【０００１】
【発明が属する技術分野】
ナノ構造の機能素子及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術に於ける問題点】
半導体メモリーに代表されるようなデバイスがより一層高密度化した高密度・微細素子やナノマシンなどの微細な構造体が開発され、応用されるようになってナノテクノロジーという、新たな技術領域が提唱されている。これらの微細な素子・構造体を実現するためには従来は、素材バルクからフォトリソグラフィーなどの手法によって、いわば切出し、刻むことによって目的とする素子・構造体を形成していた。これらの手法は、大から少へと立体構造を細分化する意味で、トップダウン的手法によるものといえる。
このような微細化の手法は、微細化の程度がナノレベルに及ぶまで目指すとなると、物質界が原子構造から構成される以上、必然的に原子・分子のサイズ及びこれらからなる微細構造に目を向けられることとなるが、そのための加工技術、手段も従来の延長上において考えることには、それらの原理、メカニズムによる限界があり、上記のようなトップダウン的アクセスが、最良であるとは必ずしも云えない。
すなわち、近年ボトムアップ型アプローチとして話題になっているように原子や分子を直接操作して新たな機能を有する材料を生み出す手法が試みられるようになっており、また、生体組織の機能に見られるように、生体の微細構造に於いては、アミノ酸やタンパク質などの分子レベルで基本的なユニットが一定の仕方で結合し、より大きな、複雑な構造が形成されるという、自己組織化によって組みあがる機構を有しており、このような仕組みによって階層的に組み立てられるパノスコピック材料なども話題になっている。
種々の機能素子などを扱うナノテクノロジーに於いては、主として無機材料からなるが、このような自己組織化やパノスコピック材料という観点から、複雑な構造・機構を組み立てることも新たなアプローチとして視野に入っているのである。
【０００３】
現在、ナノスケールの機能素子、機能材料の実現に向けてこのような従来にない新たな観点からのアプローチが試みられようとしているが、いずれのアプローチから目指すにしても、全く新しい手法、原理によることは実際的ではなく、また、実用上、機能素子などとして適用する際には既存のレベルの何らかの基盤との結合／若しくは整合を図らなければならない。
例えば、ナノレベルの素子、構造であるといっても、そのような構造を形成する際やさらに基板等に組み込むに当たっては、容易に取り扱える、或いは使用条件に適したスケールの構造が必要となるのである。
【０００４】
これらナノスケールの素子や構造を実現するには、その基盤となる、いわばその母型ともいうべき構造があることが有利であり、また、これらの素子をその機能を発揮せるため実用に適した構造に組み立てるに際しても、半導体デバイスに於いてそうであるようにこれらの素子を二次元、三次元の基板構造に組み込まれることが必要になってくる。
【０００５】
さらに、より具体的な問題として、これまでの半導体メモリでは達成することが困難な大容量メモリの実現に向けて以下の表１に示すようなものが提案され、一部は開発段階にある。
これらは、２０世紀末に開発された、走査トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ＡＦＭ）などのいわゆる走査プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ＳＰＭ）の流れを汲む技術で、通常の表面測定では単一のプローブを用いるところを、Ｎ×Ｎ配列（Ｎは２以上の整数）のプローブを用いるマルチプローブを用いてメモリユニット（メモリセル）に記録された情報の読出し、或いは書込を行おうとするものである。
【表１】
【０００６】
表１に示すようにこれらの、超高密度メモリシステムは、原子／分子操作、熱／機械加工、化学結合、電界蒸発、電荷トラッピング、磁気記録、近視野光磁気記録、相変化記録、と記録方法は多様である。また、対応する記録媒体も多様なものが提案されており、加工サイズは数ｎｍから数十ｎｍである。
これらのメモリの高密度化は記録媒体の情報を担持するメモリユニットのサイズの縮小を意味するが、このメモリの書込み／読出し手段は（マルチ）プローブであり、高密度化、大容量化に応じて高速でのアクセスのため、高速且つ高精度の制御を必要とする。
【０００７】
また、メモリの大容量化は、メモリ全体のサイズの大型化を来たすが、このような微細化するメモリユニットのサイズに対するメモリ全体のサイズの増大は、これらの間のサイズの比率を増大させ、プローブの精度に対する要求を一層厳しいものとしている。
特に、このようなサイズのレベルになると熱膨張に伴うプローブとメモリとの位置ずれの問題は重要であり、厳密な温度制御が必要となるなど，これらのシステムを複雑なものとしている。
また、これらのプローブによる書込／読取を行うシステムの問題として、記録媒体のメモリセルに対してこれらの書込／読取手段であるプローブが相対的に走査する必要があるため、半導体メモリにおけるようなメモリセルに対する直接のアクセスができず、このような高密度化、大容量化に伴って、高速化が一層困難となる。
即ち、これらのメモリの記録は、一般にｘｙ地点の位置情報そのものであり、これらの情報の書き込み／読出を行う上で、これらのメモリの位置情報に対応する、これらと相同の機構、機能が望まれるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ナノスケールの素子を形成するための、或いはこれらの素子を搭載するためのプラットフォームとなる、導電層と誘電体層とを交互にナノレベルの微小間隔で交互に一次元或いは二次元格子構造に配列された機能材料及びその製造方法を提供する。
また、さらにその機能材料を適用した高密度メモリの提供。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
導電層と誘電体層を交互に積層した積層方向に非平行な、好ましくは直角な断面により、導電層と誘電体層を積層方向にナノレベルの微小間隔で形成してなる機能材料であり、
さらに、導電層と誘電体層を交互に積層した積層方向に非平行な、好ましくは直角な断面により、導電層と誘電体層を積層方向にナノレベルの微小間隔で形成してなる機能材料を、相対して重ねてなる機能材料である。
断面の方向は、これらの導電層と誘電体層とが最小の間隔で配列するためにはこれらの積層方向に垂直な断面が好適であるが、断面におけるこれら導電層と誘電体層の幅や間隔を大きくしたい場合などには、この角度を浅く取ることによって調整することができる。
また、上記相対して重なり合う面間に機能材料（層）を介挿してなる、機能材料であり、上記機能材料層として、微粒子、１次元性化合物、パイ電子系ポリマー、（厚み数原子層の物質）薄膜など、０次元構造（量子ドット）、鎖状構造、あるいは２次元構造薄膜を配してなる機能材料である。
さらに、上記重なり合う構造は、通常はそれぞれの導電層が交差する方向にあるが、その発揮したい機能・特性により垂直から平行まで任意の方向でよい。
また、導電層と誘電体層を交互に積層した積層方向に直角な断面により、導電層と誘電体層を積層方向にナノレベルの微小間隔で形成してなる機能材料を、相対して重ね、その間に機能材料層として官能基を有する６員環あるいは５員環を構成要素として少なくともひとつ有する鎖状分子を配し、
上記の上下交差する導電層を書込・読取用ビット、ワード線としてこれらの交差点間の電圧印加による当該官能基のの空間配位の変化や当該官能基中の電子分布の変化など、当該官能基の属性変化により、書込・読取を行うことを特徴とする、ＲＡＭ高密度メモリであり、
また、導電層と誘電体層を交互に積層した積層方向に直角な断面により、導電層と誘電体層を積層方向にナノレベルの微小間隔で形成してなる機能材料を、相対して重ね、その間に機能材料層としてＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、Ｉｎ ３ ＳｂＴｅ ２ などの無機相変化材料や、ポリアセチレン、アセチレンオリゴマー、ｐ−フェニレン、ｐ−フェニレンスルフィド、ピロールオリゴマー、ポリピロール、チェニレンオリゴマー、ポリチェニレン、アニリンオリゴマー、ポリアニリン、あるいはモノマー、オリゴマーを含む液晶高分子などの薄膜を配し、
上記の上下交差する導電層をジュール加熱用電流路として書込を行い、次回以降読取用ビット，ワード線として機能させることを特徴とするＲＯＭ高密度メモリである。
上記機能材料の製造方法として、
堆積過程により導電層と誘電体層とを交互に積層することによりこれらの層厚方向、すなわち堆積層と垂直な方向に該導電層と誘電体層とが交互に微小間隔で配列された構造を形成し、これらの層厚方向に切断することにより、該導電層と誘電体層とがナノレベルの微小間隔を形成してなる機能材料の製造方法であり、
また、上記堆積過程が、ＣＶＤなどの真空雰囲気中の堆積過程であり、中心軸の廻りに回転する基板上に該導電層と誘電体層とを交互に堆積させ、堆積過程後中心軸に垂直な断面で切断し、その切断面に於いて該導電層と誘電体層とがナノレベルの微小間隔を形成してなる機能材料を切出す製造方法であり、
さらに、上記堆積過程が、連続的に行われることにより、堆積層が連続してなる機能材料の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
導電層と誘電体層とを交互に積層した構造は、真空雰囲気中での蒸着やＣＶＤなどによるいわゆる堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の手法により形成することができる。
従来は、このような積層構造は、２次元平面に形成された配線を上下立体的に配置したり、基板に作り込まれたデバイスと接続するために用いられるのみであった。
サイズも配線としての線幅を数百ｎｍ〜数十ｎｍへと微細化が図られているが、その厚さはこれらに比較してさらに薄い。しかしながら、その厚さのサイズがさらに薄く、エレクトロマイグレーションなどに耐え、電子の移動限界に近い数ｎｍオーダーであっても、これら導電層としての機能以上の作用や機能が求められることはなかった。
ところで、このような薄いサイズが実現できることは、これら堆積過程が時間経過共に進行するもの、であって、その厚さは経過時間に比例し、時間の制御によりその厚さ、すなわちその立体構造の内の１次元方向についてナノレベルで高精度に制御できるということを意味している。
従って、導電層と誘電体層とをこのような堆積過程で積層して形成したバルクの堆積した層に垂直な方向の断面に於いては、これらナノレベルのサイズ・間隔で配列した導電層と誘電体層からなる構造が得られる事となる。
【００１１】
このような構造に於いては、この断面に於いてはナノレベルのサイズであるが、通常の配線とは逆に積層面に沿った方向ではそのサイズは、バルクの切断厚さによって決まるサイズとなり、導電層や配線などとの接続、ハンドリングに必要なサイズを確保することができる。
このような構造体は、導電層がナノレベルのサイズで高密度で配置されていることから、導電層及び誘電体層の材質の組合せによって、種々の量子的性質・機能を持たせ、或いは物理的過程を実現する手段として、さらに微細な素子を搭載するプラットホームなどとして利用することができる。
例えば、ボトムアップ物質として知られている量子ドットを被挟雑物として用いた場合、従来は光アドレスなど波長オーダーのひろい領域に亘る一種の一括アドレスしか手段はなかったが、本発明によれば、初めて個々のドットへの個別アドレシングあるいは個別アクセスが可能となり、このような微小系で期待されている量子効果、たとえば、閾値の無いコヒーレント光放射などが、実現できる。
【００１２】
さらに、このようないわゆるすだれ状の平面構造を複数積層すると、その導電層が上下交差した構造が得られる。
この構造において、導電層が上下近接した関係におくと、その交差点間で強い電磁気的な作用を及ぼすことが可能であり、それによってその間に介挿した物質に、たとえば導電性がなくても、トンネル効果などにより、物理・化学的変化を齎すことができる。その利用は、介挿した物質によってその立体構造が変化（液晶に見られる）したり、化学的な変化を生じさせたり、或いはこれらの過程を通じて介挿した物質による新たな機能を発揮させ、新たな機能素子を構成することが考えられる。
たとえば、官能基を有する６員環あるいは５員環を構成要素として少なくともひとつ有する鎖状分子では、上記の交差点間に電圧を印加すると、当該官能基の電子の空間分布など属性が変化するので、この変化の有無を”０”、”１”として利用して、２層の導電層を書込・読取り用のビット線・ワード線としてこれらの電位変化を記録し、或いは読取ることによって、メモリーの書き込み、あるいは読み出し可能なＲＡＭ動作をさせることができる。
【００１３】
また、これらのすだれ構造を２層積層して、その間に介挿する物質として、例えば、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５やＩｎ ３ ＳｂＴｅ ２ などの無機相変化材料などを薄膜状に形成して、上下交差する導電層を書込用のジュール加熱用電流路として用いて、ｘｙ座標の機能材料層の導電性を変化せしめた後、次回以降読取用メモリの配線として機能させることにより、当該薄膜をＲＯＭ記録層としてそのｘｙ座標をメモリ番地情報として、直接これらの配線を書込／読出線とするメモリを構成することができる。
このメモリに於いては、導電層が直接ｘｙ座標による情報にアクセスできるから、熱膨脹などによる位置ずれはなく、メモリ構成の隘路であった精度の問題を解消するばかりでなく、書込・読取速度においても極めて高速であり、現在パーソナルコンピュータに於いて行われている内部メモリと同様の機能を達成することができる。
すなわち、前述したような現在開発が進められている書込・読み取りにプローブを用いる多くの大容量メモリが、その記録容量を利用するべくコンピュータ上で外部メモリとして機能することが想定される、いわば記録情報のストレージ手段とされているのに対し、本発明のメモリは上記のようなＲＡＭ動作が可能であって、純電気的に書込・読取動作を行うものであるから、ＣＰＵと直結して動作することが可能であり、単に内部メモリとして機能するのみでなく、これら外部記憶装置を不要とするものである。
このことは、実質的なコンピュータの実質的な動作速度を早くするのみでなく、従来にない大容量のソフトの動作を可能とする。
【００１４】
これらの機能材料の製造方法は、略従来の堆積法をそのまま利用することが可能である。
これらの堆積法は、電着法などの湿式法と制御された真空雰囲気中で気化した材料を堆積させる蒸着法や出発物質を気化して雰囲気中で反応させる化学気相法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法やプラズマ反応を利用するなど、種々の方法が実用化されているが、いずれも、堆積過程が時間的に制御でき、かつナノレベルの薄層を高精度で形成できるものであれば格別の制約はない。
最も単純には、導電層物質と誘電体物質とを交互に基板上に堆積させて，必要な積層数となるまで、堆積させればよい。
より好適には、回転軸周囲を堆積基板として、回転させながらこれらの導電層と誘電体層を順次堆積させることにより、あたかも欧風菓子のバウムクーヘンのように積層した円筒状のバルクとして形成し、これを切断して円盤状の素材とし、この円盤から方形状などの必要な形状、寸法の機能材料を切出すことができる。
また、この積層過程を連続的に行えば、積層構造は渦巻状となるが、導電層と誘電体層の間隔は均等にできるから、何ら差し支えない。
【００１５】
【実施例】
以下に、図面を参照して本発明の機能材料の製造過程と構造例を説明する。
図１は、本発明の機能材料の製造方法を示す概念図である。
１は、真空チャンバーで、回転軸に円筒状堆積基板２をセットし、その外周面に相対して導電物質及び誘電物質の蒸発源３及び４を配置する。図示するように基板を回転させながら、導電物質と誘電物質を蒸発させて基板上に堆積させることにより、ナノレベルの厚さに制御された堆積層とすることができる。
この図では省略しているが、堆積層の制御のため基板との間に電界をかけることも有効であって、ビーム状に指向させて基板上に堆積させるなどの手法を利用することによって高精度に膜厚の制御ができる。
また、このような膜厚の制御手法は、プラズマ法などでも広く利用されているので詳説しないが、その他、イオン化したビームとして基板上を走査することによっても均一で極めて薄い積層を得ることができる。
電着法や化学めっき法などの湿式法による場合にもこれらの堆積過程は略同様で、従来の方法が利用できる。
【００１６】
図２（１）〜（３）はこのようにして形成した導電層と誘電体層の積層からなるバルクを積層面に垂直に切断してバウムクーヘン様のディスク１０とし（１）、次いでディスクから方形のスダレ状の機能材料１１，１２を切り出し（２）、さらにこれを２枚積層してメモリ２０を構成した（３）例を示す。ここで、典型的には、導電層の厚みは１〜１０ｎｍ、誘電体層の厚みは、１０ｎｍ〜１０ ０ｎｍ程度であるが、双方これより多少相前後しても構わない。またバウムクーヘン様のディスクの厚みは典型的には〜１００ミクロンのオーダーである。
メモリは、各導電層からｘ、ｙ軸方向に引き出し配線２１を接続して、読出／書込線を構成する。
図３（１）、（２）は、このように構成した機能素子の拡大図で、すだれ状機能材料１１，１２間に、機能材料層１３、例えば、酸化物系微粒子、半導体量子ドットや鎖状化合物、パイ電子系化合物、あるいはＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ ５ 、Ｉｎ ３ ＳｂＴｅ ２ 等無機相変化材料、ポリアセチレン、アセチレンオリゴマー、ｐ−フェニレン、ｐ−フェニレンスルフィド、ピロールオリゴマー、ポリピロール、チェニレンオリゴマー、ポリチェニレン、アニリンオリゴマー、ポリアニリン、あるいはモノマー、オリゴマーを含む液晶高分子、低温度結晶化アモルファス物質、磁性半導体、金属磁性体等からなる薄膜といった、０次元構造や１次元構造、あるいは２次元構造薄膜などを介挿する。
機能材料１１の断面に見られるように導電層１５と誘電体層１６が交互に微小な間隔で配置されており、これに対して機能物質層１３を介して微小な間隙で機能材料１２の導電層１７が交差する。導電層１５及び１７に電位をかけると、これらの機能物質層２５の交差部の機能部位２６が電子（あるいはホール）注入による化学変化、あるいはジュール加熱による温度上昇による相変化、組成変化などにより、伝導率が可逆的あるいは非可逆的に変化して記憶状態２７となり、また、逆に導電層を介して任意の位置の情報をｘ、ｙ座標として読み出すことができる。この状態・物性変化を以って、情報担体とすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の機能材料は、その導電層と誘電体層とのナノレベルの微小間隔で配列する構造により、ナノレベルの機能素子を扱う手段となり、またそのナノ構造により量子現象を扱う手段となり、また具体的には高密度・大容量メモリを実現することができる。
しかも、本発明の機能材料を形成するに際しては、既存の技術により実現することが可能であって、格別の新たな原理は必要ではない。しかも、実現されたそのナノ構造は、今後予想される量子素子やその取り扱い上有効な手段となるものと期待され、その発展．・実現に寄与するものである
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能材料を形成する装置（蒸着法の例）を示す説明図である。
【図２】本発明の機能材料素材のバルク（１）から、すだれ状（２）機能材料とし、格子状に積層してメモリ（３）を構成する説明図である。
【図３】本発明の機能材料を２層積層した構造（１）及び断面図（２）。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー
２ 回転基板
３ 導電物質蒸発源
４ 誘電物質蒸発源
１０ バウムクーヘン様素材
１０’ 機能材料切り出し個所
１１、１２ すだれ状機能材料
１３ 機能物質（層）
１５、１７ 導電層
１６、１８ 誘電体層
２０ メモリ
２１ 引き出し配線
２２ デコーダ
２５ 機能材料層
２６ 機能部位
２７ 機能部位（記憶状態）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a functional element having a nanostructure and a method for producing the same.
[0002]
[Problems with conventional technology]
A new technology area called nanotechnology has been proposed with the development and application of fine structures such as high-density, fine elements and nanomachines, which are devices with even higher densities such as semiconductor memories. Have been. Conventionally, in order to realize these fine elements / structures, target elements / structures have been formed by cutting and engraving, so to speak, from a material bulk by a method such as photolithography. These methods can be said to be top-down methods in the sense of subdividing the three-dimensional structure from large to small.
If such a miniaturization method is aimed at downscaling down to the nanometer level, the size of atoms / molecules and the microstructure composed of them are inevitable because the material field is composed of atomic structures. However, considering the processing technology and means for that on the conventional extension is limited by those principles and mechanisms, and the above-mentioned top-down access is the best. Not necessarily.
In other words, methods of directly manipulating atoms and molecules to produce materials with new functions have been attempted, as has recently been talked about as a bottom-up approach, and are also found in the functions of living tissues. Thus, in the microstructure of living organisms, the basic units at the molecular level, such as amino acids and proteins, combine in a certain way to form larger, more complex structures, which are assembled by self-organization. It has a mechanism, and panoscopic materials that are hierarchically assembled by such a mechanism are also attracting attention.
Nanotechnology, which handles various functional elements, is mainly composed of inorganic materials. From the viewpoint of such self-organization and panoscopic materials, assembling complex structures and mechanisms is also a new approach. It is in.
[0003]
At present, approaches from such new perspectives are being attempted to realize nanoscale functional devices and functional materials. This is not practical, and practically, when applied as a functional element or the like, it is necessary to combine / match with an existing level of some kind of base.
For example, even if it is a nano-level element or structure, when forming such a structure or further incorporating it into a substrate or the like, a scale structure that can be easily handled or suitable for use conditions is required. is there.
[0004]
In order to realize these nanoscale elements and structures, it is advantageous to have a structure that can be called the matrix, which is the basis of them, and it is suitable for practical use because these elements can exhibit their functions. In assembling into a structure, it becomes necessary to incorporate these elements into a two-dimensional or three-dimensional substrate structure as in a semiconductor device.
[0005]
Further, as a more specific problem, those shown in Table 1 below have been proposed for realizing a large-capacity memory that is difficult to achieve with conventional semiconductor memories, and some of them are in a development stage.
These are based on a flow of a so-called scanning probe microscope (SPM) developed at the end of the 20th century, such as a scanning tunneling microscope (STM) and an atomic force microscope (Atom Force Force Microscope, AFM). Instead of using a single probe in normal surface measurement, reading information recorded in a memory unit (memory cell) using a multi-probe using N × N array (N is an integer of 2 or more) probes Or, an attempt is made to write.
[Table 1]
As shown in Table 1, these ultra-high-density memory systems consist of atomic / molecular manipulation, thermal / machining, chemical bonding, electric field evaporation, charge trapping, magnetic recording, near-field magneto-optical recording, phase change recording, and recording. The methods are diverse. Also, various types of recording media have been proposed, and the processing size is several nm to several tens nm.
The increase in the density of these memories means a reduction in the size of a memory unit that carries information on a recording medium. However, the means for writing / reading the memory is a (multi) probe, and is adapted to a higher density and a larger capacity. For high-speed access, high-speed and high-precision control is required.
[0007]
In addition, the increase in the memory capacity results in an increase in the size of the entire memory. However, such an increase in the size of the entire memory with respect to the size of the memory unit to be miniaturized increases the ratio of the size therebetween, The demands on probe accuracy are becoming more stringent.
In particular, at such a size level, the problem of misalignment between the probe and the memory due to thermal expansion is important, and these systems complicate such that strict temperature control is required.
Further, as a problem of a system for performing writing / reading using these probes, it is necessary to relatively scan the memory cells of the recording medium with the probes serving as the writing / reading means. Since direct access to a memory cell cannot be performed, high-speed operation becomes more difficult with the increase in density and capacity.
That is, recording in these memories is generally the position information itself at the xy point, and in writing / reading such information, a mechanism and a function corresponding to the position information of these memories and homologous thereto are desired. It is done.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conductive and dielectric layers are alternately arranged in a one-dimensional or two-dimensional lattice structure alternately at minute intervals on the nanometer level, forming a platform for mounting nanodevices or mounting these devices. And a method for manufacturing the same.
Also, provide high-density memory using the functional materials.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Non-parallel to the stacking direction in which conductive layers and dielectric layers are alternately stacked, preferably a perpendicular section, a functional material in which conductive layers and dielectric layers are formed at nano-level minute intervals in the stacking direction,
Furthermore, a functional material formed by forming a conductive layer and a dielectric layer at nano-level minute intervals in the laminating direction by a cross section non-parallel to the laminating direction in which the conductive layers and the dielectric layers are laminated alternately, preferably at right angles. , Are functional materials that are stacked one on top of the other.
The direction of the cross section is preferably a cross section perpendicular to the lamination direction in order to arrange the conductive layer and the dielectric layer at the minimum spacing, but the width of the conductive layer and the dielectric layer in the cross section and For example, when it is desired to increase the interval, the angle can be adjusted by making the angle shallow.
The functional material is a functional material in which a functional material (layer) is interposed between the mutually overlapping surfaces. The functional material layer includes fine particles, a one-dimensional compound, a pi-electron polymer, and a (Material) A functional material including a thin film such as a thin film, which has a zero-dimensional structure (quantum dot), a chain structure, or a two-dimensional structure.
Further, the above-mentioned overlapping structure is usually in the direction in which the respective conductive layers intersect, but may be in any direction from vertical to parallel depending on the function / characteristic to be exhibited.
In addition, a functional material formed by forming a conductive layer and a dielectric layer at nano-level minute intervals in a laminating direction by a cross section perpendicular to a laminating direction in which conductive layers and dielectric layers are alternately laminated, and facing each other, In the meantime, a chain molecule having at least one 6-membered ring or 5-membered ring having a functional group as a functional material layer is disposed,
The conductive layer intersecting above and below is used as a writing / reading bit or a word line. The voltage is applied between these intersections to change the spatial configuration of the functional group or the electron distribution in the functional group. A RAM high-density memory characterized in that writing / reading is performed by changing the attribute of a base,
In addition, a functional material formed by forming a conductive layer and a dielectric layer at nano-level minute intervals in a laminating direction by a cross section perpendicular to a laminating direction in which conductive layers and dielectric layers are alternately laminated, and facing each other, Meanwhile, as a functional material layer, an inorganic phase change material such as Ge 2 Sb 2 Te 5 or In 3 SbTe 2 , polyacetylene, acetylene oligomer, p-phenylene, p-phenylene sulfide, pyrrole oligomer, polypyrrole, chenylene oligomer, polychenylene, A thin film of aniline oligomer, polyaniline, or a liquid crystal polymer containing a monomer or oligomer is disposed,
This is a ROM high-density memory characterized in that writing is performed on the conductive layers crossing up and down as a current path for Joule heating and functions as read bits and word lines from the next time.
As a method for producing the above functional material,
By alternately laminating conductive layers and dielectric layers in the deposition process, a structure in which the conductive layers and dielectric layers are alternately arranged at minute intervals in the direction of their thickness, that is, in the direction perpendicular to the deposited layer. Forming and cutting in the thickness direction of these layers, the conductive layer and the dielectric layer is a method of manufacturing a functional material formed by forming a nano-level minute spacing,
Further, the above-mentioned deposition process is a deposition process in a vacuum atmosphere such as CVD, in which the conductive layer and the dielectric layer are alternately deposited on the substrate rotating around the central axis, and after the deposition process, the dielectric layer is perpendicular to the central axis. A method for cutting a functional material formed by forming a nano-level minute gap between the conductive layer and the dielectric layer on the cut surface,
Further, the method is a method for producing a functional material in which the above-described deposition process is performed continuously, so that the deposited layer is continuous.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A structure in which conductive layers and dielectric layers are alternately stacked can be formed by a so-called deposition method by vapor deposition or CVD in a vacuum atmosphere.
Conventionally, such a laminated structure has only been used for arranging wirings formed in a two-dimensional plane in a three-dimensional manner or for connecting to a device formed on a substrate.
As for the size, the line width as wiring is reduced to several hundred nm to several tens nm, but the thickness is further thinner than these. However, even if the thickness of the conductive layer is thinner, resistant to electromigration, etc., and is on the order of several nm, which is close to the electron transfer limit, no action or function higher than the function as these conductive layers is required.
By the way, the fact that such a thin size can be realized means that these deposition processes progress with the passage of time, and the thickness is proportional to the elapsed time. Means that it can be controlled with high precision at the nano level in one-dimensional directions.
Therefore, in a cross section perpendicular to the bulk deposited layer formed by laminating the conductive layer and the dielectric layer in such a deposition process, the conductive layer arranged at a nano-level size / interval is used. As a result, a structure composed of a dielectric layer is obtained.
[0011]
In such a structure, the size is nano-level in this cross section, but in the direction along the lamination surface, contrary to normal wiring, the size is determined by the cut thickness of the bulk. In addition, a size required for connection and handling with a conductive layer, wiring, or the like can be secured.
In such a structure, since the conductive layers are arranged at a high density at the nano level, various quantum properties and functions are provided depending on the combination of the materials of the conductive layer and the dielectric layer, or It can be used as a platform or the like on which a finer element is mounted as a means for realizing a dynamic process.
For example, when quantum dots known as bottom-up materials are used as contaminants, conventionally, there was only one kind of collective address over a wide range of wavelength orders such as optical addresses, but according to the present invention, For the first time, individual addressing or individual access to individual dots becomes possible, and quantum effects expected in such a microsystem, for example, coherent light emission without a threshold, can be realized.
[0012]
Further, when a plurality of such so-called interdigital planar structures are stacked, a structure in which the conductive layers cross vertically is obtained.
In this structure, when the conductive layers are placed close to each other, it is possible to exert a strong electromagnetic effect between the intersections, and thus, even if the material interposed therebetween has no conductivity, for example, Physical and chemical changes can be brought about by the tunnel effect and the like. Its use is to change the three-dimensional structure (as seen in the liquid crystal) by the interposed substance, to cause a chemical change, or to exhibit new functions by the interposed substance through these processes, It is conceivable to construct a simple functional element.
For example, in a chain molecule having at least one 6-membered or 5-membered ring having a functional group as a constituent element, when a voltage is applied between the intersections, attributes such as the spatial distribution of electrons of the functional group change. By utilizing the presence / absence of this change as "0" and "1", the potential change of these two conductive layers is recorded or read as a write / read bit line / word line, thereby reading or writing the memory. A writable or readable RAM operation can be performed.
[0013]
Further, these blind structures are laminated in two layers, and as a substance interposed therebetween, for example, an inorganic phase change material such as Ge 2 Sb 2 Te 5 or In 3 SbTe 2 is formed in a thin film shape, and After changing the conductivity of the functional material layer at the xy coordinates by using the intersecting conductive layer as a joule heating current path for writing, the thin film is used as a wiring for a read memory in the next and subsequent times, so that the thin film is used as a ROM. As a recording layer, a memory can be configured in which these xy coordinates are used as memory address information, and these wirings are directly used as write / read lines.
In this memory, since the conductive layer can directly access information based on xy coordinates, there is no displacement due to thermal expansion or the like, not only eliminating the problem of accuracy which was a bottleneck of the memory configuration, but also the writing / reading speed. Is very fast, and can achieve the same function as the internal memory currently used in personal computers.
In other words, it is assumed that many large-capacity memories that use probes for writing and reading, which are currently under development, as described above, function as external memories on a computer in order to utilize the recording capacity. While the memory of the present invention is capable of performing the above-described RAM operation and performing the writing / reading operation purely, the memory of the present invention is directly connected to the CPU. It is possible to operate not only as an internal memory but also to make these external storage devices unnecessary.
This not only speeds up the substantial operation speed of the substantial computer, but also enables the operation of unprecedented large-capacity software.
[0014]
As a method for manufacturing these functional materials, a substantially conventional deposition method can be used as it is.
These deposition methods include a wet method such as an electrodeposition method, a vapor deposition method in which a vaporized material is deposited in a controlled vacuum atmosphere, and a chemical vapor deposition method in which a starting material is vaporized and reacted in an atmosphere (Chemical Vapor Deposition: Various methods have been put into practical use, such as utilizing a CVD method or a plasma reaction. In any case, as long as the deposition process can be controlled temporally and a nano-level thin layer can be formed with high precision. There are no special restrictions.
In the simplest case, the conductive layer material and the dielectric material may be alternately deposited on the substrate until the required number of layers is reached.
More preferably, as a deposition substrate around the rotation axis, by sequentially depositing these conductive layers and dielectric layers while rotating, formed as a cylindrical bulk laminated like a Baumkuchen European confectionery, Can be cut into a disc-shaped material, and a functional material having a required shape and dimensions such as a square can be cut out from the disc.
Further, if this lamination process is performed continuously, the lamination structure becomes spiral, but there is no problem because the distance between the conductive layer and the dielectric layer can be made uniform.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the manufacturing process and the structural example of the functional material of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for producing a functional material according to the present invention.
Reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, in which a cylindrical deposition substrate 2 is set on a rotating shaft, and evaporation sources 3 and 4 of a conductive material and a dielectric material are arranged facing the outer peripheral surface thereof. As shown in the figure, the conductive material and the dielectric material are evaporated and deposited on the substrate while rotating the substrate, whereby a deposited layer having a thickness controlled to a nano level can be obtained.
Although omitted in this figure, it is also effective to apply an electric field between the substrate and the substrate to control the deposited layer. The film thickness can be controlled accurately.
Further, such a method of controlling the film thickness is not described in detail because it is widely used in a plasma method or the like, but it is also possible to obtain a uniform and extremely thin layer by scanning the substrate as an ionized beam. .
These deposition processes are substantially the same even when a wet method such as an electrodeposition method or a chemical plating method is used, and a conventional method can be used.
[0016]
FIGS. 2 (1) to 2 (3) show a bulk made of a laminate of a conductive layer and a dielectric layer formed in this manner, which is cut perpendicularly to the lamination plane to obtain a Baumkuchen-like disk 10 (1), and then a square from the disk. An example (3) is shown in which (3) a cut-out functional material 11 or 12 is cut out (2), and two of these are stacked to form a memory 20. Here, typically, the thickness of the conductive layer is about 1 to 10 nm, and the thickness of the dielectric layer is about 10 nm to 100 nm, but both may be slightly different from each other. Also, the thickness of Baumkuchen-like disks is typically on the order of １００100 microns.
In the memory, read / write lines are formed by connecting lead wires 21 from each conductive layer in the x and y axis directions.
FIGS. 3 (1) and 3 (2) are enlarged views of the functional element configured as described above. A functional material layer 13, such as an oxide-based fine particle, a semiconductor quantum dot or a chain , is interposed between the interdigital transducers 11 and 12. Jo compounds, pi electron system compound, or Ge 2 Sb 2 Te 5, In 3 SbTe 2 and inorganic phase change material, polyacetylene, acetylene oligomer, p- phenylene, p- phenylene sulfide, pyrrole oligomer, polypyrrole, Choi two alkylene oligomer, polythienylene 0-dimensional, 1-dimensional, or 2-dimensional thin films such as thin films made of aniline oligomer, polyaniline, or liquid crystal polymers containing monomers or oligomers, low-temperature crystallized amorphous materials, magnetic semiconductors, metallic magnetic materials, etc. Insert.
As seen in the cross section of the functional material 11, the conductive layers 15 and the dielectric layers 16 are alternately arranged at minute intervals. Layers 17 intersect. When a potential is applied to the conductive layers 15 and 17, the functional portion 26 at the intersection of these functional material layers 25 undergoes a chemical change due to electron (or hole) injection, a phase change due to a temperature rise due to Joule heating, a composition change, and the like. The conductivity changes reversibly or irreversibly to the storage state 27, and conversely, information at an arbitrary position can be read as x and y coordinates via the conductive layer. An information carrier can be obtained by changing the state and the physical properties.
[0017]
【The invention's effect】
The functional material of the present invention is a means for handling a nano-level functional element by a structure in which the conductive layer and the dielectric layer are arranged at nano-level minute intervals, and is a means for handling a quantum phenomenon by the nano-structure, Specifically, a high-density and large-capacity memory can be realized.
In addition, when forming the functional material of the present invention, it can be realized by the existing technology, and no special new principle is required. Moreover, the realized nanostructure is expected to be an effective means for handling quantum devices expected in the future and its development.・ Contribute to realization [Brief explanation of drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an apparatus (an example of a vapor deposition method) for forming a functional material of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing that a memory (3) is formed by stacking a functional material material of the present invention from a bulk (1) into an interdigital (2) functional material in a lattice shape.
FIG. 3 shows a structure (1) in which two layers of the functional material of the present invention are laminated, and a sectional view (2).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Rotating substrate 3 Conductive substance evaporation source 4 Dielectric substance evaporation source 10 Baumkuchen-like material 10 'Functional material cut-out locations 11, 12 Interdigital functional material 13 Functional material (layer)
15, 17 Conductive layer 16, 18 Dielectric layer 20 Memory 21 Extraction wiring 22 Decoder 25 Functional material layer 26 Functional part 27 Functional part (memory state)
