。图6是实施方式2中的非易失性开关装置的电路图。图7是表示实施例I的结果的图。图8A是专利文献I的图3公开的非易失性开关装置的图。图SB是专利文献I的图3公开的非易失性开关装置的图。图9A是图8所示的非易失性开关装置的变形例的图。图9B是图8所示的非易失性开关装置的变形例的图。图10是说明图9所示的非易失性开关装置没有正确动作的理由的图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。(实施方式I)图I表示实施方式I中的非易失性开关装置20的平面图。图2表示图I中A-A’线的截面图。
如图2所示，在基板11上依次层叠有控制电极12、强电介质膜13和半导体膜14。如图I和图2所示，在半导体膜14上形成有电极组。该电极组具备第一电极15、第二电极16和第三电极17。这些电极15 17被配置成旋转对称。电极15 17在俯视时是
完全重叠的。如图I和图2所示，在本说明书中，定义强电介质膜13的长度方向、与该长度方向正交的方向和层叠方向为X方向、Y方向和Z方向。用语“俯视”表不从Z方向来看的意思。沿着X方向，第二电极16与第三电极17相邻。沿着Y方向,第一电极15与第二电极16相邻。如图I所示，第一电极15具备边LI、边L2和边L3。第二电极16具备边L4、边L5 和边L6。第三电极17具备边L7、边L8和边L9。边LI、边L3、边L4、边L6、边L7和边L9都具有长度LS。本说明书中使用的用语“短边”表示具有长度LS的这些边。边L2、边L5和边L8具有长度LL。本说明书中使用的用语“长边”表示具有长度LL的这些边。边L2与边L8平行。边L2和边L8之间的间隔是IL。边L3与边L4平行。边L3和边L4之间的间隔是IS。边L6与边L7平行。边L6和边L7之间的间隔也是IS。在实施方式I中，要满足以下的等式(A)IL/LL=IS/LS…(A)由于满足了该等式(A)，实施方式I中的非易失性开关装置能正确地动作。这个理由在后面详细说明。在非易失性逻辑电路20中，根据强电介质膜13中的极化方向控制流过半导体膜14的电流。即，当强电介质膜13的极化方向与+Z方向一致时，在半导体膜14中被激发的电子使半导体膜14成为低电阻。当该极化方向与-Z方向一致时，来自半导体膜14的电子放出使半导体膜14成为高电阻。在各电极15 17和控制电极12之间施加电压，控制半导体膜14的电阻值。由此，控制电极15 17的电极间的电阻值。(非易失性开关装置20中导通区间的设定顺序)接着，参照图3、图4和图5，对非易失性开关装置20中导通区间的设定顺序进行说明。3个电极15 17能够独立地(independently)电连接或者断开。以下的表I表不第一电极15和其他电极16 17之间的传导状态和电极15 17的电位。对控制电极12施加的电压始终是一定的。优选该一定的电压为0V。[表 I]
权利要求
1.一种使用非易失性开关装置有选择地流过电流的方法，该方法的特征在于，具备以下的工序 准备所述非易失性开关装置的工序(a)， 其中，所述非易失性开关装置具备控制电极、强电介质膜、半导体膜和电极组， 所述控制电极、所述强电介质膜、所述半导体膜和所述电极组依次层叠， 所述电极组具备第一电极、第二电极和第三电极， 所述第一电极具备具有长度LL的边L2和具有长度LS的边L3， 所述第二电极具备具有长度LS的边L4和具有长度LS的边L6， 所述第三电极具备具有长度LS的边L7和具有长度LL的边L8， 所述边L2、所述边L3和所述边L6分别与所述边L8、所述边L4和所述边L7平行， 满足以下的等式(A): IL/LL=IS/LS…(A) 其中，IL是所述边L2与所述边L8之间的间隔， IS是所述边L3与所述边L4之间的间隔， 所述边L6与所述边L7之间的间隔等于所述IS ;和 在所述非易失性开关装置中设定第一状态、第二状态和第三状态中的任一个状态的工序(b)， 其中，在所述第一状态下，在所述电极组之间不流过电流， 在所述第二状态下，在所述第一电极与所述第二电极之间有选择地流过电流， 在所述第三状态下，在所述第一电极与所述第三电极之间有选择地流过电流， 分别对所述控制电极、所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极施加电压VI、Va、Vb 和 Vc, 在设定所述第一状态时，施加满足以下不等式(a) Cd)中任一个不等式的电压， ￥1>￥&、￥1〈￥13、且￥1〈￥(3... (a)￥1〈￥&、￥1>￥13、且￥1〈￥(^.. (b) Vl〈Va、Vl〈Vb、且 Vl>Vc…(c)和 ￥1〈￥&、￥1〈￥13、且￥1〈￥(3... Cd) 在设定所述第二状态时，施加满足以下不等式的电压，Vl>Va、Vl>Vb、且 Vl〈Vc 在设定所述第三状态时，施加满足以下不等式的电压，￥1>￥&、￥1〈￥13、且￥1>￥(3。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于 所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极在俯视时是完全重叠的。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于 在所述工序(a)与所述工序(b)之间，还具备以下工序(C) 对所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极施加电压Vin，同时对所述控制电极施加电压Vreset的工序(c), 其中，Vin<Vreset0
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于在工序(b)中，设定所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态和第四状态的任一个 在所述第四状态下，在所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极之间电流流过， 在设定所述第四状态时，施加满足以下不等式的电压 Vl>Va、Vl>Vb、Vl>Vc。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于 所述非易失性开关装置还具备第四电极，其中， 所述第四电极具备具有所述长度LS的边LlO、具有所述长度LL的边LI I和具有所述长度LS的边L12， 所述第一电极还具备具有所述长度LS的边LI， 所述第二电极还具备具有所述长度LL的边L5， 所述第三电极还具备具有所述长度LS的边L9， 所述边LI、所述边L5和所述边L9分别与所述边L12、所述边Lll和所述边LlO平行， 所述边L5与所述边Lll之间的间隔等于所述IL， 所述边LI与所述边L12之间的间隔以及所述边L9与所述边LlO之间的间隔都等于所述IS。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于 所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极在俯视时是完全重叠的。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于 在工序(b)中，设定所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态、第四状态 第十二状态的任一个状态，其中， 对所述第四电极施加电压Vd, 在所述第四状态下，在所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极之间电流流过， 其中，对所述第四电极施加电压Vd， 在设定所述第四状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va, Vl>Vb, Vl>Vc 和 VKVd 在所述第五状态下，在所述第二电极与所述第三电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第五状态时，施加满足以下不等式的电压 VKVa, Vl>Vb, Vl>Vc 和 VKVd 在所述第六状态下，在所述第一电极与所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第六状态时，施加满足以下不等式的电压 Vl>Va, VKVb, VKVc 和 Vl>Vd 在所述第七状态下，在所述第二电极与所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第七状态时，施加满足以下不等式的电压 VKVa, Vl>Vb, VKVc 和 Vl>Vd 在所述第八状态下，在所述第三电极与所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第八状态时，施加满足以下不等式的电压 VKVa, VKVb, Vl>Vc 和 Vl>Vd 在所述第九状态下，在所述第一电极、所述第二电极和所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第九状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va, Vl>Vb, VKVc 和 Vl>Vd 在所述第十状态下，在所述第一电极、所述第三电极和所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第十状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va, VKVb, Vl>Vc 和 Vl>Vd 在所述第十一状态下，在所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极之间有选择地流过电流，在设定所述第十一状态时，施加满足以下不等式的电压VKVa, Vl>Vb, Vl>Vc 和 Vl>Vd 在所述第十二状态下，在所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极之间有选择地流过电流， 在设定所述第十二状态时，施加满足以下不等式的电压Vl>Va, Vl>Vb, Vl>Vc 和 VDVd0
全文摘要
本发明的使用非易失性开关装置有选择地流过电流的方法，包含在非易失性开关装置(20)中，设定电极组(15~17)之间不流过电流的第一状态、在第一电极(15)与第二电极(16)之间有选择地流过电流的第二状态和在第一电极(15)与第三电极(17)之间有选择地流过电流的第三状态的任一个状态的工序。设定第一~第三状态时，对控制电极、第一电极(15)、第二电极(16)和第三电极(17)分别施加分别满足对应第一~第三状态的规定的不等式的电压V1、Va、Vb和Vc。
文档编号H01L21/8246GK102742161SQ20118000786
公开日2012年10月17日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年5月26日
发明者金子幸广 申请人:松下电器产业株式会社