DE112004002245T5

DE112004002245T5 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE112004002245T5
Application number: DE112004002245T
Authority: DE
Inventors: Haruo Hino Kawakami; Hisato Hino Kato; Keisuki Hino Yamashiro; Kyoko Hino Kato
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-11-09
Also published as: US7623213B2; GB2423869A; WO2005053049A1; JP4618131B2; GB0610568D0; JPWO2005053049A1; GB2423869B; US20060284155A1

Abstract

Schaltvorrichtung, in der eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine an gelegte Spannung enthält, zwischen wenigstens zwei Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrodenschicht (20a), eine die Injektion elektrischer Ladung herabsetzende Schicht (40), eine Schicht aus organischem bistabilen Material (30) und eine zweite Elektrodenschicht (20b) der Reihe nach jeweils als Dünnschichten gebildet sind, wobei die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die eine Injektion einer kleinen Menge elektrischer Ladung von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials zuläßt im Vergleich mit einem Fall, wo die elektrische Ladung direkt von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht vorhanden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltvorrichtungen zum Treiben einer Anzeigetafel, die eine organische EL-Einrichtung, einen Flüssigkristall oder dergleichen verwendet, oder eine Schaltvorrichtung, die in einem Speicher mit hoher Dichte oder dergleichen verwendet werden soll.

Hintergrund und Stand der Technik

In den letzten Jahren wurden die Eigenschaften eines organischen elektronischen Materials wesentlich verbessert. Besonders wurde in Betracht gezogen, ob ein sogenanntes organisches bistabiles Material, in dem bei kontinuierlichem Anlegen einer steigenden Spannung ein Strom in einem Kreis bei einer bestimmten Spannung oder darüber plötzlich ansteigt und ein Schalteffekt beobachtet wird, angewandt werden kann für eine Schaltvorrichtung zum Treiben einer organischen EL-Anzeigetafel, eines Speichers mit hoher Dichte oder dergleichen.

11 zeigt ein Beispiel der Spannung-Strom-Charakteristika eines organischen bistabilen Materials, das das oben beschriebene Schaltverhalten zeigt.

Wie in 11 gezeigt, hat das organische bistabile Material zwei Typen von Strom-Spannungs-Charakteristika, das heißt hohe Widerstandscharakteristik 51 (Off-Zustand) und niedrige Widerstandscharakteristik 52 (On-Zustand) und hat auch eine nicht-lineare Antwortcharakteristik, so daß in einem Zustand bei dem zuvor eine Vorspannung Vb angezeigt wurde, wenn man die Spannung auf Vth2 oder mehr ansteigen läßt, der Widerstand sich verändert und dann der Off-Zustand in den On-Zustand verändert wird, während wenn man eine Spannung von Vth1 oder weniger zuläßt, der Widerstand verändert wird und dann der On-Zustand in den Off-Zustand umschlägt. Indem nun eine Spannung von Vth2 oder mehr oder Vth1 oder weniger an das organische bistabile Material angelegt wird, kann ein sogenanntes Schaltverhalten hervorgerufen werden. Bei dieser Gelegenheit können Vth1 und Vth2 als eine pulsierende Spannung angelegt werden.

Als organische bistabile Materialien, die eine solche nicht-lineare Antwort (response) wie oben beschrieben zeigen, sind verschiedene Arten von organischen Komplexen bekannt. Beispielsweise stellen R.S. Potember et al. versuchsweise eine Schaltvorrichtung mit zwei Typen von stabilem Widerstand gegen eine Spannung unter Verwendung eines Cu-TCNQ (Kupfer-tetracyanochinodimethan)-Komplexes her (Bezugnahme auf Nicht-Patentdokument 1).

Weiterhin beobachten Kumai et al. ein Schaltverhalten infolge einer nicht-linearen Antwort unter Verwendung eines Einkristalls von K-TCNQ (Kaliumtetracyanochinodimethan)-Komplex (Bezugnahme auf Nicht-Patentdokument 2).

Weiterhin bilden Oyamada et al. einen Cu-TCNQ-Komplex als Dünnschicht unter Verwendung einer Vakuumverdampfungsmethode und dann wird während der Klärung von deren Schaltcharakteristika die Möglichkeit von deren Anwendung auf eine organische EL-Matrix untersucht und bei dieser Gelegenheit die Bildung einer Aluminiumoxidschicht zwischen einem Cu-TNCQ elektrischen Ladungstransferkomplex und einer Aluminiumoxidelektrode beschrieben (Nicht-Patentdokument 3; Patentdokument 1).

Die hier genannten Dokumente sind die folgenden:
[Patentdokument 1] JP-A-2003-283004
[Nicht-Patentdokument 1] R.S. Potember et al. Appl. Phys. Lett. 34, (1979) 405
[Nicht-Patentdokument 2] Kumai et al. Solid Physics 35, (2000) 35
[Nicht-Patentdokument 3] Oyamada et al. Appl. Phys. Lett. 83, (2003) 1252.

[Beschreibung der Erfindung]

[Probleme, welche die Erfindung lösen soll]

Eine Schaltvorrichtung welche den elektrischen Ladungstransferkomplex verwendet, hat die im folgenden beschriebenen Probleme.

Zunächst, da der elektrische Ladungs-Transferkomplex aus einem Elektronendonormolekül und einem Elektronenakzeptormolekül im Verhältnis 1:1 durch Anwendung einer Co-Abscheidungsmethode oder dergleichen gebildet wird, liegt ein Nachteil darin, daß es schwierig ist, seine Zusammensetzung zu steuern.

Weiterhin ist die Schaltvorrichtung, welche den elektrischen Ladungstransferkomplex verwendet, hinsichtlich des Schaltphänomens nicht genügend reproduzierbar und es zeigen nicht alle in einem gleichen Produktionslauf hergestellten Vorrichtungen notwendigerweise Schalteigenschaften. Es besteht also ein Problem darin, daß die Wahrscheinlichkeit, Vorrichtungen zu erhalten, welche Schalten (Transfer) durchführen, gering ist. Weiterhin ist selbst wenn der Transfer erkennbar ist, ein Problem, daß besonders eine Transferspannung vom Off-Zustand zum On-Zustand nicht konstant ist.

Obgleich eine Ursache solcher oben beschriebenen Schwankungen noch nicht geklärt ist, werden Gründe wie im folgenden beschrieben in Betracht gezogen. Es werden nämlich in der oben beschriebenen Schaltvorrichtung Spurenmengen von elektrischen Ladungen in eine organische Schicht im Off-Zustand injiziert. Dann werden die so injizierten elektrischen Ladungen in einem organischen Schicht oder an einer Grenzfläche zwischen der organischen Schicht und einer metallischen Elektrode akkumuliert und danach, wenn die so akkumulierten elektrischen Ladungen einen bestimmten Schwellenwert erreichen, tritt ein Transfer zum On-Zustand ein; es wird jedoch angenommen, daß da eine solche Injektion der Spurenmengen von elektrischen Ladungen im Off-Zustand wie oben beschrieben nicht konstant ist, die Schwankungen auftreten.

Weiterhin tritt ein Fall auf, besonders wenn die elektrische Ladungsinjektion übermäßig groß ist, daß der Off-Zustand nicht aufrechterhalten werden kann und eine bistabile Eigenschaft selbst nicht auftritt; andererseits, wenn die elektrische Ladungsinjektion übermäßig klein ist, liegt ein Fall vor, in dem, da die elektrischen Ladungen nicht akkumuliert werden, der Transfer zum On-Zustand nicht eintritt und sich daher keine bistabile Eigenschaft zeigt.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf solche bisherigen technischen Probleme wie oben beschrieben gemacht und hat zum Ziel, eine Schaltvorrichtung zu schaffen, in der ein organisches bistabiles Material zwischen Elektroden angeordnet ist und dann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens (die Transferwahrscheinlichkeit) von Vorrichtungen mit Schaltleistung gesteigert ist, die Schwankung einer Transferspannung klein ist und die Schaltcharakteristika stabilisiert sind.

Mittel zur Lösung der Probleme

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist eine solche in welcher eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine angelegte Spannung zwischen wenigstens zwei Elektroden vorgesehen ist und sie ist dadurch charakterisiert, daß eine erste Elektrodenschicht, eine elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht, eine Schicht eines organischen bistabilen Materials und eine zweite Elektrodenschicht nacheinander jeweils als Dünnschichten gebildet werden, wobei die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht eine elektrisch leitende Schicht aufweist, welche bewirkt, daß eine elektrische Ladungsinjektionsmenge von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials klein ist im Vergleich mit der in einem Fall, wo die elektrische Ladung von der ersten Elektrodenschicht direkt in die Schicht des organischen bistabilen Materials injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorhanden ist.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist eine Schaltvorrichtung in der eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine angelegte Spannung aufweist, zwischen wenigstens zwei Elektroden vorgesehen ist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine zweite Elektrodenschicht, eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, eine elektrische La dungsinjektion unterdrückende Schicht und eine erste Elektrodenschicht nacheinander jeweils als Dünnschichten gebildet werden, wobei die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht eine elektrisch leitende Schicht enthält, die bewirkt, daß eine elektrische Ladungsinjektionsmenge von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials klein ist im Vergleich mit einem Fall, wo die elektrische Ladung direkt von der ersten Elektrodenschicht zu der Schicht des organischen bistabilen Materials injiziert wird, ohne daß die Schicht zur Unterdrückung der elektrischen Ladungsinjektion vorhanden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung ist die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorzugsweise eine elektrisch leitende Schicht, welche die Menge der elektrischen Ladungsinjektion auf ein Zehntel oder weniger unterdrückt.

Da also in der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in der die elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schicht die elektrisch leitende Schicht, die eine bei der gleichen Spannung kleine elektrische Ladungsinjektion in die Schicht des organischen bistabilen Materials zuläßt, zwischen der Elektrodenschicht und der Schicht des organischen bistabilen Materials vorgesehen ist, stellt die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht den elektrischen Widerstand ein, um so die Menge der elektrischen Ladungsinjektion im Off-Zustand zu unterdrücken. Aus diesem Grund kann nicht nur die Transferwahrscheinlichkeit gesteigert sondern auch Charakteristiken wie die Transferspannung können stabilisiert werden.

Erfindungsgemäß beträgt der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schicht von 10⁵ bis 10⁷ (Ωcm).

Erfindungsgemäß enthält die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorzugsweise ein Metalloxid. In einem solchen Fall kann wie oben beschrieben die injizierte Menge der elektrischen Ladung gesteuert werden, da das Metalloxid gewöhnlich an der Luft stabil ist und darüber hinaus seine Menge in geeigneter Weise gesteuert werden kann. Der hier verwendete Ausdruck „Metalloxid" bedeutet ein Metalloxid mit elektrischer Leitfähigkeit oder ein Metalloxid, das soweit oxidiert wurde, daß es eine elektrische Leitfähigkeit hat.

Erfindungsgemäß wird die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorzugsweise gebildet durch reaktive Abscheidung eines Metalls in einem oxidierenden Gas oder durch Oxidation mittels Sauerstoff oder Feuchtigkeit an der Luft. Bei einem solchen Fall, wie oben beschrieben ist es möglich, das Metalloxid einfach und billig zu bilden.

Erfindungsgemäß enthält die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorzugsweise ein organisches Material oder anorganisches Material mit der Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung. In einem solchen Fall, wie oben beschrieben, kann die die dielektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht auf billige Weise gebildet werden durch Verwendung eines Verfahrens wie Vakuumabscheidung oder Schleuderbeschichtungsabscheidung.

Erfindungsgemäß wird die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht vorzugsweise durch eine Gegensputtermethode oder eine ECR-Plasmasputtermethode gebildet. Eine Dünnschicht bildende Methode, welche die Gegensputtermethode oder die Sputtermethode unter Verwendung von ECR-Plasma anwendet, unterscheidet sich von einer RF-Sputtermethode, die zum Zeitpunkt der Bildung einer Dünnschicht unter Verwendung eines gewöhnlichen isolierenden Materials verwendet wird und Ionen aus einer Strahlenquelle werden kaum direkt ausgesandt. Da so eine Schädigung an einer Unterschicht stark verringert werden kann, kann ein Gegenstand mit höherer Qualität geschaffen und außerdem die Laminierung auf der organischen Schicht einfach durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß ist die organische bistabile Verbindung vorzugsweise eine solche, die durch die folgende Formel (I) dargestellt ist.

(In der Formel (I) bedeuten R¹ bis R⁴ jedes eine Gruppe ausgewählt aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten tragen kann, und einer gegebenenfalls substituierten Arylgruppe, wobei R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden voneinander sein können; R⁵ und R⁶ bedeuten jedes eine gegebenenfalls substituierte Arylgruppe oder eine gegebenenfalls substituierte heterocyclische Gruppe, wobei R⁵ und R⁶ gleich oder verschieden voneinander sein können; und A bedeutet eine Gruppe, die ausgewählt ist unter den folgenden Gruppen (1) bis (10).

Da in einem solchen Fall wie obenbeschrieben jede solche Verbindung vom Chinomethantyp wie oben beschrieben ein niedriges LUMO-Niveau hat, wird die Elektroneninjektion von der ersten Elektrode leicht vorgenommen, und, da sie eine Chinongruppe hat, die eine funktionelle Gruppe mit Elektronenakzeptoreigenschaft ist, hat sie nicht nur Elektronentransportfähig keit sondern auch eine ausgezeichnete bistabile Eigenschaft und kann daher erfindungsgemäß mit Vorteil verwendet werden.

Wenn im Rahmen der Erfindung die organische bistabile Verbindung eine der obigen Formel (I) entsprechende Verbindung ist, enthält die erste Elektrodenschicht vorzugsweise Aluminium und die zweite Elektrode Gold. In einem solchen Fall, wie oben beschrieben hat das Aluminium einen niedrigen absoluten Wert einer Arbeitsfunktion unter Elektrodenwerkstoffen, da es in der Lage ist, Elektronen abzugeben, während Gold unter den Elektrodenwerkstoffen einen hohen Absolutwert der Arbeitsfunktion hat und Elektronen nur schwer freigibt, so daß die Injektion von elektrischen Ladungen durchgeführt werden kann und dabei vorteilhafter Weise eine Kombination von Elektroden erfindungsgemäß verwendet wird.

[Vorteile der Erfindung]
Erfindungsgemäß können in der Schaltvorrichtung, in der das organische bistabile Material zwischen Elektroden vorgesehen ist, die Schalteigenschaften durch Verstärkung der Transferwahrscheinlichkeit stabilisiert werden.
[Figurenbeschreibung]
1 Ist ein schematisches Blockdiagramm das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung zeigt.
2 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung des Beispiels 1 zeigt.
3 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 8 zeigt.
4 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 9 zeigt.
5 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 10 zeigt.
6 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
7 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
8 Ist ein Graph, der die Zusammensetzung nach den durch ESCA erhaltenen Analyseergebnissen an einer die elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schicht und einer ersten Elektrodenschicht in der Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 1 zeigt.
9 Ist ein Graph, der die Zusammensetzung nach den durch ESCA erhaltenen Analyseergebnissen an einer die elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schicht und einer ersten Elektrodenschicht in der Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 7 zeigt.
10 Ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Charakteristika bei Verwendung von elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schichten mit verschiedenem spezifischem Volumenwiderstand zeigt.
11 Ist ein Graph, der ein Konzept der Strom-Spannungs-Charakteristika einer üblichen Schaltvorrichtung zeigt.

10: Substrat
20a: erste Elektrodenschicht
20b: zweite Elektrodenschicht
30: organische bistabile Materialschicht
40: Schicht zur Unterdrückung der elektrischen Ladungsinjektion
51: Hochwiderstandszustand
52: Niedrigwiderstandszustand
Vth1: niedriger Wert der Schwellenspannung
Vth2: hoher Wert der Schwellenspannung

[Beste Ausführungsform der Erfindung]
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung zeigt.
Wie in 1a gezeigt, ist die Schaltvorrichtung so gebaut, daß eine erste Elektrodenschicht 20a, eine elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40, eine Schicht aus organischem bistabilen Material 30 und eine zweite Elektrodenschicht 20b nacheinander in der angegebenen Reihenfolge auf einem Substrat 10 beschichtet (laminiert) sind.
Auch wird wie in 1b gezeigt, die Schaltvorrichtung so aufgebaut, daß eine zweite Elektrodenschicht 20b, eine Schicht eines organischen bistabilen Materials 30, eine elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40 und eine erste Elektrodenschicht 20a nacheinander in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 10 beschichtet (laminiert) sind.
Für das Substrat 10 bestehen keine besonderen Grenzen und ein bekanntes Glassubstrat oder dergleichen wird mit Vorteil verwendet.
Für die erste Elektrodenschicht 20a und die zweite Elektrodenschicht 20b können metallische Materialien wie Aluminium, Gold, Silber, Nickel und Eisen, anorganische Materialien, wie ITO und Kohlenstoff, organische Materialien, wie solchem mit einem konjugierten System und Flüssigkristall, Halbleitermaterialien, wie Silicium oder dergleichen in geeigneter Weise ausgewählt werden, obgleich die vorliegende Erfindung darauf nicht besonders begrenzt ist.
Unter anderem ist es insoweit als für die in der Schicht 30 des organischen bistabilen Materials verwendete organische bistabile Verbindung wie unten beschrieben beispielsweise die in der obigen Formel (I) dargestellte Chinomethanverbindung verwendet wird, die erste Elektrodenschicht 20a, die der die elektrische Ladungsinjektion unterdrückenden Schicht 40 benachbart angeordnet ist, vorzugsweise eine Aluminiumelektrode, während die zweite Elektrodenschicht 20b, die der Schicht des organischen bistabilen Materials 30 benachbart angeordnet ist, eine metallische Elektrode ist. Aluminium hat einen niedrigen Absolutwert einer Arbeitsfunktion (WF = Work Funktion) unter den Elektrodenmaterialien, indem es zur Abgabe von Elektronen neigt. Gold dagegen hat unter den Elektrodenmaterialien einen hohen Absolutwert der Arbeitsfunktion, indem es nur schwer Elektronen abgibt und es kann daher die Injektion von elektrischen Ladungen vorgenommen werden und es kann daher mit Vorteil verwendet werden.
Der Ausdruck „Absolutwert der Arbeitsfunktion" einer ersten Elektrodenschicht oder einer zweiten Elektrodenschicht bedeutet eine Mindestenergie, die zur Entfernung eines Elektrons von einer Oberfläche eines gegebenen Materials erforderlich ist und ist ein inhärenter Wert des Elektrodenmaterials. Die Arbeitsfunktion kann durch Photoelektronenemissionsspektrum in der Luft gemessen werden. Als Elektrodenmaterialien, die je einen niedrigen Absolutwert der Arbeitsfunktion haben, können außer Aluminium noch Lithium, Magnesium, Calcium, Silber oder dergleichen erwähnt werden, während für Elektrodenmaterialien, die jeweils einen hohen Absolutwert der Arbeitsfunktion haben, außer Gold noch Chrom, Platin, ITO und dergleichen zu erwähnen sind.
Hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens für die erste Elektrodenschicht 20a oder die zweite Elektrodenschicht 20b sei ein bekanntes Dünnschichtbildungsverfahren erwähnt, wie Vakuumabscheidung oder dergleichen, obgleich die vorliegende Erfindung darauf nicht besonders beschränkt ist. Wenn eine Dünnschicht durch Vakuumabscheidung gebildet wird, wird die Temperatur des Substrats zum Zeitpunkt der Abscheidung geeignet gewählt, entsprechend dem zu verwendenden Elektrodenmaterial, und liegt vorzugsweise bei 0 bis 150°C. Die Schichtdicke jeder Elektrodenschicht beträgt vorzugsweise von 50 bis 200 nm.
Ferner wird hinsichtlich der in der organischen bistabilen Schicht 30 zu verwendenden organischen bistabilen Verbindung eine solche mit einer funktionellen Gruppe zum Transportieren elektrischer Ladungen verwendet und zwar vorzugsweise eine Verbindung, die in einem Molekül sowohl eine funktionelle Gruppe mit einer Elektronendonoreigenschaft als auch eine funktionelle Gruppe mit einer Elektronenakzeptoreigenschaft enthält.
Als solche funktionelle Gruppen, die je die Elektronendonoreigenschaft haben, seien erwähnt -SCH₃, -OCH₃, -NH₂, -NHCH₃, -N(CH₃)₂ und dergleichen, während als solche funktionelle Gruppen mit jeweils Elektronenakzeptoreigenschaft erwähnt seien -CN, -NO₂, -CHO, -COCH₃, -COOC₂H₅, -COOH, -Br, -Cl, -I, -OH, -F, = 0 und dergleichen, obgleich die Erfindung darauf nicht besonders beschränkt ist.
Hinsichtlich Verbindungen, die jeweils beide, die funktionelle Gruppe mit der Elektronendonoreigenschaft und die funktionelle Gruppe mit der Elektronenakzeptoreigenschaft in einem Molekül aufweisen, wie oben beschrieben, seien erwähnt organische bistabile Verbindungen, wie solche vom Aminoimidazol-Typ, Dicyano-Typ, Pyridon-Typ, Styryl-Typ, Stil ben-Typ, Chinomethan-Typ und Butadien-Typ werden genannt, obgleich die Erfindung darauf nicht besonders beschränkt ist.
Von den oben beschriebenen Verbindungen werden bevorzugt die organischen bistabilen Verbindungen, welche Chinomethanverbindungen der folgenden Formel (I) sind.
(In der Formel (I) bedeuten R¹ bis R⁴ je ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten tragen kann, und eine Arylgruppe, die einen Substituenten tragen kann, wobei R¹ bis R⁴ gleich oder verschieden voneinander sein können; R⁵ und R⁶ bedeuten jeweils eine gegebenenfalls substituierte Arylgruppe oder eine gegebenenfalls substituierte heterocyclische Gruppe, wobei R⁵ und R⁶ gleich oder verschieden voneinander sein können; A bedeutet eine Gruppe ausgewählt aus den folgenden Gruppen (1) bis (10).
Die oben beschriebene Verbindung (I) vom Chinomethantyp kann beispielsweise nach den im folgenden angegebenen Reaktionsformeln synthetisiert werden. Die im folgenden beschriebenen Verbindungen sind Beispiele worin A (2) oder (3) bedeutet und X Sauerstoff oder Schwefel bedeutet.
Dabei läßt man die Verbindung (I-a), die Verbindung (I-b) und die Verbindung (I-c) miteinander in Gegenwart eines geeigneten organometallischen Katalysators, wie n-Butyllithium reagieren, um die Verbindung (I-d) herzustellen und dann wird die als Schutzgruppe dienende TMS (Trimethylsilyl-)Gruppe davon entfernt, um die Verbindung (I-e) zu synthetisieren die anschließend einer Dehydrokondensation unter Verwendung eines Katalysators wie p-Toluolsulfonsäure unterworfen wird, um die Chinomethan-Typverbindung (I) zu erhalten. In den oben angegebenen Reaktionsformeln bedeutet TBAF fluoriertes Tetrabutylammonium.
Die oben beschriebenen Synthesemethoden sind im einzelnen beschrieben in beispielsweise JP 2003-228185 A, JP 2003-238561 A und JP 2003-105039 A.
Als Chinomethan-Typverbindungen wie oben beschrieben, können speziell als Beispiel Verbindungen erwähnt werden, die durch die folgenden Formeln (I-1) bis (I-32) dargestellt sind.
(In den oben dargestellten Verbindungen I-1 bis I-32 bedeutet „+" als Substituent eine t-Butylgruppe).
Als Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Schicht aus organischem bistabilen Material 30 seien erwähnt eine Vakuumabscheidungsmethode, eine Schleuderbeschichtungsmethode, eine elektrolytische Polymerisationsmethode, eine chemische Dampfabscheidungsmethode (CVD-Methode), eine Methode der Kumulierung eines monomolekularen Films (LB-Methode), eine Tauchmethode, eine Rakelbeschichtungsmethode, eine Tintenstrahlmethode, eine Siebdruckmethode und dergleichen, obgleich die Erfindung darauf nicht besonders beschränkt ist.
Wenn die Schicht des organischen bistabilen Materials 30 durch die Dampfabscheidungsmethode gebildet wird, wird die Substrattemperatur zur Zeit der Abscheidung entsprechend dem zu verwendenden organischen bistabilen Material geeignet gewählt und liegt vorzugsweise bei 0 bis 100°C. Weiterhin beträgt die Schichtdicke vorzugsweise von 20 bis 150 nm.
Wenn die Schicht des organischen bistabilen Materials 30 durch Beschichtung mittels der Schleuderbeschichtungsmethode oder dergleichen gebildet wird, werden als Beschichtungslösungsmittel beispielsweise solche vom Halogentyp, wie Di-chlormethan, Dichlorethan und Chloroform, Lösungsmittel vom Ethertyp, wie Tetrahydrofuran (THF) und Ethylenglycoldimethylether, Lösungsmittel vom aromatischen Typ, wie Toluol und Xylol, Lösungsmittel vom Alkoholtyp, wie Ethylalkohol, Lösungsmittel vom Estertyp, wie Ethylacetat, Butyl acetat, Lösungsmittel vom Ketontyp wie Aceton und MEK, Acetonitril und dergleichen verwendet.
Das organische bistabile Material wird irgendeinem dieser Lösungsmittel im Bereich von 0,001 bis 30 Gew.-% zugefügt und darin gelöst und dann wird gegebenenfalls ein Bindemittelharz zugesetzt, um so eine Beschichtungslösung herzustellen. Als verwendbare Bindemittelharze seien beispielsweise erwähnt Polycarbonat, Polyester, Polyvinylalkhol und Polystyrol. Eine Bedingung der Schleuderbeschichtung kann in geeigneter Weise festgesetzt werden entsprechend der gewünschten Schichtdicke und bei dieser Gelegenheit liegt die Umdrehungsgeschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von 200 bis 3600 U/min.
Als nächstes wird die Schicht 40 zur Unterdrückung der elektrischen Ladungsinjektion im einzelnen beschrieben. In einer Ausführungsform wie in 1a gezeigt ist die dielektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40 zwischen der ersten Elektrodenschicht 20a, die dem Substrat 10 benachbart ist, und der Schicht des organischen bistabilen Materials 30 angeordnet. Weiterhin kann erfindungsgemäß, wie in 1b gezeigt, die zur Unterdrückung der elektrischen Ladungsinjektion dienende Schicht 40 zwischen der ersten Elektrodenschicht 20a, die dem Substrat 10 nicht benachbart ist, und der Schicht aus organischem bistabilen Material 30 angeordnet sein.
Die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40 muß eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Wenn sie diese nicht aufweist, erfolgt kein Transfer zum On-Zustand, da eine Akkumulierung elektrischer Ladung in der Schicht des organischen bistabilen Materials 30 nicht eintritt, und demgemäß zeigt sich keine bistabile Eigenschaft. Weiterhin ist die dielektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40 eine Schicht, die die Injektion einer kleinen Elektronenmenge in die Schicht des organischen bistabilen Materials 30 zuläßt und vorzugsweise diese Menge auf 1/10 oder darunter herabsetzt.
Wenn die Menge der elektrischen Ladungsinjektion in die Schicht des organischen bistabilen Materials 30 durch die die elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schicht 40 nicht auf 1/10 oder weniger herabgesetzt wird, wird die Menge der injizierten elektrischen Ladung unzulässig groß, der Off-Zustand kann nicht aufrecht erhalten werden, die bistabile Eigenschaft selbst tritt nicht auf und ein solches Merkmal wie oben beschrieben wird also nicht bevorzugt.
Eine Rate der Herabsetzung der injizierten elektrischen Ladungsmenge ist eine Rate der Menge der elektrischen Ladungsinjektion bei der gleichen Spannung in einem Fall wo die Menge der elektrischen Ladung in der Injektion zum Zeitpunkt der Injektion der elektrischen Ladung von der ersten Elektrodenschicht direkt in die Schicht des organischen bistabilen Materials ohne daß eine die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht vorgesehen ist als 1 gesetzt wird und ist ein Vergleichswert zu einem Stromwert in einem Off-Zustand unter einer gleichen Spannung.
Weiterhin beträgt der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 von 10⁵ bis 10⁷ Ωcm. Dabei beträgt die Filmdicke vorzugsweise von 20 bis 200 nm.
In einem Fall wo der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 weniger als 10⁵ Ωcm beträgt, wird die Menge der injizierten elektrischen Ladung unzulässig groß und es kann dann der Off-Zustand nicht aufrecht erhalten werden und entsprechend wird eine Gleichrichtungseigenschaft erzeugt, während im Fall, daß der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 größer als 10⁷ Ωcm ist, ein Transfer zum On-Zustand nicht erfolgen kann und demgemäß eine Isolationseigenschaft auftritt. In beiden Fällen zeigt sich keine bistabile Eigenschaft, was ungünstig ist. Indem man zuläßt, daß der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 in dem oben beschriebenen Bereich liegt, kann die bistabile Eigenschaft erhalten werden.
Wenn wie in 10 gezeigt der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 in dem oben beschriebenen Bereich oder darunter liegt, wird ein Gleichrichtungszustand wie 10-(c) erzeugt. Weiterhin, wenn der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 über dem oben angegebenen Bereich liegt, wird ein Isolationszustand wie 10-(b) erzeugt und es tritt dann die bistable Eigenschaft nicht auf. Solange jedoch der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 in dem oben beschriebenen Bereich liegt, kann die bistabile Eigenschaft wie 10-(a) erhalten werden.
Die Linienzüge 10-(a), 10-(b) und 10-(c) sind Strom-Spannungs-Charakteristika von Schaltvorrichtungen, welche elektrische Ladungsinjektion unterdrückende Schichten mit spezifischem Volumenwiderstand von jeweils 10⁶ Ωcm, 10⁸ Ωcm und 10⁴ Ωcm.
Als elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 wird vorzugsweise ein Metalloxid oder ein organisches oder anorganisches Material mit Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung verwendet.
Der Ausdruck „Metalloxid" wie hier verwendet, bedeutet ein Metalloxid mit elektrischer Leitfähigkeit oder ein Metalloxid, das in einem solchen Ausmaß oxidiert wurde, daß es elektrische Leitfähigkeit zeigt. Als Metalle solcher Metalloxide werden verschiedene Arten von Materialien verwendet, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Calcium, Lithium, Indium oder Zinn. Verwendet wird auch SiO₂. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht besonders darauf begrenzt ist, wird bei Verwendung der Verbindung mit der oben angegebenen Formel (I) als organische bistabile Verbindung vorzugsweise Aluminium im Hinblick auf Beständig keit des Energieniveaus verwendet. Bei dieser Gelegenheit kann das Aluminiumoxid vollständig dehydratisiertes Aluminiumoxid oder ein Aluminiumoxidhydrat sein.
Ein Aluminiumoxid wie oben beschrieben kann gebildet werden durch eine reaktive Abscheidung wobei Aluminium in Sauerstoff oder Wasserdampf im Vakuum abgeschieden wird, oder kann gebildet werden indem man es in einer geregelten Luftatmosphäre beläßt.
Die reaktive Abscheidung kann durchgeführt werden mittels einer bekannten Abscheidungsapparatur unter einer gleichen Bedingung wie bei der oben beschriebenen Schicht von organischem bistabilen Material 30 und bei dieser Gelegenheit beträgt die Substrattemperatur vorzugsweise von 0 bis 150°C. Weiterhin kann hinsichtlich des Grades des Vakuums, nachdem ein Vakuum von 10^-5 Torr oder weniger einmal eingestellt wurde, im Fall der reaktiven Abscheidung beispielsweise in Sauerstoff vorzugsweise Aluminium bei einem Sauerstoffpartialdruck von 10^-4 Torr oder weniger, erwünschter Weise von 3 × 10^-5 bis 3 × 10^-6 Torr abgeschieden werden. Weiterhin beträgt die Schichtdicke vorzugsweise von 3 bis 100 nm und noch weiter bevorzugt von 5 bis 30 nm.
Im Fall, daß man Aluminium in einer Luftatmosphäre beläßt, wird vorzugsweise eine dünne Aluminiumschicht dafür vorgesehen, die durch Vakuumabscheidung bei einem Vakuum von 10^-4 Torr oder darunter unter Verwendung einer bekannten Abscheidungsapparatur unter Bedingungen von konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit in der Luft erhalten wurde. Die Bedingungen einer solchen Lagerung sind nicht besonders beschränkt und beispielsweise kann ein gewünschter Oxidfilm erhalten werden, indem man das Material 10 bis 100 Stunden unter Bedingungen von 40°C 80% relative Feuchtigkeit beläßt.
Für organische Materialien mit Fähigkeit zur elektrischen Ladungsübertragung bestehen keine besonderen Einschränkungen und es können verschiedene Arten von Verbindungen mit Fähigkeit zur elektrischen Ladungsübertragung verwendet werden, beispielsweise Alumichinolinverbindungen, die der folgenden Formel (II) entsprechen, Aminverbindungen, die der Formel (III) entsprechen, Styrylverbindungen, die der Formel (IV) entsprechen und Iminverbindungen, die der Formel (V) entsprechen.
Hinsichtlich einer dünnen Schicht irgendeiner der oben beschriebenen organischen Materialien mit Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung kann die Dünnschicht durch Vakuumabscheidung oder Beschichtung wie Schleuderbeschichtung unter einer gleichen Bedingung wie die oben beschriebene Schicht von organischem bistabilen Material 30 gebildet werden. Wenn die Schleuderbeschichtung verwendet wird, wird als Beschichtungslösungsmittel THF bevorzugt, welches das Material leicht löst.
Das organische Material wird in diesem Beschichtungslösungsmittel in einer Menge von 0,001 bis 30 Gew.-% gelöst und es wird gegebenenfalls ein Bindemittelharz zugesetzt, um eine Beschichtungslösung herzustellen. Als solche Bindemittelharze können beispielsweise Polycarbonat, Polyester, Polvinylalkohol und Polystyrol verwendet werden. Die Bedingungen der Schleuderbeschichtung können entsprechend der gewünschten Schichtdicke geeignet gewählt werden. Dabei ist eine Umdrehungsgeschwindigkeit von vorzugsweise im Bereich von 200 bis 3.600 U/min bevorzugt, und die Schichtdicke beträgt vorzugsweise von 3 bis 200 nm.
Für die organischen Materialien mit Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung bestehen keine besonderen Begrenzungen und mit Vorteil werden solche Polyimidschichten wie sie durch die Formel (VI) wiedergebeben werden, verwendet. Weiterhin bestehen auch keine besonderen Begrenzungen für die anorganischen Materialien mit Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung, und Siliciumdioxid (SiO₂), ein Material mit einer Bornitridstruktur (Material mit einer c-BN-Struktur oder einer h-BN-Struktur) und dergleichen werden mit Vorteil verwendet.
Hinsichtlich eines Verfahrens zur Bildung einer Dünnschicht irgendeiner der oben beschriebenen organischen/anorganischen Materialien mit Fähigkeit zum Transfer elektrischer Ladung kann eine Schichtbildungsmethode wie eine RF-Sputtermethode, eine Gegensputtermethode, eine ECR-Plasmamethode verwendet werden. Von diesen Methoden werden die Gegensputtermethode und die ECR-Plasmamethode bevorzugt, da sie eine tiefere Schicht zum Zeitpunkt der Bildung einer Dünnschicht kaum beschädigen und mit Vorteil zu dem Zeitpunkt verwendet werden können, wo eine Schicht auf einer organischen Schicht gebildet wird.
Im Fall der Gegensputtermethode wird vorzugsweise beispielsweise in einer Ar-Atmosphäre elektrische Energie als Gleichstrom oder eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 10 bis 500 MHz unter einem Druck von 10^-2 bis 10^-5 Torr oder einer Mikrowelle mit einer Frequenz von 1 bis 10 GHz unter einem Druck von 10^-4 bis 10^-6 Torr angewandt. Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise von 10 bis 300 nm. Wenn die elektrische Energie als Gleichstrom angewandt wird, ist der Druck nicht besonders beschränkt.
Im Fall der ECR-Plasmamethode wird beispielsweise in einer Atmosphäre von Ar-Gas oder N₂-Gas eine Hochfrequenzwelle von 300 MHz bis 3 GHz unter einem Druck von 10^–4 Torr oder darunter verwendet. Weiterhin beträgt vorzugsweise die Elektronendichte von 10⁸ bis 10¹² cm^–3 und hat eine Energie von 100 bis 1.000 eV als ein Verteilungsmittelpunkt. Eine Schichtdicke beträgt vorzugsweise 10 bis 300 nm.
In der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, die beispielsweise in der oben beschriebenen Weise hergestellt wurde, werden elektrische Ladungen von der ersten Elektrodenschicht 20a über die Schicht zur Herabsetzung der elektrischen Ladungsinjektion 40 in die Schicht des organischen bistabilen Materials 30 injiziert.
Genauer werden die Elektronen von der ersten Elektrodenschicht 20a zur Schicht 30 des organischen bistabilen Materials über die Schicht 40 zur Herabsetzung der elektrischen Ladungsinjektion zur organischen bistabilen Materialschicht 30 injiziert, wenn in einem Off-Zustand die erste Elektrodenschicht 20a geerdet ist und an die zweite Elektrodenschicht 20b Plusspannung angelegt wird. Wenn dann die zum Transfer zum On-Zustand erforderliche Akkumulation elektrischer Ladung abläuft, beispielsweise an einer Grenzfläche zwischen der Schicht 30 des organischen bistabilen Materials und der zweiten Elektrodenschicht 20b wird ein großer Teil der so angelegten Spannung an diese Grenzfläche angelegt und nur ein kleiner Teil der Spannung an die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40. Aus diesem Grund wird nur eine kleine Menge elektrischer Ladungen im Off-Zustand injiziert.
In diesem Zustand, wenn die Spannung erhöht und die oben beschriebene Akkumulation elektrischer Ladung erhöht wird, wird angenommen, daß ein Transfer zum On-Zustand abläuft und der elektrische Widerstand der Vorrichtung abnimmt. Aus diesem Grund wird angenommen, daß fast der gesamte Betrag des anzulegenden elektrischen Feldes der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 zugefügt wird und dann ein starker Strom erhalten werden kann.
Aus diesem Grund, wenn der elektrische Widerstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 zu klein ist, wird die elektrische Ladungsinjektion im Off-Zustand groß, und weiter das elektrische Feld eines Teils, bei dem die elektrischen Ladungen akkumuliert werden, groß wird, tritt der Transfer vom Off-Zustand zum On-Zustand leicht bei niedriger Spannung ein und man kann dann nur den On-Zustand beobachten und daher kann die bistabile Eigenschaft nicht erhalten werden.
Wenn andererseits der elektrische Widerstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 zu groß ist, wird die Akkumulation elektrischer Ladung klein und auch das elektrische Feld eines Teils, wo die elektrischen Ladungen akkumuliert werden, wird klein, so daß der Transfer vom Off-Zustand zum On-Zustand selbst bei einer hohen Spannung nicht leicht eintritt und dann nur der Off-Zustand beobachtet wird und daher die bistabile Eigenschaft nicht erhalten werden kann.
Da jedoch erfindungsgemäß der elektrische Widerstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 geeignet eingestellt ist, kann die oben beschriebene bistabile Eigenschaft leicht erhalten werden. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens (die Transferwahrscheinlichkeit) von Vorrichtungen, welche Schalten durchführen, gesteigert werden und die Fluktuation der Transferspannung kann verringert werden, um dadurch die Schaltcharakteristika zu stabilisieren.
Beispiele
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung im einzelnen mit Bezug auf Ausführungsformen beschrieben.
Beispiel 1
Gemäß den im folgenden beschriebenen Verfahrensmaßnahmen wurde eine Schaltvorrichtung mit einem Aufbau wie in 1a gezeigt hergestellt. Dabei wurden unter Verwendung eines Glassubstrats als Substrate 10 eine erste Elektrodenschicht 20a, eine elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, eine organische bistabile Materialschicht 30 und eine zweite Elektrodenschicht 20b der Reihe nach jeweils als dünne Schichten durch ein Vakuumabscheidungsverfahren in der angegebenen Reihenfolge gebildet, so daß ihre Schichtdicke jeweils 100 nm, 10 nm, 60 nm und 100 nm war, um so die Schaltvorrichtung nach Beispiel 1 zu bilden.
Als Quelle für eine Abscheidung, nämlich als Rohmaterial jeder Schicht wurde Aluminium als die erste Elektrodenschicht 20a, Gold als die zweite Elektrodenschicht 20b und eine Chinomethanverbindung der oben angegebenen Formel (I-1) als organische bistabile Materialschicht 30 verwendet. Weiter wurde die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 gebildet, indem man Aluminium einer reaktiven Abscheidung in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 3 × 10^–5 Torr bei einer Schichtbildungsrate von 0,2 nm/s unterwarf. Die Schichtbildung jeder Schicht ausgenommen der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 wird bei einem Vakuum von 3 × 10^–6 Torr oder darunter durchgeführt. Außerdem wird die Dampfabscheidung mittels einer Widerstandsheizmethode durchgeführt und die Abscheidungsapparatur wurde betrieben beruhend auf Diffusionspumpenabgabe.
Beispiel 2
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 2 wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß die Dicke der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 auf 20 nm und die Dicke der Schicht des organischen bistabilen Materials 30 auf 80 nm festgelegt wurden.
Beispiel 3
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 3 wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß der Sauerstoffpartialdruck zum Zeitpunkt der Bildung der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 auf 1 × 10^–5 Torr eingestellt wurde.
Beispiel 4
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 4 wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der Sauerstoffpartialdruck zum Zeitpunkt der Bildung der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 auf 1 × 10^–4 Torr eingestellt wurde.
Beispiel 5
Eine Schaltvorrichtung gemäß Beispiel 5 wurde erhalten, indem man die Dünnschichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß eine Verbindung der obigen Formel (I-5) als eine Chinomethanverbindung verwendet und die abgeschiedenen Schichten, nämlich die erste Elektrodenschicht 20a, die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, die organische bistabile Materialschicht 30 und di zweite Elektrodenschicht 20b als Schichten mit Dicken von jeweils 100 nm, 10 nm, 80 nm und 100 nm gebildet wurden.
Beispiel 6
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 6 wurde erhalten, indem man die Dünnschichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß eine Aluminochinolinverbindung der obigen Formel (II) als Material für die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 verwendet wurde und die erste Elektrodenschicht 20a die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektrodenschicht 20b als dünne Schichten jeweils mit Schichtdicken von 100 nm, 10 nm, 80 nm und 100 nm gebildet wurden.
Beispiel 7
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 7 wurde erhalten, indem man die Dünnschichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß nach Bildung der ersten Elektrodenschicht 20a aus Aluminium die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 mit einer Schichtdicke von 10 nm gebildet wurde, indem man das so gebildete Aluminium 48 Stunden an der Luft bei 40°C und 80% relativer Feuchtigkeit beließ und dann die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektrodenschicht 20b bildete.
Beispiel 8
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 8 wurde erhalten, indem man die Dünnschichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß eine Schicht von Polyimid der oben angegebenen Formel (VI) als die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 verwendet und die erste Elektrodenschicht 20a, die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektrodenschicht 20b als dünne Schichten mit Dicken von jeweils 100 nm, 10 nm, 80 nm und 100 nm gebildet wurden, wobei die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht als eine dünne Schicht in einer Atmosphäre von Ar-Gas durch Anlegen von elektrischer Energie als Gleichstrom unter einem Druck von 10^–4 Torr mittels einer Gegensputtermethode gebildet wurde, so daß ihre Dicke 10 nm betrug.
Beispiel 9
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 9 wurde erhalten, indem man die Dünnschichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß SiO₂ als die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 verwendet wurde und ferner die erste Elektrodenschicht 20a, die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektrodenschicht 20b als dünne Schichten mit Schichtdicken von jeweils 100 nm, 10 nm, 80 nm und 100 nm gebildet wurden und weiterhin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht als eine dünne Schicht in einer Atmosphäre von Ar-Gas durch Anlegen von elektrischer Energie als Gleichstrom unter einem Druck von 10^–4 Torr mittels einer Gegensputtermethode mit einer Schichtdicke von 10 nm gebildet wurde.
Beispiel 10
Eine Schaltvorrichtung nach Beispiel 10 wurde erhalten, indem man die Schichtbildung unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß Bornitrid (ein Material mit einer c-BN-Struktur) als die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 verwendet wurde und die erste Elektrodenschicht 20a, die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40, die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektro denschicht 20b als dünne Schichten mit Dicken von je 100 nm, 10 nm, 80 nm und 100 nm gebildet wurden und weiterhin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht als eine dünne Schicht unter Verwendung einer reaktiven Sputtermethode unter Verwendung von ECR-Plasma gebildet wurde, das in einer Atmosphäre von N₂-Gas durch Anlegen eines elektrischen Feldes von 6,9 × 10⁴ A/m mit einer Frequenz von 2,45 GHz unter einem Druck von 10^–5 Torr gebildet wurde, so daß ihre Schichtdicke 10 nm betrug.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Schaltvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde erhalten, indem man die Schichtbildung unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 nicht gebildet wurde, während die erste Elektrodenschicht 20a, die organische bistabile Materialschicht 30 und die zweite Elektrodenschicht 20b in der angegebenen Reihenfolge gebildet wurden.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Schaltvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 wurde erhalten, indem man die Schichtbildung unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchführte, außer daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht 40 durch Verwendung einer RF-Sputtermethode so gebildet wurde, daß sie eine Schichtdicke von 70 nm hatte.
Untersuchungsbeispiel 1
Mit je 50 Schaltvorrichtungen von jedem der obigen Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden die Strom-Spannungs-Charakteristika in einem Fall, wo die erste Elektrodenschicht 20a geerdet war und für die zweite Elektrodenschicht 20b eine Plus-Vorspannung zugelassen wurde, in einer Atmosphäre von Raumtemperatur gemessen, um dadurch die Auftretungswahrscheinlichkeit (Transferwahrscheinlichkeit) der Schalten (Transfer) durchführenden Vorrichtung zu erhalten. Dabei ist Vth2 eine Schwellenspannung in 1 und ein Wert der Stromdichte im On-Zustand zum Zeitpunkt des Transfers. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. In den 2, 3, 4 und 5 sind jeweils die Strom-Spannungs- Charakteristika der Schaltvorrichtungen der Beispiele 1, 8, 9 und 10 gezeigt und in den 6 und 7 jeweils die Strom-Spannungs-Charakteristika der Schaltvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2. [Tabelle 1]

* Die Stromdichte ist im On-Zustand und der Wert ist bei einer Spannung von 1V.

Tabelle 1 zeigt einen starken Anstieg der Transferwahrscheinlichkeit in den Beispielen im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen. Weiterhin zeigt 2, daß in Beispiel 1 eine Rate von Zustand niedriger Widerstand/Zustand hoher Widerstand von etwa 1.000 oder mehr er halten wird und daß ein günstiges Ergebnis als die bistabile Eigenschaft erhalten werden kann.
Wenn der Sauerstoffpartialdruck zum Zeitpunkt der reaktiven Abscheidung niedrig ist, wie in Beispiel 3, wird die Transferspannung niedrig und es kann eine hohe Stromdichte erhalten werden, während wenn der Sauerstoffpartialdruck zum Zeitpunkt der reaktiven Abscheidung hoch ist, wie in Beispiel 4 die Transferspannung hoch wird und die Stromdichte niedrig wird.
Die 3, 4 und 5 zeigen Beispiele der Schaltvorrichtung, welche in jedem der Beispiele 8, 9 und 10 erhalten wird bei Verwendung eines organischen/anorganischen Materials mit Fähigkeit zur Übertragung elektrischer Ladung zu einer elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht. Eine Rate von Zustand niedriger Widerstand/Zustand hoher Widerstand von 1.000 oder mehr kann erhalten werden und ein günstiges Ergebnis als bistabile Eigenschaft. Solange also die elektrische Leitfähigkeit des Schaltteils erhalten werden kann, kann der elektrische Widerstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht eingestellt werden, indem man das organische/anorganische Material mit Fähigkeit zum elektrischen Ladungstransfer verwendet.
Andererseits ist im Vergleichsbeispiel 1 die Transferwahrscheinlichkeit niedrig während die Fluktuation der Transferspannung groß ist. 6 ist ein Beispiel bei dem der Transfer im Vergleichsbeispiel 1 nicht bemerkt wurde und wenn man die zweite Elektrode auf Plus ließ, wurde der Off-Zustand nicht bemerkt. Im Vergleichsbeispiel 2, wie in 7 gezeigt, war ein die elektrische Ladung herabsetzender Effekt zu stark, ein isolierender Zustand wurde erzeugt und es wurde dann kein Transfer zum On-Zustand festgestellt.
Wenn ein Graphlinie im On-Zustand in 2 und eine Graphlinie in 6 miteinander verglichen werden, ist der Strom im ersten Fall, wo eine die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht in Beispiel 1 vorhanden ist, größer als im Vergleichsbeispiel 1 in 6. Es wird angenommen, daß das auf den folgenden Gründen beruht.
So wird angenommen, daß das Schalten seinen Ursprung hat in einem räumlichen Spalt der Grenzfläche zwischen der organischen bistabilen Materialschicht 30 und der zweiten Elektrodenschicht 20b, jedoch wird angenommen, daß der Widerstand des Teils desselben durch das Schalten in dem On-Zustand des Beispiels 1 außerordentlich herabgesetzt wird und kleiner ist als in einem in 6 gezeigten Fall, wo das Schalten nicht bemerkt wird.
Untersuchungsbeispiel 2
Mit Bezug auf die Schaltvorrichtungen der Beispiele 1 und 7 wurden Zusammensetzungen der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht 40 und der ersten Elektrodenschicht 20a unter Verwendung von ESCA (Röntgen-Photoelektronen-spektroanalysator) analysiert. Die jeweiligen Ergebnisse sind in den 8 und 9 gezeigt. Die Sputtertime auf der Abszissenachse entspricht der Tiefe.
8 zeigt, daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht in Beispiel 1 eine Zusammensetzung hatte, in der Al₂O₃ 97 bis 99% und Al 1 bis 3% betrugen. 9 zeigt, daß in Beispiel 7 Al₂O₃ 76% und Al 24% in einer äußersten Oberfläche von 3 nm oder weniger Tiefe betrugen. In Beispiel 7 ist, obgleich eine gesamte Aluminiumelektrode in gewissem Ausmaß oxidiert war, der elektrische Widerstand an einem oxidierten Teil genügend gering und stellt damit kein praktisches Problem dar.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung kann mit Vorteil als eine Schaltvorrichtung zum Treiben einer Anzeigetafel verwendet werden, die eine organische EL-Vorrichtung, einen Flüssigkristall oder dergleichen verwendet oder für einen Speicher mit hoher Dichte oder dergleichen.
Zusammenfassung
Es wird eine Schaltvorrichtung geschaffen, die eine bistabile Eigenschaft hat, wobei die Schaltcharakteristika stabilisiert sind, indem die Transferwahrscheinlichkeit gesteigert ist.
Es wird eine Schaltvorrichtung geschaffen, in der eine Schicht eines organischen bistabilen Materials (30), die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine angelegte Spannung enthält, zwischen wenigstens zwei Elektroden angeordnet ist. In der Schaltvorrichtung werden eine erste Elektrode (20a), eine die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40), eine Schicht von organischem bistabilen Material (30) und eine zweite Elektrodenschicht (20b) der Reihe nach auf einem Substrat (10) jeweils als dünne Schichten gebildet, wobei die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) eine elektrisch leitende Schicht enthält, die eine kleine Menge einer elektrischen Ladungsinjektion von der ersten Elektrodenschicht (20a) zur Schicht des organischen bistabilen Materials (20) zuläßt im Vergleich mit einem Fall, wo die elektrische Ladung direkt von der ersten Elektrodenschicht (20a) zur Schicht des organisch bistabilen Materials (30) injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) vorhanden ist.

Claims

Schaltvorrichtung, in der eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine an gelegte Spannung enthält, zwischen wenigstens zwei Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrodenschicht (20a), eine die Injektion elektrischer Ladung herabsetzende Schicht (40), eine Schicht aus organischem bistabilen Material (30) und eine zweite Elektrodenschicht (20b) der Reihe nach jeweils als Dünnschichten gebildet sind, wobei die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die eine Injektion einer kleinen Menge elektrischer Ladung von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials zuläßt im Vergleich mit einem Fall, wo die elektrische Ladung direkt von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht vorhanden ist.
Schaltvorrichtung, in welcher eine Schicht eines organischen bistabilen Materials, die eine organische bistabile Verbindung mit zwei Arten von stabilem Widerstand gegen eine angelegte Spannung aufweist, zwischen wenigstens zwei Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Elektrodenschicht (20b), eine Schicht von organischem bistabilen Material (30), eine die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) und eine erste Elektrodenschicht (20a) der Reihe nach jeweils als Dünnschichten gebildet sind und die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht eine elektrisch leitende Schicht aufweist, welche ermöglicht, daß die Menge einer von der ersten Elektrodenschicht (20a) zur Schicht des organischen bistabilen Materials (30) injizierte elektrische Ladung klein ist im Vergleich mit einem Fall, wo die elektrische Ladung von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials direkt injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht vorhanden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) die Menge der von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials injizierten elektrischen Ladung auf ein Zehntel oder weniger im Vergleich mit dem Fall herabsetzt, wo die elektrische Ladung direkt von der ersten Elektrodenschicht zur Schicht des organischen bistabilen Materials injiziert wird, ohne daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht vorhanden ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Volumenwiderstand der die elektrische Ladungsinjektion herabsetzenden Schicht von 10⁵ bis 10⁷ Ωcm beträgt.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) ein Metalloxid aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, worin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) durch reaktive Abscheidung eines Metalls in einer oxidierenden Gasatmosphäre gebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, worin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) durch Oxidation mittels Sauerstoff oder Feuchtigkeit in der Luft gebildet wird.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) ein organisches Material oder anorganisches Material mit Fähigkeit zum elektrischen Ladungstransfer aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, worin die die elektrische Ladungsinjektion herabsetzende Schicht (40) gebildet ist durch eine Gegensputtermethode oder eine Sputtermethode unter Verwendung von ECR-Plasma.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die organische bistabile Verbindung eine Verbindung mit der folgenden Formel (I) ist:
worin R¹ bis R⁴ je eine Gruppe ausgewählt aus einem Wasserstoffatom, einer Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, gegebenenfalls mit einem Substituenten und einer gegebenenfalls substituierten Arylgruppe, wobei R¹ bis R⁴ gleich oder voneinander verschieden sein können; R⁵ und R⁶ je eine gegebenenfalls substituierte Arylgruppe oder eine gegebenenfalls substituierte heterocyclische Gruppe bedeuten, wobei R⁵ und R⁶ gleich oder voneinander verschieden sind und A eine Gruppe ausgewählt aus den folgenden Gruppen (1) bis (10) darstellt:
Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, worin die erste Elektrodenschicht (20a) Aluminium und die zweite Elektrode (20b) Gold enthält.