JP2007311790A - 有機メモリ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工程が簡単であり、高価の伝導性高分子を使用しないことで製造費用を節減し、動作電圧及び電流が低く、長期間の記録情報を保存できる有機メモリ素子を提供する。
また、製造費用を節減し、製造工程を単純化できる有機メモリ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第１電極１０と、前記第１電極１０上に形成されたイオン移動層２０と、前記イオン移動層２０上に形成された第２電極３０と、を含んで有機メモリ素子を構成する。
【選択図】図１
また、製造費用を節減し、製造工程を単純化できる有機メモリ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第１電極１０と、前記第１電極１０上に形成されたイオン移動層２０と、前記イオン移動層２０上に形成された第２電極３０と、を含んで有機メモリ素子を構成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機メモリ素子及びその製造方法に関するもので、一層詳しくは、第１電極と第２電極との間にイオン移動層を含む有機メモリ素子及びその製造方法に関するものである。
最近、データ圧縮及び伝送技術が発達し、デジタル媒体の利用が増加するにつれて、携帯用端末機、各種のスマートカード、電子貨幣、デジタルカメラ、ゲーム用メモリ、ＭＰ３プレーヤー、マルチメディアプレーヤーなどの新しい電子機器が継続して開発されている。このような新しい電子機器の開発により、メモリ素子に保存されるべき情報の量が急激に増加しているので、各種のメモリ素子に対する需要が急増しつつある。特に、携帯用情報機器の使用が増加するにつれて、メモリ素子には、電源オフ状態でも記録情報が消えない非揮発性特性が要求されている。
現在、上記のような非揮発性メモリとしては、シリコン材料に基づいたフラッシュメモリが主流をなしている。しかしながら、シリコン系メモリ素子は、根本的に物理的限界に直面している。すなわち、既存のフラッシュメモリは、制限された記録／消去回数、遅い記録速度、高集積のメモリ容量を得るための微細化工程によるメモリチップの製造費用上昇などの技術的限界があり、チップの小型化が不可能な限界に直面している。
上記のような既存のフラッシュメモリの技術的限界が表れることで、既存のシリコンメモリ素子の物理的な限界を克服するための超高速、高容量、低消費電力、低価格などの特性を有する次世代の非揮発性メモリ素子が活発に開発されている。
次世代のメモリは、半導体内部の基本単位であるセルを構成する物質によって、強誘電体メモリ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ）、強磁性メモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲＡＭ）、相変化メモリ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）、ナノチューブメモリ、ホログラフィックメモリ、有機メモリなどに分けられる。
これらのうち、有機メモリは、上下部電極の間に有機物質を用いてメモリ層を形成し、上下部電極の間に電圧を印加し、メモリ層の抵抗値の双安定性を用いてメモリ特性を具現する。 双安定性特性は、上部電極と下部電極との交差点に形成されるセルによって提供される。すなわち、有機メモリは、上下部電極の間に存在する有機物質の抵抗が電気的信号によって可逆的に変わり、データ"０"と"１"を記録して読み出せる形態のメモリである。このような有機メモリは、既存のフラッシュメモリの長所である非揮発性を具現しながら、短所として認識されてきた工程性、製造費用、集積度などにおける問題を克服することができ、次世代のメモリとして大きな期待を集めている。
有機メモリの一例として、特許文献１では、有機電荷移動錯体化合物であるＣｕＴＣＮＱ（７，７，８，８―テトラシアノ―ｐ―キノジメタン）を用いる有機メモリ素子を開示している。また、特許文献２は、上下部電極の間に、ＮａＣｌやＣｓＣｌなどのイオン性塩と伝導性ポリマーとを混合してなる中間層を含む半導体素子を提案している。
また、特許文献３は、有機活性層間に金属ナノクラスターを適用した有機メモリ素子を提案している。しかしながら、この素子には、収率が非常に低く、金属ナノクラスターを素子内に均一に形成しにくいという問題点がある。
一方、二つの電極間に存在するイオン移動層内での金属フィラメントの形成及び短絡によって抵抗が変化する金属フィラメントメモリも、新しい形態のメモリとして研究されている。金属フィラメントメモリは、価格が低廉であり、３次元スタッキング構造が可能であるという利点の他に、保有時間が長く、熱安定性に優れており、フレキシブルメモリ素子に応用可能であるという利点を有する。一例として、グロー放電重合技術によってスチレン蒸気から形成されたポリスチレンフィルムの場合、金属フィラメントの形成によってメモリ特性を示すと知られている（Ｙ．Ｓｅｕｇｕｉ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４７．Ｎｏ．1，Ｊａｎｕａｒｙ １，１９７６）。しかしながら、ポリスチレンをスピンコーティングなどの方法で形成する場合、金属フィラメントが形成されない。
以上説明した既存の金属フィラメント有機メモリは、真空蒸着を用いてメモリ素子の有機活性層を形成するので、製造工程が複雑であり、製造費用が上昇するという問題点を有する。さらに、既存の金属フィラメント有機メモリは、駆動電圧が高く、オンオフ電流比を制御しにくいという問題点を有する。
日本特開昭６２―９５８８２号
米国特許公開第２００２―１６３０５７号
米国特許公開第２００４―２７８４９号
本発明は、上述した従来技術の問題点を克服するためのもので、本発明の一つの目的は、製造工程が簡単であり、高価な伝導性高分子を使用しないことで製造費用を節減し、動作電圧及び電流が低く、長期間の記録情報を保存できる有機メモリ素子を提供することにある。
本発明の他の目的は、製造費用を節減し、製造工程を単純化できる有機メモリ素子の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の有機メモリ素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成されたイオン移動層と、前記イオン移動層上に形成された第２電極と、を含む。
本発明の有機メモリ素子のイオン移動層は、電気伝導度が１０―１２Ｓ／ｃｍ以下であり、金属イオンが移動可能なポリマー、単分子、オリゴマー、またはデンドリマーを溶媒中に含む溶液を用いて形成される。前記ポリマーとしては、ホモポリマー、コポリマー、または互いに異なるポリマーの混合物などが用いられるが、具体的には、ポリ（２―ビニルピリジン）、ポリ（４―ビニルピリジン）、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリエチレンアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン及びポリイミドなどが用いられる。
上記の目的を達成するための本発明の製造方法は、基板上に形成された第１電極上にイオン移動層を形成する段階と、前記イオン移動層と接触するように第２電極を形成する段階と、を含む。
本発明の有機メモリ素子は、スピンキャスティングなどの低価の単純工程によって製造可能であり、製造費用を節減できるという利点を有する。また、本発明の有機メモリは、動作電圧が低く、オンオフ点滅比が大きいという利点を有する。
本発明の有機メモリ素子は、熱安定性及び非揮発特性に優れており、非揮発性大容量保存装置に応用可能であり、フレキシブル電極を用いる場合、フレキシブルメモリ素子にも応用することができる。
以下、添付の図面に基づいて、本発明を一層詳細に説明する。
本発明の有機メモリ素子は、第１電極と第２電極との間に、金属イオンが移動可能なイオン移動層を含むことを特徴とする。
前記イオン移動層は、電気伝導度が非常に低いヘテロ原子を含む有機物からなり、有機メモリの製造後、メモリ素子の両端に電圧を印加すると、第２電極中の金属イオンがイオン移動層に拡散されることで、イオン移動層は、固体電解質と同一の機能を行うようになる。すなわち、金属イオンは、イオン移動層内で自由に移動して電流を運搬する。
図１は、本発明の一実施例に係る有機メモリ素子の断面概略図である。図１に示すように、本発明に係る有機メモリ素子は、第１電極１０と第２電極３０との間にイオン移動層２０を挟んでいる。このメモリ素子に電圧を印加すると、イオン移動層２０の抵抗値が双安定性を示すことで、メモリ特性を示現する。また、このようなメモリ特性は、有機材料の特性によって表れる。そのため、メモリ特性が電源オフ状態でもそのまま維持されるので、本発明のメモリ素子は非揮発性特性を示現する。
本発明のメモリ素子は、メモリマトリックス形態で具現されるが、このメモリマトリックスは、ガラスまたはシリコンなどの適当な基板上に形成される。メモリマトリックスでは、共通―ワードラインを形成し、多数の多重セル構造物にデータを保存、消去、判読及び記録することができる。
本発明において、イオン移動層２０は、電気伝導度が１０−１２Ｓ／ｃｍ以下である有機物からなる。この有機物は、ポリマー、単分子、オリゴマー、またはデンドリマーを含む。イオン移動層２０がポリマーからなる場合、ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、または互いに異なるポリマーの混合物である。具体的に、非制限的な好ましいポリマーの例としては、ポリ（２―ビニルピリジン）、ポリ（４―ビニルピリジン）、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリエチレンアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン及びポリイミドが挙げられるが、必ずしもこれらに制限されることはない。
好ましいデンドリマーの一例は、下記の式１のポリアミドアミンデンドリマーである。
前記単分子は、ヘテロ原子を含んでおり、電気伝導度が１０−１２Ｓ／ｃｍ以下であれば特別に制限されないが、例えば、ビピリジン、ピリジン、エチレンジアミン、ピロリドン、サイクラム、ポルフィリン、フタロシアニン及びこれらの誘導体からなる群から選択されるものが用いられる。
前記イオン移動層は、電極とダイオードに連結される。このとき、ダイオードは、Ｐ―Ｎダイオードまたはショットキーダイオードである。
本発明において、前記第１電極１０及び第２電極３０は、金、銀、白金、銅、コバルト、ニッケル、スズ、アルミニウム、インジウムスズ酸化物、チタンまたはこれらの組み合わせからなる群から選択される材料で形成されるが、必ずしもこれらに制限されることはない。
金属イオンが拡散されていく第２電極３０の場合、拡散性の良い金属で形成されるべきであり、このような拡散性に優れた電極材料としては、金、銀、白金、銅、コバルト、ニッケル、スズ、アルミニウムなどが挙げられるが、必ずしもこれらに制限されることはない。
第１電極１０は、金属、金属合金、金属窒化物、酸化物、硫化物、炭素及び伝導性ポリマー、有機導電体からなるグループから選択される一つ以上の電気伝導性材料で形成される。具体的な電極材料は、タングステン（Ｗ）、ＷＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、ＲｕＯ２、ＲｕＳｉＮ、Ｉｒ、ＩｒＯ２、ＩＴＯ、アルミニウム（Ａｌ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含むが、必ずしもこれらに制限されることはない。
電極材料として用いられる前記伝導性ポリマーの具体的な例としては、ポリジフェニルアセチレン、ポリ（ｔ―ブチル）ジフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）ジフェニルアセチレン、ポリ（ビストリフルオロメチル）アセチレン、ポリビス（Ｔ―ブチルジフェニル）アセチレン、ポリ（トリメチルシリル）ジフェニルアセチレン、ポリ（カルバゾール）ジフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリフェニルアセチレン、ポリピリジンアセチレン、ポリメトキシフェニルアセチレン、ポリメチルフェニルアセチレン、ポリ（ｔ―ブチル）フェニルアセチレン、ポリニトロフェニルアセチレン、ポリ（トリフルオロメチル）フェニルアセチレン、ポリ（トリメチルシリル）フェニルアセチレン及びこれらの誘導体などのフェニルポリアセチレンポリマー及びポリチオフェンが挙げられる。
前記第２電極３０は、銅または銀からなり、第１電極１０は、アルミニウム、チタンまたはインジウムスズ酸化物からなることが好ましい。
本発明の有機メモリ素子は、基板上に形成されるが、基板としては、既存の有機または無機系基板、特にフレキシブル基板が用いられる。本発明において、前記基板としては、ガラス、シリコン、表面改質ガラス、ポリプロピレン、または活性化されたアクリルアミド基板などが用いられる。
本発明の有機メモリ素子は、動作電圧が５ボルト未満で低く、オン／オフ電流比が大きい。また、本発明の有機メモリ素子は、金属―有機複合結合エネルギーの調節によって保有時間を長く制御することができる。ソフト―ハードアシッドベース原理（Ｓｏｆｔ―ｈａｒｄ ａｃｉｄ―ｂａｓｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）によると、ハードなアシッド物質がハードなベース物質と強くバインディングし、ソフトなアシッド物質がソフトなベース物質と強くバインディングすると知られている。すなわち、用いられる金属の種類によってベース物質を調節することで、バインディングエネルギーを調節することができ、強くバインディングされた複合体の組み合わせでは、保存された抵抗の状態が長時間維持されると期待される（Ｆｉｏｎａ Ｍ．Ｇｒａｙ，”Ｓｏｌｉｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ”ＶＣＨ ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｉｎｃ．，ｐｐ．４８）。
図２は、本発明の有機メモリ素子のスイッチング方法を説明するための、図１に示した有機メモリ素子の等価回路図である。本発明の有機メモリ素子の一端は接地され、有機メモリ素子の他端は、負荷抵抗を通して入力電源に接続される。このような回路では、スイッチング時の抵抗を調節するための追加的な構成要素（例えば、外部抵抗部）が付加される。
本発明の有機メモリ素子のスイッチング及びメモリ現象の正確な動作メカニズムは、未だに明らかになっていないが、次のような推論が可能である。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の有機メモリ素子の動作メカニズムを説明するための模式図である。
オフ状態である有機メモリ素子に、第１電圧パルスとして正の臨界値以上の電圧を印加すると、第２電極３０で金属のイオン化が発生し、第２電極３０からイオン移動層２０に金属イオンが拡散されて供給される。多量の金属イオンが有機物内に存在すると、全体単位セルの抵抗が低下し、金属イオンが有機物内部でヘテロ原子、Ｎ、ＯまたはＳに配位され、その配位状態が長時間の間維持される。その結果、本発明の有機メモリ素子は、イオン移動層２０の電気伝導度が大きくなるオン状態になると考えられる。
次に、前記第２電圧パルスとして負の臨界値以下の電圧を印加すると、イオン移動層２０中の金属イオンが第２電極３０側に移動し、第１電極１０とイオン移動層２０との界面付近で金属イオンの欠乏部分が生じる。このような金属イオンの欠乏部分での電気伝導度が小さいので、有機メモリ素子の電気伝導度が減少し、再びオフ状態にスイッチングされると推定される。
代案として、全部または一部の金属イオンがイオン移動層内に組み入れられ、第２電極からの金属イオンの拡散必要性を減少または除去することができる。
上記のように、本発明の有機メモリ素子の二つの電極間に適当な電圧を印加する場合、イオン移動層２０が高抵抗状態と低抵抗状態との間をスイッチングする。すなわち、金属イオンが第１電極１０と第２電極３０との間のイオン移動層２０に均一に拡散されると、低抵抗セット状態になり、金属イオンが第１電極側に移動すると、高抵抗リセット状態になる。例えば、低抵抗状態である場合をデータ"１"とし、高抵抗状態である場合をデータ"０"とすると、データの二つのロジック状態を保存することができる。
本発明の他の様相は、上述した有機メモリ素子の製造方法に関係する。本発明によって有機メモリ素子を製造する場合、基板上に形成された第１電極上にイオン移動層を形成し、引き続いて、前記イオン移動層と接触するように第２電極を形成してメモリ素子を製造する。また、得られたメモリ素子の両端に電圧を印加し、第２電極の金属イオンをイオン移動層内に拡散させ、イオン移動層は、金属イオンが拡散された固体電解質層として形成される。
本発明の方法において、イオン移動層は、工程及び材料面で高価である電子ビーム蒸着などの過程なしに、スピンキャスティングなどの単純な工程によって形成される。具体的に、イオン移動層の形成時、伝導性物質がコーティングされた第１電極上に伝導性の低い有機物を含む組成物をコーティングしてイオン移動層を形成し、そのイオン移動層上に第２電極を形成する。
このとき、コーティング方法は、特別に制限されないが、一例として、スピンコーティング、スプレーコーティング、静電気コーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ロールコーティング、インクジェットプリンティングなどのコーティング方法が用いられる。イオン移動層２０の厚さは、約５０〜３０００Åであることが好ましい。
スピンコーティング時に使用可能な溶媒は、水、クロロホルム、Ｎ―メチルピロリドン、アセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、酢酸エチルセロソルブ 、酢酸ブチル、エチレングリコール、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン及アセトニトリルからなる群から選択される溶媒であり、これら溶媒は、単独で用いたり、２種以上を任意の割合で混合して用いる。
本発明において、第１電極と第２電極との間にイオン移動層を形成する場合、イオン移動層を単層または２層以上の多層に形成することができる。イオン移動層を多層に形成する場合、各層の組成を同一にするか、互いに異ならせる。
前記第１電極及び第２電極は、熱蒸着などの蒸着法、スパッタリング、ｅ―ビーム蒸発、スピンコーティングなどの従来の方法によって形成される。
以下、本発明を実施例に基づいて一層詳細に説明するが、これら実施例は、説明の目的のためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限するものと解析されてはならない。
実施例
実施例１
下部電極としてアルミニウムを熱蒸発法によってガラス基板上に８０ｎｍ程度に蒸着し、その後下部電極をパターニングした。下部電極が形成された基板上に、ポリ（４―ビニルピリジン）とポリ（２―ビニルピリジン）をクロロホルムに０．５ｗｔ％で溶かした溶液を１５００ｒｐｍでスピンコーティングした後、１１０℃で３０分間ベーキングしてイオン移動層を形成した。次に、上部電極としてＣｕを熱蒸発法によって８０ｎｍ程度の厚さに蒸着し、本発明によるテスト用メモリ素子を製造した。このとき、イオン移動層の厚さは、３０〜１００ｎｍにし、アルファ―ステッププロフィルメータ（Ａｌｐｈａ―Ｓｔｅｐ ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）によって測定した。蒸着される電極の厚さは、石英モニター（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｎｉｔｏｒ）を通して調節した。
実施例１
下部電極としてアルミニウムを熱蒸発法によってガラス基板上に８０ｎｍ程度に蒸着し、その後下部電極をパターニングした。下部電極が形成された基板上に、ポリ（４―ビニルピリジン）とポリ（２―ビニルピリジン）をクロロホルムに０．５ｗｔ％で溶かした溶液を１５００ｒｐｍでスピンコーティングした後、１１０℃で３０分間ベーキングしてイオン移動層を形成した。次に、上部電極としてＣｕを熱蒸発法によって８０ｎｍ程度の厚さに蒸着し、本発明によるテスト用メモリ素子を製造した。このとき、イオン移動層の厚さは、３０〜１００ｎｍにし、アルファ―ステッププロフィルメータ（Ａｌｐｈａ―Ｓｔｅｐ ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）によって測定した。蒸着される電極の厚さは、石英モニター（ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｎｉｔｏｒ）を通して調節した。
実施例２
下部電極としてアルミニウムを熱蒸発法によってガラス基板上に８０ｎｍ程度に蒸着し、その後下部電極をパターニングした。下部電極が形成された基板上に、前記式１のＰＡＭＡＭデンドリマーをメタノールに２wｔ％で溶かした溶液を８００ｒｐｍでスピンコーティングした後、１１０℃で３０分間ベーキングしてイオン移動層を形成した。次に、上部電極としてＣｕを熱蒸発法によって８０ｎｍ程度の厚さに蒸着し、本発明によるテスト用メモリ素子を製造した。このとき、イオン移動層の厚さは、３０〜１００ｎｍにし、アルファ―ステッププロフィルメータによって測定した。蒸着される電極の厚さは、石英モニターを通して調節した。
下部電極としてアルミニウムを熱蒸発法によってガラス基板上に８０ｎｍ程度に蒸着し、その後下部電極をパターニングした。下部電極が形成された基板上に、前記式１のＰＡＭＡＭデンドリマーをメタノールに２wｔ％で溶かした溶液を８００ｒｐｍでスピンコーティングした後、１１０℃で３０分間ベーキングしてイオン移動層を形成した。次に、上部電極としてＣｕを熱蒸発法によって８０ｎｍ程度の厚さに蒸着し、本発明によるテスト用メモリ素子を製造した。このとき、イオン移動層の厚さは、３０〜１００ｎｍにし、アルファ―ステッププロフィルメータによって測定した。蒸着される電極の厚さは、石英モニターを通して調節した。
実験例
イ．メモリ素子のスイッチング特性試験
実施例１で得られた有機メモリ素子の両端に電圧を印加し、電流の変化としてスイッチング特性を評価し、その結果を図４に示した。
イ．メモリ素子のスイッチング特性試験
実施例１で得られた有機メモリ素子の両端に電圧を印加し、電流の変化としてスイッチング特性を評価し、その結果を図４に示した。
図４を通して確認されるように、本発明のように電気伝導度が１０−１２Ｓ／ｃｍ以下である有機物を用いて製造された有機メモリ素子は、印加電圧によって高抵抗状態と低抵抗状態がスイッチングされた。
図４のグラフにおいて、横軸は、第２電極（正極）と第１電極（負極）との間に印加された電圧を示し、縦軸は、イオン移動層を流れる電流を示す。図４に示すように、本発明の有機メモリ素子の電流電圧特性は、ヒステリシス特性を有する。
有機メモリ素子の製造直後には、電気伝導度の小さいオフ状態にある。すなわち、有機メモリ素子は、印加電圧が３．８Ｖ以下の範囲でオフ状態を維持している（図４の丸１）。
３．８Ｖを越える電圧が印加されると、イオン移動層を流れる電流が急激に増加し、電気伝導度の大きいオン状態になる（図４の丸２）。印加電圧を０Ｖにまで低下させる間、電流が線形的に減少する（図４の丸３）。再び印加電圧を−１Ｖに低下させると、抵抗がやや減少して電流スロープが増加するが、この理由は、正電圧の印加時と異なって、負電圧の印加時に外部抵抗がなくなるためである（図４の丸４）。印加電圧が−１Ｖであるときに抵抗のスイッチングが発生し、高い抵抗状態を有するようになり（図４の丸５）、その後も継続して高い抵抗状態を有する。
上記のように、本発明の有機メモリ素子によると、二つの異なる抵抗状態は、メモリ素子に電圧や電流が印加されない場合も長時間の間維持することができる。さらに、その抵抗状態は、非常に低い電圧が印加されたときに流れる電流を検出することで読み出せるので、本発明の素子は、メモリ素子として用いられる。本発明のように、イオン移動層が、非常に低い電気伝導度を有するヘテロ原子を含む有機物からなる有機メモリ素子は、スピンキャスティングなどの低価の単純な工程によって製造可能であり、スイッチング特性にも優れている。
ロ．メモリ素子のデータ保有時間
非揮発性メモリ素子の寿命と信頼性を制限する最も重要な要因である熱劣化（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）は、必要な時間の間に情報が保存されることを意味するデータ保存能力と、漏洩電流として評価されるメモリ性能を決定する、非常に重要な特性である。メモリ素子の保有時間は、所定温度で有機メモリ素子の第１電極と第２電極との間に正の電圧または負の電圧を印加しながら、時間の経過による入力信号に対するパルス形態の変化を測定することで決定される。この結果を、図５のグラフに示した。
非揮発性メモリ素子の寿命と信頼性を制限する最も重要な要因である熱劣化（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）は、必要な時間の間に情報が保存されることを意味するデータ保存能力と、漏洩電流として評価されるメモリ性能を決定する、非常に重要な特性である。メモリ素子の保有時間は、所定温度で有機メモリ素子の第１電極と第２電極との間に正の電圧または負の電圧を印加しながら、時間の経過による入力信号に対するパルス形態の変化を測定することで決定される。この結果を、図５のグラフに示した。
図５を通して確認されるように、本発明の有機メモリは、約７０時間の経過にもかかわらず、スイッチング現象が安定的に維持されるので、データ保存能力に優れている。
以上、本発明を好適な実施例に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は、本発明の保護範囲を逸脱しない範囲内で多様に変形実施することができる。よって、この多様な変形例も、本発明の保護範囲に含まれるものとして解析されるべきである。
１０ 第１電極
２０ イオン移動層
３０ 第２電極
２０ イオン移動層
３０ 第２電極
Claims (22)
- 第１電極と、
前記第１電極上に形成されたイオン移動層と、
前記イオン移動層上に形成された第２電極と、を含むことを特徴とする有機メモリ素子。 - 前記イオン移動層は、電気伝導度が１０―１２Ｓ／ｃｍ以下である有機物からなることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 前記有機物は、ポリマー、単分子、オリゴマー、またはデンドリマーであることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 前記ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、または互いに異なるポリマーの混合物であることを特徴とする請求項３に記載の有機メモリ素子。
- 前記ポリマーは、ポリ（２―ビニルピリジン）、ポリ（４―ビニルピリジン）、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリエチレンアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン及びポリイミドからなる群から選択される高分子であることを特徴とする請求項３に記載の有機メモリ素子。
- 前記デンドリマーは、下記の式１のポリアミドアミンデンドリマーであることを特徴とする請求項３に記載の有機メモリ素子。
- 前記単分子は、 ビピリジン、ピリジン、エチレンジアミン、ピロリドン、サイクラム、 ポルフィリン、フタロシアニン誘導体からなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の有機メモリ素子。
- 前記第１電極及び第２電極のうち何れか一つは、金、銀、白金、銅、コバルト、ニッケル、スズ、アルミニウム、インジウムスズ酸化物、チタンまたはこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 前記第１電極は、タングステン（Ｗ）、ＷＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、ＲｕＯ２、ＲｕＳｉＮ、Ｉｒ、ＩｒＯ２、ＩＴＯ、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる群から選択され、第２電極は、金、銀、白金、銅、コバルト、ニッケル、スズ、アルミニウムからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 前記イオン移動層は、電極とダイオードに連結されることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 前記ダイオードは、Ｐ―Ｎダイオードまたはショットキーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の有機メモリ素子。
- 基板上に形成された第１電極上にイオン移動層を形成する段階と、
前記イオン移動層と接触するように第２電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする有機メモリ素子の製造方法。 - 前記方法は、
得られたメモリ素子の両端に電圧を印加し、前記第２電極の金属イオンを前記イオン移動層内に拡散させることで、金属イオンが拡散された固体電解質層として前記イオン移動層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の有機メモリ素子の製造方法。 - 前記イオン移動層の形成段階は、金属イオンの移動可能な有機物を含む溶液をコーティングする段階であることを特徴とする請求項１２に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記溶媒の電気伝導度は、１０−１２Ｓ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記有機物は、ポリマー、単分子、オリゴマー、またはデンドリマーであることを特徴とする請求項１２に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記ポリマーは、ホモポリマー、コポリマー、または互いに異なるポリマーの混合物であることを特徴とする請求項１６に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記ポリマーは、ポリ（２―ビニルピリジン）、ポリ（４―ビニルピリジン）、ポリビニルピロリドン、ポリアリルアミン、ポリエチレンアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン及びポリイミドからなる群から選択されるポリマーであることを特徴とする請求項１６に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記ポリマーは、下記の式１のポリアミドアミンデンドリマーであることを特徴とする請求項１６に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記単分子は、ビピリジン、ピリジン、エチレンジアミン、ピロリドン、サイクラム、ポルフィリン、フタロシアニン誘導体からなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記コーティング段階は、スピンコーティング、スプレーコーティング、静電気コーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング及びロールコーティングからなる群から選択される一つの方法によって行われることを特徴とする請求項１４に記載の有機メモリ素子の製造方法。
- 前記イオン移動層のコーティング時に用いられる溶媒は、水、クロロホルム、Ｎ―メチルピロリドン、アセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、酢酸エチルセロソルブ、酢酸ブチル、エチレングリコール、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン及びアセトニトリルからなる群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１４に記載の有機メモリ素子の製造方法。
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