放射光軌道装置等を用いてGeSbTe化合物の� ��造解析を詳細に検討すると、以下の点で従� ��の構造とは異なる様相を、Teを含むカルコ� �ン化合物がとることを発見した(上記「非特� ��文献4」参照)。

 1.結晶相において、Ge原子とSb原子がNaCl型 の単純立方格子内でClの位置((b)サイト)を占� �る配列は、これまで考えられていたような� �ランダム」状態ではなく、原子の配列位置� �きちんと「決定」されている。また、格子� �歪んでいる(図1参照)。

 2.アモルファス状態は、完全なランダム� �はなく、結晶格子内部のGe原子が中心位置(� �ずかにずれて強誘電的であるが)から2AほどTe 原子側に移動した配置をとり、そのユニット を維持したままでねじ曲がった構造をもつ(� �2参照)。

 3.このねじ曲がったユニットが復元する� �とで高速スイッチングが安定に繰り返され� �(図3参照)。

 上記新しい書き込み読み出し原理から、� ��下の手法でTeを含むカルコゲン化合物を構� �すれば、微結晶間の界面電気抵抗を極力低� �し、かつ繰り返し書き換え回数を大幅に向� �可能な新規相変化RAMを提供できることに気� �いた。

 すなわち、GeSbTeからなる化合物を、GeTeの薄 膜とSb ₂ Te ₃ 薄膜から構成される超格子を形成し、GeTe層� �にあるGe原子をSb ₂ Te ₃ 層との界面にメモリに入力される電気エネル ギーを手段として拡散させることにより結晶 状態と同様の構造を、「異方性をもった結晶 」として形成させること(消去(記録)状態))、� ��た、逆に界面に蓄積されたGe原子を元々のGe Te層内に電気エネルギーを手段として戻すこ� ��で、従来、アモルファスと呼ばれてきたラ� ��ダム構造と同等の電気抵抗値をもつ「アモ� ��ファスに類似した構造」に還元すること(記 録(消去)状態)で、これまでの相変化RAMの特性 を大幅に改善できる新しい相変化RAMを提供で きことがわかった。

 図4に、この構成の基本構造を示すが、GeTe� �の厚さは、約0.4nm、Sb ₂ Te ₃ 層の厚さは、約0.5nmである。一般的には、各� ��の厚みは、0.3nmから2nm程度が好ましい。

 たとえば、スパッタリング法を用いて本特� ��の構造を構成する場合、GeTeあるいはSb ₂ Te ₃ から構成された化合物ターゲットを用いて(� �るいは単体のターゲットを用いて)、予め時� ��当りの膜形成速度をスパッタリングのため� ��投入電力パワーに対して測定しておけば、� ��膜時間を管理するだけで簡単にこれらの膜� ��らなる超格子構造を構成することが出来る� ��

 GeSbTeのある組成からなる化合物ターゲッ� ��を用いて一層の記録膜として構成した場合� ��おいてでは、構成される微結晶内でのGe原� �の動きは微結晶毎にランダムであり、Ge原子 を移動させるための投入される電気エネルギ ーはコヒーレント性をもたないため、熱力学 的に多くの熱エネルギーを系に対して放出し なければならないのに対して、本発明の超格 子構造においては、Geの原子の動きは、記録� ��中では図4に示すように一方向であり(つま� �、コヒーレント性をもつ)、仕事としてのエ� ��ルギーに多くの入力エネルギーが利用でき� ��熱としてのエネルギー放出量を押さえるこ� ��が可能となる。つまり、相変態を行なうた� ��のエネルギー効率が向上する。

 また、書き換えに対して発生する体積変� ��(結晶-アモルファス間の体積変化)は、アモ� ��ファス類似構造を用いることで低減でき、� ��つ、一軸方向にのみ発生させることで、組� ��偏析の生じない安定した繰り返し書き換え� ��作を提供できる。