半导体器件和其驱动方法技术

本发明专利技术提供了包括具有简单结构的存储器的半导体器件、便宜的半导体器件、其制备方法和驱动方法。一个特征在于，在具有包括有机化合物作为电介质的层的存储器中，通过施加电压到一对电极上，在所述电极对之间产生了由于体积突变（比如气泡形成）导致的状态变化。通过基于此状态变化的作用力，促进了在电极对之间的短路。具体而言，在所述存储元件中提供气泡形成区以在所述第一导电层和第二导电层之间形成气泡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可以储存数据或者发射和接收数据的半导体器件，和制备所述半导体器件的方法。请注意在本说明书中的术语“半导体器件”是指可以采用半导体特征行使功能的一般器件，而且认为电-光器件、半导体线路和电子器件是半导体器件。
技术介绍
近年来，在通过电磁波或者无线电波无接触发射和接收数据的半导体器件上的研究非常活跃。这种半导体器件被称作RF(射频)标签、无线标签、电子标签、转发器等。目前实际使用的大多数半导体器件都有电路，而每一所述电路都采用半导体衬底(也称作IC(集成电路)芯片)和天线。所述IC芯片和存储器或者控制电路结合。
技术实现思路
可以无接触发射和接收数据的半导体器件已经被用于作为火车票或一些货币卡的卡片中，而且为了拓宽这种半导体器件的应用范围，极其需要提供便宜的半导体器件。基于这种需要，本专利技术的目标是提供具有简单结构存储器的半导体器件、便宜的半导体器件及其制备方法。根据本专利技术的教导，存储器采用包括有机化合物作为电介质的层，并且通过在一对电极上施加电压，在该电极对之间产生了由体积突变(比如生成气泡)导致的状态变化。本专利技术的一个特征是通过采用基于所述状态变化的作用力促进电极对之间的短路。本说明书中公开的本专利技术的结构是半导体器件，包括多条沿第一方向延伸的位线；多条沿和所述第一方向垂直的第二方向延伸的字线；和存储元件，其中所述存储元件具有形成位线的第一导电层、包括有机化合物的层、形成字线的第二导电层的叠层结构，而且其中所述存储元件包括气泡形成区，气泡在所述第一导电层和第二导电层之间形成。请注意，气泡形成区可以是各自构成所述存储元件的一部分的第一导电薄膜、包括有机化合物的层、或者第二导电层的一部分。例如，可以采用容易由热生成气泡的导电材料作为包括在有机存储器中的所述第一导电层的材料。另外，所述第一导电层可以掺杂有惰性元素，比如氮或氩。在通过溅射方法形成所述第一导电层中，所述第一导电层可以在包括惰性元素比如氩或氮的气氛中形成，使其包括所述惰性元素。当包括有机化合物的层的一部分用作气泡形成区时，那种容易由通过在电极对上施加电压而产生的焦耳热等产生气泡的材料可以用作有机存储器的电介质。例如，可以采用通过溶解而施予电子以产生气体的有机材料，通常是羧酸盐(苯甲酸铵、四丁基乙酸铵等)。在通过涂覆方法形成包括有机化合物的层的情况下，由于在涂覆步骤中溶剂容易挥发，所以很容易由于在电极对上施加电压而生成的焦耳热等生成气泡。另外，当所述包括有机化合物的层在熔融过程中的流动性增加时，容易生成气泡。因此，所述包括有机化合物的层优选采用低玻璃转变温度的材料，使得所述包括有机化合物的层容易在施加电压的过程中熔融。本专利技术的另一种结构是半导体器件，其包括多条沿着第一方向延伸的位线；沿着和所述第一方向垂直的第二方向延伸的字线；和存储元件，其中所述存储元件具有形成所述位线的第一导电层、包括有机化合物的层、和形成所述字线的第二导电层的叠层结构，而且其中所述包括有机化合物的层包括玻璃转变温度为50℃-200℃，优选50℃-100℃的有机化合物。在其中所述有机化合物的玻璃转变温度小于50℃的情况下，有机存储器的初始特性容易变得不稳定，而且会担心它受到外部形成的热量(来自集成电路、IC、面板或在所述存储器周围提供的电池)的影响。相反，在所述有机化合物的玻璃转变温度高于200℃的情况下，由于除非施加了高电压值的电压或者施加了长时间的电压，否则所述包括有机化合物的层难以熔融，流动性差，因此难以生成气泡。在通过蒸镀方法形成包括有机化合物的层的过程中，所述包括有机化合物的层可以在包括惰性元素比如氮或氩的气氛中形成，使得所述包括有机化合物的层包括所述惰性元素比如氮或氩。具体而言，由于通过蒸镀方法形成的所述包括有机化合物的层具有低的玻璃转变温度，200℃或以下，所以在100℃-300℃的加热温度下它可以变成液体或气体。另外，可以采用容易由热量产生气泡的导电材料作为所述有机存储器的第二导电层的材料。在通过蒸镀方法形成第二导电层的过程中，所述第二导电层可以在包括惰性元素比如氮或氩的气氛中形成，使其包含所述惰性元素。在每一上述结构中，半导体器件具有一个特征，即，当在第一导电层和第二导电层之间施加电压以从所述气泡形成区形成气泡时，并且由所述气泡形成导致的压力，所述第一导电层和第二导电层发生短路，从而在存储器器件中写入日期。由于基于生成的气泡的压力，部分导致了在所述第一导电层和第二导电层之间的间距发生变化，电压集中在间距比其它部分窄的部分，从而很容易产生短路。当通过施加电压产生气泡时，电压难以施加到气泡富集区，这就是促进短路的原因。在上述每一结构中，半导体器件具有一个特征，即，由在第一导电层和第二导电层之间生成的热从所述气泡形成区生成气泡，并且由基于形成的气泡的压力，在所述第一导电层和第二导电层之间的间距变化部分导致促进在所述存储元件中写入日期。由于施加电压等过程中的体积收缩，形成了微气泡(1μm-10μm)。在所述包括有机化合物的层上方和下方的金属布线可以穿过气泡发生短路。另外，气泡可以在施加电压之前形成，在所述包括有机化合物的层上方和下方的金属布线可以穿过气泡发生短路。本专利技术的另一结构是半导体器件，它包括至少多条沿着第一方向延伸的位线；多条沿着和所述第一方向垂直的第二方向延伸的字线；和存储元件，其中所述存储元件具有形成所述位线的第一导电层、包括有机化合物的层、和形成所述位线的第二导电层的叠层结构，和其中所述存储元件在所述第一导电层和第二导电层之间具有气泡。当在施加电压之前形成气泡时，通过所述第一导电层和第二导电层之间生成的热产生了更多气泡，并且由基于生成的气泡的压力，在第一导电层和第二导电层之间的间距部分改变以促进在存储元件中写入数据。在上述结构中，气泡和所述第一导电层的一部分以及所述第二导电层的一部分相重叠，而且第一导电层的所述部分和第二导电层的所述部分的间距比其它部分的大。本专利技术的一个特征是半导体器件的驱动方法，包括以下步骤在存储器器件上施加电压，所述存储器器件中有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层；在所述第一导电层和第二导电层之间形成气泡；和通过基于生成的气泡的压力，在所述第一导电层和第二导电层之间短路，以在所述存储元件中写入数据。本专利技术的一个特征是半导体器件的驱动方法，包括以下步骤在存储器器件上施加电压以在所述存储元件中产生热，所述存储器器件中有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层；通过在所述存储元件中产生的热，在所述第一导电层和第二导电层之间形成气泡；和通过基于生成的气泡的压力，部分改变所述第一导电层和第二导电层之间的间距，以在所述存储元件中写入数据。在上述每一特征中，所述包括有机化合物的层包括玻璃转变温度为50℃-200℃的有机化合物。根据本专利技术的教导，可以提供包括具有简单结构的存储器的半导体器件以及可以提供便宜的半导体器件。而且，根据本专利技术可以在较低功耗下在存储单元(memory cell)中写入数据。附图说明在附图中图1A和1B给出了存储元件在施加电压前后的模式的横截面图；图2A-2C给出了如何形成气泡的横截面图；图3是其中形成了气泡的部分的TEM照片；图4A和4B分别是无源矩阵型存储器器件和读电路的图；图5A和5B是有本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体器件，包括：多个存储元件，其中所述存储元件的每一个都具有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层的叠层结构，和其中所述存储元件的每一个都具有气泡形成区。

【技术特征摘要】
JP 2005-3-31 2005-1035591.半导体器件，包括多个存储元件，其中所述存储元件的每一个都具有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层的叠层结构，和其中所述存储元件的每一个都具有气泡形成区。2.权利要求1的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层上施加电压，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间短路，以在所述存储元件中写入数据。3.权利要求1的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层之间产生的热，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间的间距部分改变，以在所述存储元件中写入数据。4.权利要求1的半导体器件，其中所述包括有机化合物的层包括玻璃转变温度为50℃-200℃的有机化合物。5.权利要求1的半导体器件，还包括多条沿着第一方向延伸的位线和多条沿着和所述第一方向垂直的第二方向延伸的字线，其中所述第一导电层电连接到所述位线上，而且所述第二导电层电连接到所述字线上。6.半导体器件，包括多个存储元件，其中所述存储元件每个都具有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层的叠层结构，和其中所述存储元件每个都具有气泡形成区，而且所述气泡形成区包括所示第一导电层的一部分。7.权利要求6的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层上施加电压，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间短路，以在所述存储元件中写入数据。8.权利要求6的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层之间产生的热，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间的间距部分改变，以在所述存储元件中写入数据。9.权利要求6的半导体器件，其中所述包括有机化合物的层包括玻璃转变温度为50℃-200℃的有机化合物。10.权利要求6的半导体器件，还包括多条沿着第一方向延伸的位线和多条沿着和所述第一方向垂直的第二方向延伸的字线，其中所述第一导电层电连接到所述位线上，而且所述第二导电层电连接到所述字线上。11.半导体器件，包括多个存储元件，其中所述存储元件每个都具有第一导电层、包括有机化合物的层、和第二导电层的叠层结构，和其中所述存储元件每个都具有气泡形成区，而且所述气泡形成区包括所述包括有机化合物的层的一部分。12.权利要求11的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层上施加电压，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间短路，以在所述存储元件中写入数据。13.权利要求11的半导体器件，其中通过在所述第一导电层和第二导电层之间产生的热，从所述气泡形成区在所述第一导电层和第二导电层之间形成了气泡，而且通过由所述形成的气泡导致的压力使得在所述第一导电层和第二导电层之间的间距部分改变，以在所述存储元件中写入数据。14.权利要求11的半导体器件，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤川干央，浅见良信，野村亮二，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]