비휘발성 메모리 소자는 기판, 전하 저장 영역, 채널 영역, 터널링 절연층, 게이트 구조물 및 전위 인가 구조물을 포함한다. 전하 저장 영역은 기판 상에 형성된다. 채널 영역은 전하 저장 영역과 인접하여 형성된다. 터널링 절연층은 전하 저장 영역과 채널 영역 사이에 형성된다. 게이트 구조물은 전하 저장 영역을 가열한다. 전위 인가 구조물은 채널 영역에 전위를 인가한다. 게이트 구조물을 이용하여 기준 온도 이상의 줄 열(Joule heat)을 전하 저장 영역에 인가하고, 전위 인가 구조물을 이용하여 기준 전위 이상의 양 전위를 채널 영역에 인가하여, 전하 저장 영역에 저장된 적어도 하나의 전하를 방출시키는 데이터 소거 동작을 수행한다.