JP2002141494A - ポイントコンタクト・アレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電極間のコンダクタンスの制御を、電気的に
かつ可逆的に行うとともに、演算回路、論理回路、メモ
リ素子などへ応用可能なポイントコンタクトを複数個並
べたポイントコンタクト・アレーを提供する。 【解決手段】 イオン導電性及び電子導電性を有する混
合導電体材料１から成る第１電極２及び導電性材料から
成る第２電極３，４により構成されるポイントコンタク
トを複数個用い、これらのポイントコンタクトのコンダ
クタンスを制御して回路を構成するものである。混合導
電体材料１としてはＡｇ₂ Ｓ、Ａｇ₂ Ｓｅ、Ｃｕ₂Ｓ又
はＣｕ₂ Ｓｅが好ましい。また、電極間に半導体ないし
絶縁体材料を挿入する場合の半導体ないし絶縁体材料と
しては、ＧｅＳ_x 、ＧｅＳｅ_x 、ＧｅＴｅ_x、ないしＷ
Ｏ_x （０＜ｘ＜１００）の結晶体ないし非晶質体が好ま
しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対向する電極間に
おいてポイントコンタクトを形成し、又は切断してコン
ダクタンスを制御する素子を複数個用いるポイントコン
タクト・アレーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポイントコンタクトを構成することによ
りコンダクタンスを制御する方法が、例えば、先行技術
〔１〕として、Ｊ．Ｋ．Ｇｉｍｚｅｗｓｋｉ ａｎｄ
Ｒ．Ｍｏｌｌｅｒ：Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ｂ３６（１９８
７）１２８４，Ｊ．Ｌ，Ｃｏｓｔａ−Ｋｒａｍｅｒ，
Ｎ．Ｇａｒｃｉａ，Ｐ．Ｇａｒｃｉａ−Ｍｏｃｈａｌｅ
ｓ，Ｐ．Ａ．Ｓｅｒｅｎａ，Ｍ．Ｉ．Ｍａｒｑｕｅｓ
ａｎｄ Ａ．Ｃｏｒｒｃｉａ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ５
５（１９９７）５４１６，Ｈ．Ｏｈｎｉｓｈｉ，Ｙ．Ｋ
ｏｎｄｏ ａｎｄ Ｋ．Ｔａｋａｙａｎａｇｉ：Ｎａｔ
ｕｒｅ ３９５（１９９８）７８０などに記載されてい
る。

【０００３】これらは、ポイントコンタクトの構築およ
び制御にピエゾ素子を必要とする。すなわち、ピエゾ素
子を駆動することにより、ピエゾ素子に付けられた金属
探針を対向電極に対して高精度で位置決めして、探針・
対向電極間にポイントコンタクトを構築、その状態を制
御する。

【０００４】これらとは別に、先行技術〔２〕として、
ポイントコンタクトのコンダクタンスを制御する方法で
あって、有機分子を用いる方法が、Ｃ．Ｐ．Ｃｏｌｌｉ
ｅｒｅｔ ａｌ，：Ｓｃｉｅｎｃｅ２８５（１９９９）
３９１に記載されている。

【０００５】この方法では、対向電極間に一分子厚さで
挟んだロタクサン分子の導電性を、電極間に高電圧を印
加することで変化させる。すなわち、電極間に挟んだロ
タクサン分子は初め導電性を示すが、ある極性の一定以
上の電圧を印加すると、分子が酸化されて導電性が減
り、電極間が絶縁される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た先行技術〔１〕の方法では、一つのポイントコンタク
トに対して少なくとも一つのピエゾ素子と、それを駆動
する複雑な制御回路が必要となり、これらを集積化する
ことは極めて困難である。

【０００７】また、上記した先行技術〔２〕の方法で
は、一旦酸化された分子は還元して導電性を復活させる
ことができないので、その用途が極めて限られてしま
う。

【０００８】本発明は、上記状況に鑑みて、電極間のコ
ンダクタンスの制御を、電気的にかつ可逆的に行うとと
もに、演算回路、論理回路、メモリ素子などへ応用可能
なポイントコンタクトを複数個並べたポイントコンタク
ト・アレーを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕ポイントコンタクト・アレーにおいて、イオン伝
導性及び電子伝導性を有する混合導電体材料から成る第
１電極及び導電性物質から成る第２電極により構成され
る電極間のコンダクタンスが制御可能な電子素子を複数
個用いることを特徴とする。

【００１０】〔２〕上記〔１〕記載のポイントコンタク
ト・アレーにおいて、可動イオン（Ｍイオン：Ｍは金属
電子）を有する前記混合導電体材料が前記可動イオン供
給源（Ｍ）上に形成されていることを特徴とする。

【００１１】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のポイン
トコンタクト・アレーにおいて、前記混合導電体材料が
Ａｇ₂ Ｓ、Ａｇ₂ Ｓｅ、Ｃｕ₂ Ｓ又はＣｕ₂ Ｓｅである
ことを特徴とする。

【００１２】〔４〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載
のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記混合導電
体材料中に含まれる可動イオンにより、前記第１電極と
第２電極間に架橋が形成され、前記電極間のコンダクタ
ンスが変化することを利用することを特徴とする。

【００１３】〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載
のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記第１電極
と前記第２電極間に、イオンを固溶させることが可能
で、かつイオンを固溶することにより電子とイオン伝導
性が現れる半導体あるいは絶縁体材料を有し、この半導
体あるいは絶縁体材料に前記混合導電体材料中に含まれ
る可動イオンが流入することにより、前記半導体ないし
絶縁体のコンダクタンスが変化することを利用ことを特
徴とする 〔６〕上記〔５〕記載のポイントコンタクト・アレーに
おいて、前記半導体あるいは絶縁体材料が、ＧｅＳ_x 、
ＧｅＳｅ_x 、ＧｅＴｅ_x 、ないしＷＯ_x （０＜ｘ＜１０
０）の結晶体ないし非晶質体であることを特徴とする。

【００１４】〔７〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕又は〔６〕記載のポイントコンタクト・
アレーにおいて、少なくとも一部が混合導電体材料で被
覆された第１電極を構成する金属線と、第２電極を構成
する金属線であって、少なくとも一方の電極を構成する
金属線が複数本あり、この金属線間の各交点にポイント
コンタクトを設けるようにしたことを特徴とする。

【００１５】〔８〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載のポイントコン
タクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトのコ
ンダクタンスが量子化されていることを特徴とする。

【００１６】

〔９〕上記〔８〕記載のポイントコンタク
ト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの量子化
されたコンダクタンスを記録状態として用いる多重記録
メモリ型素子を構成することを特徴とする。

【００１７】〔１０〕上記〔８〕記載のポイントコンタ
クト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの量子
化されたコンダクタンスを入力信号とし、前記各電極の
電位を制御することにより、この入力信号間の加算ない
し減算を行うことを特徴とする。

【００１８】〔１１〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、
〔４〕、〔５〕、〔６〕又は〔７〕記載のポイントコン
タクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの一
端の電位を入力信号とする論理回路を構成することを特
徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明にかかる複数個のポイントコ
ンタクトを配置したポイントコンタクト・アレーを示す
斜視模式図である。

【００２１】図１に示すように、混合導電体１で被覆さ
れた金属線（第１電極）２と、金属線３，４（第２電
極）との交点に可動イオン（原子）５で構成されたポイ
ントコンタクト（架橋）６，７を形成する。これらは、
絶縁性の基板８上に設置され、絶縁性の材料（図では省
略）により固定される。

【００２２】第１及び第２の二つの電極間に半導体ない
し絶縁体材料を挿入する場合は、この半導体ないし絶縁
体中に可動イオンが固溶することにより、その半導体の
コンダクタンスが変化する。

【００２３】その結果、電極間のコンダクタンスが変化
する。なお、その変化量は半導体ないし絶縁体材料中に
固溶する可動イオンの量に依存する。

【００２４】簡略化するため、図１においては、混合導
電体１で被覆された金属線（第１電極）２が一本、金属
線（第２電極）３，４が２本から成るポイントコンタク
ト・アレーが示されている。ポイントコンタクトの数
は、電極を構成する金属線の本数の乗算であり、ここで
は、２×１の２個のポイントコンタクトが形成されるこ
とになる。第１電極、第２電極を構成する金属線の本数
を増やせばｎ個×ｎ個のポイントコンタクト・アレーを
構成することができる。

【００２５】本発明では、第１電極２と第２電極３，４
間に電圧を印加して、イオン原子からなる架橋６，７を
形成したり消滅させたりして、電極間に形成されたポイ
ントコンタクトのコンダクタンスを制御する。具体的に
説明すれば、第１電極２に対して第２電極３，４に適当
な負電圧を印加すると、電圧と電流との効果により、混
合導電体材料中の可動イオン（原子）が析出し、電極間
に架橋６，７が形成される。この結果、電極間のコンダ
クタンスが増大する。逆に第２電極３，４に適当な正電
圧を印加すると、可動イオン（原子）が混合導電体材料
中に戻り、架橋６，７が消滅する。すなわち、コンダク
タンスが減少する。

【００２６】このように、各金属線に印加する電圧を独
立に制御することによって、第１電極２と第２電極３，
４の各交点に形成されたポイントコンタクトに印加する
電圧を独立に制御することができる。すなわち、各交点
のポイントコンタクトのコンダクタンスを独立に制御で
きる。

【００２７】これにより、ポイントコンタクト・アレー
からなるメモリー素子、演算素子などの電子素子とそれ
らからなる電気回路を構成することができる。

【００２８】以下では、混合導電体材料Ａｇ₂ Ｓ、可動
イオン供給源Ａｇから成る第１電極と、Ｐｔからなる第
２電極を用いた実施例を述べるが、他の材料を用いても
同様の結果が得られることは言うまでもない。

【００２９】架橋の形成はＡｇ原子が１０個程度あれば
十分可能である。測定結果から、電圧１００ｍＶ、初期
電極間抵抗１００ｋΩの場合に、Ａｇ原子１０個を混合
導電体Ａｇ₂ Ｓから引き出すのに必要な時間、すなわち
架橋を形成するのに必要な時間は、高々数十ナノ秒と見
積もられた。また、架橋を形成するのに必要な電力はナ
ノワット程度と小さい。このため、本発明を用いれば、
高速でかつ低消費電力型の素子を構築することができ
る。

【００３０】まず、本発明の第１実施例について説明す
る。

【００３１】図２は本発明にかかる多重メモリ素子に応
用したポイントコンタクト・アレーの模式図である。

【００３２】簡略化のため、図１と同様に、２つのポイ
ントコンタクトから成る試料を用いた。ここでは、第１
電極を構成する混合導電体材料１１としてＡｇ₂ Ｓを、
金属線１０としてＡｇ線を用いた。また、第２電極を構
成する金属線１３，１４としてＰｔ線を用いた。第１電
極を接地し、第２電極１３，１４にそれぞれ電圧Ｖ１，
Ｖ２を独立に印加する。Ｖ１，Ｖ２として負の電圧を選
ぶと、混合導電体材料１１中のＡｇ原子１２が析出し、
架橋１５，１６が形成される。Ｖ１，Ｖ２を正の電圧に
すると、架橋１５，１６中のＡｇ原子１２が混合導電体
材料１１中に戻り、架橋１５，１６が消滅する。この詳
しい機構については、本願発明者によって特願平１２−
２６５３４４号として提案されている。

【００３３】本発明では、ポイントコンタクトを複数用
いることにより、以下に述べる新たな機能を実現してい
る。

【００３４】本実施例では、ポイントコンタクトのコン
ダクタンスの制御をパルス電圧を印加することにより行
った。すなわち、コンダクタンスを増大させるために
は、５０ｍＶの電圧を５ミリ秒印加した。コンダクタン
スを減少させる場合には、−５０ｍＶの電圧を５ミリ秒
印加した。これにより、各ポイントコンタクトにおい
て、量子化されたコンダクタンス間の遷移を実現した。
すなわち、これがメモリとしての書き込み動作にあた
る。

【００３５】そこで、記録状態を読み出すためには、Ｖ
１，Ｖ２を１０ｍＶに設定し、読み出し動作によって記
録したコンダクタンス値が変化しないようにした。その
状態で、各ポイントコンタクトの第２電極を構成する金
属線１３，１４に流れる電流Ｉ₁ ，Ｉ₂ を測定した。そ
の結果を図３に示す。

【００３６】図３において、Ｉ₁ を細い実線で、Ｉ₂ を
太い実線で示してある。ポイントコンタクト１５ないし
１６に、１秒ごとに書き込み動作を行い、その都度記録
状態を読み出した。左側の縦軸は実際に測定した電流値
を、右側の縦軸は対応する量子化コンダクタンスを示し
ている。コンダクタンスは、測定電流を印加電圧（１０
ｍＶ）除算して得られる。

【００３７】この図によれば、各ポイントコンタクトの
コンダクタンスが量子化されていることが分かる。すな
わち、架橋１５による第１のポイントコンタクトの量子
化コンダクタンスの量子数をＮ₁ 、架橋１６による第２
のポイントコンタクトの量子化コンダクタンスの量子数
をＮ₂ とすると、それぞれＮ₁ ＝０〜３、Ｎ₂ ＝０〜３
の合計１６通りの記録状態が実現されている。

【００３８】本実施例では、Ｎ＝０〜３の４つの量子化
状態しか用いなかったが、さらに大きな量子数をもつ状
態を用いることにより、記録密度を増やすことができ
る。また、ポイントコンタクトの数を増やすことによっ
て記録密度が上げられることも言うまでもない。

【００３９】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。

【００４０】まず、第１実施例に示す構成を用いて、加
算回路を実現した実施例を説明する。

【００４１】本発明による加算回路では、入力は、架橋
１５，１６によるポイントコンタクトの量子化コンダク
タンスの量子数Ｎ₁ ，Ｎ₂ である。入力の動作は、電圧
Ｖ１，Ｖ２を制御してＮ₁ ，Ｎ₂ を所望の値に設定する
ことで行われる。演算結果は、Ｖ１，Ｖ２を読み出し電
圧、例えば１０ｍＶに設定して、第１電極１０から接地
電位に流出する電流Ｉ_out を測定することにより得られ
る。

【００４２】図４は本発明の第２実施例の演算結果を示
す図である。グラフ下に、入力したＮ₁ ，Ｎ₂ と測定さ
れたＮ_out をグラフ横軸に対応させて示した。得られた
電流値Ｉ_out がＮ₁ ＋Ｎ₂ に対応する量子化コンダクタ
ンスを有していることが分かる。すなわち、加算が正確
に行われている。本実施例でも、第１実施例と同様、Ｎ
₁ ＝０〜３，Ｎ₂ ＝０〜３に対応する１６通りの加算結
果を示したが、より大きな量子数を用いても良い。ま
た、用いるポイントコンタクトの数、すなわち、入力数
を３個以上にしても同様のことが行える。

【００４３】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。

【００４４】第１実施例に示す構成は、減算回路にも応
用できる。入力の制御は第２実施例で述べたのと同じ方
法で行う。減算の演算を行う際には、Ｖ１，Ｖ２として
絶対値が等しく極性が逆の電圧を選べばよい。例えば、
Ｖ１として１０ｍＶ、Ｖ２として−１０ｍＶを設定すれ
ば、Ｎ₁ −Ｎ₂ に相当する量子化コンダクタンスに対応
する電流Ｉ_out が第１電極から接地電位に流出する。こ
のとき、電流の向きが第１電極から接地電位を向いてい
れば演算結果は正の値を持ち、接地電位から第１電極を
向いていれば演算結果は負の値を持つことになる。

【００４５】第３実施例の演算結果を図５に示す。

【００４６】Ｎ₁ −Ｎ₂ の演算が正確に行われている。
更に、３つ以上のポイントコンタクトを用いれば、Ｎ₁
＋Ｎ₂ −Ｎ₃ のような演算を一度に行うことが可能にな
る。例えば、この場合、Ｖ１とＶ２を１０ｍＶ、Ｖ３を
−１０ｍＶに設定して演算を行えばよい。

【００４７】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。

【００４８】これは、本発明のポイントコンタクトを用
いて論理回路を構成した実施例である。論理回路を構成
する場合は、第１実施例〜第３実施例の場合と異なり、
ポイントコンタクトにおける量子化コンダクタンス状態
間の遷移は使わない。すなわち、オン・オフのスイッチ
ング素子としてポイントコンタクトを用いる。典型的に
は、オンの状態の抵抗値が１ｋΩ以下、オフの状態の抵
抗値が１００ｋΩ以上である。

【００４９】図６は本発明のポイントコンタクトを用い
て構成したＯＲゲートの模式図である。

【００５０】Ａｇ線２１，２２がＡｇ₂ Ｓ ２３，２４
で被覆されており第１電極を構成している。これらのＡ
ｇ₂ Ｓ ２３，２４から析出したＡｇ架橋２５，２６
が、第２電極であるＰｔ電極２０に対向して、ポイント
コンタクトを形成している。Ｐｔ電極２０の一端は、抵
抗２７（本実施例では１０ｋΩ）を介して参照電圧Ｖ_S
に接続されており、もう一端は出力端子で、出力電圧Ｖ
_out が出力される。Ａｇ線２１，２２に対して、入力電
圧Ｖ１，Ｖ２が印加されると、これにより、架橋２５，
２６が形成されたり消滅したりして、ポイントコンタク
トがオン・オフのスイッチング素子として働く。

【００５１】図７にその動作結果を示す。本実施例で
は、１秒毎に入力、すなわちＶ１，Ｖ２を変更して出力
Ｖ_out を測定した。

【００５２】２入力ＯＲゲートでは、ＬｏｗレベルとＨ
ｉｇｈレベルの２値化されたそれぞれの入力に対し、い
ずれか一方でもＨｉｇｈレベルならば、出力がＨｉｇｈ
レベルとならなければならない。

【００５３】そこで、まず、Ｌｏｗレベルとして０Ｖ
（参照電位Ｖｓも同じ）を、Ｈｉｇｈレベルとして２０
０ｍＶを用いて動作させた場合の結果を図７（ａ）に示
す。

【００５４】この図によると、２つの入力Ｖ１，Ｖ２の
内、いずれか一方が２００ｍＶのとき、出力Ｖ_out は略
２００ｍＶとなっており、正常に動作していることが分
かる。Ｈｉｇｈレベルの電圧を５００ｍＶに上昇させて
も同様の結果〔図７（ｂ）〕が得られた。

【００５５】図８は本論理回路の等価回路を示す図であ
る。

【００５６】参照電圧Ｖｓと入力電圧Ｖ１，Ｖ２によっ
て、架橋２５，２６（図６）の生成・消滅が起こり、抵
抗Ｒ１，Ｒ２（架橋によって形成されるポイントコンタ
クト部の抵抗）の抵抗値が変化する。電極２０（図６）
上の２つのポイントコンタクト間にも僅かな抵抗Ｒ１２
（数Ωから数十Ω程度）があるが、Ｒ０（１０ｋΩ）、
Ｒ１，Ｒ２（１ｋΩ〜１ＭΩ）に比べれば無視できる大
きさである。

【００５７】まず、Ｖ１，Ｖ２ともに０Ｖの場合、系に
接続された３つの電圧が全て０Ｖなので、出力Ｖ_out は
必然的に０Ｖになる。次に、Ｖ１が０Ｖ、Ｖ２が２００
ｍＶ（５００ｍＶ）の場合、架橋２５（図６）が成長
し、抵抗Ｒ２の抵抗値が小さくなる。典型的には１ｋΩ
以下である。

【００５８】この結果、Ｒ０よりもＲ２の方が抵抗値が
１桁以上小さくなるので、Ｖ２′は約２００ｍＶ（５０
０ｍＶ）となる。このときＶ１′もほぼ２００ｍＶ（５
００ｍＶ）となるので、架橋２４（図６）に対しては架
橋が消滅する電圧が印加されたことになり、Ｒ１は１Ｍ
Ω以上の大きい値となる。この結果、Ｖ１が０Ｖであっ
ても、Ｒ０，Ｒ１≫Ｒ２であるので、Ｖ１′はＶ２′と
同じ約２００ｍＶ（５００ｍＶ）となる。その結果、出
力は２００ｍＶ（５００ｍＶ）となるのである。正確に
は、架橋２５の成長と架橋２４の切断は平行して起こ
り、上述の結果をもたらす。

【００５９】Ｖ１が２００ｍＶ（５００ｍＶ）、Ｖ２が
０Ｖの場合も同様に説明できる。また、Ｖ１，Ｖ２とも
に２００ｍＶ（５００ｍＶ）の場合は、架橋２５，２６
がともに成長するので、Ｖ１，Ｖ２の電圧、すなわち、
２００ｍＶ（５００ｍＶ）が出力されることになる。

【００６０】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。

【００６１】図９を用いて、ＡＮＤゲートを構成した実
施例を説明する。

【００６２】本実施例では、Ａｇ₂ Ｓ薄膜３１で被覆さ
れたＡｇ線３０の一端が、抵抗体３７を介して、参照電
圧Ｖｓと接続されている。もう一端は出力端子である。
また、２本のＰｔ電極３５，３６に向かって、可動イオ
ンであるＡｇ原子が析出してできた架橋３３，３４が形
成されている。入力電圧Ｖ１，Ｖ２は、この２本のＰｔ
電極３５，３６に対して印加される。なお、図９におい
て、３２はＡｇ₂ Ｓ薄膜３１中のＡｇイオンである。

【００６３】図１０に、ＡＮＤゲートの演算結果を示
す。２入力ＡＮＤゲートでは、２つの入力がともにＨｉ
ｇｈレベルの時のみ、出力Ｖ_out がＨｉｇｈレベルとな
る。

【００６４】図１０（ａ）は、Ｈｉｇｈレベルを２００
ｍＶに設定して動作させた場合の結果である。なお、こ
のとき、参照電圧も２００ｍＶに設定した。

【００６５】図１０（ｂ）には、Ｈｉｇｈレベルを５０
０ｍＶに設定して動作させた場合の結果を示す。このと
きの参照電圧は５００ｍＶである。

【００６６】図１０によると、Ｈｉｇｈレベルが２００
ｍＶで、Ｖ１が０Ｖ、Ｖ２が２００ｍＶの場合に、出力
Ｖ_out が中途半端な値（約５０ｍＶ）を示している。し
かし、これ以外はＬｏｗレベルである０Ｖか、Ｈｉｇｈ
レベルである２００ｍＶを出力している。また、Ｈｉｇ
ｈレベルとして５００ｍＶを設定した場合は、全ての入
力パターンに対して正常に動作している。なお、２００
ｍＶ動作の場合もＬｏｗ−Ｈｉｇｈを決める臨界電圧を
１００ｍＶに設定すれば全く問題は起きない。なお、こ
の原因については後述する。

【００６７】再び、図８を用いてこのＡＮＤゲートの動
作原理を説明する。本実施例では、参照電圧ＶｓはＨｉ
ｇｈレベル（２００ないし５００ｍＶ）である。まず、
Ｖ１，Ｖ２ともに０Ｖの場合、架橋３３，３４（図９）
がともに成長するので、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は典型
的には１ｋΩ以下となる。すなわち、抵抗Ｒ０（１０ｋ
Ω）よりも一桁以上小さな抵抗値で出力端がＬｏｗレベ
ルにある入力電圧に接続されるので、出力Ｖ_out は０Ｖ
となる。次に、Ｖ１が０Ｖ、Ｖ２が２００ｍＶ（５００
ｍＶ）の場合、架橋３３（図９）のみが成長する。

【００６８】一方、架橋３４は電圧Ｖ２′が電圧Ｖ１の
ために２００ｍＶ（５００ｍＶ）よりも小さくなる。す
なわち、架橋が消滅する極性の電圧が印加されたことに
なり、架橋３４は消滅しＲ２の抵抗値は１ＭΩ程度に大
きくなる。このときのＶ２′とＶ２の電位差が小さい
と、架橋の消滅が十分でなく、従ってＲ２の抵抗値が十
分大きくならないので、先に述べた中途半端な出力がで
てしまうことがある。しかし、Ｈｉｇｈレベルの電圧を
５００ｍＶにすればＶ２′とＶ２の電位差が十分大きく
なるので、完全に正常に動作する。

【００６９】Ｖ１が２００ｍＶ（５００ｍＶ）、Ｖ２が
０Ｖの場合も同様である。ただし、ポイントコンタクト
を構成する架橋３３，３４の特性が若干異なるため、こ
の場合は、動作電圧２００ｍＶにおいても正常な出力が
得られている。最後に、Ｖ１，Ｖ２がともに２００ｍＶ
（５００ｍＶ）の場合、この場合は、架橋３３，３４の
生成消滅は起こらない。全ての電圧が２００ｍＶ（５０
０ｍＶ）なので、出力電圧も２００ｍＶ（５００ｍＶ）
となる。

【００７０】以上、ポイントコンタクトを用いた論理回
路について説明してきた。以上の実施例では２入力の論
理回路について述べたが、本発明によるポイントコンタ
クトを３つ以上使えば、上述した動作原理により３入力
以上の論理回路を構成することができる。

【００７１】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。

【００７２】ここでは、ポイントコンタクト・アレーの
製造方法について述べる。

【００７３】図１１は本発明の第６実施例を示すポイン
トコンタクト・アレーの製造方法を示す図である。

【００７４】図１１に示すように、絶縁性の基板４０上
にＡｇ線４１，４２を形成し、その表面をイオウ化して
Ａｇ₂ Ｓ膜４３，４４を形成する。その上にＰｔ線４
５，４６を載せることで、このポイントコンタクト・ア
レーの主要部が完成する。ここで重要なことは、Ａｇ₂
Ｓ膜４３，４４で覆われたＡｇ線４１，４２とＰｔ線４
５，４６との各交点に、Ａｇ原子による架橋４７，４８
が形成されていることである。

【００７５】このために本発明ではＰｔ線４５，４６を
載せる際に、Ｐｔ線４５，４６・Ａｇ線４１，４２間に
電圧を印加して、Ａｇ₂ Ｓ膜４３，４４からＡｇが析出
して架橋４７，４８を形成するようにした。これによ
り、例えば、配線装置等によりＰｔ線４５，４６を載せ
るだけで本発明を実現することができる。

【００７６】また、マスクを用いた蒸着等により、交点
に予めＡｇを蒸着しておいても良いし、Ａｇ₂ Ｓ膜で覆
われたＡｇ線に電子線を照射してＡｇ原子を析出させて
も良い。重要なことは、第１電極を構成するＡｇ₂ Ｓと
第２電極を構成するＰｔ間にＡｇが存在することであ
る。

【００７７】さらに、Ｐｔ線を別の基板上に予め形成し
ておき、Ａｇ₂ Ｓ膜で覆われたＡｇ線が形成された基板
と貼り合わせても良い。

【００７８】次に、本発明の第７実施例について説明す
る。

【００７９】ここでは、別のポイントコンタクト・アレ
ーの製造方法と構造について述べる。

【００８０】図１２は本発明の第７実施例を示す半導体
の導電性を制御するポイントコンタクト・アレーの模式
図である。

【００８１】図１２では、絶縁性の基板５０上に、やは
りＡｇ₂ Ｓ膜５３，５４で被覆されたＡｇ線５１，５２
が形成されている。その上に、Ａｇ原子を固溶すること
ができる半導体ないし絶縁体５７，５８，５９，６０が
Ａｇ線５１，５２とＰｔ線５５，５６との交点にあたる
部分にのみ形成されている。なお、図１２ではこれらを
覆う絶縁材料は示していないが、図に示した部分は全て
素子内部に埋め込まれている。

【００８２】この場合、これまでに述べてきたのと同じ
原理でＡｇイオンが、Ａｇ₂ Ｓ膜５３，５４から流出す
る。この流出したＡｇイオンが半導体ないし絶縁体５
７，５８，５９，６０内に固溶して半導体ないし絶縁体
の導電率を変化させ、上述した実施例と同様のことを実
現することができる。この場合、架橋の生成・消滅のた
めの空間が素子中に不要となるので、絶縁性部材中への
埋め込みが容易になる。

【００８３】また、半導体ないし絶縁体の代わりに、Ａ
ｇ薄膜を予め形成しておけば、第６実施例で述べたのと
同じ構造となる。この場合、この薄膜Ａｇ中のＡｇ原子
がＡｇ₂ Ｓ膜中に入り込むことによって薄膜が消失す
る。

【００８４】なお、本発明では、Ａｇイオンを固溶する
ことができる半導体ないし絶縁体として、ＧｅＳ_x 、Ｇ
ｅＳｅ_x 、ＧｅＴｅ_x 、ないしＷＯ_x （０＜ｘ＜１０
０）の結晶体ないし非晶質体を用いるようにした。

【００８５】次に、本発明の第８実施例について説明す
る。

【００８６】図１３に第１電極である金属配線の一部が
混合導電体で被覆された実施例を示す。本実施例におい
ては、第１電極を構成する金属線と第２電極を構成する
金属線との交点において、「第１電極を構成する金属／
混合導電体／架橋ないし半導体／第２電極を構成する金
属」で構成されるポイントコンタクトが形成されていれ
ばよい。

【００８７】従って、図１３に示すように、第１電極を
構成する金属線７０と第２電極を構成する金属線７１，
７２の交点付近のみに混合導電体７３，７４が形成され
ていても、混合導電体７３，７４と金属線７１，７２間
にポイントコンタクト（架橋）７５，７６を形成でき
る。

【００８８】さらに、第１電極を構成する金属も、混合
導電体に接する部分と、ポイントコンタクト間の配線材
が異なっていても良い。例えば、本実施例では、混合導
電体（Ａｇ₂ Ｓ）７７，７８に接する部分にＡｇ線７
９，８０を、その他の部分８１〜８３にタングステン線
を用いた。なお、混合導電体と接する部分の部材は、混
合導電体中の可動イオン原子と同じ元素で構成されてい
る必要がある。従って、本実施例では、混合導電体とし
てＡｇ₂ Ｓを用いたので、これと接する部分の部材にＡ
ｇを用いたのである。

【００８９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００９０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高速、かつ低消費電力で動作するポイントコン
タクト・アレーを構築することができ、多重記録型メモ
リー素子、論理回路、演算回路等を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる複数個のポイントコンタクトを
配置したポイントコンタクト・アレーを示す斜視模式図
である。

【図２】本発明にかかる多重記憶メモリを構成するポイ
ントコンタクト・アレーを示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す多重記憶されたメモ
リの読み出し結果を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例を示すポイントコンタクト
・アレーで構成した加算回路の演算結果を示す図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例を示すポイントコンタクト
・アレーで構成した減算回路の演算結果を示す図であ
る。

【図６】本発明の第４実施例を示すポイントコンタクト
・アレーで構成したＯＲゲートの模式図である。

【図７】本発明の第４実施例を示すポイントコンタクト
・アレーで構成したＯＲゲートの動作結果を示す図であ
る。

【図８】本発明の第４実施例を示すポイントコンタクト
・アレー論理回路の等価回路図である。

【図９】本発明の第５実施例を示すポイントコンタクト
・アレーで構成したＡＮＤゲートの模式図である。

【図１０】本発明の第５実施例を示すポイントコンタク
ト・アレーで構成したＡＮＤゲートの演算結果を示す図
である。

【図１１】本発明の第６実施例を示すポイントコンタク
ト・アレーの製造方法を示す図である。

【図１２】本発明の第７実施例を示す半導体の導電性を
制御するポイントコンタクト・アレーの模式図である。

【図１３】本発明の第８実施例を示す一部が混合導電体
で被覆された電極を有するポイントコンタクト・アレー
の模式図である。

【符号の説明】

１ 混合導電体 ２，１０，７０ 金属線（第１電極） ３，４，１３，１４，７１，７２ 金属線（第２電
極） ５，３２ 可動イオン（原子） ６，７，１５，１６，２５，２６，３３，３４，４７，
４８，７５，７６ポイントコンタクト（架橋） ８，４０，５０ 絶縁性の基板 １１，７３，７４，７７，７８ 混合導電体材料（Ａ
ｇ₂ Ｓ） １２ Ａｇ原子 ２０ Ｐｔ電極 ２１，２２，３０，４１，４２，５１，５２，７９，８
０ Ａｇ線（Ａｇ電極） ２３，２４ Ａｇ₂ Ｓ ２７ 抵抗 ３１ Ａｇ₂ Ｓ薄膜 ３５，３６，４５，４６，５５，５６ Ｐｔ線（Ｐｔ
電極） ３７ 抵抗体 ４３，４４，５３，５４ Ａｇ₂ Ｓ膜 ４９ 電源 ５７，５８，５９，６０ 半導体ないし絶縁体 ８１，８２，８３ タングステン線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 知信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 寺部 一弥 埼玉県戸田市美女木 １−19−９−402 (72)発明者 長谷川 剛 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 Ｆターム(参考） 2G011 AA15 AA21 AC32

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン伝導性及び電子伝導性を有する混
   合導電体材料から成る第１電極及び導電性物質から成る
   第２電極により構成される電極間のコンダクタンスが制
   御可能な電子素子を複数個用いることを特徴とするポイ
   ントコンタクト・アレー。
2. 【請求項２】 可動イオン（Ｍイオン：Ｍは金属電子）
   を有する前記混合導電体材料が前記可動イオン供給源
   （Ｍ）上に形成されていることを特徴とする請求項１記
   載のポイントコンタクト・アレー。
3. 【請求項３】 前記混合導電体材料がＡｇ₂ Ｓ、Ａｇ₂
   Ｓｅ、Ｃｕ₂ Ｓ又はＣｕ₂ Ｓｅであることを特徴とする
   請求項１又は２記載のポイントコンタクト・アレー。
4. 【請求項４】 前記混合導電体材料中に含まれる可動イ
   オンにより、前記第１電極と第２電極間に架橋が形成さ
   れ、前記電極間のコンダクタンスが変化することを利用
   することを特徴とする請求項１、２又は３記載のポイン
   トコンタクト・アレー。
5. 【請求項５】 前記第１電極と前記第２電極間に、イオ
   ンを固溶させることが可能で、かつイオンを固溶するこ
   とにより電子とイオン伝導性が現れる半導体あるいは絶
   縁体材料を有し、該半導体あるいは絶縁体材料に前記混
   合導電体材料中に含まれる可動イオンが流入することに
   より、該半導体ないし絶縁体のコンダクタンスが変化す
   ることを利用することを特徴とする請求項１、２又は３
   記載のポイントコンタクト・アレー。
6. 【請求項６】 前記半導体あるいは絶縁体材料が、Ｇｅ
   Ｓ_x 、ＧｅＳｅ_x 、ＧｅＴｅ_x 、ないしＷＯ_x （０＜ｘ
   ＜１００）の結晶体ないし非晶質体であることを特徴と
   する請求項５記載のポイントコンタクト・アレー。
7. 【請求項７】 少なくとも一部が混合導電体材料で被覆
   された第１電極を構成する金属線と、第２電極を構成す
   る金属線であって、少なくとも一方の電極を構成する金
   属線が複数本あり、該金属線間の各交点にポイントコン
   タクトを設けることを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、５又は６記載のポイントコンタクト・アレー。
8. 【請求項８】 前記ポイントコンタクトのコンダクタン
   スが量子化されていることを特徴とする請求項１、２、
   ３、４、５、６又は７記載のポイントコンタクト・アレ
   ー。
9. 【請求項９】 前記ポイントコンタクトの量子化された
   コンダクタンスを記録状態として用いる多重記録メモリ
   型素子を構成することを特徴とする請求項８記載のポイ
   ントコンタクト・アレー。
10. 【請求項１０】 前記ポイントコンタクトの量子化され
    たコンダクタンスを入力信号とし、前記各電極の電位を
    制御することにより、該入力信号間の加算ないし減算を
    行うことを特徴とする請求項８記載のポイントコンタク
    ト・アレー。
11. 【請求項１１】 前記ポイントコンタクトの一端の電位
    を入力信号とする論理回路を構成することを特徴とする
    請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のポイントコ
    ンタクト・アレー。