CN100557813C - 半导体器件及其驱动方法 - Google Patents

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CN100557813C CNB2005800356119A CN200580035611A CN100557813C CN 100557813 C CN100557813 C CN 100557813C CN B2005800356119 A CNB2005800356119 A CN B2005800356119A CN 200580035611 A CN200580035611 A CN 200580035611A CN 100557813 C CN100557813 C CN 100557813C
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Abstract

本发明提供了一种半导体器件，其包括：存储器，该存储器具有包括多个存储单元的存储单元阵列；控制该存储器的控制电路；和天线，其中存储单元阵列具有多个沿着第一方向延伸的位线和多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线，该多个存储单元中的每一个具有设置在位线和字线之间的有机化合物层。通过向该有机化合物层施加光学作用或电学作用来写入数据。

Description

半导体器件及其驱动方法
技术领域
本发明涉及半导体器件以及驱动该半导体器件的方法。
背景技术
近年来个体识别技术吸引了很多注意力。例如，有一种技术用于制造和管理，其中通过向单个对象给于ID(个体识别号)来表明诸如对象历史的信息。首先，利用电磁场或无线电波在不接触的情况下发送和接收数据的半导体器件的发展取得了进步。具体地说，作为这种半导体器件，无线芯片(也称为“ID标签”、“IC标签”和“IC芯片”、“RF(射频)标签”、“无线标签”、“电子标签”或“RFID(射频标识)”)正开始被引入公司、市场等等。
很多已经投入实用的半导体器件具有采用半导体衬底的电路(也称为“IC(集成电路)芯片”)和天线，该IC芯片包括存储器和控制电路。
此外，根据设置在IC芯片中的存储器结构，诸如写入信息或读取信息的方式分为各种方法。例如在采用掩模ROM作为存储电路的情况下，除了在制造芯片时之外不能执行数据写入。在这种情况下，除了在制造芯片时之外不能执行数据写入，因此该芯片不是用户界面友好的。由此，需要可以在制造芯片时之外写入数据的ID芯片。
另一方面，在采用EEPROM等作为存储电路的情况下，虽然用户可以自由地重新写入内容，但是也允许用户以外的其它人重写信息从而可能进行篡改(例如非专利文献1)。因此，目前没有足够地实现安全措施，由此需要能够防止通过重写等进行篡改的措施。
此外，也需要一种元件，并主动开展了积极的研究和开发。
(非专利文献1)
http://japan.cnet.com/news/sec/story/0，2000050480，20070122，00.htm
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体器件，其中可以在除了制造半导体器件时之外写入数据并防止通过重写进行篡改。此外，本发明的目的是提供容易形成并包括存储元件的低价半导体器件以及驱动该半导体器件的方法。
为了达到该目的，本发明提供以下特征。
根据本发明的一种半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、包括多个设置在位线和字线的交叉部位的存储单元的存储单元阵列、和设置在存储单元中的有机存储元件，其中有机存储元件具有由位线、有机化合物层和字线构成的叠层结构。
此外，根据本发明的另一种半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、包括多个设置在位线和字线的交叉部位的存储单元的存储单元阵列、设置在存储单元中的有机存储元件、和天线，其中有机存储元件具有由位线、有机化合物层和字线构成的叠层结构。
此外，在根据本发明的各半导体器件中，位线和字线中的至少一个具有透光特性。
此外，根据本发明的另一种半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、和包括多个被位线和字线围绕的存储单元的存储单元阵列，其中该存储单元包括晶体管和与该晶体管电连接的有机存储元件，其中有机存储元件具有设置在一对导电层之间的有机化合物层。
此外，根据本发明的另一种半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、包括多个被位线和字线围绕的存储单元的存储单元阵列、和天线，其中该存储单元包括晶体管和与该晶体管电连接的有机存储元件，其中有机存储元件具有设置在一对导电层之间的有机化合物层。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述一对导电层中的至少一个具有透光特性。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述有机存储元件具有可通过写入而不可逆转地改变的电阻。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述有机存储元件的电极之间的距离通过写入而改变。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述有机化合物层包括电子传输材料和空穴传输材料之一。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述有机化合物层具有大于等于10-15S/cm且小于等于10-3S/cm的电导率。
此外，在根据本发明的每种半导体器件中，所述有机化合物层的膜厚度为5至60nm。
一种用于驱动根据本发明半导体器件的方法，其中该半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、包括多个设置在位线和字线的交叉部位的存储单元的存储单元阵列、和设置在存储单元中的有机存储元件，其中有机存储元件包括设置在位线和字线之间的有机化合物层，其中通过在位线和字线之间施加电压以改变有机存储元件的电阻来写入数据，其中通过在位线和字线之间施加电压以读取有机存储元件的电阻来读取数据。
另一种用于驱动根据本发明半导体器件的方法，其中该半导体器件包括：多个沿着第一方向延伸的位线、多个沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线、和包括多个被位线和字线围绕的存储单元的存储单元阵列，其中有机存储元件包括设置在一对电极之间的有机化合物层，其中通过在所述一对电极之间施加电压以改变有机存储元件的电阻来写入数据，其中通过在所述一对电极之间施加电压以读取有机存储元件的电阻来读取数据。
根据本发明，可以获得可以在除制造半导体器件之外的时间写入数据(一次写入多次读取)、而且可以防止通过重写进行篡改的半导体器件。此外，通过提供采用容易沉积的有机化合物作为材料的存储器或包括该存储器的半导体器件，可以提供廉价的半导体器件和驱动该半导体器件的方法。
另外，还可以提供一种包括可以以低功率写入数据的存储元件的半导体器件。
附图说明
在附图中：
图1A和1B是示出根据本发明的半导体器件和驱动该半导体器件的方法的图；
图2A至2D是示出根据本发明的半导体器件和驱动该半导体器件的方法的图；
图3A和3B是示出根据本发明的半导体器件的图；
图4A至4D是示出用于制造根据本发明的半导体器件的过程的图；
图5A至5D是示出根据本发明的半导体器件的图；
图6A至6C是示出根据本发明的半导体器件的图；
图7A至7H是示出根据本发明的半导体器件的使用模式的图；
图8A和8B是示出根据本发明的半导体器件的使用模式的图；
图9A和9B是示出根据本发明的半导体器件和驱动该半导体器件的方法的图；
图10A至10C是示出根据本发明的半导体器件和驱动该半导体器件的方法的图；
图11是示出根据本发明的半导体器件和驱动该半导体器件的方法的图；
图12是示出根据本发明的激光照射系统的例子的图；
图13是测量根据本发明的半导体器件中的有机存储元件的电流-电压特性的图；
图14是测量根据本发明的半导体器件中的有机存储元件的电流-电压特性的图；
图15是示出根据本发明的半导体器件的图；
图16A和16B分别是根据本发明的半导体器件的光学显微图像和图案(pattern diagram)；
图17是示出根据本发明的半导体器件的写入特性；
图18A和18B是示出根据本发明的半导体器件的电流-电压特性的图；
图19A和19B是在写入数据之后根据本发明的有机存储元件的光学显微图像和横截面TEM图像；
图20A和20B是在写入数据之后根据本发明的有机存储元件的横截面TEM图像；
图21是在写入数据之后根据本发明的有机存储元件的光学显微图像；
图22A和22B是在写入数据之后根据本发明的有机存储元件的横截面TEM图像；
图23是在写入数据之前根据本发明的有机存储元件的横截面TEM图像；
图24A和24B是示出根据本发明的有机存储元件的电流-电压特性的图；
图25A和25B是示出根据本发明的有机存储元件的电流-电压特性的图；
图26A和26B是示出根据本发明的有机存储元件的电流-电压特性的图；
图27A至27F是作为例子示出根据本发明的有机存储元件的结构的图；
图28A和28B是示出根据本发明的半导体器件的图；
图29A至29C根据本发明的半导体器件的图；
图30是示出根据本发明的有机存储元件的电流-电压特性的图；以及
图31是示出在样品1至6的写入之前和之后的写入电压和特性的图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施方式。但是本发明不限于以下描述，很容易理解各种更改和修正对本发明的技术人员来说都是显而易见的，除非这种更改和修正脱离了本发明的范围。因此，本发明不应当解释为限制于在这些实施方式中描述的内容。要注意，在以下本发明的实施方式中，在不同附图中表示相同对象的附图标记是相同的。
(实施方式1)
在本实施方式中描述的半导体器件20具有无接触式数据交换的功能，并包括电源电路11、时钟发生电路12、数据解调/调制电路13、控制其它电路的控制电路14、接口电路15、存储器16、数据总线17和天线18(天线线圈)(图1A)。电源电路11是基于从天线18输入的交流电信号产生提供给半导体器件20中各个电路的各种电源的电路。时钟发生电路12是基于从天线18输入的交流电信号产生提供给半导体器件20中各个电路的各种时钟信号的电路。数据解调/调制电路13具有对与读取器/写入器19交换的数据进行解调/调制的功能。控制电路14具有控制存储器16的功能。天线18具有发送和接收电磁场或无线电波的功能。读取器/写入器19控制与半导体器件20的通信和对数据的处理。要注意，半导体器件20不限于上面描述的，例如，可以向上述结构添加其它元件如电源电压限幅电路或只用于处理代码的硬件。
此外在图1A，存储器16具有这样的结构特征(下面也称为“有机存储元件”)，其中在一对导电层之间设置包括有机化合物的层(下面也称为“有机化合物层”)。存储器16不仅可以包括由有机存储元件构成的存储器，还可以包括其它存储器。其它存储器包括例如一个或多个从DRAM、SRAM、FeRAM、掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM和闪存中选出的存储器。
包括有机存储元件的存储器(下面也称为“有机存储器”)使用有机化合物材料，而且通过对有机化合物层进行光学或电学作用来改变有机存储元件的电阻。
下面描述有机存储器的结构(图1B)。有机存储器包括存储单元阵列22、解码器23和24、选择器25和读取/写入电路26，在存储单元阵列22中以矩阵形式设置了包括有机存储元件的存储单元21。
存储单元21包括与位线Bx(1≤x≤m)连接的第一导电层、与字线Wy(1≤y≤n)连接的第二导电层以及有机化合物层。该有机化合物层设置在第一导电层和第二导电层之间。
接着，对于实际制造存储单元阵列22的情况，描述其顶视图结构和横截面结构(图2A和2B)。要注意，在具有绝缘表面的衬底30上的存储单元阵列22包括在第一方向上延伸的第一导电层27、在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二导电层28以及有机化合物层29。存储单元21设置在第一导电层27和第二导电层28的交叉部位。第一导电层27和第二导电层28像条纹一样设置以互相交叉。绝缘层33设置在相邻的有机化合物层29之间。此外，提供用作保护膜的绝缘层34以和第二导电层28接触。
作为衬底30，使用玻璃衬底、柔性衬底、石英衬底、硅衬底、金属衬底、不锈钢衬底等等。柔性衬底是指柔软并且能弯曲的衬底，例如包括含有聚碳酸酯、polyalylate、聚醚砜等的塑料衬底。第一导电层27和第二导电层28是利用公知的导电材料如铝(Al)、铜(Cu)和银(Ag)形成的。
在通过光对有机存储器写入数据的情况下，第一导电层27和第二导电层28之一或两者都具有透光特性。透光导电层利用透明导电材料如铟锡氧化物(ITO)或者利用不透明的导电材料形成为具有能够透射光的厚度。
对于有机化合物层29，可以使用导电的(优选电导率为大于等于10-15S/cm且小于等于10-3S/cm)有机化合物材料，且可以使用高空穴传输材料，例如芳族胺(即具有苯环-氮键)化合物，如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯胺基]-联苯(缩写：α-NPD)、4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]-联苯(缩写：TPD)、4，4’，4”-三(N，N-二苯胺基)-三苯胺(缩写：TDATA)、4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]-三苯胺(缩写：MTDATA)和4，4’-二(N-(4-(N，N-二-m-甲苯胺基)苯基)-N-苯胺基)联苯(缩写：DNTPD)；酞菁化合物，如酞菁(缩写：H2Pc)、酞菁铜(缩写：CuPc)和酞菁化氧矾(缩写：VOPc)等等。
此外，可以用高电子传输材料作为有机化合物材料，如包括具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物的材料，如三(8-羟基喹啉)铝(缩写：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写Almq3)、二(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(缩写：BeBq2)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-苯基苯酚-铝(缩写：BAlq)，还可以使用诸如具有唑配合基或噻唑配合基的金属络合物的材料，如二[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(缩写：Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟苯基)苯并噻唑]锌(缩写：Zn(BTZ)2)。此外，除了金属络合物之外，还可以使用化合物如2-(4-联苯基)-5-(4-tert-丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(缩写：PBD)、1，3-二[5-(p-tert-丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、3-(4-tert-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写：TAZ)、3-(4-tert-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写：p-EtTAZ)以及红菲绕啉(bathophenanthroline)(缩写：BPhen)。
此外，有机化合物材料包括4-二氰亚甲基-2-甲基-6[2(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(缩写：DCJT)、4-二氰亚甲基-2-t-丁基-6-[2(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基-4H-吡喃(缩写：DCJTB)、periflanthene、2，5-二氰基-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]苯、N，N’-二甲基喹吖啶酮(N，N’-dimethylquinacridone)(缩写：DMQd)、香豆素6、香豆素545T、9，9’-二蒽(9，9’-bianthryl)、9，10-联苯蒽(缩写：DPA)、9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、以及2，5，8，11-四-t-丁基二萘嵌苯(2，5，8，11-tetra-t-butylperylene)(缩写：TBP)。此外，作为形成散布了上述发光材料的层时用作基质(matrix)的材料，可以使用：蒽衍生物，如9，10-二(2-萘基)-2-tert-丁基蒽(缩写：t-BuDNA)；咔唑衍生物如4，4’-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)；金属络合物，如二[2-(2-羟苯基)吡啶]锌(缩写：Znpp2)和二[2-(2-羟苯基)苯并噁唑]锌(缩写：ZnBOX)等等，此外，可以使用三(8-羟基喹啉)铝(缩写Alq3)、9，10-二(2-萘基)蒽(缩写：DNA)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-苯基苯酚-铝(缩写：BAlq)等等。
此外，作为有机化合物层29的材料，可以使用通过施加光学或电学作用来改变有机存储元件的电阻的材料。例如，可以使用掺杂了通过吸收光来产生酸的化合物(光酸发生剂(photoacide generator))的共轭聚合物，其中可以用聚乙炔族、聚苯乙炔(polyphenylenevinylene)族、聚噻吩族、聚苯胺族、聚亚苯基乙烯(polyphenyleneethylene)族等等作为共轭聚合物。此外，作为光酸发生剂，可以使用芳基硫盐(arylsulfonium salt)、芳基碘盐(aryliodonium salt)、o-硝基苯甲基甲苯磺酸盐(o-nitrobenzyltosylate)、芳基磺酸p-硝基苯甲基醚(arylsufonicacid p-nitrobenzylether)、磺酰苯乙酮(sulfonylacetophenone)族、Fe-芳烃络合PF6盐等等。
此外，可以在第一导电层27和有机化合物层29之间或者在第二导电层28和有机化合物层29之间设置整流元件(参照图2D)。整流元件典型地是肖特基二极管、PN结二极管、PIN结二极管或具有相互连接的栅电极和漏电极的晶体管。当然，也可以设置具有其它结构的二极管。图2D示出包括半导体层44和45的PN结二极管设置在第一导电层27和有机化合物层29之间的情况。半导体层44和45之一是N型半导体，而另一个是P型半导体。如上所述，可以通过提供整流元件来提高存储单元的选择性和读取与写入的操作特性。
此外，如图15所示，包括设置在一对导电层之间的有机化合物层的存储器282可以设置在集成电路281上。也就是说，集成电路281可以设置在衬底280上，而存储器282可以形成在集成电路281上。
如上所述，在本实施方式中描述的有机存储元件具有在一对电极之间设置有机化合物层的简单结构。因此，其制造过程是简单的，由此可以提供廉价的半导体器件。此外，在本实施方式中描述的有机存储器是非易失存储器。因此，不需要并入电池来用于保持数据，由此可以提供小、薄和轻的半导体器件。此外，由于有机存储元件的电阻通过写入而被不可逆转地改变，因此在可以写入数据(一次写入多次读取)的同时不能重写数据。由此，可以提供能防止篡改并保证安全性的半导体器件。
下面描述将数据写入有机存储器的操作。数据的写入通过光学作用或电学作用来进行。首先，描述在通过电学作用执行数据写入的情况(参见图1B)。要注意，该写入是通过改变存储单元的电子特性来实施的，而该存储单元的初始状态(没有施加电学作用的状态)是数据“0”，电子特性已改变的状态是数据“1”。
在将数据“1”写入存储单元21的情况下，首先通过解码器23、24和选择器25选择存储单元21。具体地说，通过解码器24向与存储单元21连接的字线W3施加预定电压V2。此外，通过解码器23和选择器25将与存储单元21连接的位线B3连接到读取/写入电路26。然后，将写入电压V1从读取/写入电路26输出给位线B3。通过这种方式，在存储单元21中包含的第一导电层和第二导电层之间施加电压Vw＝V1-V2。通过适当选择电位Vw，设置在导电层之间的有机化合物层29以物理或电的方式改变以执行数据“1”的写入。具体地说，在用于读取的操作电压下，第一和第二导电层之间在数据“1”的状态下的电阻优选改变为使得该电阻与在数据“0 ”的状态下的电阻相比小很多。例如，V1和V2可以从(V1，V2)＝(0V，5至15V)或者(3至5V，-12至-2V)的范围内选择。电压Vw可以是5至15V，或-5至-15V。要注意，在这种情况下，夹着有机化合物层的这一对电极之间的距离可以改变。
要注意，未选择的字线和未选择的位线被控制为使得数据“1”不写入与未选择的字线和未选择的位线连接的存储单元中。例如，可以使未选择的字线和未选择的位线浮置。需要具有这样的特性，即能够保证构成存储单元的第一和第二导电层之间的选择性，如二极管特性。
另一方面，在将数据“0”写入存储单元21的情况下，所需要的只是不对存储单元21施加电学作用。在例如按照与写入数据“1”的情况相同方式的电路操作中，通过解码器23、24和选择器25选择存储单元21。但是，使从读取/写入电路26向位线B3输出的电位几乎等于所选择的字线W3的电位或未选择的字线的电位，从而以不使存储单元21的电子特性变化的程度将电压(例如-5至5V)施加在构成存储单元21的第一和第二导电层之间。
下面描述通过光学作用执行数据写入的情况。在通过光学作用执行数据写入的情况下，用来自透光导电层(在此是第二导电层28)的激光照射有机化合物层29。在此，用激光选择性地照射包含在期望部位的有机存储元件中的有机化合物层29，以破坏有机化合物层29。由于被破坏的有机化合物层是绝缘的，因此当包括被破坏的有机化合物层的有机存储元件与其它有机存储元件相比时，被破坏的有机化合物层的电阻更大。通过这种方式，用其间夹着有机化合物层29的导电层之间的电阻由于激光照射而发生的变化来执行数据写入。例如，在使包括未被激光照射的有机化合物层的有机存储元件具有数据“0”的情况下，在写入数据“1”时，用激光选择性地照射并因此破坏包含在期望部位的有机存储元件中的有机化合物层，以增大电阻。
此外，在采用掺杂了通过吸收光来产生酸的化合物(光酸发生剂)的共轭聚合物的情况下，在执行激光照射时，只有包含被激光照射的有机化合物层的有机存储元件的电导率才会增加。另一方面，包括未被激光照射的有机化合物层的有机存储元件没有导电性。因此，用激光选择性地照射包含在期望部位的有机存储元件中的有机化合物层，以改变包含被激光照射的有机化合物层的有机存储元件的电阻，这用于执行数据写入。例如，在使包含未被激光照射的有机化合物层的有机存储元件具有数据“0”的情况下，在写入数据“1”时，用激光选择性地照射包含在期望部位的有机存储元件中的有机化合物层，以提高电导率。
在激光照射的情况下，有机存储元件的电阻变化取决于存储单元21的尺寸。但是，该变化通过用聚焦在直径为几μm到几百μm的范围内的激光进行照射来实现。例如，当直径为1μm的激光束1以10m/sec的线性速度经过时，包含在一个存储单元21中的有机存储元件受到激光照射的时间是100nsec。为了在100nsec的短时间内改变相位，激光功率和功率密度优选分别是10mW和10kW/mm2。此外，优选在选择性地执行激光照射时使用脉冲振荡激光照射系统。
下面参照图12简要描述激光照射系统的例子。激光照射系统1001具有执行各种控制的计算机1002(下面称为PC 1002)、输出激光的激光振荡器1003、该激光振荡器的电源1004、用于衰减激光的光学系统1005(ND滤波器)、用于调制激光强度的声光调制器1006(AOM)、包括用于改变光路的透镜和反射镜并用于减小激光的横截面的光学系统1007、包括X轴台和Y轴台的移动机构1009、对从PC 1002输出的控制数据进行数字模拟转换的D/A转换器1010、根据从D/A转换器1010输出的模拟电压控制声光调制器1006的驱动器1011、输出用于驱动移动机构1009的驱动信号的驱动器1012、以及用于将激光聚焦在要照射的物体上的自动聚焦机构1013(图12)。
作为激光振荡器1003，可以使用能够发射紫外线、可见光或红外光的激光振荡器。作为激光振荡器，可以采用使用KrF、ArF、XeCl、Xe等的受激准分子激光振荡器；使用He、He-Cd、Ar、He-Ne、HF等的气体激光振荡器；使用掺有Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti或Tm的晶体(YAG、GdVO4、YVO4、YLF、YALO3等)的固体激光振荡器；使用GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等的半导体激光振荡器。要注意，在固体激光振荡器的情况下，优选应用基波和二次到五次谐波之一。
下面描述采用激光照射系统的照射方法。当把具有有机化合物层29的衬底30装载到移动机构1009上时，PC 1002通过CCD相机等检测要被激光照射的有机化合物层29的位置。然后，基于所检测的位置数据，PC 1002产生用于移动该移动机构1009的移动数据。
此后，当PC 1002通过驱动器1011控制声光调制器1006的输出光强度时，激光振荡器1003输出的激光被光学系统1005衰减，然后由声光调制器1006控制光强度以达到预定光强度。此外，由光学系统1007改变从声光调制器1006输出的激光的光路和聚光点形状，用透镜聚集该激光，然后选择性地用该激光照射衬底30上的有机化合物层29。
此时，根据通过PC 1002产生的移动数据，在X方向和Y方向上移动该移动机构1009。于是，用激光照射预定位置，该激光的光能密度转换为热能，由此可以用激光选择性地照射设置在衬底30上的有机化合物层29。要注意，尽管在此示出了通过移动该移动机构1009来执行激光照射的情况，但是也可以通过调整光学系统1007来使激光在X方向上和Y方向上移动。
如上所述，根据本发明通过激光照射执行数据写入的方面使得可以容易地制造大量半导体器件。因此可以提供廉价的半导体器件。
下面描述从有机存储器读取数据的操作(参照图1B和图9A和9B)。数据读取是利用构成存储单元的第一导电层之间的电子特性来执行的，该电子特性在具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元之间有所不同。例如，将描述一种用于通过利用电阻的不同来读取的方法，其中在读取电压下构成具有数据“0”的存储单元的第一和第二导电层之间的有效电阻(下面简称为“存储单元的电阻”)为R0，在读取电压下具有数据“1”的存储单元的电阻为R1(R1＜＜R0)。至于读取/写入电路，可以考虑例如在图9A中示出的采用电阻元件46和差分放大器47的电路26作为读取部分的结构。电阻46的电阻值为Rr(R1＜Rr＜R0)。可以用晶体管48代替电阻元件46，并且可以用定时反相器(clocked inverter)49代替差分放大器47(图9B)。在执行读取时为Hi而在没有执行读取时为Lo的信号或反相信号输入定时反相器49。当然电路配置不限于图9A和9B。
在从存储单元21读取数据时，首先通过解码器23、24和选择器25选择存储单元21。具体地说，由解码器24向与存储单元21连接的字线Wy施加预定电压Vy。此外，由解码器23和选择器25将与存储单元21连接的位线Bx连接到读取/写入电路26的端子P。因此，端子P的电位Vp是由电阻元件46(电阻值：Rr)和存储单元21(电阻值：R0或R1)对Vy和V0进行电阻分压确定的值。因此，当存储单元21具有数据“0”时，Vp0＝Vy+(V0-Vy)＊R0/(R0+Rr)。而且，当存储单元21具有数据“1”时，Vp1＝Vy+(V0-Vy)＊R1/(R1+Rr)。因此，在图9A中通过选择Vref使其位于Vp0和Vp1之间，或者在图9B中通过选择定时反相器49的变化点使其位于Vp0和Vp1之间，将按照数据“0”/“1”输出Lo/Hi(或Hi/Lo)的输出电位Vout，从而可以执行读取。
例如，假定差分放大器47在Vdd＝3V下操作，而且Vy、V0和Vref分别是0V、3V和1.5V。在R0/Rr＝Rr/R1＝9的条件下，当存储单元具有数据“0 ”时，根据Vp0＝2.7V输出Hi作为Vout，或者当存储单元具有数据“1”时，根据Vp1＝0.3V输出Lo作为Vout。通过这种方式可以执行从存储单元读取。
按照上述方法，利用电阻值的差异和电阻分压以电压的形式读取有机存储元件的电阻状态。当然用于读取的方法不限于该方法。例如，可以利用电流值的差异而不是电阻的差异来执行读取。另外，当存储单元的电子特性在数据“0”和数据“1”的情况下具有阈值电压方面的不同二极管特性时，可以利用阈值电压的差异来执行读取。
(实施方式2)
如上所述，半导体器件具有存储器。下面参照附图描述不同于上述实施方式中的半导体器件的半导体器件。
存储器216具有其中存储单元221以矩阵形式设置的存储单元阵列222、解码器223和224、选择器225、读取/写入电路226(图10)。要注意，在此所示的存储器216的结构只是个示例，还可以包括其它电路如读出放大器、输出电路或缓冲器。
存储单元221包括与位线Bx(1≤x≤m)连接的第一导电层、与字线Wy(1≤y≤n)连接的第二导电层、晶体管240以及存储元件241(下面也称为“有机存储元件241”)。该存储元件241具有这样的结构，其中有机化合物层夹在一对电极之间。晶体管240具有与字线Wy连接的栅电极。晶体管240的源电极和漏电极之一与位线Bx连接，而另一个则与存储元件241的两个端子之一连接。存储元件241的另一个端子与公共电极(电位：Vcom)连接。
下面描述具有上述结构的存储器216的横截面结构(参照图11)。
在此示出包含在选择器225中的晶体管240、有机存储元件241和CMOS电路248的横截面结构。晶体管240和CMOS电路248设置在衬底230上，有机存储元件241形成为与晶体管240电连接。
有机存储元件241形成为具有第一导电层243、有机化合物层244和第二导电层245的叠层体，绝缘层249设置在相邻有机存储元件241之间。绝缘层249形成为用于分离多个有机存储元件241的分割部。此外，晶体管240的源极或漏极区与包含在有机存储元件241中的第一导电层243相互电连接。
此外，第一导电层243和第二导电层245都是利用诸如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)或钛(Ti)的导电金属形成的。
在通过光学作用执行数据写入时，第一导电层243和第二导电层245之一或两者都利用诸如铟锡氧化物(ITO)的透光材料形成，或者形成为具有可透射光的厚度。在通过电学作用执行数据写入时，对用于第一导电层243和第二导电层245的材料没有什么特殊限制。
按照实施方式1所描述的那样来形成有机化合物层244，其中可以使用包括上述任一种材料的单层或叠层结构。
当采用有机化合物材料作为有机化合物层244时，通过采用诸如激光的光学作用或电学作用来执行数据写入。此外，在采用掺杂了光酸发生剂的共轭聚合物时，通过光学作用来执行数据写入。数据读取不依赖于有机化合物层244的材料，而是在任何情况下都通过电学作用来执行。
下面描述将数据写入存储器216的操作(图10A至10C和图11)。
首先描述通过电学作用写入数据的操作(参照图1B)。要注意，该写入是通过改变存储单元的电子特性来执行的，其中存储单元的初始状态(没有施加电学作用的状态)是数据“0 ”，电子特性已改变的状态是数据“1”。
下面描述将数据写入第n行和第m列的存储单元221的情况。在将数据“1”写入存储单元221的情况下，首先通过解码器223、224和选择器225选择存储单元221。具体地说，由解码器224向与存储单元221连接的字线Wn施加预定电压V22。此外，由解码器223和选择器225将与存储单元221连接的位线Bm连接到读取/写入电路226。然后，将写入电压V21从读取/写入电路226输出给位线Bm。
通过这种方式，构成存储单元221的晶体管240处于“导通”状态，因此公共电极和位线Bm与存储元件241电连接，从而使近似为Vw＝Vcom-V21的电压施加到存储元件241上。通过适当选择电位Vw，设置在导电层之间的有机化合物层244被以物理或电的方式改变以执行数据“1”的写入。具体地说，在用于读取的操作电压下，第一和第二导电层之间在数据“1”状态下的电阻优选改变为使得该电阻与在数据“0”状态下的电阻相比小很多，而且存储元件241可以简单地被短路。要注意，电位V21、V22以及Vcom可以从(V21，V22，Vcom)＝(5至15V，5至15V，0)或者(-12至0V，-12至0V，3至5V)的范围内选择。电压Vw可以是5至15V，或-5至-15V。要注意，在这种情况下夹着有机化合物层的这一对电极之间的距离可以改变。
要注意，未选择的字线和未选择的位线被控制为使得数据“1”不写入与未选择的字线和未选择的位线连接的存储单元中。具体地说，当使得在所连接的存储单元中的晶体管进入“断开”状态的电压(例如0V)施加到未选择字线上时，可以使未选择的位线浮置，或者可以向未选择的位线上施加几乎等于Vcom的电位。
另一方面，在将数据“0 ”写入存储单元221的情况下，所需要的只是不对存储单元221施加电学作用。在例如按照与写入数据“1”的情况相同方式的电路操作中，通过解码器223、224和选择器25选择存储单元221。但是，使从读取/写入电路26向位线Bm输出的电位几乎等于Vcom，或者使位线Bm浮置。因此，很小的电压(例如-5至5V)或没有电压被施加在存储元件241上，从而不会改变电特性并由此实现数据“0”的写入。
下面描述通过光学作用执行数据写入的情况。在这种情况下，用来自透光导电层一侧(在此是第二导电层245)的激光照射有机存储元件241中包括的有机化合物层244。
当采用有机化合物材料作为有机化合物层244时，有机化合物层244被激光照射氧化或碳化而变得绝缘。由此，用激光照射后的有机存储元件241的电阻值增加，而没有被激光照射的有机存储元件241的电阻值不变。此外，在采用掺杂了光酸发生剂的共轭聚合物时，通过激光照射为有机化合物层244赋予导电性。也就是说，被激光照射了的有机存储元件241被赋予导电性，而未被激光照射的有机存储元件241未被赋予导电性。
下面描述通过电学作用读取数据的操作。数据读取是利用存储元件241的电子特性来执行的，该电子特性在具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元之间有所不同。例如，将描述一种用于利用电阻的不同来读取的方法，其中在读取电压下构成具有数据“0”的存储单元的存储元件的电阻为R0，在读取电压下构成具有数据“1”的存储单元的存储元件的电阻为R1(R1＜＜R0)。至于读取/写入电路，可以考虑如图10B所示的例如采用电阻元件246和差分放大器247的电路226作为读取部分的结构。电阻246电阻值为Rr(R1＜Rr＜R0)。可以用晶体管250代替电阻元件246，并且可以用定时反相器251代替差分放大器247(图10C)。当然该电路配置不限于图10B和10C。
在从第n行、第m列的存储单元221读取数据时，首先通过解码器223、224和选择器225选择存储单元221。具体地说，由解码器224向与存储单元221连接的字线Wn施加预定电压V24，以使晶体管240进入“导通”状态。此外，由解码器223和选择器225将与存储单元221连接的位线Bx连接到读取/写入电路226的端子P。于是，端子P的电位Vp是由电阻元件246(电阻值：Rr)和存储元件241(电阻值：R0或R1)对Vcom和V0进行电阻分压而确定的值。因此，当存储单元221具有数据“0”时，Vp0＝Vcom+(V0-Vcom)＊R0/(R0+Rr)。同样，当存储单元221具有数据“1”时，Vp1＝Vcom+(V0-Vcom)＊R1/(R1+Rr)。于是，在图10B中通过选择Vref使其位于Vp0和Vp1之间，或者在图10C中通过选择定时反相器251的变化点使其位于Vp0和Vp1之间，将按照数据“0”/“1”输出Lo/Hi(或Hi/Lo)的输出电位Vout，从而可以执行读取。
例如，假定差分放大器47在Vdd＝3V下操作，而且Vcom、V0和Vref分别是0V、3V和1.5V。在R0/Rr＝Rr/R1＝9以及晶体管240的“导通”电阻可忽略的条件下，当存储单元具有数据“0”时，根据Vp0＝2.7V输出Hi作为Vout，或者当存储单元具有数据“1”时，根据Vp1＝0.3V输出Lo作为Vout。通过这种方式，可以执行从存储单元的读取。
按照上述方法，利用存储元件241的电阻值的差异和电阻划分以电压的形式读取存储元件241的电阻状态。当然，用于读取的方法不限于该方法。例如，可以利用电流值的差异而不是电阻的差异来执行读取。另外，当存储单元的电子特性在数据为“0”和“1”的情况下具有阈值电压方面的不同二极管特性时，可以利用阈值电压的差异来执行读取。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施方式3)
将数据写入包含在本发明的半导体器件20中的有机存储器中是通过光学作用或电学作用来执行的。当通过光学作用来执行数据写入时，在柔性衬底31上形成多个半导体器件20，然后由激光照射装置32用激光照射，从而可以容易地连续执行数据写入。此外，在使用该制造过程时，半导体器件20可以容易地批量生产(图3A)。因此，可以提供廉价的半导体器件20。
此外，包含在有机存储元件中的有机化合物层可以有意地通过加热到熔点或更高来融化或破坏。也就是说，也可以通过热处理来执行数据写入，只要采用不同的加热温度。因此，还可以使用采用不同加热温度的制造过程。例如，形成具有多个半导体器件的柔性衬底31以做成卷筒51(图3B)。然后，按照由加热装置52在热处理中使用不同温度的方式来执行数据写入。加热装置52由控制装置53控制。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施方式4)
作为根据本发明的半导体器件的应用例子，因为提供了有机存储元件，所以具有可以无接触地写入和读取数据的特征。数据传输方法宽泛地分为三类，即通过与在相对位置设置的一对线圈的相互感应而进行通信的电磁耦合方法、通过感应电磁场进行通信的电磁感应方法、以及利用电波进行通信的电波方法，可以使用上述任一种方法。用于发送数据的天线18可以按照两种方式提供。一种方式是在其上形成了包括有机存储元件等等在内的多个元件的衬底36上设置天线18(图4A和4C)，另一种方式使得天线18与其上形成了包括有机存储元件等等在内的多个元件的衬底36上设置的端子部分37连接(图4B和4D)。在此，将设置在衬底36上的多个元件称为“元件组35”。
在前一种结构的情况下(图4A和4C)，在衬底36上设置元件组35和用作天线18的导电层。在所示结构中，用作天线18的导电层与第二导电层28设置在相同的层上。但是本发明不限于上述结构，天线18还可以与第一导电层27设置在相同的层上。可替换地，可以提供绝缘膜以覆盖元件组35，天线18可以设置在该绝缘膜之上。
在后一种结构中(图4B和4D)，在衬底36上设置元件组35和端子部分37。在所示结构中，用与第二导电层28设置在相同层上的导电层作为端子部分37。然后，粘接其上设置了天线18的衬底38，以与端子部分37连接。在衬底36和衬底38之间设置导电颗粒39和树脂40。注意，用作天线18的导电层与设置在元件组35中并构成波整形电路或整流电路的晶体管连接。当数据在波整形电路或整流电路中经过调整之后，从外部无接触地发送的数据被发送到有机存储元件，并通过写入电路或读取电路执行数据的写入或读取。
元件组35可以通过在大面积衬底上形成多个元件组然后分割开而廉价地提供。用于该情况的衬底可以是玻璃衬底、柔性衬底等等。
包含在元件组35中的多个晶体管和有机存储元件等可以设置在多个层上，也就是说可以用多个层来形成。当元件组35形成在多个层上时，使用层间绝缘膜。对于层间绝缘膜，优选使用诸如环氧树脂和丙稀酸树脂的树脂材料、诸如透光聚酰亚胺树脂的树脂材料、包括硅氧烷材料如硅氧烷树脂的化合物材料、包含可溶于水的均聚物和可溶于水的共聚物的材料、以及无机材料。硅氧烷材料对应于包括Si-O-Si键的材料。硅氧烷具有通过硅(Si)和氧(O)之间的键接形成的框架结构，其中包括至少用氢作为取代基的有机族(例如烷基族和芳香族碳氢化合物)。但是，可以使用氟族作为取代基，或者可以使用至少包括氢和氟族的有机族作为取代基。
对于层间绝缘膜，优选使用具有低介电常数的材料以减小在层间产生的寄生电容。当减小寄生电容时，可以实现高速操作以及低功耗。
包含在元件组35中的多个晶体管可使用非晶半导体、微晶半导体、多晶半导体、有机半导体等等中的任一种来作有源层。但是，优选使用通过用金属元素作为催化剂晶化的有源层或通过激光照射晶化的有源层，以获得具有令人满意的特性的晶体管。此外，优选使用通过使用SiH4/F2气体或SiH4/H2气体(Ar气体)的等离子CVD形成的半导体层或者通过用激光照射半导体层获得的半导体层作为有源层。
包含在元件组35中的多个晶体管可以使用在200至600℃(优选350至500℃)的温度下晶化的晶体半导体层(低温多晶硅层)、或者在600℃的温度或更高温度下晶化的晶体半导体层(高温多晶硅层)。当在衬底上形成高温多晶硅层时，则优选使用石英衬底，这是因为玻璃衬底不耐热。
优选用氢或卤族元素以1×1019至1×1022个原子/cm3的浓度，优选1×1019至5×1020个原子/cm3的浓度对包含在元件组35中的晶体管的有源层(尤其是沟道区)掺杂。然后，可以获得几乎没有缺陷的并且很难产生裂纹的有源层。
此外，优选设置用于阻挡诸如碱金属的污染物的阻挡膜以包裹包含在元件组35中的晶体管或元件组35本身。然后，可以提供没有受到污染而且提高了可靠性的元件组35。要注意，可以用氮化硅膜、硅的氮化物氧化物膜、氮氧化硅膜等等作为阻挡膜。
此外，包含在元件组35中的晶体管的有源层的厚度优选是20至200nm，优选为40至170nm，更为优选的是45至55nm和145至155nm，还要更优选的是50nm和150nm。由此，可以提供即使在弯曲的情况下也难以产生裂纹的元件组35。
此外，优选用于形成包含在元件组35中的晶体管的有源层的晶体形成为包括平行于载流子流动方向(沟道长度方向)延伸的晶界。该有源层优选利用连续振荡激光或者以10MHz或更高、优选60至100MHz的频率操作的脉冲激光来形成。
此外，优选包含在元件组35中的晶体管具有0.35V/dec或更低(优选0.09至0.25V/dec)的S值(子阈值)以及10cm2/Vs或更大的迁移率。这些特性可以在利用连续振荡激光或者以10MHz或更高频率操作的脉冲激光来形成有源层时实现。
此外，通过环形振荡器测量，元件组35具有1MHz或更高、优选10MHz或更高(在3至5V下)的特性，或者每个栅极的频率特性是100kHz或更高，优选1MHz或更高(在3至5V下)。
天线18优选利用包含金、银、铜等纳米颗粒(nanoparticle)的导电糊剂通过微滴释放方法来形成。该微滴释放方法是通过对释放微滴来形成图案的方法的通称，如喷墨方法和分配(dispenser)方法，并具有很多优点，如可以更为有效地使用材料。
上述结构使得可以制造具有非常小的面积(1cm×1cm)的RFID。
在本实施方式所示的半导体器件中，可以在元件组35上安装利用IC芯片形成的集成电路。通过安装利用IC芯片形成的集成电路，存储元件的写入电压可以控制为14V或更大。此外，由于存储元件的写入电路、读取电路等的面积可以减小，因此安装了所有这些电路的RFID的尺寸(面积)可以小于1厘米见方(1cm×1cm)。
尽管设置了元件组35的衬底42可以照原样使用，但是可以将衬底42上的元件组35剥落(图5A)并粘附到柔性衬底43(图5B)上以产生附加价值。
可以通过以下方法将元件组35从衬底42上剥落：(1)在高度耐热的衬底42和元件组35之间设置金属氧化物膜，并通过晶化削弱金属氧化物膜的方法；(2)在高度耐热的衬底42和元件组35之间设置包含氢的非晶硅膜，并通过激光照射或蚀刻去掉该非晶硅膜的方法；或者(3)机械地或者通过用溶液或气体如CIF3蚀刻来去掉其上形成了元件组35的高度耐热的衬底42的方法。
除了上述方法之外，通过设置用作衬底42和元件组35之间的剥离层的金属层(例如钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)或钴(Co))、金属氧化物膜(例如氧化钨(WOx)、氧化钼(MoOx)、氧化钛(TiOx)、氧化钽(TaOx)或氧化钴(CoOx))或由金属膜和金属氧化物膜(例如，W和WOx、Mo和MoOx、Ti和TiOx、或Co和CoOx)构成的叠层结构，可以通过物理力将衬底42和元件组35彼此分离开。例如在图11的情况下，诸如晶体管240、CMOS电路248和有机存储元件241的元件组设置在衬底230上，其中在该元件组和衬底230之间设置有该剥离层，然后将该元件组从衬底230上剥落。要注意，通过在剥离之前用激光选择性地照射除晶体管240、CMOS电路248和有机存储元件241之外的部位来暴露剥离层，使该物理剥离更容易。此外，还可以在选择性地形成开口以暴露剥离层然后用诸如卤素氟化物(例如ClF3)的蚀刻剂去掉一部分剥离层之后，将元件组从衬底上物理地剥离。
此外，可以用商业粘合剂如环氧树脂粘合剂以及使用树脂添加剂的粘合剂将被剥离的元件组35粘接到柔性衬底43上。
如上所述，通过将元件组35粘接到衬底43上，可以提供薄、轻而且即使在掉落的情况下也不易破裂的半导体器件。而且，由于柔性衬底43具有柔韧性，所以该半导体器件可以粘接到弯曲的或奇特形状的表面上，从而实现各种应用。例如，作为本发明半导体器件20的一种方式的无线标签可以紧密地粘接到诸如药瓶的弯曲表面上(图5C和5D)。此外，如果可以再次利用衬底42，则可以提供廉价的半导体器件。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施方式5)
在本实施方式中，描述通过剥离过程形成柔性半导体器件的情况(图6A)。半导体器件包括柔性保护层2301、包括天线2304的柔性保护层2303以及通过剥离过程形成的元件组2302。形成在保护层2303上的天线2304与元件组2302电连接。在所示结构中，天线2304只形成在保护层2303上。但是，本发明不限于该结构，天线2304还可以形成在保护层2301上。要注意，优选在元件组2302和保护层2301、2303之间形成由氮化硅膜构成的阻挡膜。由此，可以提供元件组2302没有被污染的、提高了可靠性的半导体器件。
优选利用银、铜或镀银或镀铜的金属来形成天线2304。通过用各向异性导电膜执行UV处理或超声波处理将元件组2302和天线2304连接。但是本发明不限于该方法，还可以采用不同的方法。
优选夹在保护层2301和2303之间的元件组2302形成为具有5μm或更小的厚度，优选为0.1至3μm(图6B)。当堆叠的保护层2301和2303的厚度是d时，保护层2301和2303中每一个的厚度优选为(d/2)±30μm，更为优选的是(d/2)±10μm。此外，优选保护层2301和2303中每一个的厚度为10至200μm。另外，元件组2302的面积是5毫米见方(25mm2)或更小，优选0.3至4毫米见方(0.09至16mm2)。
保护层2301和2303分别利用有机树脂材料形成，由此高度地耐弯曲。本身通过剥离过程形成的元件组2302与单晶半导体相比也高度地耐弯曲。此外，由于元件组2302和保护层2301、2303可以紧密地粘接到一起而没有空隙，因此所完成的半导体器件本身也高度地耐弯曲。被这些保护层2301和2303围绕的元件组2302可以设置在另一个物体的表面或内部，或者植入纸张内。
下面描述将通过剥离过程形成的元件组粘接到弯曲衬底上的情况(图6C)。在该图中，示出了从通过剥离过程形成的元件组中选择的一个晶体管。该晶体管在电流方向上线性地形成。也就是说，漏电极2305、栅电极2307和源电极2306线性定位。然后，将电流方向和衬底划弧的方向设置为相互垂直。利用该设置，即使弯曲衬底以划出弧线，应力的影响也很小，而且也可以抑制包含在元件组中的晶体管的特性变化。
为了防止诸如晶体管的有源元件由于应力而破裂，优选有源元件的有源区(硅岛部分)的面积占整个衬底面积的1％至50％(优选1％至30％)。在没有有源元件如TFT的区域中，主要提供基极绝缘膜材料、层间绝缘膜材料和布线材料。优选除晶体管有源区域等之外的面积是整个衬底面积的60％或更多。因此，可以提供高度集成同时又可以容易地弯曲的半导体器件。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施方式6)
此外，当有机存储器集成在本发明的半导体器件中时，优选提供下述特征。
为了以无接触地发送和接收数据的半导体器件如无线标签中的逻辑电路的操作频率(典型地为10kHz至1MHz)操作，优选读取时间是1nsec至100usec。在本发明中，可以达到100usec或更少的读取时间，因为在读取操作中不需要改变有机化合物的特性。
当然，写入时间优选很短。但是，不太可能经常执行写入操作，因此写入时间的允许范围根据应用是100nsec/位至10msec/位。例如，在写入256位的情况下，在10msec/位的速度下需要2.56秒的时间长度。在本发明中，尽管在写入操作中需要改变有机化合物的特性而且写入操作需要比读取操作更多的时间，但是也可以达到10msec/位或更少的读取时间。可以通过增加写入电压或并行执行写入来减少写入时间。
优选存储器的存储容量大约是64位至64M位(兆位)。当使用诸如无线芯片的半导体器件时，在只将UID(唯一标识符)和其它少量信息存储在半导体器件中并使用其它文件服务器用于主数据的情况下，该存储器只需要具有大约64位至8k位(千位)的存储容量。在将诸如历史信息的数据存储到半导体器件中时，优选该存储器的存储容量更大，大约是8k位至64M位。
此外，诸如无线芯片的半导体器件的通信距离与半导体器件的功耗密切相关。通常，功耗越小，可以获得的通信距离越大。具体地说，在读取操作中，优选功耗是1mW或更小。在写入操作中，通信距离根据应用可以很短，而可以允许功耗大于在读取操作中的功耗，例如优选为5mW或更低。在本发明中，有机存储器在读取操作中的功耗可以达到10μW至1mW，尽管功耗当然取决于存储容量和操作频率。在写入操作中，因为需要比在读取操作中更高的电压，所以功耗增大。尽管写入操作中的功耗也取决于存储容量和操作频率，功耗仍然可以达到50μW至5mW。
优选用于存储单元的面积很小，可以达到100nm见方至30μm见方的面积。在存储单元没有晶体管的无源类型中，用于存储单元的面积由导线的宽度来确定，因此可以实现能与最小加工尺寸相媲美的小尺寸存储单元。此外，在存储单元具有一个晶体管的有源类型中，尽管增加了面积以设置该晶体管，但是与包括电容元件的DRAM和使用多个晶体管的SRAM相比，可以实现更小的用于存储单元的面积。实现30μm见方或更小的用于存储单元的面积使得在1k位存储器的情况下用于存储单元的面积可以为1毫米见方或更小。此外，实现大约100nm见方的用于存储单元的面积使得在64M位存储器的情况下用于存储单元的面积可以为1毫米见方或更小。因此，可以减小半导体器件的面积。
要注意，有机存储器的这些特征取决于存储元件的特性。至于存储元件的特性，优选以电学方式写入的情况所需要的电压低到在读取时不执行写入的程度，该电压优选是5至15V，更为优选的是5至10V。此外，优选使写入时在存储元件中流动的电流值大约为1nA至30μA。该给定值使得可以降低功耗并且使升压电路(boost circuit)更小，以减小半导体器件的面积。响应于有机存储器的写入时间，优选将电压施加在存储元件上以改变该存储元件的特性所需要的时间是100nsec至10msec。优选存储元件的面积是100nm见方至10μm见方。该给定值使得可以实现小尺寸存储单元，并因此减小半导体器件的面积。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施方式7)
根据本发明的半导体器件的应用范围是很宽的。例如，可以提供作为根据本发明的半导体器件20的一种方式的无线标签，并用于钞票、硬币、证券、证件、无记名债券、包装容器、书籍、存储介质、私人物品、交通工具、食品、衣物、健康产品、日常用品、药物、电子设备等等。
钞票和硬币是在市场上流通的钱，包括可以按照与特殊区域中的钱(现金凭证)相同的方式使用的钱、纪念币等等。证券表示支票、单据、期票等(图7A)。证件表示许可证、居民卡等(图7B)。无记名债券表示邮票、粮票、各种礼券等(图7C)。包装容器表示用于包装午餐等的包装盒、塑料瓶等(图7D)。书籍表示杂志、字典等(图7E)。存储介质表示DVD软件、录像带等(图7F)。交通工具表示诸如自行车的有轮交通工具、轮船等(图7G)。私人物品表示包、眼镜等(图7H)。食品表示食物、饮料等。衣物表示衣服、鞋子等。健康产品表示医疗器械、健康用具等。日常物品表示家具、照明装置等。药物表示药品、化学农药等。电子设备表示液晶显示器、EL显示器、电视机(电视接收器和薄的电视接收器)、蜂窝电话等。
通过为钞票、硬币、证券、证件、无记名债券提供无线标签可以防止伪造。此外，通过为包装容器、书籍、存储介质、私人物品、衣物、日常用品、电子设备等等提供无线标签，可以帮助检查系统和出租店的系统。通过为交通工具、健康产品、药物等提供无线标签，可以防止伪造和偷盗，在药物的情况下可以防止用错药品。该无线标签可以通过粘接到物品的表面或植入物体内来提供。例如，在书籍的情况下，无线标签可以植入纸张内，在由有机树脂构成的包装的情况下，可以植入有机树脂内。
如上所述，通过采用无线标签来管理物品和分发系统可以获得功能强大的系统。例如存在这样一种情况：在包括显示部分94的便携式终端上设置读取器/写入器95，而作为根据本发明的半导体器件的一种方式的无线标签96设置在产品97的侧面上(图8A)。在这种情况下，当把无线标签96放在读取器/写入器95之上时，诸如主要材料、原产国和分发历史的产品97的数据显示在显示部分94上。此外，在其它示例中，有在传送带旁边设置读取器/写入器95的情况(图8B)。在这种情况下，可以容易地检查产品97。
要注意，本实施方式可以自由地与上述实施方式结合实施。
(实施例1)
在本实施例中，描述通过电学作用将数据写入制造在衬底上的有机存储元件的结果。
该有机存储元件是第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层依次堆叠在衬底上的元件。第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层是分别利用氧化硅和铟锡氧化物、4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]-联苯(可以缩写为TPD)、4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯胺基]-联苯(可以缩写为α-NPD)以及铝形成的。第一有机化合物层和第二有机化合物层形成为分别具有10nm和50nm的膜厚度。该元件的尺寸是2mm×2mm。
首先，参照图13描述在通过电学作用写入数据之前和之后测量有机化合物元件的电流-电压特性的结果。
在图13中，水平轴表示电压值，竖直轴表示电流值，点图261展示出在通过电学作用写入数据之前有机存储元件的电流-电压特性，点图262展示出在通过电学作用写入数据之后有机存储元件的电流-电压特性。该电学作用是通过将电压从0V开始逐渐增加来执行的。如点图261所示，电流值随着电压增加而逐渐增加，并确定电流值在大约20V时急剧增加。也就是说，该急剧增加表明可以在20V下执行对该元件的写入。因此对于在20V或更小范围内的曲线即点图261，表示还没有执行写入的存储单元的电流-电压特性，点图262展示了已对其执行了写入的存储单元的电流-电压特性。
此外，图13示出在写入数据之前和之后有机存储元件的电流-电压特性的实质性变化。例如，在施加的电压为1V时，写入数据之前的电流值是4.8×10-5mA，而写入数据之后的电流值是1.1×102mA。因此，写入数据引起电流值7位数的变化。
如上所述，有机存储元件的电阻值在写入数据之后改变，当以电压或电流读出该有机存储元件的电阻值变化时，该有机存储元件可以用作存储电路。
此外，在使用上述有机存储元件作为存储电路的情况下，每当执行数据读取操作时都向有机存储元件施加预定电压值(足以避免短路的电压值)，并读取该电阻值。因此，有机存储元件的电流-电压特性需要是不变化的特性，即使重复执行读取操作，也就是说，即使重复施加预定电压值。
下面参照图14描述读取数据之后测量有机存储元件的电流-电压特性的结果。
在该实验中，每当执行一次数据读取操作时就测量有机存储元件的电流-电压特性。由于总共执行5次数据读取操作，有机存储元件的电流-电压特性也总共测量5次。电流-电压特性的这一测量是对两个有机存储元件执行的，即通过电学作用执行数据写入而改变了电阻值的有机存储元件以及具有未改变的电阻值的有机存储元件。
在图14中，水平轴表示电压值，竖直轴表示电流值，点图271展示出通过电学作用执行数据写入而改变了电阻值的有机存储元件的电流-电压特性，点图272展示出具有未改变的电阻值的有机存储元件的电流-电压特性。
从点图271看出，在写入之前有机存储元件的电流-电压特性在1V或更大的电压值下展示出特别令人满意的可重复性。类似地，从点图272看出，通过电学作用执行数据写入而改变了电阻值的有机存储元件的电流-电压特性在1V或更大的电压值下展示出特别令人满意的可重复性。
从上述结果中看出，即使重复进行数据读取操作不止一次，电流-电压特性也不会改变。因此，上述有机存储元件可以用作存储电路。
(实施例2)
在本实施例中，参照图16A和16B描述按照上述实施方式的半导体器件。图16A是用光学显微镜观察的半导体器件6001的照片，图16B是图16A的图案。
如图16B所示，观察到半导体器件6001中的其中存储单元以矩阵排列的存储单元阵列6002、列解码器部分6003、行解码器部分6004、选择器6007和6008以及读取/写入电路6005。此外，图16B所示的虚线6009表示有机存储元件的第二导电层。
图17示出图16A和16B所示的半导体器件的写入特性，其中存储单元在水平平面中的尺寸是5μm×5μm，写入时间是100ms。要注意，在此，以将电压施加给有机存储元件以使该有机存储元件短路的方式来执行写入。至于有机存储元件的结构，分别利用钛、α-NPD和铝形成第一电极、有机化合物层和第二导电层。数据写入是通过向该有机化合物层施加100ms的脉冲电压来执行的。要注意，在此，有机存储元件包括薄膜晶体管和存储元件。
在图17中，水平轴表示脉冲电压，竖直轴表示在该脉冲电压或更低电压下成功写入的比例(成功率)。当写入电压是5V时开始写入，并且可以对64个存储单元中的6个(9.38％)进行写入。尽管在此使用了64个存储单元，存储单元的个数不限于64个。例如，可以只有一个存储单元用作存储器。此外，当写入电压为6V时，可以对64个存储单元中的33个(52％)进行写入；当写入电压为9V时，可以对64个存储单元中的45个(70％)进行写入；当写入电压为11V时，可以对64个存储单元中的60个(93％)进行写入；当写入电压为14V时，可以对64个存储单元(100％)进行写入。
要注意，当在这种情况下的写入时间为10至100ms时也可以进行写入。此外，根据存储单元的结构，10ms或更低的短时间也可以写入。
从上述结果中看出，在本实施例中示出的存储单元的写入可以在5至14V的写入电压下进行。
(实施例3)
在本实施例中，将参照图18A和18B描述在衬底上制造的有机存储元件中以电学方式执行数据写入时获得的电流-电压特性。要注意，在此，以将电压施加给有机存储元件以使该有机存储元件短路的方式执行写入。此外，在图18A和18B的每一个中，水平轴都表示施加给有机存储元件的电压，竖直轴都表示在有机存储元件中流动的电流值。
在此，按照通过溅射在玻璃衬底上形成第一导电层、通过蒸镀在第一导电层上形成有机化合物层、并通过蒸镀在有机化合物层上形成第二导电层的方式来形成有机存储元件。在此形成的有机存储元件在水平面中的尺寸是20μm×20mm。
图18A示出了有机存储元件的电流-电压特性，其中第一导电层、有机化合物层、第二导电层分别利用钛、α-NPD和铝形成。要注意，第一导电层、有机化合物层、第二导电层的厚度分别是100nm、10nm和200nm。
图18B示出了有机存储元件的电流-电压特性，其中第一导电层、有机化合物层、第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、α-NPD和铝形成。要注意，第一导电层、有机化合物层、第二导电层的厚度分别是110nm、10nm和200nm。
在图18A中，点图6011示出写入数据之前有机存储元件的电流-电压特性，点图6012示出紧接数据写入之后有机存储元件的电流-电压特性，点图6013示出对以电学方式写入了数据的有机存储元件施加电压的情况下的电流-电压特性。在这种情况下的写入电压是8.29V，在该写入电压下写入电流是0.16mA。
在图18B中，点图6015示出在以电学方式写入数据之前有机存储元件的电流-电压特性，点图6012示出紧接数据写入之后有机存储元件的电流-电压特性，点图6013示出对以电学方式写入了数据的有机存储元件施加电压的情况下的电流-电压特性。在这种情况下的写入电压是4.6V，在该写入电压下写入电流是0.24mA。如上所述，可以在低电压下对本发明公开的有机存储元件进行写入，写入时的电流值也很小。因此，可以降低用于向有机存储元件写入的功耗。
在比较图18A和图18B时，如图18A所示，在小于特定电压(在此例中小于8.29V)时在由钛层形成第一导电层的有机存储元件中几乎没有电流流过。但是在超过8.29V时，有机存储元件的电流值急剧改变从而执行数据写入，由此确定写入和读取都很容易执行。
相反地，在用包含氧化硅的ITO形成第一导电层的有机存储元件中，电流在4.5V左右逐渐开始流动。也就是说，甚至在写入之前就有电流流动。此外，写入之后的I-V曲线是非线性的，而且电阻值大于用钛形成第一导电层的有机存储元件在写入之后的电阻值。也就是说，用包含氧化硅的ITO形成第一导电层的有机存储元件在写入之前和之后电阻值的差异小，由此可以说存储特性差。
为了提供存储特性优良的元件，优选第一导电层是金属层，典型地是钛层。
(实施例4)
在本实施例中，将参照附图描述用TEM(透射电子显微镜)观察有机存储元件在写入之后的横截面的结果。要注意，在此，该写入是以向有机存储元件施加电压以使该有机存储元件短路的方式来执行的。
首先，按照通过溅射在玻璃衬底上形成110nm厚的第一导电层、通过蒸镀在第一导电层上形成35nm厚的有机化合物层、并通过蒸镀在有机化合物层上形成270nm厚的第二导电层的方式来形成有机存储元件。这里，第一导电层、有机化合物层、第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、α-NPD和铝形成。注意有机存储元件在水平面中的尺寸是2mm×2mm。
接着，向有机存储元件施加写入电压以便将数据写入该有机存储元件，并且用TEM观察该有机存储元件的横截面。注意用于TEM的样品通过用宽度为0.1μm的FIB(聚焦离子束)进行处理来制备。对于FIB，在30kV下使用Ga离子源。
图19A示出对应于观察到的有机存储元件在写入数据之后的横截面的光学显微镜图像，图19B和图20A、20B示出对应于图19A的横截面TEM图像。此外，图21A示出对应于观察到的写入数据之后的横截面的光学显微镜图像，图22A和22B示出对应于图21的横截面TEM图像。此外，为了进行比较，图23示出有机存储元件在写入之前的横截面TEM图像，其中膜厚度是34nm。图19B中的放大倍数是30000倍，图20A和20B中的放大倍数是100000倍，图22A和22B、图23中的放大倍数是200000倍。
如图23所示，有机化合物层在写入之前的膜厚度是均匀的，在此是34nm。图19B是图19A中点(i)的TEM图像。如图19A所示，在使有机存储元件短路之后，在有机存储元件的一部分中观察到很多凸起。图19B示出观察包括该凸起的部位的结果。图19B的右面的部位对应于图19A中靠近凸起中心的部位。也就是说，在短路之后有机存储元件中的凸起可以说是由于该有机存储元件的有机化合物层的厚度发生变化而引起的。
此外，图20A和20B示出针对乘以图19B中的放大倍数的情况的有机存储元件的观测结果。注意图20A和20B示出不同的被观察部位。图20A中左边缘的有机化合物层的膜厚度是90nm，而图20B中在左边缘的有机化合物层的膜厚度是15nm。如上所述，在写入了数据的有机存储元件的有机化合物层中，厚度局部改变，因此确定电极之间的距离也改变了。
如图20A所示，相信图19A中写入数据之后有机存储元件中的凸起是由于有机存储元件的有机化合物层的膜厚度在向该有机存储元件施加电压时发生变化而导致的。如图20A所示，有机化合物层的膜厚度随着远离包含该凸起的部位而逐渐变薄。图22A和22B示出凸起之间的部位(是指图21中的点(ii))的观测结果。
如图22A和22B所示，确定有机存储元件在施加写入电压之后由于有机化合物层移动使得第一导电层和第二导电层互相接触而被短路。严格地说，从图22A和22B中的横截面TEM图像来看，可以说有机化合物层的膜厚度在第一导电层和第二导电层之间的边界处至少是5nm或更小。
(实施例5)
在本实施例中，对于图27A至27F所示的每个样品1至6，即制造于衬底上的有机存储元件，图24A至26B示出在以电学方式向有机存储元件写入了数据时测量电流-电压特性的结果。注意在此该写入是按照向有机存储元件施加电压以使该有机存储元件短路的方式执行的。
在图24A至26B的每一个中，水平轴都表示电压，竖直轴都表示电流密度值，圆形点图示出在写入数据之前测量有机存储元件的电流-电压特性的结果，方形点图示出在写入数据之后测量有机存储元件的电流-电压特性的结果。此外，每个样品1至6在水平面中的尺寸都是2mm×2mm。
样品1是第一导电层、第一有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27A所示，第一导电层、第一有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、TPD和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有50nm的厚度。图24A示出测量样品1的电流-电压特性的结果。
样品2是第一导电层、第一有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27B所示，第一导电层、第一有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、掺有2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰代二甲基苯醌(tetracyanoquinodimethane)(可以缩写为F4-TCNQ)的TPD和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有50nm的厚度并掺有0.01wt％(重量百分比)的F4-TCNQ。图24B示出测量样品2的电流-电压特性的结果。
样品3是第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27C所示，第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、TPD、F4-TCNQ和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有50nm的厚度，第二有机化合物层形成为具有1nm的厚度。图25A示出测量样品3的电流-电压特性的结果。
样品4是第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27D所示，第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、F4-TCNQ、TPD和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有1nm的厚度，第二有机化合物层形成为具有50nm的厚度。图25B示出测量样品4的电流-电压特性的结果。
样品5是第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27E所示，第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、掺有F4-TCNQ的TPD、TPD和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有40nm的厚度并掺有0.01wt％的F4-TCNQ，第二有机化合物层形成为具有40nm的厚度。图26A示出测量样品5的电流-电压特性的结果。
样品6是第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层依次堆叠而成的元件。在此，如图27E所示，第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层分别利用包含氧化硅的ITO、TPD、掺有F4-TCNQ的TPD和铝形成。此外，第一有机化合物层形成为具有40nm的厚度，第二有机化合物层形成为具有10nm的厚度并掺有0.01wt％的F4-TCNQ。图26B示出测量样品6的电流-电压特性的结果。
图24A至26B所示的实验结果还示出有机存储元件在写入数据之前和使该有机存储元件短路之后的电流-电压特性的实质性变化。这些样品的有机存储元件还具有使每个有机存储元件短路的电压的可重复性，误差在0.1V之内。
接着，在图31中示出样品1至6在写入之前和之后的写入电压及特性。
在表1中，写入电压(V)表示在使每个有机存储元件短路时施加的电压。R(1V)表示通过将写入之后向有机存储元件施加1V时的电流密度除以写入之前向有机存储元件施加1V时的电流密度所获得的值。类似地，R(3V)表示通过将写入之后向有机存储元件施加3V时的电流密度除以写入之前向有机存储元件施加3V时的电流密度所获得的值。也就是说，R(1V)和R(3V)表示在向有机存储元件写入之前和之后的电流密度变化。与施加的电压为3V的情况相比，确定在施加的电压为1V的情况下，有机存储元件的电流密度差异大，具体说来，达到10的4次方或更大。
(实施例6)
在本实施例中，参照图28A和28B、图29A至29C描述具有柔韧性的半导体器件。
如图28A所示，通过等离子CVD在玻璃衬底6101上形成膜厚度为100nm的SiON膜6102。然后通过溅射形成膜厚度为30nm的钨膜6103作为剥离层。接着通过溅射形成膜厚度为200nm的SiO2膜6104来与作为剥离层的钨膜6103接触。通过等离子CVD连续形成膜厚度为50nm的SiNO膜6105、膜厚度为100nm的SiON膜6106以及膜厚度为66nm的非晶硅膜(未在图中示出)。
接着，在电炉内将该玻璃衬底6101在550℃下加热4个小时。通过加热，在用作剥离层的钨膜6103和SiO2膜6104之间的界面上形成氧化钨层(未在图中示出)。此外，使非晶硅膜晶化，由此形成晶体硅膜。
接着，在对晶体半导体膜进行干蚀刻之后，以通过溅射堆叠膜厚度为60nm的Ti膜、膜厚度为40nm的TiN膜、膜厚度为40nm的Al膜、膜厚度为60nm的Ti膜以及膜厚度为40nm的TiN膜的方式来形成导电层。然后，通过光刻法形成抗蚀剂掩模并用该抗蚀剂掩模作为保护膜对该导电层进行蚀刻，从而形成布线6107。
接着，通过溅射在布线6107和SiON膜6106上形成膜厚度为100nm的Ti膜。然后，通过光刻法形成抗蚀剂掩模并通过用该抗蚀剂掩模作为保护膜利用HF进行湿蚀刻来对该Ti膜进行蚀刻，从而形成第一导电层6108。
然后，在施加和烘焙感光剂以形成膜厚度为1.5μm的聚酰亚胺层之后，通过曝光和显影形成覆盖第一导电层6108的边缘部分的绝缘层6109。此时，第一导电层6108的部分被暴露。接着，通过利用NPB进行蒸镀在绝缘层6109和暴露的第一导电层6108上形成厚度为30nm的有机化合物层6110。然后，在此通过利用铝进行蒸镀形成膜厚度为200nm的第二导电层6111。
接着，涂敷环氧树脂6112，然后，在110℃下烘焙30分钟。接着，将柔性膜6113粘接到环氧树脂6112的表面上。然后，将胶带粘接到玻璃衬底6101上。通过在120℃至150℃下加热将柔性膜6113与环氧树脂6112结合。接着，将玻璃衬底6101设置在平坦表面上，通过加压接合将胶粘筒(adhesive roller)粘接到柔性膜6113的表面，在用作剥离层的钨膜6103和SiO2膜6104之间的界面上(图28A中的箭头6114)剥离包含有机元件的层(参照图28B)。
图29A至29C示出由此从玻璃衬底6101剥离下来的有机存储元件的照片和图案。
图29A是形成在柔性膜6113上的有机存储元件的照片，这是从有机存储元件一侧拍摄的，也就是形成SiO2膜的一侧。图29B是图29A的图案。第二导电层6111、绝缘膜6109、第一导电层6108堆叠在柔性膜6113上，形成了与第一导电层6108连接的布线6107。注意在绝缘层6109和第二导电层6111的表面上的有机化合物层6110用虚线表示。由于有机化合物层6110没有着色而且具有很薄的膜厚度，因此无法在图29A或29C中从视觉上识别有机化合物层6110。
图29C是图29A所示的有机存储元件的照片，这是从柔性膜6113一侧拍摄的。
如上所述，可以制造具有柔韧性的半导体器件(存储器件或存储器)，其中有机存储元件设置在柔性膜上。
(实施例7)
在本实施例中，图30示出在向有机存储元件的第一和第二导电层施加电压以使该有机存储元件绝缘从而执行写入的情况下测量有机存储元件的电流-电压特性的结果。
该有机存储元件按照通过溅射在玻璃衬底上形成第一导电层、用聚乙烯醇基的多孔体清洁第一导电层的表面以消除该表面上的灰尘、通过蒸镀在第一导电层上形成厚度为20nm的有机化合物层以及通过蒸镀在有机化合物层上形成厚度为200nm的第二导电层的方式来形成。在此，第一导电层、有机化合物层和第二导电层分别利用钛、Alq3和铝形成。此后，涂敷环氧树脂并加热以密封该有机存储元件。在这种情况下，有机存储元件在水平面中的尺寸是5μm×5μm。
在图30，水平轴表示电压，竖直轴表示电流值，点图6301示出在写入数据之前测量有机存储元件的电流-电压特性的结果，点图6302示出在紧接写入之后测量有机存储元件的电流-电压特性的结果。在这种情况下的写入电压是12V，写入电流值是5×10-4μA。此外，在写入之后电流值立即减小到5×10-12μA至3×10-11μA。该结果表示可以通过施加电压来写入数据，而且可以通过有机存储元件的电流值的改变来读取数据。
本申请基于2004年10月18日向日本专利局提交的日本专利申请2004-303595，通过引用将其内容合并于此。
尽管参照附图通过举例完整地描述了本发明，应当理解对本领域的技术人员来说各种改变和修正将是显而易见的。因此，除非这些改变和修正脱离本发明的范围，否则这些改变和修正应当被解释为包括在本发明的范围中。

Claims (33)

1.一种半导体器件，包括：
沿着第一方向延伸的位线；
沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线；
设置在位线和字线的交叉部位的存储单元；和
设置在该存储单元中的存储元件，
其中该存储元件包括设置在位线和字线之间的有机化合物层，并且
其中该存储元件被布置为当在位线和字线之间施加电压时改变位线和字线之间的距离。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括形成在位线或字线的相同表面上的天线。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中位线和字线中的至少一个具有透光特性。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中位线和字线之间的距离的改变使得位线和字线能够彼此接触。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中当数据写入所述存储元件时，所述存储元件的电阻不可逆转地改变。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述电压为5至14V。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包括电子传输材料和空穴传输材料之一。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有机化合物层具有大于等于10-15S/cm且小于等于10-3S/cm的电导率。
9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有机化合物层的膜厚度为5至60nm。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包含其电阻通过光照射而改变的材料。
11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包含其电导率通过激光照射而改变的材料。
12.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括电源电路、时钟发生电路、数据解调/调制电路和接口电路中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述存储元件设置在玻璃衬底上。
14.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述存储元件设置在柔性衬底上。
15.一种半导体器件，包括：
沿着第一方向延伸的位线；
沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线；和
与位线和字线连接的存储单元，
其中该存储单元包括晶体管和与该晶体管电连接的存储元件，
其中该存储元件具有设置在一对导电层之间的有机化合物层，并且
其中该存储元件被布置为当在所述一对导电层之间施加电压时改变所述一对导电层之间的距离。
16.根据权利要求15所述的半导体器件，还包括形成在位线或字线的相同表面上的天线。
17.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述一对导电层中至少一个具有透光特性。
18.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述晶体管是薄膜晶体管。
19.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述一对导电层之间的距离的改变使得所述一对导电层能够彼此接触。
20.根据权利要求15所述的半导体器件，其中当数据写入所述存储元件时，所述存储元件的电阻不可逆转地改变。
21.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述电压为5至14V。
22.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包括电子传输材料和空穴传输材料之一。
23.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述有机化合物层具有大于等于10-15S/cm且小于等于10-3S/cm的电导率。
24.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述有机化合物层的膜厚度为5至60nm。
25.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包含其电阻通过光照射而改变的材料。
26.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述有机化合物层包含其电导率通过激光照射而改变的材料。
27.根据权利要求15所述的半导体器件，还包括电源电路、时钟发生电路、数据解调/调制电路和接口电路中的至少一个。
28.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述存储元件设置在玻璃衬底上。
29.根据权利要求15所述的半导体器件，其中所述存储元件设置在柔性衬底上。
30.一种用于驱动半导体器件的方法，
该半导体器件包括：
沿着第一方向延伸的位线；
沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线；
设置在位线和字线的交叉部位的存储单元；和
设置在该存储单元中的存储元件，
其中该存储元件包括设置在位线和字线之间的有机化合物层，并且
其中该存储元件被布置为当在位线和字线之间施加第一电压时改变位线和字线之间的距离，
所述方法包括以下步骤：
通过在位线和字线之间施加所述第一电压以改变该存储元件的电阻来写入数据，
通过在位线和字线之间施加第二电压以读取该存储元件的电阻来读取数据。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一电压的施加使得所述位线和所述字线能够彼此接触。
32.一种用于驱动半导体器件的方法，
该半导体器件包括：
沿着第一方向延伸的位线；
沿着不同于第一方向的第二方向延伸的字线；和
与位线和字线连接的存储单元，
其中该存储单元包括晶体管和与该晶体管电连接的存储元件，
其中该存储元件包括设置在一对导电层之间的有机化合物层，并且
其中该存储元件被布置为当在所述一对导电层之间施加第一电压时改变所述一对导电层之间的距离，
所述方法包括以下步骤：
通过在所述一对导电层之间施加所述第一电压以改变该存储元件的电阻来写入数据，并且
通过在所述一对导电层之间施加第二电压以读取该存储元件的电阻来读取数据。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一电压的施加使得所述一对导电层能够彼此接触。
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