專利名稱：存儲器件和半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及存儲器件以及配備了該存儲器件的半導體器件。
背景技術：
近年來，具有集成在絕緣表面上的多個電路并具有各種功能的半導體器件已被開發(fā)出來。此外，通過提供天線而能夠進行無線數(shù)據(jù)發(fā)射/接收的半導體器件的開發(fā)也已有所進展。這一半導體器件被稱為無線芯片(也稱為ID標簽、IC標簽、IC芯片、RF(射頻)標簽、無線標簽、電子標簽或是RFID(射頻識別)標簽)，并且已被引入一部分市場。
這些半導體器件中的許多已被投入實際使用的器件包括使用諸如硅襯底等半導體襯底(也稱為IC(集成電路)芯片)和天線的電路，并且該IC芯片包括存儲電路(也稱為存儲器)、控制電路等等。特別地，通過提供能夠存儲許多數(shù)據(jù)的存儲電路，就可提供一種能夠提供更高性能的高附加值的半導體器件。此外，要求以低成本來制造此類半導體器件，近年來，在控制電路、存儲電路等中使用有機化合物的有機存儲器、有機TFT等已被積極地開發(fā)出來(參考1日本專利申請公開第2002-26277號)。

發(fā)明內容
作為存儲電路，給出DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)、FeRAM(鐵電隨機存取存儲器)、掩模ROM(只讀存儲器)、EPROM(電可編程只讀存儲器)、EEPROM(電可擦除和可編程只讀存儲器)、閃存等。在它們之中，DRAM和SRAM是易失性存儲電路，其中當電源被關閉時數(shù)據(jù)即被擦除，并且每當電源被開啟時都需要寫入數(shù)據(jù)。FeRAM是非易失性存儲電路；但是因為它使用包括鐵電層的電容元件，所以其制造步驟增加了。掩模ROM結構簡單；但是需要在制造步驟期間寫入數(shù)據(jù)，并且不能進行另外的寫。EPROM、EEPROM和閃存是非易失性存儲電路；但是使用了具有兩個柵電極的元件，因此制造步驟增加了。
考慮到前述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠在除制造期間之外的時候寫入和擦除數(shù)據(jù)的非易失性存儲器件、以及具有該存儲器件的半導體。并且，本發(fā)明的一個目的是提供一種尺寸緊湊并且廉價的非易失性存儲器件、以及具有該存儲器件的半導體器件。
本發(fā)明的一個特征是一種包括一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物的存儲器件，其中通過對這對傳導層施加第一電壓并該加熱有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變，來將數(shù)據(jù)記錄到該存儲器件中。
本發(fā)明的一個方面是一種包括其中存儲元件以矩陣形式排列的存儲單元陣列、以及寫入電路的存儲器件。該存儲元件包括一對傳導層、以及插入在這對電極之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個特征是一種包括其中存儲單元以矩陣形式排列的存儲單元陣列、以及寫入電路的存儲器件。該存儲單元包括晶體管和存儲元件，并且該存儲元件具有一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個特征是一種包括其中存儲器元件以矩陣形式排列的存儲器單元陣列、寫入電路、以及擦除電路的存儲器件。該存儲元件包括一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)，并且該存儲器件通過對這對傳導層施加第二電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第二相到第一相的相變來擦除數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個特征是一種包括其中存儲器單元以矩陣形式排列的存儲器單元陣列、寫入電路、以及擦除電路的存儲器件。該存儲單元具有晶體管和存儲元件、且該存儲元件包括一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)，并且該存儲器件通過對這對傳導層施加第二電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第二相到第一相的相變來擦除數(shù)據(jù)。
該有機化合物當在第一溫度范圍中時處于各向同性相，當在第二溫度范圍中時處于近晶相，而當在第三溫度范圍中時處于結晶相。第一溫度范圍高于第二溫度范圍，而第二溫度范圍高于第三溫度范圍。
注意，當在把有機化合物加熱到處于第一相，然后迅速冷卻該有機化合物之后，對這對傳導層施加第一電壓時，第一相是各向同性相，而第二相是近晶相?；蛘?，第一向是各向同性相，而第二相是結晶相。又或者，第一相是近晶相，而第二相是結晶相。
本發(fā)明的一個特征是一種包括其中存儲元件以矩陣形式排列的存儲單元陣列、寫入電路、以及擦除電路的存儲器件。該存儲元件包括一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)，并且通過加熱該有機化合物，然后停止加熱并冷卻該有機化合物，以引起從第二相到第一相的相變來擦除數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個特征是一種包括其中存儲單元以矩陣形式排列的存儲單元陣列、寫入電路、以及擦除電路的存儲器件。該存儲單元包括晶體管和存儲元件，并且該存儲元件包括一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。該存儲器件通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)，并通過加熱該有機化合物，然后停止加熱并冷卻該有機化合物，以引起從第二相到第一相的相變來擦除數(shù)據(jù)。
注意，第一相是結晶相，而第二相是近晶相。并且，第一相是結晶相，第二相是各向同性相。此外，第一相是近晶相，而第二相是各向同性相。
本發(fā)明的一個特征是一種半導體器件，它具有前述的存儲元件、起到天線功能的傳導層、連接到該存儲元件第一傳導層或第二傳導層的第一晶體管、以及連接到起到天線功能的傳導層的第二晶體管。
前述存儲元件的有機化合物是用在加熱期間顯示液晶特性的有機半導體構成的。給出通式(1)到(13)作為顯示液晶特性的有機半導體的典型示例。

R1-A1-CH＝N-A2-N＝CH-A3-R2(6)R1-A1-N＝CH-A2-CH＝N-A3-R2(7)
在通式(1)到(13)中，m和n每一個都表示0到5的整數(shù)。此外，R1或R2表示直鏈或支鏈的烷基、烷氧基、苯基、環(huán)己基、氰基、氟代基、或是以下的通式(14)(其中R3是氫原子或甲基，而B是-(CH2)1-、-(CH2)1-O-、-CO-O-(CH2)1-、-CO-O-(CH2)1-O-、C6H14-CH2-O-或者-CO-)。
注意R1或R2可以是相同的基團，或是不同的基團。并且，B中的1表示0到5的整數(shù)。此外，A1到A3指示以下通式(15)到(24)中的任何一個或多個。注意，A1到A3可以是相同的基團，或是不同的基團。

本發(fā)明的存儲設備能夠通過對一對傳導層施加電壓來選擇性地記錄和擦除數(shù)據(jù)。因此，通過選擇性地加熱任意存儲元件，就能夠在除制造期間之外的時候寫入和擦除數(shù)據(jù)。并且，因為無需提供用于寫入和擦除數(shù)據(jù)的單獨器件，所以可縮小該存儲器件的尺寸，并簡化該存儲器件。此外，通過使用本發(fā)明，可廉價地制造尺寸緊湊的半導體器件。


在附圖中圖1A到1H描述本發(fā)明的一種存儲器件的讀出操作、寫入操作和擦除操作。
圖2A和2B每一個都是描述本發(fā)明的一種存儲元件的橫截面視圖。
圖3A到3C每一個都是描述本發(fā)明的一種存儲元件的橫截面視圖。
圖4A到4D每一個都是描述本發(fā)明的一種存儲元件的橫截面視圖。
圖5A和5B每一個都描述了本發(fā)明的一種存儲器件。
圖6A和6B是描述本發(fā)明的一種存儲器件的頂視圖和橫截面視圖。
圖7A和7B每一個都描述了本發(fā)明的一種半導體器件。
圖8A和8B是描述本發(fā)明的一種存儲器件的頂視圖和橫截面視圖。
圖9A和9B每一個都是描述本發(fā)明的一種半導體器件的橫截面視圖。
圖10是描述本發(fā)明的一種半導體器件的橫截面視圖。
圖11描述了可被應用于本發(fā)明的存儲元件和電阻元件電流-電壓特性。
圖12A到12C每一個都描述了本發(fā)明的一種半導體器件的結構示例。
圖13A到13F每一個都描述了本發(fā)明的一種半導體器件的用途。
圖14描述了包括本發(fā)明的一種半導體的電子設備。
圖15A到15D每一個都是可被應用于本發(fā)明的晶體管的橫截面視圖。
圖16描述了本發(fā)明的一種存儲元件在寫入期間的電流-電壓特性。
圖17描述了本發(fā)明的一種存儲元件在寫入期間的電流-電壓特性。
具體實施例方式
實施例模式以下將基于附圖來描述本發(fā)明的實施例模式。但是能以許多不同的模式來實現(xiàn)本發(fā)明，并且本領域技術人員能夠很容易地理解，能以各種方法來修改本文中所揭示的模式和細節(jié)，而不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，不應將本發(fā)明揭示為局限于以下所要給出的實施例模式的描述。注意，在用于描述實施例模式的所有附圖中，對相同的部分或是具有相似功能的部分使用相同的標號，并省略其重復的描述。
(實施例模式1)在此實施例模式中，參考附圖描述本發(fā)明的存儲器件中所包括的存儲元件的一種結構示例。
圖1A到1H示出本發(fā)明的存儲器件中所包括的存儲元件的數(shù)據(jù)讀出、寫入和擦除的操作方法。圖2A到4D每一個都示出本發(fā)明的諸存儲器件中所包括的諸存儲元件的橫截面結構。
如圖2A中所示，存儲元件30包括構造在第一襯底31上的第一傳導層32、構造在緊鄰第二襯底33處的第二傳導層34、以及插入在第一襯底31和第一傳導層32與第二襯底33和第二傳導層34之間的有機化合物層35。并且，如圖2B中所示，可給第一襯底31和第一傳導層32的表面、以及第二襯底33和第二傳導層34的表面中的每一個表面提供用于定向有機化合物層的定向膜36和37。通過提供定向膜36和37，就可容易地實現(xiàn)有機化合物的相變。
本發(fā)明的存儲元件通過由有機化合物層的相變所引起的有機化合物層的遷移率的改變來實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、讀出和擦除。在有機化合物層35中使用具有按溫度換相的液晶特性的有機半導體。特別優(yōu)選的有機半導體是具有近晶相的近晶液晶。為此原因，如圖1B中所示，相變根據(jù)溫度而發(fā)生，并且在T1＞T2＞T3＞T0時顯示出不同的相如下有機化合物層35在T1或以上是處于各向同性相(以下稱為Iso相)；在T2或以上且在T1以下是處于近晶相(以下稱為Sm相)；而在T3或以上且在T2以下是處于結晶相。此外，Sm相可具有多個Sm相，諸如SmA相、SmB相、SmC相、SmD相、SmE相、SmF相、SmG相和SmH相。
因為本發(fā)明的存儲元件的有機化合物層是有機半導體構成的，所以在Iso相遷移率是μ1，在Sm相是μ2，而在結晶相是μ3。結晶相具有高遷移率，因為它具有高結晶度，而Iso相具有低遷移率，因為分子是各向同性的。因此，μ1＜μ2＜μ3。
當Sm相具有SmA相到SmH相的多個相時，每個相都具有不同的遷移率。
參考圖1A到3C來描述數(shù)據(jù)寫入期間的操作。注意，圖1C到1E中的數(shù)據(jù)寫入期間的操作是這樣一種情形，即通過將具有低遷移率的有機化合物層換相為具有高遷移率的有機化合物來寫入數(shù)據(jù)。以下將把這樣的寫入操作稱為第一寫入操作。并且，右箭頭指示寫入，而左箭頭指示擦除。此外，圖3A到3C示出用第一傳導層32、有機化合物層35和第二傳導層34構成的存儲元件30。還示出用第一傳導層32b、有機化合物層35和第二傳導層34構成的存儲元件30b。此外，還示出用第一傳導層32c、有機化合物層35和第二傳導層34構成的存儲元件30c。
將描述實現(xiàn)第一寫入操作的情形，該操作利用如圖1C中所示的從Iso相(遷移率μ1)到結晶相(遷移率μ3)的相變。在對要對其執(zhí)行寫入存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加V2或更高的電壓、以生成用于將有機化合物層35加熱到T1或以上以使其處于Iso相的焦耳熱之后，有機化合物層35被迅速冷卻至T0。此時，有機化合物層處于Iso相，并且遷移率為μ1。此外，V2是擦除電壓(見圖3A)。
應當注意，在此，可通過將有機化合物層35加熱到T1或以上以處于Iso相，然后將有機化合物層迅速地冷卻到T0來使有機化合物層35保持在Iso相。作為快速冷卻存儲元件的冷卻手段，可使用冷卻液或冷卻氣。作為冷卻液，可使用液氮等，而作為冷卻氣，可使用惰性氣體等。
可對第一傳導層32和第二傳導層34施加V1或以上且在V2以下的電壓以生成焦耳熱，以使有機化合物層35a在T3或以上且在T2以下。注意，V1是寫入電壓。結果是，發(fā)生第一相變，并且有機化合物層35a處于結晶相，并且有機化合物層35a的遷移率變?yōu)棣?(見圖1C和3B)。與其它存儲元件30b和30c相比，其有機化合物層35a已從Iso相被換為結晶相的那個存儲元件30具有小得多的電阻以及較大的電流值。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件電阻和電流值的改變，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1C來描述第一讀出操作。對第一傳導層32、32b和32c，以及第二傳導層34施加低于V1的電壓，以使電流在存儲元件30、30b和30c中流動。此時，以每個存儲元件的電流值和電阻來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。例如，沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件30b和30c的有機化合物層是處于Iso相。為此原因，有機化合物層35的遷移率很低，并且存儲元件30b和30c的電阻很高而電流很低。諸如存儲元件30b和30c等元件具有數(shù)據(jù)“0”。另一方面，對存儲元件30執(zhí)行了寫入，并且有機化合物層35a的遷移率很高，因為有機化合物層35a是處于結晶相，存儲元件30的電阻很低而電流很高。諸如存儲元件30的元件具有數(shù)據(jù)“1”。通過以此方式用電的手段讀出存儲元件之間電阻的差和電流值的差，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。
參考圖1C來描述第一擦除操作。對已經(jīng)對其執(zhí)行寫入的存儲元件30的第一傳導層32和第二傳導層34施加V2或以上的電壓，并用所生成的焦耳熱將有機化合物層35a加熱到T1或以上。結果是，發(fā)生第二相變，且有機化合物層處于Iso相。接著，有機化合物層被迅速冷卻到T0(見圖3C)。結果是，存儲元件30的有機化合物層的遷移率是μ1，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
要注意，在此，可通過將有機化合物層35a加熱到T1或以上以處于Iso相，然后迅速將其冷卻，來使有機化合物層35a保持在Iso相。
可通過利用如圖1D中所示的從Iso相(遷移率μ1)到Sm相(遷移率μ2)的相變來實現(xiàn)寫入。有機化合物層35處于Iso相，類似于前述的第一寫入操作。接著，對所選擇的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1或以上且在擦除電壓V2以下的電壓以生成焦耳熱，以使有機化合物層35a在T2或以上且在T1以下。結果是，發(fā)生第三相變，并且有機化合物層35a處于Sm相，并且有機化合物層35a的遷移率變?yōu)棣?。對于其中有機化合物層35a已從Iso相被換為Sm相的存儲元件，電阻變得非常小，而電流變得非常大。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件的電阻和電流的變化實現(xiàn)了數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1D來描述讀出操作。對第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1以下的電壓，以向存儲元件30饋入電流。此時，通過以電的手段讀出在施加電壓以饋入電流之前和之后存儲元件的電流值的差和電阻的差來讀出數(shù)據(jù)。
參考圖1D來描述擦除操作。對已對其執(zhí)行寫入的存儲元件30的第一傳導層32和第二傳導層34施加擦除電壓V2或以上的電壓，以生成用于將有機化合物層35a加熱到T1或以上的焦耳熱。結果是，發(fā)生第四相變，并且有機化合物層35a處于Iso相。接著，有機化合物層35a被迅速冷卻到T0，以使其固定在Iso相。結果是，有機化合物層的遷移率變?yōu)棣?，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
并且，如圖1E中所示，可通過利用從Sm相(遷移率μ2)到結晶相(遷移率μ3)的相變來實現(xiàn)寫入。以類似于前述第一寫入操作的方式，對所有存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加電壓以生成焦耳熱，來將有機化合物層35加熱到T2或以上并且在T1以下，以處于Sm相。然后，有機化合物層35被迅速冷卻到T0，以使其固定在Sm相。此時，有機化合物層35處于Sm相，并且遷移率為μ2。接著，對所選擇的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加電壓，以生成用于將有機化合物層35a加熱到T3或以上且在T2以下的焦耳熱。結果是，發(fā)生第五相變，并且有機化合物層35a處于結晶相，并且遷移率變?yōu)棣?。對于其中有機化合物層35a已從Sm相被換為結晶相的存儲元件，電阻變得非常小，而電流值變得非常大。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件的電阻和電流值的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1E來描述讀出操作。對第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1以下的電壓，以將電流饋至存儲元件30。通過此時的電阻值和電流值來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。
參考圖1E來描述擦除操作。對已對其執(zhí)行寫入的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加擦除電壓V2或以上的電壓，以生成用于將有機化合物層35a加熱到T2或以上且在T1以下的焦耳熱。結果是，發(fā)生第六相變，并且有機化合物層處于Sm相(見圖1E)。接著，有機化合物層被迅速冷卻到T0，以使其固定在Sm相。結果是，存儲元件30的遷移率為μ2，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
參考圖1B、以及1F到1H來描述與第一寫入操作不同的第二寫入操作。注意，圖1F到1H示出這樣一種情形，即通過具有高遷移率的有機化合物層到具有低遷移率的有機化合物層的相變來寫入數(shù)據(jù)。并且，右箭頭指示寫入，而左箭頭指示擦除。
如圖1F中所示，將描述通過利用從結晶相(遷移率μ3)到Sm相(遷移率μ2)的相變來實現(xiàn)寫入的情形。對所選擇的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加電壓以饋入電流，并且在處于結晶相的有機化合物層35被加熱到T2或以上且在T1以下之后，它被迅速冷卻以被固定在Sm相。結果是，發(fā)生第七相變，并且有機化合物層35a處于Sm相，并且遷移率變?yōu)棣?。換言之，與沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件相比，已對其執(zhí)行寫入的存儲元件的電阻增大而電流減小。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件的電阻和電流值的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1F來描述讀出操作。對第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1以下的電壓，以將電流饋入存儲元件30。通過以電的手段讀出此時該存儲元件與其它存儲元件之間電流值的差和電阻的差來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。
參考圖1F來描述與第一擦除操作不同的第二擦除操作。在第二擦除操作中，在將已對其執(zhí)行寫入的存儲元件中處于Sm相的有機化合物層35a加熱到T2或以上且在T1以下，并提高有機化合物層35a的流動特性之后，它被緩慢冷卻到T3或以上并在T2以下，以被固定在結晶相。特別地，停止加熱存儲元件，并冷卻有機化合物層35a，以使有機化合物層35a從Sm相換為結晶相。結果是，發(fā)生第八相變，并且有機化合物層35處于結晶相，并且存儲元件的遷移率是μ3。換言之，有機化合物層35a與沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件的有機化合物層處于相同的相，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
并且，如圖1G中所示，可通過利用從結晶相(遷移率μ3)到Iso相(遷移率μ1)的相變來實現(xiàn)寫入。對所選擇的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加電壓以饋入電流，并且在將處于結晶相的有機化合物層35加熱到T1或以上之后，將其迅速冷卻以固定在Iso相。結果是，發(fā)生第九相變，并且有機化合物層35a處于Iso相，并且存儲元件30的遷移率變?yōu)棣?。換言之，與沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件相比，已對其執(zhí)行寫入的存儲元件的電阻增大而電流減小。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件電阻和電流值的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1G來描述讀出操作。對第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1以下的電壓，以將電流饋入存儲元件。通過以電的手段讀出此時該存儲元件與其它存儲元件之間電流值的差和電阻的差來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。
在圖1G中的擦除操作中，在將已對其執(zhí)行寫入的存儲元件中處于Iso相的有機化合物層35a加熱到T1或以上，并提高有機化合物層35a的流動特性之后，將其緩慢冷卻到T3或以上且在T2以下以將其固定在結晶相。特別地，停止加熱存儲元件，并冷卻有機化合物層35a，以使有機化合物層35a從Iso相換為結晶相。結果是，發(fā)生第十相變，并且有機化合物層35a處于結晶相，并且存儲元件30的遷移率為μ3。換言之，有機化合物層35a與沒有對其實施寫入的存儲元件的有機化合物層處于相同的相，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
并且，如圖1H中所示，可通過利用從Sm相(遷移率μ2)到Iso相(遷移率μ1)的相變來實現(xiàn)寫入。對所選擇的存儲元件的第一傳導層32和第二傳導層34施加電壓以饋入電流，并且在處于Sm相的有機化合物層35被加熱到T1或以上以后，將其迅速冷卻以固定在Iso相。結果是，發(fā)生第十一相變，并且有機化合物層35a處于Iso相，并且存儲元件30a的遷移率變?yōu)棣?。換言之，與沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件相比，已對其執(zhí)行寫入的存儲元件的電阻增大而電流值減小。以此方式，通過對這對傳導層施加電壓，并利用存儲元件電阻和電流值的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
參考圖1H來描述讀出操作。對第一傳導層32和第二傳導層34施加寫入電壓V1以下的電壓，以將電流饋入存儲元件。通過以電的手段讀出該存儲元件與其它存儲元件之間電流值的差和電阻的差來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。
在圖1H的擦除操作中，在將已對其執(zhí)行寫入的存儲元件中處于Iso相的有機化合物層35a加熱到T1或以上，并提高有機化合物層的流動特性之后，將其緩慢冷卻到T2或以上且在T1以下以將其固定在Sm相。特別地，停止加熱存儲元件，并冷卻有機化合物層35a，以使有機化合物層35a從Iso相換為Sm相。結果是，發(fā)生第十二相變，并且有機化合物層35處于Sm相，并且存儲元件的遷移率為μ2。換言之，有機化合物層35a與沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件的有機化合物層處于相同的相，并且數(shù)據(jù)可被擦除。
此外，可通過引起不同近晶相SmA到SmH中的相變，并利用遷移率的變化來實現(xiàn)存儲元件的寫入和擦除。
經(jīng)由以上結構，可通過對所選擇的存儲元件的一對傳導層施加電壓，并引起有機化合物層的相變來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除。由此，因為不需要用于寫入和擦除的單獨器件，所以可縮小存儲器件的尺寸，并簡化該存儲器件。
參考圖2A到3C來描述存儲元件的結構。對于第一襯底31和第二襯底33，除了玻璃襯底或柔性襯底之外，還可使用石英襯底、硅襯底、金屬襯底、不銹鋼襯底等等。柔性襯底是可彎曲的(柔性的)的襯底。例如，給出聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜等制成的塑料襯底等。并且，還可使用包含顯示熱塑性的樹脂層(由聚丙烯、聚酯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯等制成)的薄膜。除此以外，可在硅半導體襯底上構成的場效應晶體管(FET)上提供存儲元件30，或是在諸如玻璃等襯底上構成的薄膜晶體管(TFT)上提供存儲元件30。此外，第一襯底31和第二襯底33可具有光傳導特性或光屏蔽特性；因此拓寬了襯底的選擇范圍。
并且，對于第一傳導層32和第二傳導層34，可使用單層或疊層結構的具有高傳導率的金屬、合金、化合物等。通常，給出諸如氧化銦錫(以下稱為ITO)、含硅的氧化銦錫、或含2％到20％氧化鋅(ZnO)的氧化銦等光傳導的氧化導電薄膜。并且，給出鈦(Ti)、金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)或這些金屬材料的氮化物(例如，氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化鉬(MoN))等等。此外，給出諸如鋰(Li)和銫(Cs)等堿金屬，諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)和鍶(Sr)等堿土金屬，和包含任何這些的合金(MgAg、AlLi)；以及諸如銪(Er)和鐿(Yb)等稀土金屬，包含這些的合金等等。
對于有機化合物層35，使用的化合物是行為像半導體并顯示液晶特性的有機化合物(有機半導體)。通常，它是由前述通式(1)到(13)表示的化合物。在其中任何情形中，m和n都是1到5的整數(shù)。此外，R1或R2表示直鏈或支鏈的烷基、烷氧基、或具有由前述通式(14)表示的不飽和鍵的基團。烷基有1到18個碳原子。特別地，給出甲基、乙基、丁基、戊基、己基、辛基、十二烷基、十五烷基、十八烷基等。
注意，R1和R2可以是相同的基團或不同的基團。
并且，由前述通式(1)到(13)所表示的化合物通式中的A1到A3表示前述通式(15)到(24)中的一個或多個。注意，A1到A3可以是相同的基團或是不同的基團。
作為有機化合物層35可使用的優(yōu)選化合物的代表性示例，給出通式(25)到(29)。
有機化合物層35可通過已知的液晶注入方法、液晶滴釋方法來構成。此時有機化合物層的厚度，或者說第一傳導層與第二傳導層之間的距離，是0.5到6μm，優(yōu)選1到2μm。
與圖2A和2B相比，如圖4A中所示的存儲元件30沒有第二襯底上所構成的第二傳導層，而是可具有第一傳導層32、覆蓋第一傳導層32的有機化合物層35、以及覆蓋有機化合物層35的第二傳導層34。并且，在此提供起到保護膜功能的絕緣層38，以覆蓋第二傳導層34。具有該結構的存儲元件不需要多個襯底；因此能夠降低成本。此外，因為無需將第一襯底和第二襯底相互附著就可構成存儲元件，所以可簡化制造過程。
在具有該結構的存儲元件中，可通過蒸發(fā)方法、電子束蒸發(fā)方法等來構成有機化合物層35和第二傳導層34。因此，有機化合物層的厚度是10到300nm，或較佳的是50到200nm。當有機化合物層的厚度薄于上述范圍時，有機化合物層的均勻性降級，并且存儲元件的寫入和擦除特性中很容易發(fā)生波動。
通過蒸發(fā)方法、電子束蒸發(fā)方法等構成的有機化合物層35是上述具有液晶特性的有機半導體。對于顯示液晶特性的化合物，可使用分子量為2000或更低的有機化合物，優(yōu)選分子量為1000或更低的有機化合物。
起到保護膜功能的絕緣層38優(yōu)選用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、DLC(類鉆碳)等構成。
并且，圖4A中所示的存儲元件30中，可在有機化合物層35的反面經(jīng)由第一傳導層32提供具有整流特性的元件(見圖4B)。這一具有整流特性的元件是柵電極和漏電極相連的晶體管，或者是二極管。在此，提供了與第一傳導層32接觸的二極管44，它由第三傳導層41和半導體層42構成。注意，可在有機化合物層35的另一面經(jīng)由第二傳導層34提供該具有整流特性的元件。此外，可在有機化合物層35與第一傳導層32之間提供該具有整流特性的元件。此外，還可在有機化合物層35與第二傳導層34之間提供該具有整流特性的元件。作為二極管的代表性示例，給出P-N結二極管、包括PIN結的二極管、雪崩二極管等。也可使用其它結構的二極管。以此方式，通過提供具有整流特性的元件，可使電流僅朝一個方向流動，這減少了讀出錯誤，并改善了讀出邊際。
當考慮到相鄰存儲元件之間橫向的電場效應時，可在為每個存儲元件提供的每個有機化合物層之間提供分隔(絕緣層)，以分離為每個存儲元件提供的每個有機化合物層。換言之，可以是為每個存儲元件選擇性地提供有機化合物層這樣一種結構。
如圖4C中所示，當提供覆蓋第一傳導層32的有機化合物層35，以避免每個存儲單元之間橫向的電場效應，以及由第一傳導層32中的步驟引起的有機化合物層35的破裂時，可在每個存儲元件的第一傳導層32之間提供分隔(絕緣層)39。注意，在分隔(絕緣層)39的橫截面中，優(yōu)選的是分隔(絕緣層)39的側邊表面相對于第一傳導層32的表面有10°或以上60°以下的梯度角，或更優(yōu)的是25°到45°。此外，優(yōu)選分隔(絕緣層)39的表面是彎曲的。接著，構成有機化合物層35和第二傳導層34以覆蓋第一傳導層32和分隔(絕緣層39)。
如圖4D中所示，在覆蓋第一襯底31的第一傳導層32上不是提供分隔(絕緣層)39，而是改為提供覆蓋第一傳導層32的一部分的夾層絕緣層40a、以及構造在夾層絕緣層上的分隔(絕緣層)40b。在是第一傳導層32朝第一方向延伸，且第二傳導層34朝垂直于第一方向的第二方向延伸這樣一種結構的時候，包括該夾層絕緣層40a和分隔(絕緣層)40b的存儲元件是特別優(yōu)選的。
覆蓋第一傳導層32的一部分的夾層絕緣層40a每存儲元件30就有一個開放部分。并且，在夾層絕緣層上沒有構成開放部分的區(qū)域提供了分隔(絕緣層40b)。此外，分隔(絕緣層)40b朝與第二傳導層34相同的第二方向延伸。此外，在分隔(絕緣層)40b的側壁的橫截面中，分隔(絕緣層)40b相對于夾層絕緣層的表面有95°到135°的梯度角。
分隔(絕緣層)40b是根據(jù)照相平版印刷術方法，通過使用殘余未曝光部分的正類型感光樹脂，并調整曝光量或顯影時間，以使圖案更多的較低部分被蝕刻來構成的。并且，分隔(絕緣層)40b的高度被設為大于有機化合物層35和第二傳導層34的厚度。結果是，通過單獨在第一襯底31的整個表面上蒸發(fā)有機化合物層35和第二傳導層34的過程，有機化合物層35和第二傳導層34被分離成多個電獨立的區(qū)域，并且可構成朝與第一方向交叉的方向延伸的帶狀的有機化合物層35和第二傳導層34。為此原因，可減少步驟數(shù)。注意，有機化合物層35a和傳導層34a是在分隔(絕緣層)40b上構成的；但是，它們與有機化合物層35和第二傳導層34分離。
此實施例的存儲器件能夠通過對所選擇的一對傳導層施加電壓來記錄和擦除數(shù)據(jù)。因此，能夠在除制造期間以外的時候，通過選擇性地加熱任意存儲元件來寫入和擦除數(shù)據(jù)。并且，因為無需提供用于寫入和擦除數(shù)據(jù)的單獨器件，所以可縮小存儲器件的大小，并簡化該存儲器件。此外，通過使用具有柔性特性的襯底來構成存儲元件，可以制造出具有柔性特性的存儲器件。
(實施例模式2)在此實施例模式中，參考附圖來描述本發(fā)明的一種存儲器件中所包括的存儲元件的結構示例。特別地，將描述無源矩陣類型存儲器件的情形。
圖5A示出此實施例模式的存儲器件16的結構示例，它包括其中以矩陣形式提供存儲單元21的存儲單元陣列22；包括列解碼器26a、讀出電路26b和選擇器26c的位線驅動電路26；包括行解碼器24a和電平移動器24b的字線驅動電路24；包括寫入電路25、擦除電路27等與外界交互的電路的接口23。寫入電路25和擦除電路27每一個都是由升壓電路、控制電路等構成的。注意，此處所示的存儲器件16的結構僅僅是一個示例?？商峁┲T如讀出放大器、輸出電路和緩沖器等其它電路，并且在位線驅動電路上可提供寫入電路。
存儲單元21包括連接到位線Bx(1≤x≤m)的第一傳導層、連接到字線Wy(1≤y≤n)的第二傳導層、以及有機化合物層。有機化合物層設在第一傳導層與第二傳導層之間。
圖6A和6B分別示出存儲單元陣列22的上表面結構和橫截面結構。注意，圖6A示出存儲單元陣列22的上表面結構，而圖6B對應于圖6A中的圖沿A和B之間的直線所取的橫截面結構。在圖6A中，省略了有機化合物層35和第二襯底33。
在存儲單元陣列22中，是以矩陣形式來提供存儲單元21的(見圖6A)。存儲單元21包括存儲元件30(見圖6B)。存儲元件30包括在第一襯底31上朝第一方向延伸的第一傳導層32；在第二襯底上朝垂直于第一方向的第二方向延伸的第二傳導層34；以及插入在第一傳導層32與第二傳導層34之間的有機化合物層35。
實施例模式1中所描述的存儲元件30可被恰當?shù)貞糜谠摯鎯υ?0。
接著，將描述將數(shù)據(jù)寫入有機存儲器中的操作(見圖5A到6B)。注意，寫入是通過改變存儲單元的電特性來實現(xiàn)的，并且該存儲單元的初始狀態(tài)(沒有施加電作用的狀態(tài))有數(shù)據(jù)“0”，而電特性已改變的狀態(tài)是“1”。
當執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入時，在將數(shù)據(jù)“1”寫入存儲單元21中的情形中，通過列解碼器26a、選擇器26c、行解碼器24a和電平移動器24b來選擇存儲單元21。特別地，由行解碼器24a和電平移動器24b對連接到存儲單元21的字線W3施加規(guī)定的電壓V2。并且，連接到存儲單元21的位線B3通過列解碼器26a和選擇器26c被連接到寫入電路25。然后，從寫入電路25向位線B3輸出寫入電壓V1。以此方式，在構成存儲單元21的第一傳導層與第二傳導層之間施加了VW＝V1-V2的電壓。當在存儲單元的第一傳導層32與第二傳導層34之間施加了第一電壓時，第一傳導層32與第二傳導層34之間的有機化合物層被焦耳熱加熱。結果是，有機化合物層從第一相換為第二相，并且有機化合物層的遷移率也改變了。由此，通過以電的手段改變存儲元件，數(shù)據(jù)“1”被寫入(見圖5A)。
在使用實施例模式1的第一寫入操作的情形中，與其它存儲元件相比，其有機化合物層的相從具有低遷移率的第一相被換為具有高遷移率的第二相的存儲元件具有小得多的電阻和較大的電流值。以此方式，通過利用施加電壓而導致的存儲元件電阻的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。例如，在沒有對其施加第一電壓的有機化合物層具有數(shù)據(jù)“0”，且當數(shù)據(jù)“1”要被寫入的情形中，對所需存儲元件的一對傳導層施加電壓，以引起有機化合物層的相變，以減小該存儲元件的電阻并增大其電流值。
在使用實施例模式1的第二寫入操作的情形中，與其它存儲元件相比，其有機化合物層的相從具有高遷移率的第一相被換為具有低遷移率的第二相的存儲元件具有較大的電阻和較小的電流。通過應用前述方法，也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)寫入。
注意，未被選擇的字線和未被選擇的位線是受到控制的，從而數(shù)據(jù)“1”不會被寫入到與其連接的存儲單元中。例如，未被選擇的字線和未被選擇的位線可處于浮動狀態(tài)。構成存儲單元的第一傳導層與第二傳導層之間需要有諸如二極管特性等可確保選擇性的特性。
另一方面，通過不對存儲單元21施加電作用，將數(shù)據(jù)“0”寫入到存儲單元21中。在電路操作的意義上，例如，以寫入“1”時類似的方式，通過列解碼器26a、選擇器26c、行解碼器24a和電平移動器24b選擇存儲單元21；但是，從寫入電路26b到位線B3的輸出電勢與所選擇的字線W3或未被選擇的字線的電勢是可比的，并且可在構成存儲單元21的第一傳導層與第二傳導層之間可施加不改變存儲單元21電特性的程度的電壓。
接下來將描述從有機存儲器擦除數(shù)據(jù)的操作。在使用實施例模式1中的第一擦除操作來擦除數(shù)據(jù)的情形中，通過行解碼器24a、列解碼器26a和選擇器26c來選擇單個存儲元件30；然后，使用擦除電路27來擦除存儲單元21中的數(shù)據(jù)。當在存儲單元的第一傳導層32與第二傳導層34之間施加電壓時，第一傳導層32與第二傳導層34之間的有機化合物層被焦耳熱加熱。結果是，有機化合物層發(fā)生從具有高遷移率的第二相到具有低遷移率的第一相的相變，并且有機化合物層的遷移率也改變了。由此，該存儲元件的電阻也被改變了。
注意，在使用實施例模式1中的第一擦除操作來擦除數(shù)據(jù)的情形中，對于其有機化合物層的相已通過寫入從具有低遷移率的第一相被換為具有高遷移率的第二相的存儲元件，通過在有機化合物層一旦被加熱之后緩慢地將其冷卻，就發(fā)生有機化合物層從具有低遷移率的第二相到具有高遷移率的第一相的相變，并且該有機化合物的遷移率發(fā)生改變。通過應用前述方法，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦除。
其有機化合物層的相從第二相換為第一相的存儲元件與寫入之前的存儲元件具有相同的電阻。以此方式，通過施加電壓，經(jīng)由施加電壓，通過利用存儲元件電阻的變化實現(xiàn)了數(shù)據(jù)擦除。
接下來將描述從有機存儲器讀出數(shù)據(jù)的操作。在此，讀出電路26b的結構包括電阻元件46和讀出放大器47。但是，讀出電路26b的結構不限于上述結構，并且讀出電路26b可具有任何種類的結構。
通過在第一傳導層32與第二傳導層34之間施加電壓，并讀出有機化合物層35的電阻來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。例如，如上所述，在通過施加電壓來寫入數(shù)據(jù)的情形中，沒有施加電壓時的電阻值Ra1和施加了電壓且有機化合物的相被改變時的電阻值Rb1滿足Ra1＞Rb1。通過以電的手段讀出電阻值之間的該差來讀出數(shù)據(jù)。
例如，在從存儲單元陣列22中所包括的多個存儲單元21之中，從位于第x列、第y行的存儲單元21讀出數(shù)據(jù)的情形中，首先通過行解碼器24a、列解碼器26a和選擇器26c來選擇第x列的位線Bx和第y行的字線Wy。接著，該存儲單元21中所包括的有機化合物層和電阻元件46變?yōu)榇?lián)。以此方式，當對兩個串聯(lián)的電阻元件的兩端施加電壓時，根據(jù)有機化合物層35的電阻值Ra或Rb，節(jié)點P的電勢變?yōu)殡娮璺謮旱碾妱荨Ｈ缓?，?jié)點P的電勢被供給讀出放大器47，而在讀出放大器47中，判斷其中所包含的是數(shù)據(jù)“0”或“1”中的哪一個。接下來，包含讀出放大器47中所判斷的數(shù)據(jù)“0”或“1”的信號被供給外界，而數(shù)據(jù)可被讀出。
根據(jù)上述方法，以電壓值，通過利用電阻值之差以及電阻分壓，就讀出了有機化合物層35的電阻的狀況。但是，比較電流值的方法也是可以接收的。這是利用了例如滿足Ia1＜Ib1，其中Ia1是沒有對有機化合物層施加電壓時的電流值，而Ib1是對有機化合物層施加了電壓以引起相變時的電流值。
此實施例模式的存儲器件能夠通過對一對傳導層施加電壓來記錄和擦除數(shù)據(jù)。因此能夠在除制造期間以外的時候，通過選擇性地加熱任意存儲元件來寫入和擦除數(shù)據(jù)。并且，因為無需提供用于寫入和擦除數(shù)據(jù)的單獨器件，所以可縮小存儲器件的大小，并簡化該存儲器件。此外，通過使用具有柔性特性的襯底來構成存儲元件，可以制造出具有柔性特性的存儲器件。
(實施例模式3)在此實施例模式中，將描述與上述實施例模式2具有不同結構的存儲器件。特別地，將描述有源矩陣類型存儲器件的情形。
圖7A中示出此實施例模式中所描述的存儲器件的結構示例，它包括其中以矩陣形式提供存儲單元221的存儲單元陣列222；包括列解碼器226a、讀出電路226b和選擇器226c的位線驅動電路226；包括行解碼器224a和電平移動器224b的字線驅動電路224；以及包括寫入電路227、擦除電路228、以及與外界交互的其它電路等的接口223。寫入電路227和擦除電路228每一個都是由升壓電路、控制電路等構成的。注意，此處所示的存儲器件216的結構僅僅是一個示例?？商峁┲T如讀出放大器、輸出電路和緩沖器等其它電路，并且在位線驅動電路上可提供寫入電路。
存儲單元221包括連接到位線Bx(1≤x≤m)的第一導線、連接到字線Wy(1≤y≤n)的第二導線、晶體管240和存儲元件241。存儲元件241具有在一對傳導層之間插入有機化合物層的結構。
接下來，將參考圖8A和8B來描述具有上述結構的存儲單元陣列222的頂視圖和橫截面視圖的示例。注意，圖8A示出存儲單元陣列222的頂視圖的示例，而圖8B示出圖8A中沿A與B之間的直線所取的橫截面視圖。還要注意，在圖8A中，省略了其上所構成的第二襯底和第二傳導層。此外，省略了連接到晶體管240的源線或漏線的第一傳導層的一部分。
在存儲單元陣列222中，以矩陣形式提供了多個存儲單元221。存儲單元221包括在第一襯底230上的起到開關元件功能的晶體管240、以及連接到晶體管240的存儲元件241。存儲元件241構造在覆蓋晶體管240的絕緣層249上，并且由連接到晶體管240的源線或漏線的第一傳導層243；構造在第二襯底242上的第二傳導層245；以及插入在第一傳導層243與第二傳導層245之間的有機化合物層244所構成。并且，為了使在其上構成晶體管和第一傳導層的第一襯底230與第二襯底240之間的距離(單元間距)恒定，可在絕緣層249與第二傳導層245之間提供隔離250。注意，在此，絕緣層105、晶體管240、覆蓋晶體管240的絕緣層249、以及第一傳導層243是元件構造層253(見圖8A和8B)。
對于第一傳導層243和第二傳導層245，可恰當?shù)厥褂脤嵤├Ｊ?中所描述的第一傳導層32和第二傳導層34的材料和構造方法。并且，使用薄膜晶體管作為晶體管240。
參考圖15A到15D來描述晶體管240可使用的薄膜晶體管的一個方面。圖15A示出應用了上柵(top gate)型的薄膜晶體管的示例。在第一襯底230上所提供的絕緣層105上，提供了該薄膜晶體管。對于薄膜晶體管，提供了構造在絕緣層105上的半導體層1302、以及可起到柵絕緣層功能的絕緣層1303。響應于半導體層1302，在絕緣層1303上構造了柵電極1304，并且在其上提供了起到保護層功能的絕緣層1305、以及起到夾層絕緣層作用的絕緣層248。并且構成了分別連接到半導體層的源區(qū)和漏區(qū)的源線和漏線1306。此外，其上還可構造起到保護層功能的絕緣層。
半導體層1302是由具有晶體結構的半導體構成的層，并可使用非單晶半導體或單晶半導體。特別地，優(yōu)選其中應用通過激光照射、加熱處理、或是激光照射和加熱處理相結合來晶化的無定形或微晶半導體的結晶半導體。對于加熱過程，可應用使用諸如鎳等具有促進硅半導體晶化的作用的金屬元素的晶化方法。
在通過激光照射來進行晶化的情形中，可通過連續(xù)波激光照射，或通過用具有10MHz或更高的高重復頻率、以及1納秒或更短的脈沖寬度(優(yōu)選1到100皮秒)的超短脈沖激光的照射來實現(xiàn)晶化；其中將熔融的結晶半導體的熔融區(qū)朝激光的照射方向連續(xù)移動。通過這一晶化方法，可以獲得具有較大粒徑、且晶粒界面朝一個方向延伸的結晶半導體。通過使載流子的漂移方向與晶粒界面延伸的方向一致，就可提高晶體管的電子場效應遷移率。例如，可以實現(xiàn)400cm2/V·sec或更高的遷移率。
在使用前述玻璃襯底可允許的溫度上限(大約600℃)或以下使用前述晶化步驟來進行晶化處理的情形中，可使用大面積的玻璃襯底。由此，每層襯底上可制造大量半導體器件，從而能夠降低成本。
并且，可通過在玻璃襯底可允許的溫度上限或以上進行加熱以執(zhí)行晶化步驟，來構造半導體層1302。通常，通過使用石英襯底作為絕緣層，并在700℃或以上加熱無定形或微晶半導體來構造半導體層1302。由此，可提供具有能進行高速操作的極好特性(諸如相應速度和遷移率等)的薄膜晶體管。
可用金屬或摻雜了賦予一種傳導類型的雜質的多晶半導體來構成柵電極1304。當使用金屬時，可使用鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋁(Al)等。并且，可使用將前述金屬氮化的金屬氮化物?；蛘?，可以是層疊金屬氮化物的第一層和金屬制成的第二層的這樣一種結構。在層疊結構的情形中，可以是第一層的端部比第二層的端部向外突出更多的形式。通過使此處的第一層為金屬氮化物，就可使其成為位壘金屬。換言之，可防止第二層的金屬擴散到絕緣層1303以及其下的半導體層1302。
對于柵電極1304的側邊表面，構成側壁(側壁隔離)1308。每個側壁都可通過構造通過CVD方法在襯底上由二氧化硅構成的絕緣層，然后通過RIE(反應性離子蝕刻)方法執(zhí)行各向異性蝕刻來構成。
對于通過合并半導體層1302、絕緣層1303、柵電極1304等所構成的晶體管，可應用諸如單漏結構、LDD(輕摻雜漏)結構或柵重疊漏結構等各種結構。在此，示出了具有LDD結構的薄膜晶體管，其中在覆蓋側壁的半導體層的一部分中構成了低濃度雜質區(qū)1310。此外，可應用單柵結構、其中將對其同等地施加具有相等電勢的晶體管串接的多柵結構，或是其中兩個柵電極將一個半導體層夾在其上側和下側之間的雙柵結構。
絕緣層248是用諸如二氧化硅或含氧氮化硅等無機絕緣材料，或是諸如丙烯酸樹脂或聚茚樹脂等有機絕緣材料構成的。在用諸如旋轉敷涂或滾動敷涂等敷涂方法來構成絕緣層的情形中，在涂過溶解在有機溶劑中的絕緣薄膜材料之后，對其執(zhí)行熱處理，由此用二氧化硅來構成絕緣層。例如，在通過敷涂方法構成包括硅氧烷鍵的薄膜之后，在200℃到400℃實施熱處理，由此用二氧化硅構成絕緣層。通過使用通過敷涂方法構成的絕緣層、或是如絕緣層248等通過軟熔而變平的絕緣層，就能夠防止構造在該層上的布線破裂。此外，在構造多層布線時，還可有效地利用該絕緣層。
可提供構造在絕緣層248上的源或漏布線1306，以使其與用與柵電極1304相同的層構成的布線相交，并且它具有多層布線結構。多層布線結構可通過在與絕緣層248具有相似功能的多個堆疊的絕緣層上構成導線而獲得的。源或漏布線1306優(yōu)選用如鋁(Al)等低電阻材料和使用諸如鈦(Ti)或鉬(Mo)等具有高熔點的金屬材料的金屬位壘的組合來構成，例如鈦(Ti)和鋁(Al)、鉬(Mo)和鋁(Al)等的層疊結構。
圖15B示出應用下柵(bottom gate)型薄膜晶體管的示例。在第一襯底230上構成絕緣層105，并在其上設置薄膜晶體管。在薄膜晶體管中，提供了柵電極1304、起到柵絕緣層功能的絕緣層1303、半導體層1302、溝道保護層1309、起到保護層功能的絕緣層1305和起到夾層絕緣層功能的絕緣層248。此外，其上還構成了起到保護層功能的絕緣層。源或漏布線1306可形成在絕緣層1305或絕緣層248上。在下柵薄膜晶體管的情形中，不需構造絕緣層105。
并且，當?shù)谝灰r底230是具有柔性特性的襯底時，襯底可允許的溫度上限低于諸如玻璃襯底等硬性襯底。因此，優(yōu)選使用有機半導體來構造薄膜晶體管。
在此，將參考圖15C和15D來描述使用有機半導體的薄膜晶體管的結構。圖15C示出應用交錯有機半導體晶體管的示例。在具有柔性特性的襯底1401上提供了有機半導體晶體管。在該有機半導體晶體管中，提供了柵電極1402、起到柵絕緣薄膜功能的絕緣層1403、與柵電極和起到柵絕緣薄膜功能的絕緣層重疊的半導體層1404、以及連接到半導體層1404的源或漏布線1306。注意，該半導體層部分地被起到柵絕緣薄膜作用的絕緣層1403與源和漏布線1306夾在中間。
柵電極1402可用與柵電極1304類似的材料和方法來構造。并且，可通過使用微滴放電方法干燥和烘烤來構造柵電極1402。此外，可通過印刷方法在具有柔性特性的襯底上印刷包括微粒的糊，來構造柵電極1402。作為微粒的代表性示例，可給出主要包括金；銅；金銀合金；金銅合金；銀銅合金；或金銀銅合金中的任何一種的微粒。此外，微粒可主要包括諸如氧化銦錫(ITO)等導電氧化物的微粒。
起到柵絕緣薄膜功能的絕緣層1403可由與絕緣層1303相似的材料和方法來構造。但是，在用溶解在有機溶劑中的絕緣薄膜材料敷涂之后，通過熱處理來構造絕緣層的情形中，熱處理溫度要低于具有柔性特性的襯底可允許的溫度上限。
作為有機半導體晶體管的半導體層1404所使用的材料，可給出多環(huán)芳香化合物、共軛雙鍵化合物、酞菁、電荷轉移絡合物等。例如，可給出蒽、并四苯、并五苯、6T(六噻吩)、TCNQ(四氰基喹啉二甲烷)、PTCDA(二萘羧酸無水化合物)、NTCDA(萘羧酸無水化合物)等等。此外，作為有機半導體晶體管的半導體層1404所使用的材料，可給出諸如有機高分子化合物；碳納米管；聚乙烯吡啶；酞菁金屬絡合物等π-共軛系統(tǒng)高分子化合物。特別地，優(yōu)選使用其骨架由諸如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚硫乙烯、聚噻吩衍生物、聚(3-烷基噻吩)、聚對亞苯基衍生物或聚對亞苯基乙烯基衍生物等共軛雙鍵組成的π-共軛系統(tǒng)高分子化合物。
作為構造有機半導體晶體管的半導體層的方法，可使用在襯底上構成具有均勻厚度的薄膜的方法。優(yōu)選將該厚度設為1nm到1,000nm，更優(yōu)的是，10nm到100nm。作為特定方法，可使用蒸發(fā)法、敷涂法、旋轉敷涂法、條形敷涂法、溶鑄法、浸漬法、絲網(wǎng)印刷法、滾動敷涂法或微滴放電法等。
圖15D示出應用共面型有機半導體晶體管的示例。在具有柔性特性的襯底1401上提供有機半導體晶體管。在有機半導體晶體管中，提供了柵電極1402、起到柵絕緣薄膜功能的絕緣層1403、源或漏布線1306、以及與柵電極和起到柵絕緣層功能的絕緣層重疊的半導體層1404。并且，源或漏線1306部分地被起到柵絕緣層作用的絕緣層與半導體層夾在中間。
此外，薄膜晶體管和有機半導體晶體管可具有任何種類的結構，只要它們能夠起到開關元件的功能。
并且，可使用單晶襯底或SOI襯底來構造晶體管240，并可在其上提供存儲元件。SOI襯底可使用附著晶片的方法、或者稱為SIMOX的方法來構造，以此方法，通過將氧離子注入硅襯底中來內部地構造絕緣層。因為用單晶半導體構造的此類晶體管具有諸如響應速度或遷移率等極好的特性，所以可提供能夠進行高速操作的晶體管。并且，該晶體管的特性幾乎沒有什么波動；因此，可提供實現(xiàn)高可靠性的半導體設備。
優(yōu)選在通過諸如旋轉敷涂或滾動敷涂等敷涂法用溶解在有機溶劑中的絕緣薄膜材料敷涂之后，通過熱處理來構造絕緣層249。因此，可改善絕緣層249表面的平滑性。并且，無論晶體管的源或漏布線1306的位置在何處，都可自由地定位第一傳導層243。結果是，能夠將存儲元件和晶體管進一步集成。
第一傳導層243和第二傳導層245的材料和構造方法可類似于前述實施例模式1中所描述的任何材料和構造方法。
并且，可使用與前述實施例模式1中所示的那些有機化合物層35類似的材料和構造方法來提供有機化合物層244。
可在第一傳導層243與有機化合物層244之間提供具有整流特性的元件。該具有整流特性的元件是其柵電極與漏電極相互連接的晶體管，或是二極管。注意，可在有機化合物層244與第二傳導層245之間提供該具有整流特性的元件。
對于隔離250，可使用球形的、柱狀的隔離等。盡管在此所揭示的是球形隔離，但是可使用有機樹脂等在絕緣層249或第二傳導層245上構造柱狀隔離。
此外，不使用存儲元件241，而是可改為恰當?shù)厥褂弥T如實施例模式1的圖4A到4D中所示的存儲元件，對于后者，不是將存儲元件的第二傳導層構造在第二襯底上，而是在第一傳導層上層疊有機化合物層和第二傳導層。
并且，在第一襯底230上提供分離層，并在分離層上提供元件構造層253之后，可將元件構造層與分離層分離，并用附著層462將元件構造層253附著到第三襯底461(見圖10)。作為分離的一種方法，可使用以下或類似方法(1)通過提供金屬氧化物層作為在具有高抗熱性的第一襯底與元件構造層253之間的分離層，然后通過晶化來弱化金屬氧化物層，并分離元件構造層253的分離方法；(2)提供包括氫的無定形硅膜，以作為在具有高抗熱性的第一襯底與元件構造層253之間的分離層，然后通過激光照射從無定形硅膜釋放氫氣來分離具有高抗熱性的襯底，或通過提供無定形硅膜作為分離層，并通過蝕刻來移除無定形硅膜來分離元件構造層253的方法；(3)在構成元素構造層253的地方機械地移除具有高抗熱性的第一襯底，或通過使用溶液或諸如NF3、BrF3或ClF3等鹵素氟化物氣體來將第一襯底蝕刻掉的方法；或者(4)提供金屬層和金屬氧化物層作為具有高抗熱性的第一襯底與元件構造層253之間的分離層，然后通過晶化來弱化金屬氧化物層、以及通過使用溶液或諸如NF3、BrF3或ClF3等鹵素氟化物氣體來將金屬層的一部分蝕刻掉，來物理地分離經(jīng)弱化的金屬氧化物層的方法。
對于第三襯底461，通過使用柔性襯底、如實施例模式1中的第一襯底31所示的包括顯示熱塑性等的樹脂層的薄膜等，就能夠將存儲器件的尺寸、厚度和重量減小。
接下來，將描述在存儲器件216中寫入數(shù)據(jù)的操作(見圖7A到8B)。
首先來描述通過施加電壓來寫入數(shù)據(jù)的操作。在此，將描述將數(shù)據(jù)寫入位于第x列、第y行的存儲單元221的情形。在此情形中，通過行解碼器224a、列解碼器226a和選擇器226c來選擇第x列的位線Bx和第y行的字線Wy，以使第x列、第y行的存儲單元221中所包括的晶體管240被開啟。接下來，通過寫入電路，對第x列的位線Bx施加規(guī)定的電壓。對第x列的位線Bx所施加的電壓被連接到所選擇的存儲元件的第一傳導層243，并且在第一傳導層243與第二傳導層245之間發(fā)生電勢差。由此，有機化合物層244被焦耳熱加熱。結果是，有機化合物層發(fā)生相變，并且有機化合物層的遷移率也改變了。由此改變了該存儲元件的電阻。
在使用實施例模式1的第一寫入操作的情形中，與其它存儲元件相比，其有機化合物層的相從具有低遷移率的第一相換為具有高遷移率的第二相的存儲元件具有小得多的電阻和較大的電流值。以此方式，經(jīng)由施加電壓，通過利用存儲元件電阻的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。例如，在沒有對其施加第一電壓的有機化合物層具有數(shù)據(jù)“0”，并且當數(shù)據(jù)“1”要被寫入的情形中，對所需存儲元件的一對傳導層施加電壓，以引起有機化合物層的相變，從而使存儲元件的電阻變小而電流變大。
在使用實施例模式1的第二寫入操作的情形中，與其它存儲元件相比，其有機化合物層的相從具有高遷移率的第一相換為具有低遷移率的第二相的存儲元件具有較大的電阻和較小的電流。通過應用上述方法可實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。
接下來將描述通過施加電壓來擦除數(shù)據(jù)的操作。在使用實施例模式1的第一擦除操作來擦除數(shù)據(jù)的情形中，通過行解碼器224a、列解碼器226a和選擇器226c來選擇第x列的位線Bx和第y行的字線Wy，以使第x列、第y行的存儲單元221中所包括的晶體管240導通。接下來，通過擦除電路，對第x列的位線Bx施加預定電壓。對第x列的位線Bx施加的電壓被連接到所選擇的存儲元件的第一傳導層243，并且在第一傳導層243與第二傳導層245之間發(fā)生電勢差。由此，有機化合物層244被焦耳熱加熱。結果是，有機化合物層244發(fā)生從具有高遷移率的第二相到具有低遷移率的第一相的相變，并且有機化合物層的遷移率也改變了。由此改變了存儲元件的電阻。
注意，在使用實施例模式1的第二擦除操作來擦除數(shù)據(jù)的情形中，經(jīng)由寫入，通過加熱其有機化合物層從具有高遷移率的第一相換為具有低遷移率的第二相的存儲元件然后將其冷卻，有機化合物層即發(fā)生從具有低遷移率的第二相到具有高遷移率的第一相的相變，并且有機化合物層的遷移率也改變了?？赏ㄟ^應用上述方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦除。
其有機化合物層的相已從第二相換為第一相的存儲元件與寫入之前的存儲元件具有相同的電阻。以此方式，經(jīng)由施加電壓，通過利用存儲元件電阻的變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦除。
接下來將描述通過施加電壓來讀出數(shù)據(jù)的操作。在此，讀出電路226b的結構是要包括電阻元件246和讀出放大器247。但是，讀出電路226b的結構并不限于上述結構，讀出電路226b可具有任何種類的結構。
通過在第一傳導層243與第二傳導層245之間施加電壓，并讀出有機化合物層244的相狀況來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。具體地，通過以電的手段讀出有機化合物層244的電阻值來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。例如，在存儲單元陣列222中所包括的多個存儲單元221之中，讀出第x列、第y行的存儲單元221的數(shù)據(jù)的情形中，首先，通過行解碼器224a、列解碼器226a和選擇器226c來選擇第x列的位線Bx和第y行的字線Wy。由此，位于第x列、第y行的存儲單元221中所包括的晶體管240導通。
接下來，存儲單元221中所包括的存儲元件241與電阻元件246處于串聯(lián)狀態(tài)。此時，存儲元件241可被示為單個電阻元件，并且當對以此方式串聯(lián)的兩個電阻元件的兩端施加電壓時，根據(jù)存儲元件241的電阻值Ra或Rb，節(jié)點P的電勢變?yōu)殡娮璺謮旱碾妱荨Ｈ缓?，?jié)點P的電勢被供給讀出放大器247，并且在讀出放大器247中，判斷包含的是數(shù)據(jù)“0”或“1”中的哪一個。接下來，包含讀出放大器247中所判斷的數(shù)據(jù)“0”或“1”的信號被供給外界。
通過給出圖11中的特定示例來描述在使用晶體管作為電阻元件的情形中，通過施加電壓來從存儲元件讀出數(shù)據(jù)的操作。
圖11示出沒有對其執(zhí)行寫入的存儲元件(換言之即具有數(shù)據(jù)“0”的存儲元件)的電流-電壓特性951、已對其執(zhí)行數(shù)據(jù)“1”的寫入的存儲元件的電流-電壓特性952、以及電阻元件246的電流-電壓特性953，并且在此描述使用晶體管作為電阻元件246的情形。
在圖11中，在包括具有數(shù)據(jù)“0”的存儲元件的存儲單元中，存儲元件的電流-電壓特性951與晶體管的電流-電壓特性953的交點954成為操作點，并且此時節(jié)點P的電勢為V2(V)。節(jié)點P的電勢被供給讀出放大器247，并且在讀出放大器247中，存儲在上述存儲單元中的數(shù)據(jù)被判斷為“0”。
另一方面，在包括已對其執(zhí)行數(shù)據(jù)“1”的寫入的存儲元件的存儲單元中，存儲元件的電流-電壓特性952與晶體管的電流-電壓特性953的交點955成為操作點，并且此時節(jié)點P的電勢是V1(V)(V1＜V2)。節(jié)點P的電勢被供給讀出放大器247，并且在讀出放大器247中，存儲在上述存儲單元中的數(shù)據(jù)被判斷為“1”。
以此方式，通過根據(jù)存儲元件241的電阻值來讀出電阻分壓的電勢，就可判斷存儲在該存儲單元中的數(shù)據(jù)。
根據(jù)上述方法，用電壓值，通過利用電阻分壓和存儲元件241的電阻值之差來讀出數(shù)據(jù)。但是，也可用電流值來讀出存儲在存儲元件241中的數(shù)據(jù)。
注意可通過將此實施例模式與上述實施例模式自由結合來實現(xiàn)此實施例模式。
此實施例模式的存儲器件能夠通過對一對傳導層施加電壓來記錄和擦除數(shù)據(jù)。因此，就能夠在除制造器件以外的時候，通過選擇性地加熱任意存儲元件來寫入和擦除數(shù)據(jù)。并且，因為無需提供用于寫入和擦除數(shù)據(jù)的單獨器件，所以可縮小存儲器件的大小，并簡化該存儲器件。此外，通過使用具有柔性特性的襯底來構造存儲元件，可制造出具有柔性特性的存儲器件。
(實施例模式4)在此實施例模式中，將使用附圖來描述包括以上實施例模式中所描述的存儲器件的半導體器件的一個示例。
此實施例模式中所描述的半導體器件的特征在于，無需接觸即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出和寫入。數(shù)據(jù)的傳輸格式大致被分為三種類型，它們是電磁耦合類型，該類型通過將一對線圈相對放置來通過互感來實現(xiàn)通信；電磁感應類型，該類型通過感應場來實現(xiàn)通信；以及電波類型，該類型通過利用電波來實現(xiàn)通信。任何類型都可使用。
將參考圖9A和9B來描述在襯底上設置了天線、并在其上還設置了多個元件和存儲元件的半導體器件的情形的結構示例。
圖9A示出包括被構造成無源矩陣類型的存儲電路的半導體器件。該半導體器件是用元件構造層351(包括構造在第一襯底230上的晶體管451和452、覆蓋這些晶體管的絕緣層249、構造在絕緣層249上并被連接到晶體管452的存儲元件第一傳導層371a到371c、以及起到天線功能的傳導層353)；構造在緊鄰第二襯底242處的第二傳導層363；以及插入在第一傳導層371a到371c與第二傳導層363之間的有機化合物層364。并且，存儲元件用第一傳導層371a到371c、第二傳導層363、以及被第一傳導層371a到371c與第二傳導層363夾在中間的有機化合物層364構成。此外，可在絕緣層249與第二傳導層363之間提供間隔250。
注意，晶體管451構成電源電路、時鐘生成電路、數(shù)據(jù)解調/調制電路、控制電路、或接口電路中的任何電路；而晶體管452控制存儲元件的第一傳導層371a到371c的電勢。
起到天線功能的傳導層353是用與晶體管的源線和漏線相同的層構成的。注意，它并不局限于這一結構，起到天線功能的傳導層353可被構造成晶體管之下或之上的層。在此情形中，作為起到天線作用的傳導層所用的材料，可使用從金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋁(Al)、錳(Mn)、鈦(Ti)等中選擇的一種類型的元素；或是包括多種元素的合金等。并且，作為起到天線功能的傳導層353的構造方法，可使用微滴放電法、諸如蒸發(fā)、噴鍍、CVD法、絲網(wǎng)印刷法、或凹版印刷等各種印刷方法。
存儲元件部分352包括多個存儲元件352a到352c。并且，存儲元件352a包括構造在絕緣層249上的第一傳導層371a、有機化合物層364、以及構造在第二襯底242上的第二傳導層363。此外，存儲元件352b包括構造在絕緣層249上的第一傳導層371b、有機化合物層364、以及構造在第二襯底242上的第二傳導層363。此外，存儲元件352c包括構造在絕緣層249上的第一傳導層371c、有機化合物層364、以及構造在第二襯底242上的第二傳導層363。第一傳導層371a到371c被連接到晶體管452的源線或漏線。
此外，可通過恰當?shù)厥褂门c上述實施例模式中所描述的存儲元件類似的結構、材料和制造方法，來構造存儲元件部分352。
在存儲元件部分352中，如上述實施例模式中所示，可在第一傳導層371a到371c與有機化合物層364之間，或在有機化合物層364與第二傳導層363之間提供具有整流特性的元件。對于該具有整流特性的元件，可使用以上在實施例模式1中所提及的那個元件。
對于元件構造層351中所包括的晶體管451和452，可恰當?shù)厥褂脤嵤├Ｊ?中所描述的晶體管240。
并且，可在第一襯底230上構造分離層和元件構造層351，然后可通過恰當?shù)厥褂脤嵤├Ｊ?中所描述的分離方法來將元件構造層351分離，并使用附著層將其附著到襯底。對于第一襯底，通過使用柔性襯底，如實施例模式1中的第一襯底31所示的包括顯示熱塑性的樹脂的薄膜等，就能將存儲器件的大小、厚度和總量減小。
此外，可提供連接到晶體管的傳感器。作為傳感器，給出通過物理或化學手段檢測溫度、濕度、照度、氣體、重力、壓力、聲音(振動)或加速度等的元件。該傳感器通常由諸如電阻元件、電容耦合元件、電感耦合元件、光電元件、光電轉換元件、熱電動勢元件、晶體管、熱敏電阻或二極管等半導體元件構成。
圖9B示出包括有源矩陣類型存儲電路的半導體器件的示例。注意，對于圖9B，將描述與圖9A不同的部分。
圖9B中所示的半導體器件是用包括構造在第一襯底230上的晶體管451到453、覆蓋這些晶體管的絕緣層249、構造在絕緣層249上的連接到晶體管452的存儲元件356a第一傳導層371a和連接到晶體管453的存儲元件356b第一傳導層371b的元件構造層351、覆蓋晶體管451到453的絕緣層249、以及起到天線功能的傳導層353的元件構造層351；構造在緊鄰第二襯底242處的第二傳導層363；以及插入在第一傳導層371a和371b與第二傳導層363之間的有機化合物層364構成的。存儲元件部分356是以存儲元件356a和存儲元件356b構成的。存儲元件356a是用第一傳導層371a、第二傳導層363、以及插入在第一傳導層371a與第二傳導層363之間的有機化合物層364構成的。存儲元件356b是用第一傳導層371b、第二傳導層363、以及插入在第一傳導層371b與第二傳導層363之間的有機化合物層364構成的。并且，可在絕緣層249與第二傳導層363之間設置隔離250。
注意，第一傳導層371a和第一傳導層371b每一個都被連接到晶體管的源線或漏線。換言之，為每一個存儲元件提供一個晶體管。
此外，可通過恰當?shù)厥褂蒙鲜鰧嵤├Ｊ街兴枋龅慕Y構、材料和制造方法來構造存儲元件356a和356b。并且，在存儲元件356a和356b中，如上所述，可在第一傳導層371a和371b與有機化合物層364之間，或在有機化合物層364與第二傳導層363之間提供具有整流特性的元件。
可在第一襯底230上構造分離層和元件構造層351，然后通過恰當?shù)厥褂脤嵤├Ｊ?中所描述的分離方法來將元件構造層351分離，并使用附著層來將其附著到具有柔性特性的襯底。
注意，可提供連接到晶體管的傳感器。作為傳感器，給出通過物理或化學手段檢測溫度、濕度、照度、氣體、重力、壓力、聲音(振動)或加速度等的元件。該傳感器通常由諸如電阻元件、電容耦合元件、電感耦合元件、光電元件、光電轉換元件、熱電動勢元件、晶體管、熱敏電阻或二極管等半導體元件構成。
注意，可通過將本實施例模式自由地與上述實施例模式結合來實現(xiàn)本實施例模式。
通過本實施例模式，就能夠提供一種更加廉價的半導體器件。此外，通過使用具有柔性特性的襯底來構造存儲元件，就能制造出具有柔性特性的半導體器件。
在此，參考圖12A到12C來描述本發(fā)明的半導體器件的結構。如圖12A中所示，本發(fā)明的半導體器件20具有無需接觸即可通信的功能，并具有電源電路11、時鐘生成電路12、數(shù)據(jù)解調/調制電路13、控制另一電路的控制電路14、接口電路15、存儲器件16、總線17、以及天線18。
并且如圖12B中所示，本發(fā)明的半導體20具有無需接觸即可通信的功能，并且除了電源電路11、時鐘生成電路12、數(shù)據(jù)解調/調制電路13、控制另一電路的控制電路14、接口電路15、存儲器件16、總線17、以及天線18以外，還可具有中央處理單元1。
此外，如圖12C中所示，本發(fā)明的半導體20具有無需接觸即可通信的功能，并且除了電源電路11、時鐘生成電路12、數(shù)據(jù)解調/調制電路13、控制另一電路的控制電路14、接口電路15、存儲器件16、總線17、天線18、以及中央處理單元1以外，還可具有包括檢測元件3和檢測控制電路4的檢測部分2。
本實施例模式的半導體器件，除了電源電路11、時鐘生成電路12、數(shù)據(jù)解調/調制電路13、控制另一電路的控制電路14、接口電路15、存儲器件16、總線17、天線18、以及中央處理單元1以外，經(jīng)由元件構造層中的晶體管，通過構造包括檢測元件3和檢測控制電路4的檢測部分2，就能夠構造大小被縮小、并具有傳感功能的能夠發(fā)送/接收電波的半導體器件。
電源電路11是基于從天線18輸入的交變信號來生成電能的電路，該電能被分配給半導體器件20內的每個電路。時鐘生成電路12是基于從天線18輸入的交變信號來生成各種時鐘信號的電路，這些時鐘信號被分配給半導體器件20內的每個電路。數(shù)據(jù)解調/調制電路13具有將發(fā)往/自讀出器/寫入器19的數(shù)據(jù)解調/調制的功能?？刂齐娐?4具有控制存儲器件16的功能。天線18具有實現(xiàn)電磁波發(fā)射/接收的功能。讀出器/寫入器19控制與半導體器件的通信以及與其數(shù)據(jù)相關的處理。注意，半導體器件并不限于上述結構，而是例如，可以是添加諸如電源電壓限幅電路或僅用于處理編碼的硬件等其它組件的結構。
存儲器件16具有從實施例模式1到3中所描述的各存儲元件中選擇的一個或多個存儲元件。因為包括有機化合物層的存儲元件可通過為存儲器件16提供包括有機化合物層的存儲元件來同時實現(xiàn)大小和厚度的減小以及容量的提高，所以能夠實現(xiàn)半導體器件大小和重量的減小。
檢測部分2可通過物理或化學手段來檢測溫度、壓力、流速、光、磁、聲音(振動)、加速度、濕度、照度、氣體成分、流體成分及其它特性。并且，檢測部分2包括檢測物理量或化學量的檢測元件3、以及將檢測元件3所檢測到的物理量或化學量轉換為諸如電信號等適當信號的檢測控制電路4。檢測元件3可由諸如電阻元件、電容耦合元件、電感耦合元件、光電元件、光電轉換元件、熱電動勢元件、晶體管、熱敏電阻、二極管、靜電電容元件、或壓電元件等元件來構造。注意，可提供多個檢測部分2，并且在這種情形中，可同時檢測多個物理量或化學量。
此外，此處所述的物理量是指溫度、壓力、流速、光、磁、聲音(振動)、加速度、濕度、照度等，而化學量是指諸如氣體成分和如離子的液體成分等化學物質等。作為化學量，還包括諸如血液、汗液、尿液等中所包括的特定生物材料等其它有機化合物(例如，血糖度等)。特別地，因為在要檢測化學量的情形中，很自然地要選擇性地檢測特定物質，所以在檢測元件3中預先提供選擇性地與該物質起反應的物質。例如，在檢測生物材料的情形中，優(yōu)選通過將酶、抗體分子、微生物細胞等選擇性地與要由檢測元件3檢測的生物物質起反應的物質固定在高分子化合物等之上來提供這些物質。
通過本發(fā)明，可構造起到無線芯片功能的半導體器件9210。無線芯片的應用是很廣泛的。例如，可通過在諸如紙幣、硬幣、證券、持票人債券、證書(諸如駕駛證或居留證等；見圖13A)、記錄介質(諸如DVD軟件或錄像帶等；見圖13B)、包裝盒(包裝紙或瓶等；見圖13C)、交通工具(諸如自行車等；見圖13D)、個人所有物(諸如鞋子或眼鏡等)、食物、植物、衣物、生活用品、諸如電器等商品、以及行李的行李標簽(見圖13E和13F)等上提供半導體器件9210來使用它。還可在動物或人體上提供半導體器件9210。電器是指液晶顯示裝置、EL顯示裝置、電視裝置(也簡稱為TV、TV接收機或電視接收機)、蜂窩電話等等。
通過將本發(fā)明的半導體器件9210裝設在印刷電路板上，將其附著在項目表面，或通過將其嵌入在項目中來將其固定在該項目上。例如，通過將半導體器件9210嵌入在紙中來將其固定在書上，或通過將其嵌入在有機樹脂中來將其固定在由有機樹脂制成的包裝盒上。因為本發(fā)明的半導體器件9210實現(xiàn)了尺寸緊湊、薄和重量輕，所以它在被固定在項目上之后不會有損該項目的設計。并且，通過在紙幣、硬幣、證券、持票人債券、證書等上提供半導體器件9210，就可提供認證功能，并且通過利用此認證功能，就可避免偽造。此外，通過在包裝盒、記錄介質、個人所有物、食物、衣物、生活用品、電器等上提供本發(fā)明的半導體器件，就可實現(xiàn)檢查系統(tǒng)等的效率的提高。
參考附圖來說明裝設了本發(fā)明的半導體器件9210的電器的一種模式。此處的示例示出具有外殼2700和2706；面板2701；罩殼2702；印刷線路板2703；操作按鈕2704；以及電池2705的蜂窩電話(見圖14)。面板被可脫卸地裝在罩殼2702中，而罩殼2702被裝配到印刷線路板2703。取決于裝入面板2701的電器，罩殼2702的形狀和大小可適當改變。在印刷線路板2703上，裝設了多個封裝的半導體器件，并且作為其中之一，可使用本發(fā)明的半導體器件9210。被設置在印刷線路板2703上的本發(fā)明的半導體器件具有控制器、中央處理單元(CPU)、存儲器、電源電路、音頻處理電路、發(fā)送/接收電路等多種功能。
面板2701經(jīng)由連接薄膜2708被連接到印刷線路板2703。上述面板2701、罩殼2702和印刷線路板2703與操作按鈕2704和電池2705一起被裝在外殼2700和2706內部。將面板2701中所包括的像素區(qū)2709定位成使其從為外殼2700提供的開放窗口可視。
注意，對于外殼2700和2706，示出蜂窩電話的外形；但是，根據(jù)此實施例的電器根據(jù)其功能或用途可變換為各種模式。
如上所述，本發(fā)明的半導體器件的特征在于尺寸緊湊、薄且重量輕。通過這些特征，可有效地利用電器的外殼2700和2706內部的有限空間。此外，還可縮小電器的尺寸。

在此實施例中，在圖16中描述當通過對本發(fā)明的存儲元件施加電壓來寫入數(shù)據(jù)時的電壓-電流特性。
此實施例中所制造的樣本包括一種存儲元件，它是通過在襯底上構造絕緣層，在絕緣層上構造第一傳導層，在第一傳導層上構造有機化合物層，并在有機化合物層上構造第二傳導層來構造的。
在此實施例中，襯底是使用玻璃襯底；第一傳導層是使用通過噴鍍法構造的厚度為100nm的鈦層；有機化合物層是使用通過蒸發(fā)法構造的厚度為100nm的4-氰基-4’-n-正辛氧基聯(lián)苯；而第二傳導層是使用通過蒸發(fā)法構造的厚度為200nm的鋁層。并且，該存儲元件的第一傳導層和第二傳導層的重疊的頂面形狀是正方形的，并且單邊的長度為10μm。此時作為寫入方法，執(zhí)行電壓從0V每0.01V地升壓，并在每個電壓測量樣本電流值的掃描測量。此外，每個電壓的施加時間是100毫秒。
圖16中示出此實施例中所使用的樣本的寫入特性。橫軸是寫入電壓，而縱軸表示寫入電流值。點線90所圍的圖示出在寫入之前，所施加的電壓與所對應的存儲元件電流值，而點線91所圍的圖示出在寫入之后，所施加的電壓與所對應的存儲元件電流值。顯然，在大約1.5V處能夠進行寫入。換言之，因為能用低電壓來進行寫入，所以包括此實施例中所描述的存儲元件的半導體器件可降低功耗。并且，因為能用低電壓來進行寫入，所以在諸如RFID標簽等能夠無線地發(fā)送/接收信息的半導體器件中，即使是用基于從天線輸入的交變信號而生成的電能也能夠進行數(shù)據(jù)寫入、擦除和重寫。
在此實施例中，在圖17中描述通過對本發(fā)明的存儲元件施加電壓而寫入數(shù)據(jù)時的電壓-電流特性。
此實施例中所制造的樣本包括一種存儲元件，它通過在襯底上構造絕緣層，在絕緣層上構造第一傳導層，在第一傳導層上構造有機化合物層，并在有機化合物層上構造第二傳導層來構造。
在此實施例中，襯底是使用玻璃襯底；第一傳導層是使用通過噴鍍法構造的厚度為100nm的鈦層；有機化合物層是使用通過蒸發(fā)法構造的厚度為100nm的苯甲酸4-氰基-4’-n-正辛氧基苯酯；而第二傳導層是使用通過蒸發(fā)法構造的厚度為200nm的鋁層。并且，該存儲元件的第一傳導層和第二傳導層的重疊的頂面形狀是正方形的，并且單邊的長度為10μm。此時作為寫入方法，執(zhí)行電壓從0V每0.01V地升壓，并在每個電壓測量樣本電流值的掃描測量。此外，每個電壓的施加時間是100毫秒。
圖17中示出此實施例中所使用的樣本的寫入特性。橫軸是寫入電壓，而縱軸表示寫入電流值。點線92所圍的圖示出在寫入之前，所施加的電壓與所對應的存儲元件電流值，而點線93所圍的圖示出在寫入之后，所施加的電壓與所對應的存儲元件的電流值。顯然，在大約2V處能夠進行寫入。換言之，因為能用低電壓來進行寫入，所以包括此實施例中所描述的存儲元件的半導體器件可降低功耗。并且，因為能用低電壓來進行寫入，所以在例如無線芯片等能夠無線地發(fā)送/接收信息的半導體器件中，即使是用基于從天線輸入的交變信號而生成的電能也能夠進行數(shù)據(jù)寫入、擦除和重寫。
本申請是基于2005年4月28日提交的日本專利申請第2005-132816號，其全部內容通過引用而被包含與此。
權利要求
1.一種存儲器件，包括存儲元件，其中，所述存儲元件包括一對傳導層和插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，其中，所述有機化合物具有液晶特性，以及其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加電壓并加熱所述有機化合物，以引起所述有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄的。
2.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，并且其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
3.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，在加熱所述有機化合物以處于所述第一相，然后迅速冷卻所述有機化合物之后，對所述一對傳導層施加電壓。
4.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是近晶相。
5.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是結晶相。
6.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是結晶相。
7.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是近晶相。
8.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是各向同性相。
9.如權利要求1所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是各向同性相。
10.一種具有如權利要求1所述的存儲器件的半導體器件。
11.如權利要求10所述的半導體器件，其特征在于，還包括起到天線功能的傳導層、連接到所述一對傳導層中的至少一個的第一晶體管、以及連接到所述起到天線功能的傳導層的第二晶體管。
12.一種存儲器件，包括存儲單元陣列，其中所述存儲元件以矩陣形式排列；以及寫入電路，其中，每個所述存儲元件都具有一對傳導層和插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，其中，所述有機化合物具有液晶特性，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第一電壓并加熱所述有機化合物，以引起所述有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄的，以及其中，所述第一電壓是由所述寫入電路施加的。
13.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，還包括擦除電路，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第二電壓并加熱所述有機化合物，以引起所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除的，以及其中，所述第二電壓是由所述擦除電路施加的。
14.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，還包括擦除電路，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第二電壓并加熱所述有機化合物，然后停止加熱并且冷卻所述有機化合物，以引起所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除的，以及其中，所述第二電壓是由所述擦除電路施加的。
15.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，以及其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
16.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，在加熱所述有機化合物以處于所述第一相，然后迅速冷卻所述有機化合物之后，對所述一對傳導層施加電壓。
17.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是近晶相。
18.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是結晶相。
19.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是結晶相。
20.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是近晶相。
21.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是各向同性相。
22.如權利要求12所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是各向同性相。
23.一種具有如權利要求12所述的存儲器件的半導體器件。
24.如權利要求23所述的半導體器件，其特征在于，還包括起到天線功能的傳導層、連接到所述一對傳導層中的至少一個的第一晶體管、以及連接到所述起到天線功能的傳導層的第二晶體管。
25.一種存儲器件，包括存儲單元陣列，其中，所述存儲單元以矩陣形式排列；以及寫入電路，其中，每個所述存儲單元都具有晶體管和存儲元件，其中，所述存儲元件具有一對傳導層、以及插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，其中，所述有機化合物具有液晶特性，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第一電壓并加熱所述有機化合物，以引起所述有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄的，以及其中，所述第一電壓是由所述寫入電路施加的。
26.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，還包括擦除電路，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第二電壓并加熱所述有機化合物，以引起所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除的，以及其中，所述第二電壓是由所述擦除電路施加的。
27.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，還包括擦除電路，其中，數(shù)據(jù)是通過對所述一對傳導層施加第二電壓并加熱所述有機化合物，然后停止加熱并且冷卻所述有機化合物，以引起所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除的，以及其中，所述第二電壓是由所述擦除電路施加的。
28.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，以及其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
29.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，在加熱所述有機化合物以處于所述第一相，然后迅速冷卻所述有機化合物之后，對所述一對傳導層施加所述第一電壓。
30.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是近晶相。
31.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是結晶相。
32.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是結晶相。
33.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是近晶相。
34.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是各向同性相。
35.如權利要求25所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是各向同性相。
36.一種具有如權利要求25所述的存儲器件的半導體器件。
37.如權利要求36所述的半導體器件，其特征在于，還包括起到天線功能的傳導層、連接到所述一對傳導層中的至少一個的第一晶體管、以及連接到所述起到天線功能的傳導層的第二晶體管。
38.一種驅動包括存儲元件的存儲器件的方法，所述存儲元件包括一對傳導層以及插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，所述方法包括對所述一對傳導層施加電壓，以加熱所述有機化合物；以及經(jīng)由通過施加電壓而引起的所述有機化合物從第一相到第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)，其中，所述有機化合物具有液晶特性。
39.如權利要求38所述的方法，其特征在于，其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，以及其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
40.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是近晶相。
41.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是結晶相。
42.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是結晶相。
43.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是近晶相。
44.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是各向同性相。
45.如權利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是各向同性相。
46.一種驅動包括存儲元件的存儲器件的方法，所述存儲元件包括一對傳導層以及插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，所述方法包括對所述一對傳導層施加第一電壓，以將所述有機化合物加熱到處于第一相；冷卻所述有機化合物，以使所述有機化合物固定在所述第一相；對所述一對傳導層施加第二電壓，以將所述有機化合物加熱到處于第二相；通過所述有機化合物從所述第一相到所述第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)；對所述一對傳導層施加第三電壓，并加熱所述有機化合物以處于所述第一相；以及通過所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除所述數(shù)據(jù)，其中，所述有機化合物具有液晶特性。
47.如權利要求46所述的方法，其特征在于，其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，以及其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
48.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是近晶相。
49.如權利要求46所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是各向同性相，且所述第二相是結晶相。
50.如權利要求46所述的存儲器件，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是結晶相。
51.一種驅動包括存儲元件的存儲器件的方法，所述存儲元件包括一對傳導層以及插入在所述一對傳導層之間的有機化合物，所述方法包括對所述一對傳導層施加第一電壓，以將處于第一相的所述有機化合物加熱到處于第二相；冷卻所述有機化合物，以使所述有機化合物固定在所述第二相；通過所述有機化合物從所述第一相到所述第二相的相變來記錄數(shù)據(jù)；對所述一對傳導層施加第二電壓以加熱所述有機化合物，來提高所述有機化合物的流動特性；停止加熱并且冷卻所述有機化合物以使其固定在所述第一相；以及通過所述有機化合物從所述第二相到所述第一相的相變來擦除數(shù)據(jù)，其中，所述有機化合物具有液晶特性。
52.如權利要求51所述的方法，其特征在于，其中，所述有機化合物在第一溫度范圍內處于各向同性相，在第二溫度范圍內處于近晶相，而在第三溫度范圍內處于結晶相，其中，所述第一溫度范圍高于所述第二溫度范圍，以及其中，所述第二溫度范圍高于所述第三溫度范圍。
53.如權利要求51所述的方法，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是近晶相。
54.如權利要求51所述的方法，其特征在于，所述第一相是結晶相，且所述第二相是各向同性相。
55.如權利要求51所述的方法，其特征在于，所述第一相是近晶相，且所述第二相是各向同性相。
全文摘要
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠在除制造期間以外的時候寫入和擦除數(shù)據(jù)的非易失性存儲器件、以及具有該存儲器件的半導體器件。并且，本發(fā)明的一個目的是提供一種尺寸緊湊且廉價的非易失性存儲器件、以及具有該存儲器件的半導體器件。本發(fā)明的存儲器件具有一對傳導層、以及插入在這對傳導層之間的具有液晶特性的有機化合物。通過對這對傳導層施加第一電壓并加熱該有機化合物，以引起該有機化合物從第一相到第二相的相變來在該存儲器件中記錄數(shù)據(jù)。
文檔編號G11C11/56GK1866570SQ20061007990
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權日2005年4月28日
發(fā)明者大澤信晴 申請人:株式會社半導體能源研究所