數據讀/寫裝置的製作方法

2023-08-05 16:20:41

專利名稱：數據讀/寫裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具備高記錄密度的數據讀/寫裝置。
背景技術：
近年來，小型可攜式裝置已在全世界風行。同時，隨著高速數據傳輸網絡的迅速發展，對小型大容量非易失性存儲器的需求也迅速增長。在它們之中，NAND型(「與非」型)快閃記憶體(flash memory)和小型硬碟驅動器(HDD)在記錄密度上有快速發展，並且已形成巨大市場。
然而，對上述兩者都指出過記錄密度的極限。也就是說，會出現在NAND型快閃記憶體中因最小線寬顯著減小而導致加工成本增大以及在微HDD中難以精確跟蹤的問題。
曾提出過一些應對這種情況的致力於顯著超越記錄密度極限的新存儲器的想法。
例如，採用一種能夠以兩態，即非晶態(ON)和晶態(OFF)，存在的記錄材料的相變存儲器(PRAM)。記錄數據的原則是兩態分別與二進位數據「0」和「1」相關聯。
例如，就寫/擦操作而言，通過對記錄材料施加大電功率脈衝以產生非晶態，而對記錄材料施加小電功率脈衝產生晶態。
讀出操作是通過給記錄材料施加一不至於發生寫/擦的少量讀出電流、然後測量該記錄材料的電阻來實現的。該記錄材料在非晶態的電阻值大於其在晶態的電阻值，兩者相差103數量級。
PRAM的最大特點在於即使元件尺寸減小到10nm數量級也能進行操作。在這種情況下，可實現約1.5Tbpsi(萬億字節(terra bite)每平方英寸)的記錄密度，因此成為實現高密度記錄的候選者(參見例如，JP-A2005-252068(KOKAI))。
雖然不同於PRAM，但曾報導過一種工作原理與PRAM非常類似的新存儲器(參見例如，JP-A2004-234707(KOKAI))。
根據該報導，用於記錄數據的記錄材料的一個典型實例是氧化鎳。跟PRAM一樣，大電功率脈衝和小電功率脈衝用於寫/擦操作。在這種情況下，曾報導了其寫/擦操作時的功耗比PRAM有所降低的優點。
儘管到目前為止，這種新存儲器的工作原理尚不明了，但其重現性得到了驗證，因此成為實現高密度記錄的另一候選者。此外，針對其工作原理，一些機構曾試圖加以澄清。
除這些存儲器之外，還提出過使用MEMS(微電機械系統)的MEMS存儲器(參見例如，P.Vettiger，G.Cross，M.Despont，U.Drechsler，U.Durig，B.Gotsmann，W.Haberle，M.A.Lants，H.E.Rothuizen，R.Stutz和G.K.Binning，IEEE Trans.Nanotechnology 1，39(2002))。
尤其是，在一個叫做Millipede的MEMS存儲器的結構中，數個列陣形狀的懸臂和具有有機物質的記錄介質彼此相對。該懸臂的末端的探針以合適的壓力與記錄介質相接觸。
通過控制加於探針上的加熱器的溫度來有選擇的進行寫入操作。也就是說，如果加熱器溫度升高，記錄介質軟化，探針陷入記錄介質，然後，在記錄介質中形成空腔。
讀出操作進行的方式是，當給探針施加一不至於使記錄介質軟化的電流時，使探針在記錄介質表面上掃描。如果探針落入記錄介質的空腔中，探針溫度下降，然後，加熱器的電阻值增加。因此，可以通過讀取該電阻值的變化來感知數據。
MEMS存儲器例如Millipede的最大特點在於記錄密度能夠顯著改善，因為必須在每個記錄位數據的記錄部分設置線路。現在已經證實能夠實現1Tbpsi的記錄密度(參見例如，P.Vettiger，T.Albrecht，M.Despont，U.Drechsler，U.Durig，B.Gotsmann，D.Jubin，W.Haberle，M.A.Lants，H.E.Rothuizen，R.Stutz，D.Wiesmann和G.K.Binnig，P.Bechtold，G.Cherubini，C.Hagleitner，T.Loeliger，A.Panmtazi，H.Pozidis和E.Eleftheriou，Technical Digest，IEDM 03pp.763-766)。
對於Millipede，最近曾試圖通過結合MEMS技術和新的記錄原理來顯著改進其功耗、記錄密度和運行速度等。
例如，曾提出一種在記錄介質上設置鐵電體層的系統，然後在記錄介質上施加電壓，從而引發鐵電體層中介電極化，以記錄數據。根據該系統，有一種理論預測，用以記錄位數據的記錄部分之間的間隙(記錄最小單元)可接近一個晶體的單元晶胞水平。
假設記錄的最小單元是鐵電體層晶體的一個單元晶胞，得到的記錄密度是非常大的約4Pbsi(皮可字節(pico bite)每平方英寸)。
然而，雖然是一種傳統已知的原理，但能夠進行鐵電體記錄的MEMS存儲器迄今未能實現。
其主要的原因是從記錄介質到其外部的電場被空氣中的離子阻斷了。即，不能感知從記錄介質發出的電場，因此讀出操作不能進行。
另一個原因是，當晶體中存在晶格缺陷時，由這種晶格缺陷產生的電荷遷移到記錄部分，阻斷了電荷。
因空氣中的離子導致的電場中斷的問題可通過使用一種掃描型非線性電介質顯微鏡(SNDM)解決，並且這一新型存儲器在實際使用中獲得了顯著的進展(參考例如，A.Onoue，S.Hashimoto，Y.Chu，Mat.Sci.Eng.B120，130(2005))。

發明內容
根據本發明的一個方面，一種數據讀/寫裝置，包括記錄層和對記錄層施加電壓、在記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，記錄層由具有至少兩種陽離子元素的複合化合物組成，並且至少一種陽離子元素是具有電子不完全填充的d軌道的過渡元素，以及相鄰陽離子元素間的最短距離為0.32nm或以下。
根據本發明的另一個方面，一種數據讀/寫裝置，包括記錄層和對記錄層施加電壓、在記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，記錄層的構成為i.由AxMyXz表示的第一化合物(其中，A和M是陽離子元素，X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素，且x、y和z的摩爾比分別滿足0.5≤x≤1.5，0.5≤y≤2.5和1.5≤z≤4.5)；以及ii.含有至少一種過渡元素的第二化合物，其具有能夠容納第一化合物的陽離子元素的空穴位。


圖1是說明記錄原理的圖；圖2是說明記錄原理的圖；圖3是說明記錄原理的圖；圖4是根據本發明一個實施例的探針存儲器的視圖；圖5是顯示記錄介質的圖；圖6是顯示探針存儲器進行記錄的圖；圖7是顯示寫入操作的圖；圖8是顯示讀出操作的圖；圖9是顯示寫入操作的圖；
圖10是顯示讀出操作的圖；圖11是根據本發明一個實施例的半導體存儲器的圖；圖12是顯示存儲單元陣列結構的一個例子的圖；圖13是顯示存儲單元結構的一個例子的圖；圖14是顯示存儲單元陣列結構的一個例子的圖；圖15是顯示存儲單元陣列結構的一個例子的圖；圖16是顯示一個快閃記憶體應用實例的圖；圖17是描繪NAND單元元件的電路圖；圖18是顯示NAND單元元件的結構的圖；圖19是顯示NAND單元元件的結構的圖；圖20是顯示NAND單元元件的結構的圖；圖21是描繪NOR單元的電路圖；圖22是顯示NOR單元的結構的圖；圖23是描繪2tr單元元件的電路圖；圖24是顯示2tr單元元件的結構的圖；以及圖25是顯示2tr單元元件的結構的圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細描述本發明一個方面的數據讀/寫裝置。
1.概述(1)在根據本發明第一實施例的數據讀/寫裝置中，記錄層由含有至少兩種陽離子元素的複合化合物構成。其中至少一種陽離子元素規定是具有電子不完全填充的d軌道的過渡元素，且相鄰陽離子元素間的最短距離在0.32nm或以下。
具有電子不完全填充的d軌道的過渡元素是，例如，一價、二價或三價的Ti，從一價到六價的Mn，從一價到八價的Co，從一價到九價的Ni。
相鄰陽離子元素間最短距離設定在0.32nm或以下的原因是能夠改善記錄層中的電子傳遞程度。
具體說，記錄層由以下材料組成。
AxMyX4式中，A是至少一種選自Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ga，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Si，P，S，Se，Ge，Ag，Au，Cd，Sn，Sb，Pt，Pd，Hg，Tl，Pb和Bi中的元素。
A優選是至少一種選自於Mg，Al，Mn，Fe，Co，Ni，和Zn中的元素。這是因為使用這些元素使鐳離子晶體結構的保持最優化，同時能夠確保離子遷移度。
式中，M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Ru和Rh中的元素。
M優選是至少一種選自於V，Cr，Mn，Fe，Co和Ni中的元素。這是因為使用這些元素能夠易於控制晶體中的電子態。
A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素。摩爾比x和y分別滿足0.1≤x≤2.2和1.8≤y≤2。
AxMyX3式中，A是至少一種選自Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ga，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ge，Ag，Au，Cd，Sn，Sb，Pt，Pd，Hg，Tl，Pb和Bi中的元素。
A優選是至少一種選自於Mg，Al，Mn，Fe，Co，Ni，和Zn中的元素。這是因為使用這些元素使鐳離子晶體結構的保持最優化，同時能夠確保離子遷移度。
式中，M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Ru和Rh中的元素。
M優選是至少一種選自於V，Cr，Mn，Fe，Co和Ni中的元素。這是因為使用這些元素能夠易於控制晶體中的電子態。
A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素。摩爾比x和y分別滿足0.5≤x≤1.1和0.9≤y≤1。
AxMyX4式中，A是至少一種選自Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ga，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Si，P，S，Se，Ge，Ag，Au，Cd，Sn，Sb，Pt，Pd，Hg，Tl，Pb和Bi中的元素。
A優選是至少一種選自於Mg，Al，Ga，Sb，Ti，Mn，Fe和Co中的元素。這是因為使用這些元素使鐳離子晶體結構的保持最優化，同時能夠確保離子遷移度。
式中，M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Nb，Ta，Cr，Mn，Mo，W，Ir和Os中的元素。
M優選是至少一種選自於Cr，Mn，Mo和W中的元素。這是因為使用這些元素能夠易於控制晶體中的電子態。
A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素。摩爾比x和y分別滿足0.5≤x≤2.2和0.9≤y≤1。
就上述三種材料(AxMyX4，AzMyX3，AxMyX4)的摩爾比x和y而言，數值範圍的下限設置為得以保持晶體結構，其上限設置為得以控制晶體中的電子態。
此外，該記錄層採用以下晶體結構中的一種尖晶石(Spinel)結構隱鉀錳礦(Cryptomelen)結構鈦鐵礦(Ilmenite)結構黑鈣錳礦(Marokite)結構錳鋇礦(Hollandite)結構鋅黑錳礦(Heterolite)結構Ramsdelite 結構銅鐵礦(Delafossite) 結構橄欖石(Olivine) 結構α-NaFeO2結構LiMoN2結構通過使用上述記錄層，可基本實現Pbpsi級別的記錄密度，此外還能實現低電耗。
(2)在根據本發明第二實施例的數據讀/寫裝置中，記錄層的構成為i.由AxMyXz表示的第一化合物(其中，A和M是陽離子元素，X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素，且x、y和z分別滿足0.5≤x≤1.5，0.5≤y≤2.5和1.5≤z≤4.5)；以及ii.含有至少一種過渡元素的第二化合物，其具有能夠容納第一化合物的陽離子元素的空穴位。
第二化合物的組成為i.□xMZ2其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足0.3≤x≤1；ii.□xMX3其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足1≤x≤2；iii.□xMX4其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足1≤x≤2；以及iv.□xMPOz其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；P是三價磷元素；O是氧元素；以及滿足0.3≤x≤3和4≤z≤6。
此外，第二化合物採用以下晶體結構中的一種錳鋇礦(Hollandite)結構Ramsdelite結構銳鈦礦(Anatase)結構板鈦礦(Brookite)結構軟錳礦(Pyrolusite)結構ReO3結構MoO1.5PO4結構TiO0.5PO4結構FePO4結構BMnO2γMnO2λMnO2第一化合物的電子的費米能級比第二化合物的低。這是要求記錄層的狀態表現為不可逆性的條件之一。這裡使用的任何費米能級均是從真空能級計算得到的值。
通過使用上述記錄層，可基本實現Pbpsi級別的記錄密度，此外還能實現低電耗。
2.記錄、擦除和再現操作的基本原理(1)下面將給出根據本發明第一實施例的數據讀/寫裝置中進行數據記錄、擦除和再現操作的基本原理的描述。
圖1是記錄部分的結構圖。
標號11表示電極層；12表示記錄層；13A表示電極層(或保護層)。
記錄層12上的小白圈表示正離子，小黑圈表示負離子。大白圈表示過渡元素。
當對記錄層施加電壓以在記錄層12上產生電勢梯度時，一些正離子向晶體裡移動。因此，在本發明的實施例中，記錄層12的初始狀態定義為絕緣體(高電阻態)。根據電勢梯度使記錄層12發生相變化，並使記錄層12提供導電性(形成低電阻態)，從而來完成記錄操作。
首先，例如，形成電極層13A的電勢比電極層11的電勢更低的狀態。如果電極層11處於固定電勢(例如，接地電勢)，可以給電極層13A施加負電勢。
此時，包含在記錄層12中的一些正離子遷移到電極層(陰極)13A的一側，在記錄層(晶體)12中的正離子相對於負離子有所減少。遷移到電極層13A的正離子從電極層13A得到電子，以金屬沉積形成金屬層14。
在記錄層12內部的負離子變得過量，結果是，包含在記錄層12中的過渡元素的化合價升高。即，記錄層12由於載體植入而具有電子電導性，因此，記錄(設置操作)得以完成。
再現操作能夠以下面的方式輕易完成，向記錄層12供給一個電流脈衝以檢測記錄層12的電阻值。但該電流脈衝必須小到不使構成記錄層12的材料發生電阻變化的程度。
上述過程是一種電泳，可能要考慮到，當電極層(陰極)13A側發生電化學還原而產生還原劑時，電極層(陽極)11側發生電化學氧化而產生氧化劑。
因此，為了從記錄態(低電阻態)返回到初始態(高電阻態)，需要例如，使用大電流脈衝焦耳加熱記錄層12以促使記錄層12發生氧化還原反應。也就是說，記錄層12因大電流脈衝(重置操作)中斷後的餘熱而變回絕緣體。
然而，為了能實際應用這一工作原理，必須驗證在室溫下不發生重置操作(規定足夠長的保留時間間隔)以及重置操作的功耗足夠小。
前一操作能夠通過設置正離子的化合價數等於或大於二價。
後一操作可通過找出離子半徑和在記錄層(晶體)12中移動的正離子的傳輸通道來完成。這種記錄層12可以採用前述的元素和晶體結構。
同時，重置操作後在電極層(陽極)11側生成氧化劑。因此，電極層11優選由幾乎不氧化的材料(如導電性氮化物或導電性氧化物)組成。
此外，優選這種不具有離子傳導性的材料。
這種材料的例子包括以下材料。在它們之中，從良好的導電性等綜合性能考慮最優選LaNiO3。
i.MN式中，M是至少一種選自Ti，Zr，Hf，V，Nb和Ta中的元素；N是氮。
ii.MOx式中，M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；摩爾比「x」滿足1≤x≤4。
iii.AMO3式中，A是至少一種選自於La，K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
iv.A2MO4式中，A是至少一種選自於K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
重置操作完成後在保護層(陰極)13側生成還原劑。因此，保護層13優選具有防止記錄層12與空氣發生反應的功能。
這種材料的例子包括由無定形碳、類金剛石碳、SnO2等製成的半導體。
電極層13A可以起到保護記錄層12的保護層的作用，或者可以用保護層代替電極層13A。在這種情況下，保護層可以是絕緣體或電導體。
為了在重置操作中有效地加熱記錄層12，優選在電極層13A側設置加熱層(電阻率約10-5Ωcm或以上的材料)。
(2)下面將給出根據本發明第二實施例的信息記錄/再現裝置中進行記錄、擦除和再現信息的基本原理的描述。
圖2是記錄單元的結構圖。
標號11表示電極層；12表示記錄層；13A表示電極層(或保護層)。
記錄層12設置在電極層13A側，由設置在電極層13A側的表示為AxMyXz的第一化合物12A和設置在電極層11側的含有至少一種過渡元素的第二化合物12B組成，該第二化合物12B具有能夠容納第一化合物的正離子元素的空穴位。
具體說，在初始態(重置狀態)，第一化合物12A表示為AxMyZx。第二化合物12B含有至少一種過渡元素並具有能夠容納第一化合物的正離子元素的空穴位。
在設置態，第二化合物12B含有至少一種過渡元素且處於自身存在的空穴位容納有第一化合物的正離子元素的狀態。此時，第一化合物12A處於化合物表示為Ax-uMyXz(通過在元素遷移到第二化合物12B時產生的「u」已使元素A減少)的狀態。
這裡，為了簡化描述的目的，初始態(重置狀態)表示記錄層12的電阻值高的狀態，設置態表示記錄層12的電阻值低的狀態。
當第二化合物12B是Mg2+Ti23+O4(或□Ti24+O4)而第一化合物12A是□Mn24+O4(或Mg2+Mn23+O4)時，初始態(重置狀態)的電阻值高，設置態的電阻值低。
這些規定並不表示本實施方式受限於此。
即使一個裝置結構與另一個相同，記錄層12的電阻值隨著第一化合物12A和第二化合物12B的類型的變化而變化，以使設置態和重置態的電阻值能夠根據本發明的實施例所針對的產品而自由地設置。
記錄層12中的三種小圈，每種都表示正離子元素，大圈表示負離子元素。
如圖3所示，構成記錄層12的第一化合物12A和第二化合物12B，每個都可以層疊為兩層或更多層。
當電極層13A為陽極、電極層11為陰極時的電子電勢施加到這種記錄單元上，以及在記錄層12中產生電勢梯度時，第一化合物12A中的部分正離子元素遷移到晶體中，然後進入到陰極側的第二化合物12B中。
由於第二化合物12B的晶體中存在能夠容納正離子元素的空穴位，因此從第一化合物12A遷出的正離子元素容納於這些空穴位中。
因此，第一化合物12A中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第二化合物12B中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
因此，在初始態(重置狀態)，假定每個記錄層12A和12B處於高電阻態(每個都變成絕緣態)，第一化合物12A中的部分正離子元素遷入第二化合物12B中，而記錄層12從當前狀態變為低電阻態(每個都變成導電元件)，於是形成設置態。
此外，當在電極層11為陽極和電極層13A為陰極上施加電勢，以及在記錄層12中產生電勢梯度時，第二化合物12B中的部分正離子元素遷移到晶體中，然後進入到陰極側的第一化合物12A中。
由於第一化合物12A的晶體中存在能夠容納正離子元素的空穴位，因此從第二化合物12B遷出的正離子元素容納於這些空穴位中。
因此，第二化合物12B中的正離子(過渡元素)的化合價上升，而第一化合物12A中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
因此，第二化合物12B中的部分正離子元素遷入到第一化合物12A中，而記錄層12從低電阻態(導電元件)變為高電阻態(絕緣元件)，然後回復到初始態(重置狀態)。
如上所述，可通過施加在記錄層12上的電壓的方向(電壓/電流脈衝的方向)來控制設置/重置操作。
此外，設置/重置操作還可通過以下方法控制。
可通過在電極層11為陰極和電極層13A為陽極上施加電勢來進行重置操作。在這種情況下，在記錄層12中產生電勢梯度，然後，產生電流。此時，設定一個等於或小於離子開始遷移所需電壓的值，或者施加一個其寬度等於或小於離子能夠遷移所需的時間間隔的脈衝電壓，從而產生焦耳熱。此時，在第二化合物12B中的部分正離子元素遷移到晶體中，然後，進入到陰極側的第一化合物12A中(因為陰極側的電化學能低)。
由於第一化合物12A的晶體中存在能夠容納正離子元素的空穴位，因此從第二化合物12B遷出的正離子元素被容納於這些空穴位中。
因此，第二化合物12B中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第一化合物12A中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
因此，存在於每個第一化合物12A和第二化合物12B的晶體中的導電載體被消除，記錄層12從低電阻態(導電元件)變為高電阻態(絕緣元件)。
與此同時，儘管電子從第二化合物12B遷到第一化合物12A，第一化合物12A的電子的費米能級比第二化合物12B的電子的費米能級低。因此，記錄層12的總能量減少，上述重置狀態自然形成。
此外，在設置操作完成之後，形成上述的高能態。然而，在使用根據本發明實施例的記錄層12時沒有產生焦耳熱的情況下，可以持續維持設置態。
這是因為所謂的離子遷移電阻起的作用。
第二化合物12B中的元素A的化合價導致了這一效果。該元素為二價具有非常重要的意義。
如果元素A是一價元素如Li離子，在設置態下難以獲得充分的離子遷移電阻，正離子元素立刻從第二化合物12B返回到第一化合物12A。換句話說，難以獲得足夠長的保留時間。
此外，假定該元素A是三價或更高價的元素，對設置操作的電壓需要增加。因此，最壞情況是可能發生晶體破壞。
因此，優選設置其中元素A為二價的信息記錄/再現裝置。
同時，在設置操作完成後，陽極側生成氧化劑。因此，優選使用幾乎不被氧化的材料(如導電性氧化物)作為電極層11。
優選導電性氧化物不具有離子傳導性。這樣的氧化物可以列舉以下材料。從良好的導電性的綜合性能考慮，最優選的材料是LaNiO3。
i.MN式中，M是至少一種選自於Ti，Zr，Hf，V，Nb和Ta中的元素；N是氮元素。
ii.MOx式中，M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧元素，且1≤x≤4。
iii.AMO3式中，A是至少一種選自於K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧元素。
iv.A2MO4式中，A是至少一種選自於K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧元素。
可通過促進記錄層12受熱、以及容納於上述第二化合物12B的空穴位中的正離子元素返回到第一化合物12A中的現象來進行重置操作。
具體說，利用焦耳熱及其餘熱，能夠輕易的使記錄層12從低電阻態(導電元件)轉變為高電阻態(絕緣元件)，該焦耳熱是通過對記錄層12施加大電流脈衝產生的。
如上所述，大電流脈衝施加給記錄層12，記錄層12的電阻值隨之升高。因此，完成了重置操作。
這裡，為實現低電耗，重要的是要找到一種物質，在進行設置操作時其離子半徑和能夠使正離子元素遷移到晶體中的傳輸通道不會引起晶體破壞。
在「概述」中描述的材料和晶體結構能夠有效滿足這種條件並實現低電耗。
通常優選設置加熱層(電阻率約10-5Ωcm或以上的材料)，以進一步促進重置操作。
在探針存儲器中，還原材料沉積在陰極側。因此，優選設置表面保護層，以防止與大氣發生反應。
加熱層和表面保護層可由兼具有上述兩者功能的材料組成。例如，半導體如無定形碳、類金剛石碳以及SnO2都兼具有加熱器功能和表面保護功能。
再現操作能夠通過向記錄層12供給電流脈衝輕易完成，然後，檢測記錄層12的電阻值。
但該電流脈衝必須非常小，小到不使構成記錄層12的材料發生電阻變化的程度。
在圖2和圖3的實施例中，第一化合物12A位於電極層13A側，第二化合物12B位於電極層11側，但這種配置也可反向。在這種情況下，施加到電極層11和13A的電壓(正/負電壓)也可在設置/重置操作時反向。
3.實施方式現在描述最佳實施方式。
下面就兩種情況，即本發明的實施例應用於探針存儲器的情況和應用於半導體存儲器的情況，做出描述。
(1)探針存儲器A.結構圖4和圖5顯示的都是根據本發明實施例的探針存儲器。
記錄介質設置在XY掃描器14上。
探針陣列以與記錄介質相對的形式設置。
探針陣列包括基層23和多個以陣列形狀設置在基層23正面上的探針(頭)24。每個探針24由例如懸臂構成，且由多路驅動器25和26驅動。
多個探針24的每個能夠通過使用包含在基層23中的微型傳動器獨立操作。這裡將就相同的總的操作和設置記錄介質的數據區域的接口的例子給出描述。
首先，通過多路驅動器25和26使所有探針24以預定周期在X方向上做往復運動，從記錄介質的伺服區域讀取在Y方向上的位置信息。在Y方向上的位置信息傳送至驅動器15。
驅動器15基於該位置信息驅動XY掃描器14，使記錄介質在Y方向上移動，從而定位記錄介質和探針。
在它們定位完成之後，數據讀取或寫入操作以所有探針24在數據區域上的方式同時且連續地進行。
數據讀取和寫入操作是連續進行的，這是因為探針24在X方向作往復運動。數據讀寫操作還相對於數據區域，按一條線接一條線的方式，通過順序變化記錄介質在Y方向上的位置來進行。
記錄介質以預定周期在X方向上做往復運動，從記錄介質讀取位置信息，而探針24可以在Y方向上移動。
記錄介質配置為，例如，基層20、位於基層20上的電極層21、和位於電極21上的記錄層22。
記錄層22具有多個數據區域和設置在該多個數據區域X方向上的兩端的伺服區域。數據區域佔了記錄層22的主要部分。
伺服色同步信號被記錄於伺服區域中。伺服色同步信號顯示數據區域中X方向上的位置信息。
在記錄層22中，除了這幾項信息外，還設置有用於記錄地址數據的地址區和用以獲得同步的前導碼。
數據和伺服色同步信號以記錄位(電阻波動)記錄在記錄層22中。記錄位的「1」和「0」的信息通過探測記錄層22的電阻來讀取。
在這個例子中，一個探針(頭)設置為與一個數據區域關聯，一個探針設置為對伺服區域做出響應。
數據區域由多個磁軌(track)組成。數據區域中的磁軌由從地址區讀取的地址信號表示。此外，從伺服區域讀取的伺服色同步信號用來使探針24移動到磁軌中心並剔除記錄位的讀數誤差。
這裡，X方向和Y方向分別與下行磁軌方向和磁軌方向相對應，這樣有可能利用HDD頭位置控制技術。
B.記錄/再現操作下面將描述如圖4和圖5所示的探針存儲器的記錄/再現操作。
圖6顯示了記錄操作(設置操作)時的狀態。
假設記錄介質配置為位於基層20(如半導體晶片)上的電極層21、位於電極21上的記錄層22、以及位於記錄層22上的保護層13B。保護層13B是由例如薄的絕緣體構成。
記錄操作以如下方式完成對記錄層22的記錄位27施加一個電壓以在記錄位27內部產生電勢梯度。具體說，可將電流/電壓脈衝施加到記錄位27上。
-第一實施例第一實施例展示了使用如圖1所示的材料作為記錄層的情況。
首先，如圖7所示，形成探針24的電勢比電極層21的電勢更低的狀態。假定電極層21設定在固定電勢(例如，接地電勢)，可以對探針24施加負電勢。
當使用例如電子發生源或熱電子源時，通過從探針24放出電子給電極層21來產生電流脈衝。
此時，例如，在記錄層22的記錄位27中，一些正離子遷移到探針(陰極)24側，晶體中的正離子相對負離子有所減少。此外，遷移到探針24側的正離子接受來自探針24的電子而以金屬沉積。
在記錄位27中，負離子變成過量，結果是，在記錄位27中的過渡元素的化合價數升高。即，記錄位27因相變引發的載體植入而具有電子電導性，因此記錄操作(設置操作)得以完成。
可以通過形成一種探針24的電勢比電極層21的電勢更高的狀態來產生記錄電流脈衝。
圖8顯示了再現操作。
再現操作以下面的方式完成，向記錄層22的記錄位27供給一個電流脈衝以檢測記錄位27的電阻值。但該電流脈衝必須非常小，小到不使構成記錄層22的記錄位27的材料發生電阻變化的程度。
例如，由讀出放大器S/A產生的讀出電流(電流脈衝)從探針24供給記錄位27，然後，記錄位27的電阻值用該讀出放大器S/A測定。
通過使用本發明實施例的材料，可將設置狀態和重置狀態間的電阻值之差設定為等於或大於103。
在再現操作中，用探針24掃描記錄介質的頂端，從而啟動連續再現。
通過用大電流脈衝焦耳加熱記錄層22的記錄位27，以促進記錄位27的氧化/還原反應，從而完成擦除(重置)操作。
擦除操作可在每個記錄位27上完成，或以塊到塊的方式在多個記錄位27上完成。
-第二實施例第二實施例展示了使用如圖2所示的材料作為記錄層的情況。
圖6和圖9都顯示了記錄/擦除操作時的狀態。
假設記錄介質的配置為位於基層20(如半導體晶片)上的電極層21；位於電極21上的記錄層22；以及位於記錄層22上的保護層13B。保護層13B由例如薄的絕緣體構成。
記錄操作通過對記錄層22的記錄位27施加電壓進行，然後，在記錄位27的內部產生電勢梯度。具體說，可將電流/電壓脈衝施加到記錄位27上。
在本例中，形成探針24的電勢比電極層21的電勢更高的狀態。假定電極層21設定在固定電勢(例如，接地電勢)，可以對探針24施加正電勢。
此時，記錄層22的第一化合物(陽極側)中的部分正離子元素遷移到晶體中，並容納於第二化合物(陰極側)的空穴位中。
同時，第一化合物中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第二化合物中的正離子(過渡元素)的化合價下降。結果是，記錄層22的記錄位27從高電阻態轉變為低電阻態，設置操作(記錄)得以完成。
擦除操作形成探針24的電勢比電極層21的電勢更低的狀態。假定電極層21設定在固定電勢(例如，接地電勢)，可以對探針24施加負電勢。
此時，記錄層22的第一化合物(陽極側)中的部分正離子元素遷移到晶體中，並容納於第一化合物(陰極側)的空穴位中。
同時，第二化合物中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第一化合物中的正離子(過渡元素)的化合價下降。結果是，記錄層22的記錄位27從低電阻態轉變為高電阻態，重置操作(擦除)得以完成。
就記錄/擦除操作而言，通過使第一和第二化合物間的位置關係反向，探針24的電勢比電極層21的電勢低，然後可以執行設置操作。
圖10顯示了再現時的狀態。
再現操作能夠通過向記錄位27供給一個電流脈衝進行，然後，檢測記錄位27的電阻值。但該電流脈衝必須非常小，小到不使構成記錄位27的材料發生電阻變化的程度。
例如，依靠讀出放大器S/A產生的讀出電流(電流脈衝)從探針24供給記錄層(記錄位)22，用該讀出出放大器S/A測定記錄位的電阻值。當使用前述的新材料時，設置/重置狀態的電阻值之差可以是103或以上。可以通過掃描探針24連續進行再現操作。
C.結論根據這種探針存儲器，可以比目前的硬碟或快閃記憶體更有效地實現高記錄密度和低電耗。
(2)半導體存儲器A.結構圖11顯示了本發明一個實施例的交叉點型半導體存儲器。
字線WLi-1、WLi和WLi+1沿X方向延伸，位線BLj-1、BLj和BLj+1沿Y方向延伸。
每個字線WLi-1、WLi和WLi+1的一端都通過作為選擇器開關的MOS電晶體RSW與字線驅動器解碼器31相連，每個位線BLj-1、BLj和BLj+1通過作為選擇器開關的MOS電晶體CSW與位線驅動器解碼器讀出電路32相連。
用以選擇字線(行)的選擇器信號Ri-1、Ri和Ri+1輸入給MOS電晶體RSW的柵，用以選擇位線(列)的選擇器信號Cj-1、Cj和Cj+1輸入給MOS電晶體CSW的柵。
存儲單元33配置在每個字線WLi-1、WLi和WLi+1與每個位線BLj-1、BLj和BLj+1之間的交叉部分。所謂的交叉點型單元陣列結構得以設置。
存儲單元33還具有二極體34，用於防止記錄/再現操作時的潛行電流。
圖12顯示了圖11所示的半導體存儲器的存儲單元陣列部分的結構。
字線WLi-1、WLi和WLi+1以及位線BLj-1、BLj和BLj+1配置在半導體+晶片30上，存儲單元33和二極體34配置在這些線的交叉部分。
這種交叉點型單元陣列結構的特點是有利於高集成度，因為不必單獨將MOS電晶體連接到存儲單元33。例如，如圖14和圖15所示，可將存儲單元33疊層，從而提供三維結構的存儲單元陣列。
存儲單元33，例如，如圖13所示，是由記錄層22、保護層13B和加熱層35構成的層疊結構。1-位數據用存儲單元33存儲。此外，二極體34配置在字線WLi和存儲單元33之間。
對於僅通過電壓方向改變設置/重置的情況，優選剔除二極體34。
B.寫入、擦除和讀出操作下面將結合圖11和圖13描述寫入、擦除和讀出操作。
這裡，假設選定用虛線A圈出的存儲單元33，然後，針對選擇的存儲單元執行寫入、擦除和讀出操作。
第一實施例第一實施例展示了使用如圖1所示的材料作為記錄層的情況。
記錄操作(設置操作)可按如下方式完成，對選擇的存儲單元33施加一個電壓，於是在存儲單元33中產生電勢梯度以提供電流脈衝。因此，例如，形成字線WLi的電勢比位線BLj的電勢更低的狀態。假定位線BLj設定在固定電勢(例如，接地電勢)，可以對字線WLi施加負電勢。
此時，在由虛線A圈出的所選存儲單元33中，一些正離子遷移到字線(陰極)WLi側，包含在晶體中的正離子相對負離子有所減少。遷移到字線WLi側的正離子接受來自字線WLi的電子而以金屬沉積。
在由虛線A圈出的所選存儲單元33中，負離子變得過量，結果是，包含在晶體中的過渡元素的化合價數升高。即，由虛線A圈出的所選存儲單元33因相變引發的載體植入而具有電子電導性，因此記錄操作(設置操作)得以完成。
在記錄操作時，優選將所有未選的字線WLi-1、WLi+1和未選的位線BLj-1、BLj+1加偏壓為同一電勢。
此外，在記錄前的待機狀態時，優選對所有的字線WLi-1、WLi和WLi+1以及所有的位線BLj-1、BLj和BLj+1進行預充電。
可以通過形成一種字線WLi的電勢比位線BLj的電勢更高的狀態來產生記錄電流脈衝。
通過向由虛線A圈出的所選存儲單元33供給電流脈衝並檢測存儲單元33的電阻值來完成再現操作。但該電流脈衝必須非常小，小到不使構成存儲單元33的材料發生電阻變化的程度。
例如，由讀出電路產生的讀出電流(電流脈衝)從位線BLj供給由虛線A圈出的存儲單元33，然後，存儲單元33的電阻值用該讀出電路測定。通過使用前述的新材料，設置狀態和重置狀態間的電阻值之差可設定為等於或大於103。
通過用大電流脈衝焦耳加熱由虛線A圈出的所選存儲單元33，以促進存儲單元33中的氧化/還原反應，從而完成擦除(重置)操作。
第二實施例第二實施例展示了使用如圖2所示的材料作為記錄層的情況。
在寫入操作(設置操作)中，對選擇的存儲單元33施加一個電壓，在存儲單元33中產生電勢梯度，由此提供電流脈衝。因此，例如，字線WLi的電勢比位線BLj的電勢更高。當位線BLj設定在固定電勢(例如，接地電勢)時，可對字線WLi施加正電勢。
此時，在由虛線A圈出的所選存儲單元33中，第一化合物中的部分正離子遷入到第二化合物的空穴區域中。因此，第一化合物中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第二化合物中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
結果是，存儲單元33從高電阻態轉變為低電阻態，設置操作(寫入)得以完成。
在寫入操作時，優選將所有未選的字線WLi-1、WLi+1和未選的位線BLj-1、BLj+1加偏壓為同一電勢。
此外，在寫入操作前的待機狀態時，優選對所有字線WLi-1、WLi和WLi+1以及所有位線BLj-1、BLj和BLj+1進行預充電。
擦除操作(重置操作)利用了焦耳熱及其餘熱，焦耳熱是通過向所選的存儲單元33供給大電流脈衝而產生的。因此，例如，字線WLi的電勢比位線BLj的電勢更高。當位線BLj設定在固定電勢(例如，接地電勢)時，可對字線WLi施加正電勢。
此時，在由虛線A圈出的所選存儲單元33中，第二化合物中的部分正離子遷入到第一化合物的空穴區域中。因此，第二化合物中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第一化合物中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
結果是，存儲單元33從低電阻態轉變為高電阻態，重置操作(擦除)得以完成。
這裡，擦除操作還可通過以下方法進行。然而，在這種情況下，如上所述，優選從如圖8和圖9所示的半導體存儲器中移除二極體34。
例如，字線WLi的電勢比位線BLj的電勢更低。當位線BLj設定在固定電勢(例如，接地電勢)時，可對字線WLi施加負電勢。
此時，在由虛線A圈出的所選存儲單元33中，第二化合物中的部分正離子遷入到第一化合物的空穴區域中。因此，第二化合物中的正離子(過渡元素)的化合價上升，然後，第一化合物中的正離子(過渡元素)的化合價下降。
結果是，存儲單元33從低電阻態轉變為高電阻態，重置操作(擦除)得以完成。
同樣，在擦除操作時，優選將所有未選的字線WLi-1、Wli+1和未選的位線BLj-1、BLj+1加偏壓為同一電勢。
此外，在擦除操作前的待機狀態時，優選對所有字線WLi-1、WLi和WLi+1以及所有位線BLj-1、BLj和BLj+1進行預充電。
通過向由虛線A圈出的所選存儲單元33供給電流脈衝，然後檢測存儲單元33的電阻值來進行讀出操作。但該電流脈衝必須非常小，小到不使構成存儲單元33的材料發生電阻變化的程度。
例如，由讀出電路產生的讀出電流(電流脈衝)從位線BLj供給由虛線A圈出的存儲單元33，然後，存儲單元33的電阻值用該讀出電路測定。通過採用前述的新材料，設置/重置狀態的電阻值之差可以是103或以上。
C.結論根據這種半導體存儲器，有可能實現比當前的硬碟或快閃記憶體有更高的記錄密度和更低的功耗。
(3)其他雖然本實施方式描述了兩種存儲器，即探針存儲器和半導體存儲器，但也可以將本發明實施例中提出的材料和原理應用於諸如現行的硬碟或DVD等記錄介質上。
4.製造方法下面將描述根據本發明實施例的記錄介質的製造方法。
這裡，以圖6所示的記錄介質的結構作為例子描述。
基層20是直徑約60mm、厚約1mm的圓盤，由玻璃製成。在基層20上，通過氣相沉積厚約500nm的Pt(鉑)以形成電極層21。
在電極層21上，首先，在300℃～600℃的大氣壓和Ar(氬氣)95％、O(氧)25％的氣氛下使用靶進行RF磁控濺射，靶的組分經過調整使得沉積ZnMn2O4，從而形成構成記錄層22一部分的厚約10nm的ZnMn2O4。
隨後，用RF磁控濺射在ZnMn2O4上形成厚約3nm的TiO2。結果是，記錄層22具有ZnMn2O4和TiO2的層狀結構。
最後，在記錄層22上形成保護層13B，從而完成了如圖6所示記錄介質。
5.實驗例下面對實驗例進行描述，其中，製備了樣品，並對重置(擦除)狀態和設置(寫入)狀態之間的電阻差進行了評定。
將具有如圖6所示結構的記錄介質作為樣品。
使用末端被削尖至直徑為10nm或以下的探針對進行評價。
這樣的探針對製成為與保護層13B相接觸，通過使用探針對中的一個執行寫/擦操作。寫入操作通過將例如1V的電壓脈衝以10nsec(毫微秒)的寬度施加給記錄層22來完成。擦除操作通過將例如0.2V的電壓脈衝以100nsec(毫微秒)的寬度施加給記錄層22來完成。
此外，使用探針對中的另一隻在寫入操作和擦除操作之間進行讀出操作。讀出操作通過將0.1V的電壓脈衝以10nsec的寬度施加給記錄層22並對記錄層(記錄位)22的電阻值進行測量來進行。
(1)第一實驗例第一實驗例的樣品如下。
電子層21是由形成在盤上厚約500nm的Pt膜製成。記錄層22由ZnV2O4製成，保護層13B為類金剛石碳(DLC)。
盤的溫度維持在例如300℃～500℃範圍內，然後，在大氣壓以及95％Ar和5％O2的氣氛下進行RF磁控濺射，從而在盤上形成厚約10nm的ZnV2O4。類金剛石碳是通過例如CVD技術以約3nm的厚度形成在ZnV2O4上。
寫入操作後的電阻值為103Ω數量級，擦除操作後的電阻值為107Ω數量級，兩者電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(2)第二實驗例在第二實驗例中，除了記錄層由ZnCr2O4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(3)第三實驗例在第三實驗例中，除了記錄層由ZnMn2O4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(4)第四實驗例在第四實驗例中，除了記錄層由ZnCo2O4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(5)第五實驗例在第五實驗例中，除了記錄層由MgCr2O4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(6)第六實驗例在第六實驗例中，除了記錄層由MgMn2O4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(7)第七實驗例在第七實驗例中，除了記錄層由MgConO4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(8)第八實驗例在第八實驗例中，除了記錄層由CoMnnO4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(9)第九實驗例在第九實驗例中，除了記錄層由CaCrnO4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(10)第十實驗例在第十實驗例中，除了記錄層由CaMNnO4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(11)第十一實驗例在第十一實驗例中，除了記錄層由SrMnnO4製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(12)第十二實驗例，在第十二實驗例中，除了記錄層由Ba0.25Mn2O4和Ba的疊層製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。Ba0.25Mrn2O4用濺射技術形成，Ba形成為厚度約10nm。
在寫/擦操作之後的電阻值同第一實驗例中一樣為103Ω/107Ω數量級，兩者的電阻差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(13)第十三實驗例在第十三實驗例中，除了記錄層由Zn0.25Mn2O4和Zn的疊層製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。Zn0.25Mn2O4用濺射技術形成，Zn形成為厚度約10nm。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103數量級Ω，此外，在擦除操作之後的電阻值為107Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差在104Ω到105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(14)第十四實驗例在第十四實驗例中，除了記錄層由CuA2製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103數量級Ω，此外，在擦除操作之後的電阻值為107Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差在103Ω到105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(15)第十五實驗例在第十五實驗例中，除了記錄層由MgCrO3製成外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為107Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為106Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差在103Ω到104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(16)第十六實驗例在第十六實驗例中，除了記錄層由NiWN2製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。NiWN2是採用濺射技術在大氣壓下和95％Ar和35％NH氣氛中形成。
在初始狀態的電阻值為107Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為106Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差在102Ω到105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(17)第十七實驗例在第十七實驗例中，除了記錄層由Zn1.2V1.8O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為106Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為102Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為106Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(18)第十八實驗例在第十八實驗例中，除了記錄層由Zn1.2Cr1.8O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為106Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為102Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為106Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為104Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(19)第十九實驗例在第十九實驗例中，除了記錄層由ZnAl1.8Cr0.2O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為108Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(20)第二十實驗例在第二十實驗例中，除了記錄層由ZnAl1.8Mn0.2O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為108Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(21)第二十一實驗例在第二十一實驗例中，除了記錄層由SiNi2O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為108Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(22)第二十二實驗例在第二十二實驗例中，除了記錄層由SeNi2O4製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為108Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(23)第二十三實驗例在第二十三實驗例中，除了記錄層由NiTiO3製成和保護層由SnO2製成之外，採用同第一實驗例中相同的樣品。
在初始狀態的電阻值為108Ω數量級，在寫入操作之後的電阻值為103Ω數量級，此外，在擦除操作之後的電阻值為108Ω數量級。寫入操作和擦除操作間的電阻之差約為105Ω。經驗證在讀出操作時可留有足夠的餘地。
(24)第二十四實驗例第二十四實驗例中的樣品說明如下。
記錄層22由厚約10nm的ZnMn2O4和厚約3nm的TiO2構成的疊層結構組成。
在這種情況下，結果顯示，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級。此外，經驗證循環使用壽命能夠達到等於或大於100,000循環數。
(25)第二十五實驗例第二十五實驗例中的樣品說明如下。
記錄層22由厚約10nm的ZnMn2O4和厚約3nm的TiO2構成的疊層結構組成。
在這種情況下，結果顯示，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級。此外，經驗證循環使用壽命能夠達到等於或大於100,000循環數。
(26)第二十六實驗例第二十六實驗例中的樣品說明如下。
記錄層22由厚約10nm的MgMn2O4和厚約3nm的TiO2構成的疊層結構組成。
在這種情況下，結果顯示，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級。此外，經驗證循環使用壽命能夠達到等於或大於100,000循環數。
(27)第二十七實驗例第二十七實驗例中的樣品說明如下。
記錄層22由厚約10nm的ZnMn2O4和厚約3nm的ZrO3構成的疊層結構組成。
在這種情況下，結果顯示，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級。此外，經驗證循環使用壽命能夠達到等於或大於100,000循環數。
(28)第二十八實驗例第二十八實驗例中的樣品說明如下。
記錄層22由厚約10nm的SrMoO3和厚約3nm的ReO3構成的疊層結構組成。
在這種情況下，結果顯示，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級。此外，經驗證循環使用壽命能夠達到等於或大於100,000循環數。
(29)對照例對照例中的樣品說明如下。
記錄層22僅由厚度約10nm的ZnMn2O4構成。
在這種情況下，重置狀態的電阻值為107Ω數量級，設置狀態的電阻值為103Ω數量級，與第一到第五實驗例中的相同。
然而，其循環使用壽命為100循環數的數量級，經驗證根據本發明實施例的結構對反覆的重寫操作更為有效。
(30)結論如上所述，在從第一到第二十八實驗例的任何一個樣品當中，可以實現基本的寫入、擦除和讀出操作。
表1顯示了從第一到第二十八實驗例和對照例的驗證結果匯總。
表1


6.應用於快閃記憶體(1)結構本發明的實施例能夠應用於快閃記憶體。
圖16顯示了快閃記憶體的存儲單元。
快閃記憶體的存儲單元由金屬-絕緣體-半導體(MIS)電晶體組成。
擴散層42形成於半導體基層41的表面區中。柵絕緣層43形成於擴散層42之間的溝道區上。根據本發明實施例的記錄層(RRAM電阻RAM)44形成於柵絕緣層43上。控制柵電極45形成於記錄層44上。
半導體基層41可以是阱區域，半導體基層41和擴散層42具有彼此相反的導電型。控制柵電極45作為字線獲得，並且由例如導電性多晶矽組成。
記錄層44由圖1、圖2或圖3所示的材料組成。
(2)基本操作下面將結合圖16描述基本操作。
通過對控制柵電極45施加電勢V1、對半導體基層41施加電勢V2來執行設置(寫入)操作。
電勢V1和V2之差要足夠大使得記錄層44產生相變或電阻變化，但對其方向沒有特別限制。
也就是說，V1＞V2或V1＜V2皆可。
例如，假定在初始態(重置狀態)，記錄層44由絕緣體(大電阻)組成，柵絕緣層43基本上變厚，使得存儲單元(MIS電晶體)的閾值升高。
當以這種狀態施加電勢V1和V2以使記錄層44變為電導體(小電阻)時，柵絕緣層43基本上變薄，使得存儲單元(MIS電晶體)的閥值降低。
雖然在半導體基層41上施加了電勢V2，電勢V2反而會從擴散層42傳送到存儲單元的溝道區。
通過對控制柵電極45施加電勢V1′、對擴散層42施加電勢V3，以及對另一擴散層42施加電勢V4(＜V3)來執行重置(擦除)操作。
電勢V1′設定為在設置態下超過存儲單元的閾值的值。
此時，存儲單元打到ON，電子從另一擴散層42流向擴散層42，同時產生熱電子。由於熱電子是通過柵絕緣層43植入到記錄層44中，記錄層44的溫度上升。
以這種方式，記錄層44從電導體(小電阻)變化為絕緣體(大電阻)。因此，絕緣層43基本上變厚，這樣存儲單元(MIS電晶體)的閾值升高。
以這種方式，由於存儲單元閾值能夠根據類似於快閃記憶體的原理變化，因而得以實際應用根據本發明實施例的信息記錄/再現裝置。
(3)NAND(與非)型快閃記憶體圖17顯示的是NAND單元元件的電路圖。圖18顯示的是根據本發明實施例的NAND單元元件的結構。
N型阱(N-well)區域41b和P型阱(P-well)區域41c形成於P型半導體基層41a中。根據本發明實施例的NAND單元形成於P型阱區域41c中。
NAND單元元件的構成為由多個串聯的存儲單元MCs組成的NAND串；和總共兩個選擇柵電晶體ST，每個都與NAND串的兩端相連。
每個存儲單元MC和選擇電晶體ST具有相同的結構。具體說，這些元件每個配置為N型擴散層42位於N型擴散層42之間的溝道區上的柵絕緣層43；位於柵絕緣層43上的記錄層(PRAM)44；以及位於記錄層44上的控制柵電極45。
存儲單元MC的記錄層44的狀態(絕緣體/電導體)可根據上述基本操作而變化。相反，選擇柵電晶體ST的記錄層44被固定在設置態，即電導體(小電阻)。
選擇柵電晶體STs中的一個與源線SL相連，而另一個則與位線BL相連。
假定在NAND單元元件中的所有存儲單元在設置(寫入)操作之前處於重置狀態(大電阻)。
設置(寫入)操作以步進的方式從位於源線SL側的存儲單元MC到位於位線BL側的存儲單元順序進行。
將寫入電勢V1(正電勢)施加在所選字線WL(控制柵電極)上，將轉移電勢Vpass(存儲單元MC打到ON時的電勢)施加在未選擇的字線WL上。
位於源線SL側的選擇柵電晶體ST打到OFF，位於位線BL側的選擇柵電晶體ST打到ON，使得程序數據從位線BL被傳送至所選的存儲單元MC的溝道區。
例如，當獲得的程序數據是「1」時，將禁寫電勢(例如，基本等於V1的電勢)傳送至所選存儲單元MC的溝道區，以使所選存儲單元MC的記錄層44的電阻值從高電阻態變為低電阻態。
此外，當獲得的程序數據是「0」時，將V2(＜V1)傳送至所選存儲單元MC的溝道區，以使所選存儲單元MC的記錄層44的電阻值從高電阻態變為低電阻態。
在重置(擦除)操作中，例如，V1′被施加在所有的字線WLs(控制柵電極)上，且在NAND單元元件中的所有存儲單元MCs打到ON。此外，兩個選擇柵電晶體STs被打到ON，以使V3施加在位線BL上以及V4(＜V3)施加在源線SL上。
此時，熱電子被植入到NAND單元元件中所有的存儲單元MCs的該記錄層44中。
因此，分批對NAND單元元件中的所有存儲單元MCs進行重置操作。
在圖18的結構中，選擇柵電晶體ST具有和存儲單元MC相同的結構。然而，例如，如圖19所示，選擇柵電晶體ST也可形成為沒有記錄層的一般MIS電晶體。
圖20顯示了NAND型快閃記憶體的改型實施例。
該改型實施例的特點在於每個構成NAND串的的多個存儲單元MC的柵絕緣層替換為P型半導體層47。
隨著高集成度的進步，如果存儲單元MC尺寸縮小，P型半導體層47在無電壓施加的狀態下被耗盡層充填。
在設置(寫入)操作時，對所選存儲單元MC的控制柵電極45施加正的寫入電勢(例如3.5v)，並對未選擇的存儲單元MC的控制柵電極45施加正的轉移電勢(例如1V)。
此時，NAND串中的多個存儲單元MC的P型阱區域41c的表面從P型轉變為N型，並形成溝道。
然後，如上所述，當位於位線BL側的選擇柵電晶體ST被打到ON，以及程序數據「0」從位線BL轉移到所選存儲單元MC的溝道區時，得以進行設置操作。
通過對所有的控制柵電極45施加負的擦除電勢(如-3.5V)，能夠分批地對構成NAND串的所有存儲單元MC進行重置(擦除)操作，然後，施加接地電勢(0V)到P型阱區域41c和P型半導體層47上。
在讀出操作時，對所選存儲單元MC的控制柵電極45施加正的讀出電勢(例如0.5V)，並對未選擇的存儲單元MC的控制柵電極45施加轉移電勢(例如1V)，在該轉移電勢下，存儲單元MC總是被打到ON而不論數據是「0」還是「1」。
然而，存儲單元MC在「1」態下的閾電壓Vth」1」假定在0V＜Vth」1」＜0.5V的範圍內，存儲單元MC在「0」態下的閾電壓Vth」0」假定在0.5V＜Vth」0」＜1V的範圍內。
此外，兩個選擇柵電晶體ST打到ON，然後，向NAND串供給讀出電流。
當形成這種情況時，向NAND串供給的電流量根據所選的存儲單元MC中存儲的數據的值變化。因此，能夠通過檢測這一變化讀出數據。
在該改型實施例中，要求P型半導體層47的孔穴摻雜量比P型阱區域41c的大，而P型半導體層47的費米能級比P型阱區域41c的深約0.5V。
這是因為，當對控制柵電極45施加正電勢時，從位於N型擴散層42之間的P型阱區域41c的表面部分上發生了從P型向N型的逆轉，並形成溝道。
通過這樣，例如，在寫入操作時，僅在P型阱區域41c和P型半導體層47之間的界面上形成未選擇的存儲單元MC的溝道。在讀出操作時，僅在P型阱區域41c和P型半導體層47之間的界面上形成NAND串中的多個存儲單元MC的溝道。
即，即使存儲單元MC的記錄層44是導電元件(在設置態下)，擴散層42和控制柵電極45也不會短路。
(4)NOR(或非)型快閃記憶體圖21顯示的是NOR單元元件的電路圖。圖22顯示的是根據本發明實施例的NOR單元元件的結構。
N型阱區域41b和P型阱區域41c形成於P型半導體基層41a中。根據本發明實施例的NOR單元形成於P型阱區域41c中。
每個NOR單元由在位線Dl和源線SL間連接的一個存儲單元(MIS電晶體)MC構成。
每個存儲單元MCs配置為N型擴散層42；位於N型擴散層42之間的溝道上的柵絕緣層43；位於柵絕緣層43上的記錄層(PRAM)44；以及位於記錄層44上的控制柵電極45。
存儲單元MCs的記錄層44的狀態(絕緣體/電導體)可根據上述基本操作而變化。(5)2tr單元型快閃記憶體圖23顯示的是2tr單元元件的電路圖。圖24顯示的是根據本發明實施例的2tr單元元件的結構。
2tr單元元件已發展成為兼具NAND單元元件和NOR單元元件的特點的新單元結構。
N型阱區域41b和P型阱區域41c形成於P型半導體基層41a中。根據本發明實施例的2tr單元元件形成於P型阱區域41c中。
2tr單元元件由一個存儲單元MC和一個串聯的選擇柵電晶體ST組成。
每個存儲單元MC和選擇柵電晶體ST具有相同的結構。具體說，這些元件每個配置為N型擴散層42；位於N型擴散層42之間的溝道區上的柵絕緣層43；位於柵絕緣層43上的記錄層(PRAM)44；以及位於記錄層44上的控制柵電極45。
存儲單元MC的記錄層44的狀態(絕緣體/電導體)可根據上述基本操作而變化。相反，選擇柵電晶體ST的記錄層44被固定在設置態，即在電導體(小電阻)。
選擇柵電晶體ST與源線SL相連，而存儲單元MC則與位線BL相連。
存儲單元MC的記錄層44的狀態(絕緣體/電導體)可根據上述基本操作而變化。
在圖24的結構中，選擇柵電晶體ST具有和存儲單元MC相同的結構。然而，例如，如圖25所示，選擇柵電晶體ST也可形成為沒有記錄層的一般MIS電晶體。
7.其它根據本發明的實施例，僅在施加了電場的位置(記錄單元)進行記錄(寫入)操作。因此，數據能夠以非常低的電耗記錄在非常小的區域。
此外，擦除操作通過施加熱量完成。然而，當使用本發明實施例中提出的材料時，幾乎不發生結構變化，因此能夠以非常低的電耗進行擦除操作。
此外，根據本發明的實施例，初始態(絕緣體)能夠以最穩定的能態存在。在寫入操作之後，電導體部分形成在絕緣體中。因此，在讀出操作時，電流集中在電導體部分流過，有可能實現具有非常高傳感效率的記錄原理。
如上所述，根據本發明的實施例，儘管以非常簡單的機構也能夠進行現有技術中不能完成的記錄密度的數據記錄。因此，本發明的實施例具有作為下一代能夠突破現有非易失存儲器的記錄密度的技術的巨大產業優勢。
其他的優點和改型對技術熟練人員來說是容易想到的。因此，本發明就較寬的方面而言，並不局限於這裡顯示和描述的典型實施方式和細節。因此，在不脫離所附的權利要求及其等同概念所定義的總的發明構思的宗旨和範圍的情況下，可進行各種改進。
權利要求
1.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層由含有至少兩種陽離子元素的複合化合物組成，其中的至少一種所述陽離子元素是具有電子不完全填充的d軌道的過渡元素，且相鄰陽離子元素間的最短距離在0.32nm或以下。
2.如權利要求1所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括局部施加電壓給所述記錄層的頭。
3.如權利要求1所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括夾在記錄層之間的字線和位線。
4.如權利要求1所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括MIS電晶體，所述記錄層設置在所述MIS電晶體的柵電極和柵絕緣層之間。
5.如權利要求1所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括第一導電型半導體基層，兩個設置在所述半導體基層中的第二導電型擴散層，設置在所述半導體基層上、並在所述兩個擴散層之間區域中的半導體層，以及用以控制所述兩個擴散層連接或斷開的柵電極，其中所述記錄層設置在所述柵電極和所述半導體層之間。
6.如權利要求3所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含給所述記錄層增設的二極體。
7.如權利要求3所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含給所述記錄層增設的用來加熱所述記錄層的加熱層。
8.如權利要求1所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含設置在所述記錄層一個面上的電極層；以及設置在所述記錄層另一面上的保護層。
9.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述保護層具有防止所述記錄層與大氣發生反應的功能。
10.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層的組成為AxMyX4其中，A是至少一種選自於Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ga，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Si，P，S，Se，Ge，Ag，Au，Cd，Sn，Sb，Pt，Pd，Hg，Tl，Pb和Bi中的元素；M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Ru和Rh中的元素；以及A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素，摩爾比x和y分別滿足0.1≤x≤2.2和1.8≤y≤2。
11.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層的組成為AxMyX3其中，A是至少一種選自於Na，K，Rb，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Al，Ga，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Si，P，S，Se，Ge，Ag，Au，Cd，Sn，Sb，Pt，Pd，Hg，Tl，Pb和Bi中的元素；M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Ru和Rh中的元素；以及A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素，摩爾比x和y分別滿足0.5≤x≤1.1和0.9≤y≤1。
12.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層的組成為AxMyX4其中，A是至少一種選自於Mg，Ca，Sr，Al，Ga，Sb，Ti，V，Cr，Mn，Fe，CO，Rh，In，Sb，Tl，Pb和Bi中的元素；M是至少一種選自於Al，Ga，Ti，Ge，Sn，V，Nb，Ta，Cr，Mn，Mo，W，Ir和Os中的元素；以及A和M是彼此不相同的元素，X是至少一種選自於O和N中的元素，摩爾比x和y分別滿足0.5≤x≤2.2和0.9≤y≤1。
13.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層由具有晶體結構的材料組成，所述晶體結構的材料選自尖晶石結構、隱鉀錳礦結構、鈦鐵礦結構、黑鈣錳礦結構、錳鋇礦結構、鋅黑錳礦結構、Ramsdelite結構、銅鐵礦結構、橄欖石結構、aNaFeO2結構和LiMoN2結構。
14.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為MN其中M是至少一種選自於Ti，Zr，Hf，V，Nb和Ta中的元素；N是氮。
15.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為MOx其中M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；摩爾比x滿足1≤x≤4。
16.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為AMO3其中A是至少一種選自於La，K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
17.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為A2MO4其中A是至少一種選自於K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
18.如權利要求8所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述保護層由選自無定形碳、類金剛石碳和半導體中的材料組成。
19.一種數據讀/寫裝置，它包含記錄層；和用以對所述記錄層施加電壓、在所述記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置，其中，所述記錄層的組成為i.由AxMyXz表示的第一化合物(其中，A和M是陽離子元素，X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素，且摩爾比x、y和z分別滿足0.5≤x≤1.5，0.5≤y≤2.5和1.5≤z≤4.5)；以及ii.含有至少一種過渡元素的第二化合物，其具有能夠容納所述第一化合物的陽離子元素的空穴位。
20.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括局部施加電壓給所述記錄層的磁頭。
21.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括夾在記錄層之間的字線和位線。
22.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括MIS電晶體，所述記錄層設置在所述MIS電晶體的柵電極和柵絕緣層之間。
23.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述裝置包括第一導電型半導體基層，兩個設置在所述半導體基層中的第二導電型擴散層，設置在所述半導體基層上、並在所述兩個擴散層之間區域中的半導體層，以及用以控制所述兩個擴散層連接或斷開的柵電極，其中所述記錄層設置在所述柵電極和所述半導體層之間。
24.如權利要求21所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含給所述記錄層增設的二極體。
25.如權利要求21所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含給所述記錄層增設的用來加熱所述記錄層的加熱層。
26.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，它進一步包含設置在所述記錄層一個面上的電極層；以及設置在所述記錄層另一面上的保護層。
27.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述保護層具有防止所述記錄層與大氣發生反應的功能。
28.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第二化合物的組成為□xMZ2其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足0.3≤x≤1。
29.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第二化合物的組成為□xMX3其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足1≤x≤2。
30.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第二化合物的組成為□xMX4其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；X是至少一種選自O，S，Se，N，Cl，Br和I的元素；以及滿足1≤x≤2。
31.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第二化合物的組成為□xMPOz其中□是容納於空穴位中的陽離子元素；M是至少一種選自Ti，Ge，Sn，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Nb，Ta，Mo，W，Re，Ru和Rh的元素；P是三價磷元素；O是氧元素；以及滿足0.3≤x≤3和4≤z≤6。
32.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第二化合物具有如下結構中的一種錳鋇礦結構、Ramsdelite結構、銳鈦礦結構、板鈦礦結構、軟錳礦結構、ReO3結構、MoO1.5PO4結構、TiO0.5PO4結構、FePO4結構、βMnO2結構、γMnO2結構和λMnO2結構。
33.如權利要求19所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述第一化合物的電子的費米能級比所述第二化合物的電子的費米能級低。
34.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為MN其中M是至少一種選自於Ti，Zr，Hf，V，Nb和Ta中的元素；N是氮。
35.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為MOx其中M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；摩爾比x滿足1≤x≤4。
36.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為AMO3其中A是至少一種選自於La，K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
37.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述電極層的組成為A2MO4其中A是至少一種選自於K，Ca，Sr，Ba和Ln(鑭系元素)中的元素；M是至少一種選自於Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zr，Nb，Mo，Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re，Ir，Os和Pt中的元素；以及O是氧。
38.如權利要求26所述的數據讀/寫裝置，其特徵在於，所述保護層由選自無定形碳、類金剛石碳和半導體中的材料組成。
全文摘要
根據本發明的實施例，一種數據讀/寫裝置，它包括記錄層和對記錄層施加電壓、在記錄層中產生電阻變化並記錄數據的裝置。所述記錄層由含有至少兩種陽離子元素的複合化合物組成，其中至少一種所述陽離子元素是具有電子不完全填充的d軌道的過渡元素，且相鄰陽離子元素間的最短距離在0.32nm或以下。
文檔編號H01L45/00GK1983619SQ20061016897
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者久保光一, 平井隆大, 青木伸也, 羅賓·卡特, 鎌田親義 申請人:株式會社東芝