JP2728123B2 - スイッチング素子およびその製造方法 - Google Patents
スイッチング素子およびその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/701—Organic molecular electronic devices
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，電子回路の要素と
なる整流素子および記憶素子に関するものである。
なる整流素子および記憶素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，有機分子の機能性を電子デバイス
に応用しようという研究は盛んに行われており，絶縁体
として有機薄膜を用いた，金属・絶縁体・金属（ＭＩ
Ｍ）構造をもつスイッチング素子がいくつか開発され
た。用いられた有機薄膜の例を挙げると，Ｃｕ・ＴＣＮ
Ｑ（テトラシアノキノジメタン），鉛フタロシアニン，
ポリイミドなどである。現在は，これらの実績を踏まえ
て，有機分子の，自由に物性を設計できるという利点を
活かすため，さらに高機能な電子デバイスを開発する研
究が行われつつある。
に応用しようという研究は盛んに行われており，絶縁体
として有機薄膜を用いた，金属・絶縁体・金属（ＭＩ
Ｍ）構造をもつスイッチング素子がいくつか開発され
た。用いられた有機薄膜の例を挙げると，Ｃｕ・ＴＣＮ
Ｑ（テトラシアノキノジメタン），鉛フタロシアニン，
ポリイミドなどである。現在は，これらの実績を踏まえ
て，有機分子の，自由に物性を設計できるという利点を
活かすため，さらに高機能な電子デバイスを開発する研
究が行われつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで，本発明の技術
的課題は，上記の事情に鑑み，新規な物性を持つように
設計された有機分子を用いて，整流素子としての極性を
自由に逆転させることのできる，全く新しい機能を持つ
スイッチング素子と，このスイッチング素子を情報の記
憶に応用した記憶素子とを提供することにある。
的課題は，上記の事情に鑑み，新規な物性を持つように
設計された有機分子を用いて，整流素子としての極性を
自由に逆転させることのできる，全く新しい機能を持つ
スイッチング素子と，このスイッチング素子を情報の記
憶に応用した記憶素子とを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，接点部
に有機分子膜を備えたスイッチング素子において，前記
有機分子膜は，下記化１１式又はこの還元形及び化１２
式又はこの酸化形で示される特性基を少なくとも１つづ
つ含み，Ｒは炭素数が１から８の各位に任意の官能基を
有するアルキル基からなることを特徴とするスイッチン
グ素子が得られる。
に有機分子膜を備えたスイッチング素子において，前記
有機分子膜は，下記化１１式又はこの還元形及び化１２
式又はこの酸化形で示される特性基を少なくとも１つづ
つ含み，Ｒは炭素数が１から８の各位に任意の官能基を
有するアルキル基からなることを特徴とするスイッチン
グ素子が得られる。
【０００５】
【化１１】
【０００６】
【化１２】 また，本発明によれば，前記スイッチング素子におい
て，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン基又はこの
特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加による誘
導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフトキノン基又
はこの特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加に
よる誘導体を含むことを特徴とするスイッチング素子が
得られる。
て，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン基又はこの
特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加による誘
導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフトキノン基又
はこの特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加に
よる誘導体を含むことを特徴とするスイッチング素子が
得られる。
【０００７】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子において，前記有機分子は，下記化１３式，化１４
式，又は化１５式で示されるものからなる群の内の少な
くとも一種からなり，Ｒ1 は炭素数１から８のアルキル
基又はアリール基でありＲ＝Ｒ2 であることを特徴とす
るスイッチング素子が得られる。
素子において，前記有機分子は，下記化１３式，化１４
式，又は化１５式で示されるものからなる群の内の少な
くとも一種からなり，Ｒ1 は炭素数１から８のアルキル
基又はアリール基でありＲ＝Ｒ2 であることを特徴とす
るスイッチング素子が得られる。
【０００８】
【化１３】
【０００９】
【化１４】
【００１０】
【化１５】 また，本発明によれば，前記した内のいずれかのスイッ
チング素子において，前記有機高分子膜が一対の電極に
挟み込まれている構造を有することを特徴とするスイッ
チング素子が得られる。
チング素子において，前記有機高分子膜が一対の電極に
挟み込まれている構造を有することを特徴とするスイッ
チング素子が得られる。
【００１１】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子において，前記一対の電極の内の一方は，当該スイ
ッチング素子の担体となる基板上に成膜された，厚さ１
ｎｍ以上の導電膜であることを特徴とするスイッチング
素子が得られる。
素子において，前記一対の電極の内の一方は，当該スイ
ッチング素子の担体となる基板上に成膜された，厚さ１
ｎｍ以上の導電膜であることを特徴とするスイッチング
素子が得られる。
【００１２】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子に，１〜１５Ｖの電圧を加えて，前記スイッチング
素子の極性を反転することを特徴とするスイッチング素
子の使用方法が得られる。
素子に，１〜１５Ｖの電圧を加えて，前記スイッチング
素子の極性を反転することを特徴とするスイッチング素
子の使用方法が得られる。
【００１３】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子をメモリーセルとしたことを特徴とする記憶素子が
得られる。
素子をメモリーセルとしたことを特徴とする記憶素子が
得られる。
【００１４】また，本発明によれば，表面に導電膜から
なる第１の電極を形成した基板を，下記化１６式又はこ
の還元形及び化１７式又はこの酸化で示される特性基を
少なくとも１つづつ含み，Ｒは炭素数が１から８の各位
に任意の官能基を有するアルキル基からなる有機分子を
含むアルコール溶液に浸漬し，アルコール溶液で洗浄す
ることを特徴とするスイッチング素子の製造方法が得ら
れる。
なる第１の電極を形成した基板を，下記化１６式又はこ
の還元形及び化１７式又はこの酸化で示される特性基を
少なくとも１つづつ含み，Ｒは炭素数が１から８の各位
に任意の官能基を有するアルキル基からなる有機分子を
含むアルコール溶液に浸漬し，アルコール溶液で洗浄す
ることを特徴とするスイッチング素子の製造方法が得ら
れる。
【００１５】
【化１６】
【００１６】
【化１７】 また，本発明によれば，前記スイッチング素子の製造方
法において，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン基
又はこの特性基の５，６，７，８の置換もしくは付加に
よる誘導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフトキノ
ン基又はこの特性基の５，６，７，８の置換もしくは付
加による誘導体を含むことを特徴とするスイッチング素
子の製造方法が得られる。
法において，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン基
又はこの特性基の５，６，７，８の置換もしくは付加に
よる誘導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフトキノ
ン基又はこの特性基の５，６，７，８の置換もしくは付
加による誘導体を含むことを特徴とするスイッチング素
子の製造方法が得られる。
【００１７】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子の製造方法において，前記有機分子は，下記化１８
式，化１９式，又は化２０式で示されるものからなる群
の内の少なくとも一種からなり，Ｒ1 は炭素数１から８
のアルキル基又はアリール基でありＲ＝Ｒ2 であること
を特徴とするスイッチング素子の製造方法が得られる。
素子の製造方法において，前記有機分子は，下記化１８
式，化１９式，又は化２０式で示されるものからなる群
の内の少なくとも一種からなり，Ｒ1 は炭素数１から８
のアルキル基又はアリール基でありＲ＝Ｒ2 であること
を特徴とするスイッチング素子の製造方法が得られる。
【００１８】
【化１８】
【００１９】
【化１９】
【００２０】
【化２０】 また，本発明によれば，前記した内のいずれかのスイッ
チング素子の製造方法において，前記有機分子を含むア
ルコール溶液に浸漬する工程は，前記有機分子を前記導
電膜面に対して垂直に配向させることを含むことを特徴
とするスイッチング素子の製造方法が得られる。
チング素子の製造方法において，前記有機分子を含むア
ルコール溶液に浸漬する工程は，前記有機分子を前記導
電膜面に対して垂直に配向させることを含むことを特徴
とするスイッチング素子の製造方法が得られる。
【００２１】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子の製造方法において，前記有機分子膜上に，第２の
電極として厚さ１〜１０００ｎｍの導電膜をスパッタ法
又は蒸着法によって形成することを特徴とするスイッチ
ング素子の製造方法が得られる。
素子の製造方法において，前記有機分子膜上に，第２の
電極として厚さ１〜１０００ｎｍの導電膜をスパッタ法
又は蒸着法によって形成することを特徴とするスイッチ
ング素子の製造方法が得られる。
【００２２】また，本発明によれば，前記スイッチング
素子の製造方法において，前記第１及び第２の電極の内
の少なくとも一方は，リソグラフィーにより形成された
微細電極であることを特徴とするスイッチング素子の製
造方法が得られる。
素子の製造方法において，前記第１及び第２の電極の内
の少なくとも一方は，リソグラフィーにより形成された
微細電極であることを特徴とするスイッチング素子の製
造方法が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００２４】図１は本発明の実施の一形態におけるスイ
ッチング素子１を示す断面図である。
ッチング素子１を示す断面図である。
【００２５】図１に示すように，スイッチング素子１
は，基板２上に形成された下部電極３と，下部電極３を
覆うように形成された単分子膜４と，単分子膜４とこの
単分子膜４の周囲の基板１の表面を覆うように形成され
た上部電極５とを備えている。
は，基板２上に形成された下部電極３と，下部電極３を
覆うように形成された単分子膜４と，単分子膜４とこの
単分子膜４の周囲の基板１の表面を覆うように形成され
た上部電極５とを備えている。
【００２６】このスイッチング素子１は，下記のように
形成されている。
形成されている。
【００２７】まず，洗浄した基板２上に前処理して，ベ
ーキングを行う。この基板２に，スピンナー塗布し，ベ
ーキングを行った後，ネガ型レジスト材料をスピンナー
塗布し，プリベークを行う。続いて，露光，現像，ポス
トベークを行い，レジストパターンを作製した。この基
板１上に，下引き層を真空蒸着法により堆積させ，更に
導電層を同法により蒸着した。この基板２を，洗浄及び
ベーキングを行い，リフトオフにより下部電極３を形成
した。
ーキングを行う。この基板２に，スピンナー塗布し，ベ
ーキングを行った後，ネガ型レジスト材料をスピンナー
塗布し，プリベークを行う。続いて，露光，現像，ポス
トベークを行い，レジストパターンを作製した。この基
板１上に，下引き層を真空蒸着法により堆積させ，更に
導電層を同法により蒸着した。この基板２を，洗浄及び
ベーキングを行い，リフトオフにより下部電極３を形成
した。
【００２８】この基板を下記化２１式（Ｒ1 ＝ＣＨ3 ，
Ｒ2 ＝ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ）の有機分子をアルコール
に溶解した溶液に浸漬し，続いて基板を取り出してアル
コールで洗浄し，乾燥し，下部電極３上単分子膜４を得
た。
Ｒ2 ＝ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ）の有機分子をアルコール
に溶解した溶液に浸漬し，続いて基板を取り出してアル
コールで洗浄し，乾燥し，下部電極３上単分子膜４を得
た。
【００２９】
【化２１】 この基板上に，真空蒸着法によってＡｌを堆積させる。
次に，ポジ型レジスト材料をスピンナー塗布し，露光，
潜像，ポストベークを行う。その後，Ｈ3 ＰＯ4 ，ＨＮ
Ｏ3 ，ＣＨ3 ＣＯＯＨ，Ｈ2 Ｏの混合溶液でＡｌを所望
のパターンにエッチングする。この基板を洗浄して，レ
ジストを剥離し，ベーキングを行って上部電極５を作製
した。
次に，ポジ型レジスト材料をスピンナー塗布し，露光，
潜像，ポストベークを行う。その後，Ｈ3 ＰＯ4 ，ＨＮ
Ｏ3 ，ＣＨ3 ＣＯＯＨ，Ｈ2 Ｏの混合溶液でＡｌを所望
のパターンにエッチングする。この基板を洗浄して，レ
ジストを剥離し，ベーキングを行って上部電極５を作製
した。
【００３０】ここで，下記化２２式，化２３式，及び化
２４式で示される有機分子は，一対の電極に挟んで操作
することにより，整流素子として動作する。
２４式で示される有機分子は，一対の電極に挟んで操作
することにより，整流素子として動作する。
【００３１】
【化２２】
【００３２】
【化２３】
【００３３】
【化２４】 上記化２２式の分子を例として，有機分子の動作を図２
に従って説明する。
に従って説明する。
【００３４】キノン環は還元を受け易く（電子を受けと
り易く），ヒドロキノン環は逆に電子を放出し易い性質
を有している。この性質に着目すると，次のようなメカ
ニズムで分子の電気伝導性は変化する。
り易く），ヒドロキノン環は逆に電子を放出し易い性質
を有している。この性質に着目すると，次のようなメカ
ニズムで分子の電気伝導性は変化する。
【００３５】（１）まず，図２（ａ）に示すようにキノ
ン部側を陰極，ヒドロキノン部側を陽極にして電圧を印
加する。
ン部側を陰極，ヒドロキノン部側を陽極にして電圧を印
加する。
【００３６】（２）次に，図２（ｂ）に示すように，電
位差がある閾値を超えると，キノン部分が１電子還元，
ヒドロキノン部分が１電子酸化されてビラジカルが形成
される。
位差がある閾値を超えると，キノン部分が１電子還元，
ヒドロキノン部分が１電子酸化されてビラジカルが形成
される。
【００３７】（３）このビラジカルは，有機電導体であ
り，ラジカル間でトンネル電流が流れる（導通状態）。
り，ラジカル間でトンネル電流が流れる（導通状態）。
【００３８】（４）次に，図２（ｄ）のように電極の極
性を反転した場合は，キノン部分は酸化されにくく，ヒ
ドロキノン部を還元されにくいため，トンネル電流は流
れない。すなわち，この分子は整流作用を持つことにな
る。ここで，（５）図２（ｂ）の導通状態の分子に対し
て，電位差をさらに大きくしていくと，ある値で分子内
でのトンネリングが分子外部からの電子授受に追随し得
ず，図２（ｃ）に示すように，キノン部はさらに１電子
還元，ヒドロキノン部はさらに１電子酸化される。
性を反転した場合は，キノン部分は酸化されにくく，ヒ
ドロキノン部を還元されにくいため，トンネル電流は流
れない。すなわち，この分子は整流作用を持つことにな
る。ここで，（５）図２（ｂ）の導通状態の分子に対し
て，電位差をさらに大きくしていくと，ある値で分子内
でのトンネリングが分子外部からの電子授受に追随し得
ず，図２（ｃ）に示すように，キノン部はさらに１電子
還元，ヒドロキノン部はさらに１電子酸化される。
【００３９】（６）前記（５）の状態は図２（ｄ）の状
態に対応し，非導通状態になる。
態に対応し，非導通状態になる。
【００４０】（７）前記（５）の状態から，上部電極を
陽極，下部電極を陰極として電圧を加えると，（２）乃
至（６）と同様の過程を経て，分子は初期状態へ戻る。
陽極，下部電極を陰極として電圧を加えると，（２）乃
至（６）と同様の過程を経て，分子は初期状態へ戻る。
【００４１】以上の過程を上部および下部電極と，分子
間に加える電圧によって制御できれば，分子配向の逆転
により，整流素子としての極性を逆転することができ
る。
間に加える電圧によって制御できれば，分子配向の逆転
により，整流素子としての極性を逆転することができ
る。
【００４２】また，この極性の方向を１と０に対応させ
ることにより，この整流素子は記憶素子として応用でき
る。この際の読み出しは，例えば上部電極を陰極，基板
電極を陽極とし，次に上部電極を陽極，下部電極を陰極
として低い電位差を加えたときに，どちらの方向に電流
が流れたかを見ることにより行うことが出来る。
ることにより，この整流素子は記憶素子として応用でき
る。この際の読み出しは，例えば上部電極を陰極，基板
電極を陽極とし，次に上部電極を陽極，下部電極を陰極
として低い電位差を加えたときに，どちらの方向に電流
が流れたかを見ることにより行うことが出来る。
【００４３】ところで，キノン環とヒドロキノン環との
距離は，長い程環の間のトンネリングが起きにくいため
に分子の導電性が低くなり，同時に極性反転の操作が容
易になる。この２つの性質の組み合わせを必要に応じて
選ぶため，上記化２２式及び化２３式に示す分子を設計
した。
距離は，長い程環の間のトンネリングが起きにくいため
に分子の導電性が低くなり，同時に極性反転の操作が容
易になる。この２つの性質の組み合わせを必要に応じて
選ぶため，上記化２２式及び化２３式に示す分子を設計
した。
【００４４】ここで，記憶分子各部の機能を説明する。
上記化２２式，化２３式，及び化２４式のＲ2 は，この
置換基が結合している環の酸化を防ぐ目的で，Ｒ2 と同
じ炭素上の水酸基は，分子が初期状態から導通状態，極
性反転状態へ変化する際にヒドロキノン環からキノン環
へのプロトンの移動を助ける目的で導入したものであ
る。置換基−ＳＲ2 は，硫黄が金属に対して化学吸着す
る事から導入した吸着官能基であり，金属基板に対し
て，硫黄原子を下端として垂直方向に配向させることを
目的としたものである。
上記化２２式，化２３式，及び化２４式のＲ2 は，この
置換基が結合している環の酸化を防ぐ目的で，Ｒ2 と同
じ炭素上の水酸基は，分子が初期状態から導通状態，極
性反転状態へ変化する際にヒドロキノン環からキノン環
へのプロトンの移動を助ける目的で導入したものであ
る。置換基−ＳＲ2 は，硫黄が金属に対して化学吸着す
る事から導入した吸着官能基であり，金属基板に対し
て，硫黄原子を下端として垂直方向に配向させることを
目的としたものである。
【００４５】分子が吸着官能基を持っているために，上
記化２２式〜化２４式の記憶分子は，適当な溶媒に溶解
し，金属基板をこの溶液に浸漬することで，金属基板に
対して垂直方向に配向して吸着し，基板を取り出して表
面を洗浄する事で，金属基板上に垂直に配向した単分子
膜を与える。
記化２２式〜化２４式の記憶分子は，適当な溶媒に溶解
し，金属基板をこの溶液に浸漬することで，金属基板に
対して垂直方向に配向して吸着し，基板を取り出して表
面を洗浄する事で，金属基板上に垂直に配向した単分子
膜を与える。
【００４６】整流作用を持った有機分子の合成中間体，
１，４，５，８−テトラヒドロキシアントラキノンは下
記化２５式に従って，上記化２２式，化２３式，及び化
２４式の整流作用を持った有機分子は，それぞれ化２６
式，化２７式，化２８式によって合成される（特願平６
−１８００５６）。
１，４，５，８−テトラヒドロキシアントラキノンは下
記化２５式に従って，上記化２２式，化２３式，及び化
２４式の整流作用を持った有機分子は，それぞれ化２６
式，化２７式，化２８式によって合成される（特願平６
−１８００５６）。
【００４７】
【化２５】
【００４８】
【化２６】
【００４９】
【化２７】
【００５０】
【化２８】 本発明においては，下部電極は有機分子に含まれる硫黄
原子の吸着能を利用する必要性から，金（Ａｕ）が最も
適しているが，上部電極は高い伝導性を有するものであ
ればよく，例えばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｐｂなどの金属や，これらの合金といった数
多くの材料の適用が考えられる。
原子の吸着能を利用する必要性から，金（Ａｕ）が最も
適しているが，上部電極は高い伝導性を有するものであ
ればよく，例えばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｐｂなどの金属や，これらの合金といった数
多くの材料の適用が考えられる。
【００５１】また，本発明のスイッチング素子におい
て，電極はマスク蒸着あるいはリソグラフィー技術を用
いて形成する。このリソグラフィー技術はリフトオフプ
ロセス，フォトエッチングプロセスなど，従来公知の技
術で十分である。これらの技術により，電極の幅は１０
０ｎｍ〜１ｍｍの範囲で形成することができる。
て，電極はマスク蒸着あるいはリソグラフィー技術を用
いて形成する。このリソグラフィー技術はリフトオフプ
ロセス，フォトエッチングプロセスなど，従来公知の技
術で十分である。これらの技術により，電極の幅は１０
０ｎｍ〜１ｍｍの範囲で形成することができる。
【００５２】
【実施例】次に，本発明の実施例について説明する。
【００５３】（実施例１〜１８）以下に示す手順で，前
述した図１に示す断面を持つスイッチング素子１の作製
を行った。
述した図１に示す断面を持つスイッチング素子１の作製
を行った。
【００５４】洗浄したガラス基板２上に前処理として酢
酸ブチルを用いて超音波処理，ベーキングを行う。この
基板２にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）をスピン
ナー塗布し，ベーキングを行った後，ネガ型レジスト材
料をスピンナー塗布し，プリベークを行う。この時膜厚
は約１μｍになるようにした。続いて，露光，現像，ポ
ストベークを行い，所望のレジストパターンを作製し
た。この基板１上に，下引き層としてＣｒを真空蒸着法
により１０ｎｍ堆積させ，更にＡｕを同法により膜厚１
００ｎｍとなるように蒸着した。この基板をアセトン超
音波処理，ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）超音波処
理，純水洗浄，ベーキングを行い，リフトオフによる幅
１０μｍの下部電極３を形成した。
酸ブチルを用いて超音波処理，ベーキングを行う。この
基板２にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）をスピン
ナー塗布し，ベーキングを行った後，ネガ型レジスト材
料をスピンナー塗布し，プリベークを行う。この時膜厚
は約１μｍになるようにした。続いて，露光，現像，ポ
ストベークを行い，所望のレジストパターンを作製し
た。この基板１上に，下引き層としてＣｒを真空蒸着法
により１０ｎｍ堆積させ，更にＡｕを同法により膜厚１
００ｎｍとなるように蒸着した。この基板をアセトン超
音波処理，ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）超音波処
理，純水洗浄，ベーキングを行い，リフトオフによる幅
１０μｍの下部電極３を形成した。
【００５５】この基板を下記化２９式（Ｒ1 ＝ＣＨ3 ，
Ｒ2 ＝ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．１３２ｇ
をエタノール３ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸漬し，
続いて基板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥
し，下部電極３上単分子膜４を得た。
Ｒ2 ＝ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．１３２ｇ
をエタノール３ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸漬し，
続いて基板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥
し，下部電極３上単分子膜４を得た。
【００５６】
【化２９】 この基板上に，真空蒸着法によってＡｌを膜厚１００ｎ
ｍとなるように堆積させる。次にポジ型レジスト材料を
膜厚１．２μｍとなるようにスピンナー塗布し，露光，
潜像，ポストベークを行う。その後，Ｈ3 ＰＯ4 ：ＨＮ
Ｏ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１６：１：２：１の溶
液でＡｌを所望のパターンにエッチングする。この基板
をアセトン超音波処理，ＤＭＦ超音波処理，純水洗浄に
よりレジストを剥離し，ベーキングを行って上部電極５
を作製した。
ｍとなるように堆積させる。次にポジ型レジスト材料を
膜厚１．２μｍとなるようにスピンナー塗布し，露光，
潜像，ポストベークを行う。その後，Ｈ3 ＰＯ4 ：ＨＮ
Ｏ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１６：１：２：１の溶
液でＡｌを所望のパターンにエッチングする。この基板
をアセトン超音波処理，ＤＭＦ超音波処理，純水洗浄に
よりレジストを剥離し，ベーキングを行って上部電極５
を作製した。
【００５７】以上のようにして作製した試料の上下電極
５，３間に電圧を印加したところ，以下のような特性が
確認された。初期状態では，電位差１Ｖ以下では，上部
電極５を陽極，下部電極３を陰極とした場合には高抵
抗，逆の極性では低抵抗であり，この２つの場合の抵抗
の比は１０3 以上であった。ここで，上部電極５を陰
極，下部電極３を陽極として，２Ｖの電圧をかけると，
一瞬だけ電流が流れた後に，高抵抗状態となった。この
状態は電位差１Ｖ以下では上部電極を陽極，下部電極を
陰極とした場合には低抵抗，逆の極性では高抵抗であ
り，この２つの場合の抵抗の比は１０3 以上であった。
この状態の整流素子に対して上部電極５を陽極として２
Ｖの電圧をかけると初期状態に戻った。
５，３間に電圧を印加したところ，以下のような特性が
確認された。初期状態では，電位差１Ｖ以下では，上部
電極５を陽極，下部電極３を陰極とした場合には高抵
抗，逆の極性では低抵抗であり，この２つの場合の抵抗
の比は１０3 以上であった。ここで，上部電極５を陰
極，下部電極３を陽極として，２Ｖの電圧をかけると，
一瞬だけ電流が流れた後に，高抵抗状態となった。この
状態は電位差１Ｖ以下では上部電極を陽極，下部電極を
陰極とした場合には低抵抗，逆の極性では高抵抗であ
り，この２つの場合の抵抗の比は１０3 以上であった。
この状態の整流素子に対して上部電極５を陽極として２
Ｖの電圧をかけると初期状態に戻った。
【００５８】上記と同様な操作により下記表１に示す素
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
【００５９】
【表１】 （実施例１９〜３６）実施例１と同様の方法で下部電極
を作製したガラス基板を，化３０式（Ｒ1 ＝ＣＨ3 ，Ｒ
2 ＝（ＣＨ2 ）2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．２６９ｇを
エタノール５ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸漬し，基
板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥した。こ
の基板上に，実施例１と同様にして膜厚１００ｎｍのア
ルミニウムからなる上部電極を作製した。
を作製したガラス基板を，化３０式（Ｒ1 ＝ＣＨ3 ，Ｒ
2 ＝（ＣＨ2 ）2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．２６９ｇを
エタノール５ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸漬し，基
板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥した。こ
の基板上に，実施例１と同様にして膜厚１００ｎｍのア
ルミニウムからなる上部電極を作製した。
【００６０】
【化３０】 以上のようにして作製した試料の上下電極に対して電圧
を印加したところ，以下のような特性が確認された。初
期状態では，電位差０．８Ｖ以下では，上部電極を陽
極，下部電極を陰極とした場合には高抵抗，逆の極性で
は低抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比は１０3 以
上であった。ここで，上部電極を陰極として，１．５Ｖ
の電圧をかけると，一瞬だけ電流が流れた後に，高抵抗
状態となった。この状態は電位差０．８Ｖ以下では上部
電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には低抵抗，逆
の極性では高抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比は
１０3 倍以上であった。この状態の整流素子に対して上
部電極を陽極として１．５Ｖの電圧をかけると初期状態
に戻った。
を印加したところ，以下のような特性が確認された。初
期状態では，電位差０．８Ｖ以下では，上部電極を陽
極，下部電極を陰極とした場合には高抵抗，逆の極性で
は低抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比は１０3 以
上であった。ここで，上部電極を陰極として，１．５Ｖ
の電圧をかけると，一瞬だけ電流が流れた後に，高抵抗
状態となった。この状態は電位差０．８Ｖ以下では上部
電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には低抵抗，逆
の極性では高抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比は
１０3 倍以上であった。この状態の整流素子に対して上
部電極を陽極として１．５Ｖの電圧をかけると初期状態
に戻った。
【００６１】上記と同様の操作により下記表２に示す素
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
【００６２】
【表２】 （実施例３７〜５４）実施例１と同様の方法で下部電極
を作製したガラス基板を，下記化３１式（Ｒ1 ＝Ｃ
Ｈ3 ，Ｒ2 ＝（ＣＨ2 ）2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．３
００ｇをエタノール５ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸
漬し，基板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥
した。
を作製したガラス基板を，下記化３１式（Ｒ1 ＝Ｃ
Ｈ3 ，Ｒ2 ＝（ＣＨ2 ）2 ＣＯＯＨ）の有機分子０．３
００ｇをエタノール５ｍｌに溶解した溶液に２４時間浸
漬し，基板を取り出してエタノールで２回洗浄し，乾燥
した。
【００６３】
【化３１】 この基板上に，実施例１と同様にして膜厚１００ｎｍの
アルミニウムからなる上部電極を作製した。
アルミニウムからなる上部電極を作製した。
【００６４】以上のようにして作製した試料の上下電極
に対して電圧を印加したところ，以下のような特性が確
認された。初期状態では，電位差０．６Ｖ以下では，上
部電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には高抵抗，
逆の極性では低抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比
は１０3 以上であった。ここで，上部電極を陰極とし
て，１Ｖの電圧をかけると，一瞬だけ電流が流れた後
に，高抵抗状態となった。この状態は電位差０．６Ｖ以
下では上部電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には
低抵抗，逆の極性では高抵抗であり，この２つの場合の
抵抗の比は１０3 倍以上であった。この状態の整流素子
に対して上部電極を陽極として１Ｖの電圧をかけると初
期状態に戻った。
に対して電圧を印加したところ，以下のような特性が確
認された。初期状態では，電位差０．６Ｖ以下では，上
部電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には高抵抗，
逆の極性では低抵抗であり，この２つの場合の抵抗の比
は１０3 以上であった。ここで，上部電極を陰極とし
て，１Ｖの電圧をかけると，一瞬だけ電流が流れた後
に，高抵抗状態となった。この状態は電位差０．６Ｖ以
下では上部電極を陽極，下部電極を陰極とした場合には
低抵抗，逆の極性では高抵抗であり，この２つの場合の
抵抗の比は１０3 倍以上であった。この状態の整流素子
に対して上部電極を陽極として１Ｖの電圧をかけると初
期状態に戻った。
【００６５】上記と同様な操作により下記表３に示す素
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
子を作製し，上記と同様な結果を得た。
【００６６】
【表３】
【００６７】
【発明の効果】以上，説明したように，本発明では分子
１個でスイッチング機能を示す有機分子を用い，この分
子の単分子膜を金属電極ではさんだ構成の素子を開発す
ることにより，整流素子としての極性を自由に逆転させ
ることが出来るという，これまでにない特性を持つスイ
ッチング素子を作ることを可能とした。また，リソグラ
フィー技術を用いて，微細な電極で有機分子の単分子膜
をはさんだ構造のスイッチング素子を作製する方法を開
発することにより，このスイッチング素子を大容量の記
憶素子として応用することを可能とした。
１個でスイッチング機能を示す有機分子を用い，この分
子の単分子膜を金属電極ではさんだ構成の素子を開発す
ることにより，整流素子としての極性を自由に逆転させ
ることが出来るという，これまでにない特性を持つスイ
ッチング素子を作ることを可能とした。また，リソグラ
フィー技術を用いて，微細な電極で有機分子の単分子膜
をはさんだ構造のスイッチング素子を作製する方法を開
発することにより，このスイッチング素子を大容量の記
憶素子として応用することを可能とした。
【図１】本発明の実施の一形態に係るスイッチング素子
の断面図である。
の断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），及び（ｅ）
は整流作用を持つ有機分子の動作を説明するための図で
ある。
は整流作用を持つ有機分子の動作を説明するための図で
ある。
１ スイッチング素子 ２ 基板 ３ 下部電極 ４ 単分子膜 ５ 上部電極
Claims (13)
- 【請求項１】 接点部に有機分子膜を備えたスイッチン
グ素子において，前記有機分子膜は，下記化１式又はこ
の還元形及び化２式又はこの酸化形で示される特性基を
少なくとも１つづつ含み，Ｒは炭素数が１から８の各位
に任意の官能基を有するアルキル基からなることを特徴
とするスイッチング素子。 【化１】 【化２】 - 【請求項２】 請求項１記載のスイッチング素子におい
て，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン基又はこの
特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加による誘
導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフトキノン基又
はこの特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付加に
よる誘導体を含むことを特徴とするスイッチング素子。 - 【請求項３】 請求項１記載のスイッチング素子におい
て，前記有機分子は，下記化３式，化４式，又は化５式
で示されるものからなる群の内の少なくとも一種からな
り，Ｒ1 は炭素数１から８のアルキル基又はアリール基
でありＲ＝Ｒ2 であることを特徴とするスイッチング素
子。 【化３】 【化４】 【化５】 - 【請求項４】 請求項１乃至３の内のいずれかに記載の
スイッチング素子において，前記有機高分子膜が一対の
電極に挟み込まれている構造を有することを特徴とする
スイッチング素子。 - 【請求項５】 請求項４記載のスイッチング素子におい
て，前記一対の電極の内の一方は，当該スイッチング素
子の担体となる基板上に成膜された，厚さ１ｎｍ以上の
導電膜であることを特徴とするスイッチング素子。 - 【請求項６】 請求項５記載のスイッチング素子に，１
〜１５Ｖの電圧を加えて，前記スイッチング素子の極性
を反転することを特徴とするスイッチング素子の使用方
法。 - 【請求項７】 請求項５記載のスイッチング素子をメモ
リーセルとしたことを特徴とする記憶素子。 - 【請求項８】 表面に導電膜からなる第１の電極を形成
した基板を，下記化 ６式又はこの還元形及び化７式又は
この酸化で示される特性基を少なくとも１つづつ含み，
Ｒは炭素数が１から８の各位に任意の官能基を有するア
ルキル基からなる有機分子を含むアルコール溶液に浸漬
し，アルコール溶液で洗浄することを特徴とするスイッ
チング素子の製造方法。 【化６】 【化７】 - 【請求項９】 請求項８記載のスイッチング素子の製造
方法において，前記有機分子は，１，４−ナフトキノン
基又はこの特性基の５，６，７，８位の置換もしくは付
加による誘導体及び２−Ｒチオ−１，４−ヒドロナフト
キノン基又はこの特性基の５，６，７，８位の置換もし
くは付加による誘導体を含むことを特徴とするスイッチ
ング素子の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項８記載のスイッチング素子の製
造方法において，前記有機分子は，下記化８式，化９
式，又は化１０式で示されるものからなる群の内の少な
くとも一種からなり，Ｒ1 は炭素数１から８のアルキル
基又はアリール基でありＲ＝Ｒ2 であることを特徴とす
るスイッチング素子の製造方法。 【化８】 【化９】 【化１０】 - 【請求項１１】 請求項８乃至９の内のいずれかに記載
のスイッチング素子の製造方法において，前記有機分子
を含むアルコール溶液に浸漬する工程は，前記有機分子
を前記導電膜面に対して垂直に配向させることを含むこ
とを特徴とするスイッチング素子の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のスイッチング素子の
製造方法において，前記有機分子膜上に，第２の電極と
して厚さ１〜１０００ｎｍの導電膜をスパッタ法又は蒸
着法によって形成することを特徴とするスイッチング素
子の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１２記載のスイッチング素子の
製造方法において，前記第１及び第２の電極の内の少な
くとも一方は，リソグラフィーにより形成された微細電
極であることを特徴とするスイッチング素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187357A JP2728123B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | スイッチング素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7187357A JP2728123B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | スイッチング素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0936389A JPH0936389A (ja) | 1997-02-07 |
| JP2728123B2 true JP2728123B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=16204588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7187357A Expired - Fee Related JP2728123B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | スイッチング素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728123B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005509271A (ja) * | 2001-03-29 | 2005-04-07 | ヒューレット・パッカード・カンパニー | 電子スイッチング、ゲート及び記憶装置用途のための、電界によってバンドギャップ変化が促進される双安定分子メカニカルデバイス |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1210714A4 (en) * | 1999-07-01 | 2006-01-04 | Univ | HIGH DENSITY REMANENT MEMORY DEVICE |
| EP1390984B1 (en) * | 2001-05-07 | 2009-08-26 | Advanced Micro Devices, Inc. | Floating gate memory device using composite molecular material |
| JP4585209B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2010-11-24 | 大日本印刷株式会社 | 有機双安定性メモリ装置 |
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