JP3169618B2 - 電気素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、任意に付与される電界
により強誘電性物質に誘起される電気分極によってπ−
共役系高分子材料を励起状態にすることにより該π−共
役系高分子材料の電気伝導度を制御する素子に関する。
により強誘電性物質に誘起される電気分極によってπ−
共役系高分子材料を励起状態にすることにより該π−共
役系高分子材料の電気伝導度を制御する素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、外部からの電気信号によって有機
物質の電気伝導度を制御しようとする素子として、導電
性高分子を用いてＳｉトランジスタを模倣したField-Ef
fect Transistor (FET)が報告されている
物質の電気伝導度を制御しようとする素子として、導電
性高分子を用いてＳｉトランジスタを模倣したField-Ef
fect Transistor (FET)が報告されている
【例えば、
Ｆ． Ｅｂｉｓａｗａ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙ 【例えば、F. Ebisawa et al., J. Appl. Phys., 54 (1
983) 3255; A. Tsumura et al., Chem.Lett., (1986) 8
63; A. Tsumura et al., Appl. Phys. Lett., 49 (198
6) 1210; H. Koezuka et al., Synth. Met., 18 (1987)
699; A. Tsumura et al., Synth. Met., 25(1988) 11
等] 。 【０００３】これらの研究におけるポリマートランジス
タにおいては、Metal-Oxide-Semicondoctor(MOS)形（あ
るいはMetal-Insulator-Scmiconductor(MIS)形）と呼ば
れるトランジスタ構造が用いられている。これらのポリ
マートランジスタの動作原理は、Ｓｉを用いたＭＯＳＦ
ＥＴと同様の以下のようなものと考えられている。
Ｆ． Ｅｂｉｓａｗａ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙ 【例えば、F. Ebisawa et al., J. Appl. Phys., 54 (1
983) 3255; A. Tsumura et al., Chem.Lett., (1986) 8
63; A. Tsumura et al., Appl. Phys. Lett., 49 (198
6) 1210; H. Koezuka et al., Synth. Met., 18 (1987)
699; A. Tsumura et al., Synth. Met., 25(1988) 11
等] 。 【０００３】これらの研究におけるポリマートランジス
タにおいては、Metal-Oxide-Semicondoctor(MOS)形（あ
るいはMetal-Insulator-Scmiconductor(MIS)形）と呼ば
れるトランジスタ構造が用いられている。これらのポリ
マートランジスタの動作原理は、Ｓｉを用いたＭＯＳＦ
ＥＴと同様の以下のようなものと考えられている。
【０００４】図２は、従来のポリマートランジスタの構
造の一例を示す。
造の一例を示す。
【０００５】ここでは、導電性ポリマー半導体１１とし
てＰ形半導体を考える。金属電極（ゲート）１３に、金
属電極（ソース）１２に対して負の電圧を印加すると、
絶縁体１５を介して半導体表面に正の分極電荷が生じて
半導体表面層に正孔の蓄積が起こる。逆に、金属電極１
３に正の電圧を印加すると、絶縁体１５を介して半導体
表面に負の分極電荷が生じ、Ｐ形半導体の正孔との相殺
により空乏層が生じる。さらに、正の電圧を上げていく
と半導体表面に電子が蓄積され、“ｎ−反転層”が形成
される。この半導体表面に沿って電位勾配があると、蓄
積層中の正孔あるいは電子（キャリア）はその表面に沿
って移動できる。このキャリアの通路（チャンネル）の
幅は、表面に与えられる電圧で変化する。したがって、
金属電極（ソース）１２と金属電極（ゲート）１３との
間に印加する電圧により、チャンネルの幅すなわち金属
電極（ドレイン）１４と金属電極（ソース）１２との間
のキャリアの伝導度を制御することができる。
てＰ形半導体を考える。金属電極（ゲート）１３に、金
属電極（ソース）１２に対して負の電圧を印加すると、
絶縁体１５を介して半導体表面に正の分極電荷が生じて
半導体表面層に正孔の蓄積が起こる。逆に、金属電極１
３に正の電圧を印加すると、絶縁体１５を介して半導体
表面に負の分極電荷が生じ、Ｐ形半導体の正孔との相殺
により空乏層が生じる。さらに、正の電圧を上げていく
と半導体表面に電子が蓄積され、“ｎ−反転層”が形成
される。この半導体表面に沿って電位勾配があると、蓄
積層中の正孔あるいは電子（キャリア）はその表面に沿
って移動できる。このキャリアの通路（チャンネル）の
幅は、表面に与えられる電圧で変化する。したがって、
金属電極（ソース）１２と金属電極（ゲート）１３との
間に印加する電圧により、チャンネルの幅すなわち金属
電極（ドレイン）１４と金属電極（ソース）１２との間
のキャリアの伝導度を制御することができる。
【０００６】さらに別の従来例として、有機高分子から
なる固体電解質のイオン伝導性を利用したＦＥＴも報告
されている［例えば、L. Campanella et al., Analusi
s. 16(1988) 120-124 ］。
なる固体電解質のイオン伝導性を利用したＦＥＴも報告
されている［例えば、L. Campanella et al., Analusi
s. 16(1988) 120-124 ］。
【０００７】いずれにしろ従来のＦＥＴ型半導体では、
ゲート、ソースおよびドレインの３電極に印加される電
圧を分離、独立して作用させることはできず、そのため
例えばリレー素子などに用いることはできなかった。
ゲート、ソースおよびドレインの３電極に印加される電
圧を分離、独立して作用させることはできず、そのため
例えばリレー素子などに用いることはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、強誘電性物
質の電気分極によって個々のπー共役系高分子を励起状
態にし、πー共役系高分子の電気伝導度を制御する機能
を有する全く新しい動作原理による電気素子を提供する
ことを目的としている。
質の電気分極によって個々のπー共役系高分子を励起状
態にし、πー共役系高分子の電気伝導度を制御する機能
を有する全く新しい動作原理による電気素子を提供する
ことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、πー共役系高分子、好ましくは配向した
πー共役系高分子の近傍に、電気分極を引き起こす強誘
電性物質を配置させた素子を用いる。
め本発明では、πー共役系高分子、好ましくは配向した
πー共役系高分子の近傍に、電気分極を引き起こす強誘
電性物質を配置させた素子を用いる。
【００１０】すなわち、本発明の電気素子は、少なくと
も２個の電極をオーム接触させてなる、誘電体の電気分
極により励起状態になることにより電気伝導度が低下し
得る性質を有するπー共役系高分子材料と、これの近傍
に存在する強誘電性物質からなり該強誘電性物質に対し
て任意の強度の電界を印加させるための電極を有するこ
とを特徴とする。
も２個の電極をオーム接触させてなる、誘電体の電気分
極により励起状態になることにより電気伝導度が低下し
得る性質を有するπー共役系高分子材料と、これの近傍
に存在する強誘電性物質からなり該強誘電性物質に対し
て任意の強度の電界を印加させるための電極を有するこ
とを特徴とする。
【００１１】以下に本発明をさらに説明する。
【００１２】ここで、πー共役系高分子材料とは、高分
子主鎖中の構成原子間のπー電子軌道の重なりによる結
合が高分子主鎖に沿って一様に存在する高分子を指す。
また、この高分子は、実質的に電気的中性の高分子を用
いる。従って、例えばＮａやＫのような電子供与性のド
ーパントあるいは例えばヨウ素やＰＦ6のような電子受
容性ドーパントを実質的に含まないものである。しかし
ながら、πー共役系高分子材料の性質を実質的に変えな
い限り上記ドーパントを極微量含むことが出来る。電気
的に中性の高分子を用いるところから、電解重合法によ
りπー共役系高分子を製造する場合のようにドーパント
が高分子に含まれるときは、常法に従いこれを脱ドープ
すればよい。
子主鎖中の構成原子間のπー電子軌道の重なりによる結
合が高分子主鎖に沿って一様に存在する高分子を指す。
また、この高分子は、実質的に電気的中性の高分子を用
いる。従って、例えばＮａやＫのような電子供与性のド
ーパントあるいは例えばヨウ素やＰＦ6のような電子受
容性ドーパントを実質的に含まないものである。しかし
ながら、πー共役系高分子材料の性質を実質的に変えな
い限り上記ドーパントを極微量含むことが出来る。電気
的に中性の高分子を用いるところから、電解重合法によ
りπー共役系高分子を製造する場合のようにドーパント
が高分子に含まれるときは、常法に従いこれを脱ドープ
すればよい。
【００１３】本発明に使用するπ−共役系高分子とし
て、具体的には例えばポリ−ｐ−フェニレンビニレン、
ポリ−２，５−チェニレンビニレン、ポリ−２，５−ジ
メトキシ−ｐ−フェニレンビニレン、ポリアセチレン、
ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパ
ラフェニレンなどが用いられるが、もちろん２種以上混
合しても構わない。
て、具体的には例えばポリ−ｐ−フェニレンビニレン、
ポリ−２，５−チェニレンビニレン、ポリ−２，５−ジ
メトキシ−ｐ−フェニレンビニレン、ポリアセチレン、
ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパ
ラフェニレンなどが用いられるが、もちろん２種以上混
合しても構わない。
【００１４】上記π−共役系高分子材料は配向してなる
材料を用いることが本発明の目的のためには好ましい。
配向させる方法は、従来公知の任意の方法を採用するこ
とができる。例えば、高分子材料を延伸させることによ
り配向させる場合には、延伸倍率は延伸の効果を有意と
するためには少なくとも０．５倍以上が必要であり、１
倍以上であることが好ましい。
材料を用いることが本発明の目的のためには好ましい。
配向させる方法は、従来公知の任意の方法を採用するこ
とができる。例えば、高分子材料を延伸させることによ
り配向させる場合には、延伸倍率は延伸の効果を有意と
するためには少なくとも０．５倍以上が必要であり、１
倍以上であることが好ましい。
【００１５】ここで強誘電性物質は誘電体物質のひとつ
である。誘電体物質の中には、分極が試料の履歴に依存
したり、また電界をかけない状態でも自発的に分極した
りする特異な性質を示す一群の物質がある。これら一群
の物質はいろいろな点で強磁性体とよく似た特性を持ち
（もちろん強磁性体とは区別される）、強誘電性物質
（ferroelectric material）と称される。
である。誘電体物質の中には、分極が試料の履歴に依存
したり、また電界をかけない状態でも自発的に分極した
りする特異な性質を示す一群の物質がある。これら一群
の物質はいろいろな点で強磁性体とよく似た特性を持ち
（もちろん強磁性体とは区別される）、強誘電性物質
（ferroelectric material）と称される。
【００１６】具体的な強誘電性物質は、通常、化学組成
と構造から（ａ）酒石酸塩グループ、（ｂ）第一りん酸
塩グループ、（Ｃ）酸素八面体グループおよび（ｄ）そ
の他の４グループに分けられる。
と構造から（ａ）酒石酸塩グループ、（ｂ）第一りん酸
塩グループ、（Ｃ）酸素八面体グループおよび（ｄ）そ
の他の４グループに分けられる。
【００１７】初めの（ａ）酒石酸塩グループの代表的な
強誘電性物質はロシェル塩（すなわち酒石酸カリウムナ
トリウム）ＮａＫ（Ｃ4Ｈ4Ｏ6）・４Ｈ2Ｏである。この
ほかに、上記ロシェル塩のＮａをＬｉで置換したもの、
あるいはＫをＮＨ4、ＲｂまたはＴｌで置換したものが
例示される。
強誘電性物質はロシェル塩（すなわち酒石酸カリウムナ
トリウム）ＮａＫ（Ｃ4Ｈ4Ｏ6）・４Ｈ2Ｏである。この
ほかに、上記ロシェル塩のＮａをＬｉで置換したもの、
あるいはＫをＮＨ4、ＲｂまたはＴｌで置換したものが
例示される。
【００１８】（ｂ）の第一りん酸塩グループの代表とし
ては、第一りん酸カリウムＫＨ2ＰＯ4がある。このほか
ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、ＫＨ2ＡｓＯ4、ＲｂＨ2ＰＯ4等があ
る。
ては、第一りん酸カリウムＫＨ2ＰＯ4がある。このほか
ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、ＫＨ2ＡｓＯ4、ＲｂＨ2ＰＯ4等があ
る。
【００１９】酸素八面体グループ（ｃ）の代表はチタン
酸バリウムＢａＴｉＯ3である。このほかピロニオブ酸
カドミウムＣｄ2Ｎｂ2Ｏ7、メタニオブ酸鉛ＰｂＮｂ2Ｏ
6、三酸化タングステンＷＯ3などがある。これらの構造
は、いずれも６個の酸素イオンＯ2- が１個の小さな分極
しやすいイオン（チタン酸バリウムではＴｉ4+）を取り
囲むことにより八面体を構成している。
酸バリウムＢａＴｉＯ3である。このほかピロニオブ酸
カドミウムＣｄ2Ｎｂ2Ｏ7、メタニオブ酸鉛ＰｂＮｂ2Ｏ
6、三酸化タングステンＷＯ3などがある。これらの構造
は、いずれも６個の酸素イオンＯ2- が１個の小さな分極
しやすいイオン（チタン酸バリウムではＴｉ4+）を取り
囲むことにより八面体を構成している。
【００２０】その他の強誘電性物質（ｄ）としては、例
えばグアニジン硫酸アルミニウム六水化物ＮＨＣ（ＮＨ
2）2ＡｌＨ（ＳＯ4）2・６Ｈ2Ｏ、硫酸グリシン（ＣＨ2
ＮＨ2ＣＯＯＨ）3Ｈ2ＳＯ4、チオ尿素（ＮＨ2）ＣＳ等
がある。
えばグアニジン硫酸アルミニウム六水化物ＮＨＣ（ＮＨ
2）2ＡｌＨ（ＳＯ4）2・６Ｈ2Ｏ、硫酸グリシン（ＣＨ2
ＮＨ2ＣＯＯＨ）3Ｈ2ＳＯ4、チオ尿素（ＮＨ2）ＣＳ等
がある。
【００２１】再度具体的な強誘電性物質を例示するなら
ば、例えばりん酸二水素カリウム、チタン酸バリウム、
チタン酸鉛、ニオブ酸鉛、タンタル酸リチウム、酒石酸
カリウムナトリウム等の無機物質、あるいは、ポリアク
リロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオ
キサイド、セルロース、ポリフッ化ビニレン等の有機物
質を挙げることができる。勿論、これらの２種以上を混
合して用いても構わない。
ば、例えばりん酸二水素カリウム、チタン酸バリウム、
チタン酸鉛、ニオブ酸鉛、タンタル酸リチウム、酒石酸
カリウムナトリウム等の無機物質、あるいは、ポリアク
リロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオ
キサイド、セルロース、ポリフッ化ビニレン等の有機物
質を挙げることができる。勿論、これらの２種以上を混
合して用いても構わない。
【００２２】本発明においては、上記強誘電性物質に誘
起される電気分極によりπー共役系高分子材料の電子状
態が変化し得る程度に両者が近接して配置されることが
肝要である。具体的には強誘電性物質とπー共役系高分
子材料との混合膜を用いればよい。この混合膜は、たと
えば、適宜の溶剤に溶解させた強誘電性物質の溶液をπ
ー共役系高分子材料膜に含浸させ、しかる後に要すれば
溶剤を揮散させることにより得られる。そのほか、強誘
電性物質とπー共役系高分子材料とを共に溶解させる溶
剤に溶解させ、しかる後に造膜させることによることも
できる。また、常法に従い、強誘電性物質の微粉末をπ
ー共役系高分子材料に混合、造膜することによっても得
ることが出来る。さらにまた、強誘電性物質をπー共役
系高分子材料に埋め込むイオンプランテーション法ある
いはスパッタリング法によっても混合膜を製造すること
が出来る。どの方法により製造するにしろ強誘電性物質
とπー共役系高分子材料とは互いに近接して存在するこ
とが肝要である。
起される電気分極によりπー共役系高分子材料の電子状
態が変化し得る程度に両者が近接して配置されることが
肝要である。具体的には強誘電性物質とπー共役系高分
子材料との混合膜を用いればよい。この混合膜は、たと
えば、適宜の溶剤に溶解させた強誘電性物質の溶液をπ
ー共役系高分子材料膜に含浸させ、しかる後に要すれば
溶剤を揮散させることにより得られる。そのほか、強誘
電性物質とπー共役系高分子材料とを共に溶解させる溶
剤に溶解させ、しかる後に造膜させることによることも
できる。また、常法に従い、強誘電性物質の微粉末をπ
ー共役系高分子材料に混合、造膜することによっても得
ることが出来る。さらにまた、強誘電性物質をπー共役
系高分子材料に埋め込むイオンプランテーション法ある
いはスパッタリング法によっても混合膜を製造すること
が出来る。どの方法により製造するにしろ強誘電性物質
とπー共役系高分子材料とは互いに近接して存在するこ
とが肝要である。
【００２３】上記薄膜の作製方法は湿式法と乾式法との
２つに大きく分かれる。湿式法は薄膜作製の系に溶媒が
関与している手法であり、乾式法は試料作製を真空槽内
で行なう手法である。乾式法において真空槽の真空度は
手法によって異なる。この乾式法は湿式法に比べて、真
空度にもよるが、薄膜作製系内の空気などの影響を考え
なくてもよく、クリーンな薄膜法であるという利点があ
る一方、設備が高価になり、かつ、適応できる物質は湿
式法に比べて少なくなるという欠点がある。
２つに大きく分かれる。湿式法は薄膜作製の系に溶媒が
関与している手法であり、乾式法は試料作製を真空槽内
で行なう手法である。乾式法において真空槽の真空度は
手法によって異なる。この乾式法は湿式法に比べて、真
空度にもよるが、薄膜作製系内の空気などの影響を考え
なくてもよく、クリーンな薄膜法であるという利点があ
る一方、設備が高価になり、かつ、適応できる物質は湿
式法に比べて少なくなるという欠点がある。
【００２４】湿式の手法としては、ラングミュアブロジ
ェット法（ＬＢ法）、溶媒キャスト法および電気化学法
を例示することができる。
ェット法（ＬＢ法）、溶媒キャスト法および電気化学法
を例示することができる。
【００２５】ラングミュアブロジェット法は、ステアリ
ン酸系のような脂肪族系にカルボン酸基があるような系
を水面上に浮かして基板にすくい取る手法である。
ン酸系のような脂肪族系にカルボン酸基があるような系
を水面上に浮かして基板にすくい取る手法である。
【００２６】溶媒キャスト法は、試料を溶媒に溶かし、
基板等に滴下して溶媒を蒸発させる方法である。基板の
ほかに、Ｈｇ上でゆっくり溶媒を蒸発させたり、スピン
キャストによって強制的に溶媒を蒸発させてもよい。
基板等に滴下して溶媒を蒸発させる方法である。基板の
ほかに、Ｈｇ上でゆっくり溶媒を蒸発させたり、スピン
キャストによって強制的に溶媒を蒸発させてもよい。
【００２７】電気化学法は、電解液に原料を溶かし、酸
化あるいは還元反応によって試料作製と薄膜化を行なう
方法である。
化あるいは還元反応によって試料作製と薄膜化を行なう
方法である。
【００２８】乾式の手法としては、気相成長法（ＣＶＤ
法）、真空蒸着法、エピタキシー法およびスパッタリン
グ法を例示することができる。
法）、真空蒸着法、エピタキシー法およびスパッタリン
グ法を例示することができる。
【００２９】気相成長法は、原料ガスを真空槽に導入し
て、光、熱、プラズマなどによってエネルギー的に活性
化状態にして試料作製と薄膜化を行なう方法である。
て、光、熱、プラズマなどによってエネルギー的に活性
化状態にして試料作製と薄膜化を行なう方法である。
【００３０】真空蒸着法は、真空槽内（１０-5〜１０-7
Ｔｏｒｒ）において、試料を通電加熱によって蒸発さ
せ、基板に積層する方法である。
Ｔｏｒｒ）において、試料を通電加熱によって蒸発さ
せ、基板に積層する方法である。
【００３１】これとよく似ているのがエピタキシー法で
あり、超高真空槽（１０-9〜１０-11Ｔｏｒｒ）におい
て、気化された試料の基板上への、一層ごと（数オング
ストローム単位）の積層制御を行なう方法である。
あり、超高真空槽（１０-9〜１０-11Ｔｏｒｒ）におい
て、気化された試料の基板上への、一層ごと（数オング
ストローム単位）の積層制御を行なう方法である。
【００３２】これらの真空蒸着法およびエピタキシー法
においては、試料が通電加熱によって気化するのが条件
である。気化できない（例えば熱によって壊れたりす
る）試料に対しては、いわゆるスパッタリング法で積層
を行なう。すなわち、電子ビームまたは放電などで励起
された、あるいはイオン化された希ガス（例えばアルゴ
ン）などを固体試料の表面に照射し、該表面の試料を弾
き飛ばして基板に積層する。以上述べたような方法によ
り薄膜を製造することができる。
においては、試料が通電加熱によって気化するのが条件
である。気化できない（例えば熱によって壊れたりす
る）試料に対しては、いわゆるスパッタリング法で積層
を行なう。すなわち、電子ビームまたは放電などで励起
された、あるいはイオン化された希ガス（例えばアルゴ
ン）などを固体試料の表面に照射し、該表面の試料を弾
き飛ばして基板に積層する。以上述べたような方法によ
り薄膜を製造することができる。
【００３３】ここで添付図面を参照しながら本発明によ
る電気素子の一構成例を説明する。図１は、本発明によ
る電気素子の概略構成の一例を示す。図示の素子は例え
ばポリエチレンのような絶縁体でなる基板７を有する。
該基板７の一方の面７ａ上には、金属、例えば金を薄膜
状に形成した電極（入出力電極）１，２が所定の間隔を
隔てて設けられ、該金属電極１，２を包囲するようにこ
れとオーム接触するπ−共役系高分子膜４が設けられて
いる。該π−共役系高分子膜４は、強誘電性物質を混合
されているが、少なくとも電極１，２の間はπ−共役系
高分子が連続相をなし、該π−共役系高分子を伝導して
電子が移動できるものとする。
る電気素子の一構成例を説明する。図１は、本発明によ
る電気素子の概略構成の一例を示す。図示の素子は例え
ばポリエチレンのような絶縁体でなる基板７を有する。
該基板７の一方の面７ａ上には、金属、例えば金を薄膜
状に形成した電極（入出力電極）１，２が所定の間隔を
隔てて設けられ、該金属電極１，２を包囲するようにこ
れとオーム接触するπ−共役系高分子膜４が設けられて
いる。該π−共役系高分子膜４は、強誘電性物質を混合
されているが、少なくとも電極１，２の間はπ−共役系
高分子が連続相をなし、該π−共役系高分子を伝導して
電子が移動できるものとする。
【００３４】また、基板７の他方の面７ｂには、金属、
例えば金を薄膜状に形成した電極（制御電極）３が設け
られている。
例えば金を薄膜状に形成した電極（制御電極）３が設け
られている。
【００３５】さらに、前記強誘電性物質混合高分子膜４
上には、例えばポリエチレンのような絶縁膜５が設けら
れている。該絶縁膜５の上には、金属、例えば金を薄膜
状に形成した電極（第２の制御電極）６が、金属電極
（第１の制御電極）３とともに前記金属電極１，２によ
り形成される面を垂直に挟むように設けられている。
上には、例えばポリエチレンのような絶縁膜５が設けら
れている。該絶縁膜５の上には、金属、例えば金を薄膜
状に形成した電極（第２の制御電極）６が、金属電極
（第１の制御電極）３とともに前記金属電極１，２によ
り形成される面を垂直に挟むように設けられている。
【００３６】
【作用】以上に構成を説明した本発明に従う電気素子の
一構成例は次のように動作する。すなわち、金属電極３
と金属電極６の間に絶縁破壊には至らない程度の一定の
電界を印加すると、強誘電性物質とπ−共役系高分子の
混合膜４中の強誘電性物質は、この電界の作用で電気分
極を引き起こす。その結果、強誘電性物質の近傍にある
π−共役系高分子は、その電気分極によって励起状態に
なる。一般にπ−共役系高分子が電荷中性状態にあると
き、その電気伝導度は１０-7〜１０-8Ｓ・cm-1 以下であ
り、かつこのπ−共役系高分子が励起状態にあるときの
電気伝導度は、中性のものより少なくとも５桁以上増加
することが知られている。もちろん、本発明においては
π−共役系高分子の電気伝導度の変化の程度は特に限定
されず、素子として使用することができる程度ならばよ
い。しかしながら、通常は少なくとも１〜２桁程度増加
すれば充分である。
一構成例は次のように動作する。すなわち、金属電極３
と金属電極６の間に絶縁破壊には至らない程度の一定の
電界を印加すると、強誘電性物質とπ−共役系高分子の
混合膜４中の強誘電性物質は、この電界の作用で電気分
極を引き起こす。その結果、強誘電性物質の近傍にある
π−共役系高分子は、その電気分極によって励起状態に
なる。一般にπ−共役系高分子が電荷中性状態にあると
き、その電気伝導度は１０-7〜１０-8Ｓ・cm-1 以下であ
り、かつこのπ−共役系高分子が励起状態にあるときの
電気伝導度は、中性のものより少なくとも５桁以上増加
することが知られている。もちろん、本発明においては
π−共役系高分子の電気伝導度の変化の程度は特に限定
されず、素子として使用することができる程度ならばよ
い。しかしながら、通常は少なくとも１〜２桁程度増加
すれば充分である。
【００３７】π−共役系高分子材料の励起状態は、例え
ばその電気伝導度を測定することにより観察される。そ
して、該金属電極３と６との間に電界を印加したときと
しないときで、該金属電極１と２の間の該混合膜の大き
な電気伝導度の変化を読み取ることができる。本発明は
この全く新しい動作原理によってπ−共役系高分子材料
の電気伝導度を制御するものである。
ばその電気伝導度を測定することにより観察される。そ
して、該金属電極３と６との間に電界を印加したときと
しないときで、該金属電極１と２の間の該混合膜の大き
な電気伝導度の変化を読み取ることができる。本発明は
この全く新しい動作原理によってπ−共役系高分子材料
の電気伝導度を制御するものである。
【００３８】また、本発明の電気素子は、制御電極３と
６との間に印加するものであり、入出力電極１，２のい
ずれかに相当する基準電極（ソース）１２と制御電極
３，６に相当する制御電極（ゲート）１３との間に電圧
を印加していた従来のＦＥＴとは、その制御方法も異な
るものである。
６との間に印加するものであり、入出力電極１，２のい
ずれかに相当する基準電極（ソース）１２と制御電極
３，６に相当する制御電極（ゲート）１３との間に電圧
を印加していた従来のＦＥＴとは、その制御方法も異な
るものである。
【００３９】本発明の電気素子は、抵抗変化の最大値と
最小値を、それぞれ１と０に対応させればメモリーとし
て動作することになる。また、この電界制御型の素子
は、印加電界強度を変えることにより該混合膜の抵抗変
化を引き起こすことができるので、インバータおよび論
理回路を構成することができる。このようにスイッチ素
子としても動作が可能になる。
最小値を、それぞれ１と０に対応させればメモリーとし
て動作することになる。また、この電界制御型の素子
は、印加電界強度を変えることにより該混合膜の抵抗変
化を引き起こすことができるので、インバータおよび論
理回路を構成することができる。このようにスイッチ素
子としても動作が可能になる。
【００４０】さらに、該金属電極３，６と該金属電極
１，２は電気的に分離、独立して機能するため、直流の
みならず、交流の電気信号に対するリレー素子としても
動作が可能である。
１，２は電気的に分離、独立して機能するため、直流の
みならず、交流の電気信号に対するリレー素子としても
動作が可能である。
【００４１】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明による素子
は、励起手段として、直流もしくは交流電界を用いるこ
とにより強誘電体物質とπー共役系高分子から構成され
る混合膜中の強誘電体物質の電気分極を引き起こして、
スイッチおよびメモリ動作、および直流ないしは交流の
電気信号に対するリレー動作ができる微細化可能な能動
素子である。
は、励起手段として、直流もしくは交流電界を用いるこ
とにより強誘電体物質とπー共役系高分子から構成され
る混合膜中の強誘電体物質の電気分極を引き起こして、
スイッチおよびメモリ動作、および直流ないしは交流の
電気信号に対するリレー動作ができる微細化可能な能動
素子である。
【００４２】このように、本発明による素子は、従来の
電界効果型の電子素子の動作と全く異なる新しい動作原
理を用いていることにより、その素子構造も従来の素子
に較べて比較的簡単であり、かつ従来の電界効果型トラ
ンジスタのスイッチおよびメモリ動作に加えて交流の電
気信号に対するリレー動作をも付与している。
電界効果型の電子素子の動作と全く異なる新しい動作原
理を用いていることにより、その素子構造も従来の素子
に較べて比較的簡単であり、かつ従来の電界効果型トラ
ンジスタのスイッチおよびメモリ動作に加えて交流の電
気信号に対するリレー動作をも付与している。
【００４３】さらに、本発明による素子においては、強
誘電性物質の分子鎖一本の電気伝導性を制御しているた
め、一本の分子鎖を素子として構成することも出来、そ
のため素子の集積度を従来の電子素子を用いた場合と較
べて飛躍的に向上させることができる。
誘電性物質の分子鎖一本の電気伝導性を制御しているた
め、一本の分子鎖を素子として構成することも出来、そ
のため素子の集積度を従来の電子素子を用いた場合と較
べて飛躍的に向上させることができる。
【００４４】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、こ
の実施例は本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を
何等制限するものではない。
の実施例は本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を
何等制限するものではない。
【００４５】（実施例１）公知の方法［Ｒ．Ａ．Ｗｅｓ
ｓｌｉｎｇ ａｎｄ Ｒ．Ｇ．Ｚｉｍｍｅｒ−ｍａｎ，
ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ １９６８， ３４０１１５２］に
よって作製したポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰ
Ｖ）の前駆体高分子の水溶液にリン酸二水素カリウム
（ＫＤＰ）をＰＰＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で
溶解した。ＩＴＯガラス上において、上記の混合溶液か
らスピンキャスト法によって２μｍの薄膜を作製した。
その薄膜を真空下において８時間、２００℃で処理する
ことによって前駆体高分子をＰＰＶにした。このように
して得られた薄膜上に金を真空蒸着して電極とした。こ
の薄膜のＪ−Ｆ（電流密度−電界）特性を図３に示す。
図３から明らかなように、１０3Ｖ／ｃｍを超える電界
で電気伝導度が１０-10Ｓ・ｃｍ-1から１０-8 Ｓ・ｃｍ
-1に上昇した。
ｓｌｉｎｇ ａｎｄ Ｒ．Ｇ．Ｚｉｍｍｅｒ−ｍａｎ，
ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ １９６８， ３４０１１５２］に
よって作製したポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰ
Ｖ）の前駆体高分子の水溶液にリン酸二水素カリウム
（ＫＤＰ）をＰＰＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で
溶解した。ＩＴＯガラス上において、上記の混合溶液か
らスピンキャスト法によって２μｍの薄膜を作製した。
その薄膜を真空下において８時間、２００℃で処理する
ことによって前駆体高分子をＰＰＶにした。このように
して得られた薄膜上に金を真空蒸着して電極とした。こ
の薄膜のＪ−Ｆ（電流密度−電界）特性を図３に示す。
図３から明らかなように、１０3Ｖ／ｃｍを超える電界
で電気伝導度が１０-10Ｓ・ｃｍ-1から１０-8 Ｓ・ｃｍ
-1に上昇した。
【００４６】すなわち、印加した電界によりπ−共役系
高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
【００４７】（実施例２）公知の方法［Ｉ．Ｍｕｒａｓ
ｅ ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎ．，
２８， ２２９（１９８７）］ によって製作したポリ
チェニレンビニレン（ＰＴＶ）の前駆体高分子の水−エ
タノール１：１溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）
をＰＴＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解した。
ＩＴＯガラス上において、上記の混合液からスピンキャ
スト法によって２μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真
空下において８時間、２００℃で処理することによって
前駆前駆体高分子をＰＴＶにした。このようにして得ら
れた薄膜上に金を真空蒸着して電極とした。この薄膜の
ＩーＶ特性の測定の結果、１０3Ｖ／ｃｍを超える電界
で電気伝導度が１０-10Ｓ・ｃｍ-1から１０-8Ｓ・ｃｍ
-1に上昇した。
ｅ ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎ．，
２８， ２２９（１９８７）］ によって製作したポリ
チェニレンビニレン（ＰＴＶ）の前駆体高分子の水−エ
タノール１：１溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）
をＰＴＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解した。
ＩＴＯガラス上において、上記の混合液からスピンキャ
スト法によって２μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真
空下において８時間、２００℃で処理することによって
前駆前駆体高分子をＰＴＶにした。このようにして得ら
れた薄膜上に金を真空蒸着して電極とした。この薄膜の
ＩーＶ特性の測定の結果、１０3Ｖ／ｃｍを超える電界
で電気伝導度が１０-10Ｓ・ｃｍ-1から１０-8Ｓ・ｃｍ
-1に上昇した。
【００４８】すなわち、印加した電界によりπ−共役系
高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
【００４９】（実施例３）公知の方法［Ｒ．Ａ．Ｗｅｓ
ｓｌｉｎｇ ａｎｄ Ｒ．Ｇ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ，Ｕ
Ｓ Ｐａｔｅｎｔ １９６８，３４０１１５２］によっ
て作製したポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）の
前駆体高分子の水溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤ
Ｐ）をＰＰＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解し
た。図１の電極１，２を形成してあるＳｉＯ2（絶緑層
７）上において、上記の混合液からスピンキャスト法に
よって１μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真空下にお
いて８時間、２００℃で処理することによって前駆体高
分子をＰＰＶにした。
ｓｌｉｎｇ ａｎｄ Ｒ．Ｇ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ，Ｕ
Ｓ Ｐａｔｅｎｔ １９６８，３４０１１５２］によっ
て作製したポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）の
前駆体高分子の水溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤ
Ｐ）をＰＰＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解し
た。図１の電極１，２を形成してあるＳｉＯ2（絶緑層
７）上において、上記の混合液からスピンキャスト法に
よって１μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真空下にお
いて８時間、２００℃で処理することによって前駆体高
分子をＰＰＶにした。
【００５０】このようにして得られた薄膜上に絶緑層５
として膜厚１０μｍのポリエチレンを真空蒸着した。さ
らに、図１の電極３，６を形成するために金を真空蒸着
した。
として膜厚１０μｍのポリエチレンを真空蒸着した。さ
らに、図１の電極３，６を形成するために金を真空蒸着
した。
【００５１】このようにして得られた素子の真空中での
電気伝導度は電極３，６間の電界が１０3Ｖ／ｃｍ以下
の時は１０-10Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、１０3Ｖ／ｃ
ｍを超える電界を印加した時の電気伝導度は１０-8Ｓ・
ｃｍ-1となり、この結果２桁の電気伝導度の値の上昇が
観測された。すなわち、印加した電界によりπ−共役系
高分子材料の電気伝導度を制御することができた。
電気伝導度は電極３，６間の電界が１０3Ｖ／ｃｍ以下
の時は１０-10Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、１０3Ｖ／ｃ
ｍを超える電界を印加した時の電気伝導度は１０-8Ｓ・
ｃｍ-1となり、この結果２桁の電気伝導度の値の上昇が
観測された。すなわち、印加した電界によりπ−共役系
高分子材料の電気伝導度を制御することができた。
【００５２】（実施例４）公知の方法［Ｉ．Ｍｕｒａｓ
ｅ ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎ．，
２８， ２２９（１９８７）］によって作製したポリチ
ェニレンビニレン（ＰＴＶ）の前駆体高分子の水−エタ
ノール１：１溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）を
ＰＴＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解した。図
１の電極１，２を形成してあるＳｉＯ2（絶縁層７）上
において、上記の混合溶液からスピンキャスト法によっ
て１μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真空下において
８時間、２００℃で処理することによって前駆体高分子
をＰＴＶにした。
ｅ ｅｔ ａｌ． Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｍｕｎ．，
２８， ２２９（１９８７）］によって作製したポリチ
ェニレンビニレン（ＰＴＶ）の前駆体高分子の水−エタ
ノール１：１溶液にリン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）を
ＰＴＶに対して９１．５８Ｗｔ％の割合で溶解した。図
１の電極１，２を形成してあるＳｉＯ2（絶縁層７）上
において、上記の混合溶液からスピンキャスト法によっ
て１μｍの薄膜を作製した。その薄膜を真空下において
８時間、２００℃で処理することによって前駆体高分子
をＰＴＶにした。
【００５３】このようにして得られた薄膜上に絶縁層５
として膜厚１０μｍのポリエチレンを真空蒸着した。さ
らに、図１の電極３，６を形成するために、金を真空蒸
着した。
として膜厚１０μｍのポリエチレンを真空蒸着した。さ
らに、図１の電極３，６を形成するために、金を真空蒸
着した。
【００５４】このようにして得られた素子の真空中での
電気伝導度は電極３，６の間の電界が１０3Ｖ／ｃｍ以
下の時は１０-10Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、１０3Ｖ／
ｃｍを超える電界を印加したときの電気伝導度は１０-8
Ｓ・ｃｍ-1となり、この結果２桁の電気伝導度の値の上
昇が観測された。すなわち、印加した電界によりπ−共
役系高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
電気伝導度は電極３，６の間の電界が１０3Ｖ／ｃｍ以
下の時は１０-10Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、１０3Ｖ／
ｃｍを超える電界を印加したときの電気伝導度は１０-8
Ｓ・ｃｍ-1となり、この結果２桁の電気伝導度の値の上
昇が観測された。すなわち、印加した電界によりπ−共
役系高分子材料の電気伝導度を制御することが出来た。
【００５５】（実施例５）ポリエチレン基板７（厚み３
０ミクロン）上に図１の電極１，２を形成するために金
を真空蒸着した。その電極を用いてポリピロールとテト
ラメチルアンモニウムパラトルエンスルホネートを含む
アセトニトリル溶媒中で電解重合によってポリピロール
薄膜を作成した。それを常法にしたがい、電気化学的に
脱ドープして電気化学的に脱ドープして電気的に中性状
態にした。次いで、そのポリピロール薄膜に、酒石酸カ
リウムナトリウムを溶かした希塩酸溶液を含浸させた。
酒石酸カリウムナトリウムの含浸量は１０重量％であっ
た。その希塩酸溶液含浸薄膜に５０ＫＶ／ｃｍの電界を
印加しながら約３倍に一軸延伸し、そのまま真空に排気
して希塩酸は除去した。
０ミクロン）上に図１の電極１，２を形成するために金
を真空蒸着した。その電極を用いてポリピロールとテト
ラメチルアンモニウムパラトルエンスルホネートを含む
アセトニトリル溶媒中で電解重合によってポリピロール
薄膜を作成した。それを常法にしたがい、電気化学的に
脱ドープして電気化学的に脱ドープして電気的に中性状
態にした。次いで、そのポリピロール薄膜に、酒石酸カ
リウムナトリウムを溶かした希塩酸溶液を含浸させた。
酒石酸カリウムナトリウムの含浸量は１０重量％であっ
た。その希塩酸溶液含浸薄膜に５０ＫＶ／ｃｍの電界を
印加しながら約３倍に一軸延伸し、そのまま真空に排気
して希塩酸は除去した。
【００５６】このようにして得られた薄膜４上に絶縁層
５として膜厚１ミクロンのポリエチレンを真空蒸着し
た。さらに、図１の電極３，６を形成するために金を真
空蒸着した。
５として膜厚１ミクロンのポリエチレンを真空蒸着し
た。さらに、図１の電極３，６を形成するために金を真
空蒸着した。
【００５７】このようにして得られた素子の真空中での
電気伝導度は電極３と６の間に電圧を印加しないときは
１０-9Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、５０Ｖの電圧を印加
したときの電気伝導度は１０-4Ｓ・ｃｍ-1となり、この
結果５桁の電気伝導度の値の上昇が観測された。すなわ
ち、印加した電界によりπ−共役系高分子材料の電気伝
導度を制御することができた。
電気伝導度は電極３と６の間に電圧を印加しないときは
１０-9Ｓ・ｃｍ-1であった。一方、５０Ｖの電圧を印加
したときの電気伝導度は１０-4Ｓ・ｃｍ-1となり、この
結果５桁の電気伝導度の値の上昇が観測された。すなわ
ち、印加した電界によりπ−共役系高分子材料の電気伝
導度を制御することができた。
【図１】本発明の一実施例に係る電気素子の概略構成図
である。
である。
【図２】導電性高分子を用いた従来のＦＥＴの概略構成
図である。
図である。
【図３】実施例１におけるＪ−Ｆ（電流密度−電界）特
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
１，２ 入出力電極 ３，６ 制御電極 ４ 混合膜 ５ 絶縁層 ７ 絶縁基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 51/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 誘電体の電気分極により励起状態になる
ことにより電気伝導度が向上し得る性質を有するπ−共
役系高分子材料と、 該π−共役系高分子材料に近接して配置された強誘電性
物質と、 該π−共役系高分子材料の両端にオーム接触された一対
の入出力電極と、 該π−共役系高分子材料の前記一対の入出力電極間を結
ぶ方向に交叉して該π−共役系高分子材料を挟持する方
向に配置された一対の制御電極とを具備し、該一対の制
御電極間に印加される電圧に応じて前記一対の入出力電
極間の電気伝導度が変化することを特徴とする電気素
子。 - 【請求項２】 前記π−共役系高分子材料が配向してい
る請求項１記載の電気素子。 - 【請求項３】 前記強誘電性物質は、前記π−共役系高
分子材料に混合されることにより、前記近接配置されて
いる請求項１記載の電気素子。 - 【請求項４】 前記制御電極が、絶縁材により前記π−
共役系高分子材料と絶縁されている請求項１ないし３の
いずれかに記載の電気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41460990A JP3169618B2 (ja) | 1989-12-27 | 1990-12-27 | 電気素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33641889 | 1989-12-27 | ||
| JP1-336418 | 1989-12-27 | ||
| JP41460990A JP3169618B2 (ja) | 1989-12-27 | 1990-12-27 | 電気素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225567A JPH04225567A (ja) | 1992-08-14 |
| JP3169618B2 true JP3169618B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=26575465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41460990A Expired - Fee Related JP3169618B2 (ja) | 1989-12-27 | 1990-12-27 | 電気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169618B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003017282A1 (fr) * | 2001-08-13 | 2003-02-27 | Advanced Micro Devices, Inc. | Cellule de memoire |
| JP5717490B2 (ja) | 2011-03-24 | 2015-05-13 | 株式会社東芝 | 有機分子メモリ |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP41460990A patent/JP3169618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04225567A (ja) | 1992-08-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |