JP3256029B2 - Embedded atomic wires and method for producing embedded atomic wires - Google Patents

Embedded atomic wires and method for producing embedded atomic wires

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JP3256029B2
JP3256029B2 JP15328393A JP15328393A JP3256029B2 JP 3256029 B2 JP3256029 B2 JP 3256029B2 JP 15328393 A JP15328393 A JP 15328393A JP 15328393 A JP15328393 A JP 15328393A JP 3256029 B2 JP3256029 B2 JP 3256029B2
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超高密度配線技術のみな
らず、複数の原子より構成された素子と組み合わせた超
高密度集積回路の構成法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to not only an ultra-high-density wiring technique but also a method of constructing an ultra-high-density integrated circuit combined with an element composed of a plurality of atoms.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の集積回路構成技術における微細加
工技術は、その最小加工寸法の限界が0.1μmである
ということが一般に知られており、これに代る極微小デ
バイスとして、原子レベルでのスイッチングデバイスが
提案されている(特願平3−340649)。この発明
においては、結晶平面上に原子を並べることによりスイ
ッチングデバイスを構成し、超高集積、超高密度素子の
実現を提案している。
2. Description of the Related Art It is generally known that a conventional microfabrication technology in an integrated circuit construction technology has a minimum processing size limit of 0.1 μm. (Japanese Patent Application No. 3-340649) has been proposed. In the present invention, a switching device is configured by arranging atoms on a crystal plane, and realization of ultra-high integration and ultra-high density elements is proposed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】結晶面上に原子を並べ
ることにより構成されたデバイスにおいては、温度等の
影響により原子配列が乱れ、所望の特性を得ることが困
難となる場合があり、高温状態においては、これを安定
に存在させることが課題となる。
In a device constituted by arranging atoms on a crystal plane, the arrangement of atoms may be disturbed by the influence of temperature or the like, and it may be difficult to obtain desired characteristics. In the state, it is an issue to make this exist stably.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記原子スイッチングデ
バイスを結晶面上に安定に存在させることを実現するた
めに、本発明においては、結晶面上に形成した溝にデバ
イスを構成する原子を埋め込み、あるいは更に他の原子
で覆うことにより、熱的な擾乱等の影響を取り除く手段
を提供する。
In order to realize that the above-mentioned atomic switching device is stably present on a crystal plane, in the present invention, atoms forming the device are buried in grooves formed on the crystal plane, Alternatively, by covering with another atom, a means for removing the influence of thermal disturbance or the like is provided.

【0005】[0005]

【作用】本発明で開示する原子細線の原理を図1を用い
て説明する。図1(a)は絶縁体乃至半導体の基板12
上に形成された導電性原子細線11を示す平面図であ
る。AA’における(a)の断面図(b)が示すよう
に、この原子細線11は基板12の結晶表面上に形成さ
れた溝に埋め込まれており、基板表面上で安定に存在し
うる。これは原理的に考えられる最小の電子回路構成要
素である。
The principle of the atomic wires disclosed in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows an insulator or semiconductor substrate 12.
It is a top view which shows the conductive atomic fine wire 11 formed above. As shown in the cross-sectional view (b) of (a) in AA ′, the atomic wires 11 are embedded in the grooves formed on the crystal surface of the substrate 12 and can stably exist on the substrate surface. This is the smallest electronic circuit component conceivable in principle.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

(実施例1)本実施例では原子細線の実現方法について
開示する。原子操作は、走査型トンネル顕微鏡(ST
M)を用いて行う(STMについての詳細は、例えば、
ジ−・ビニッヒ、エッチ・ロ−ラ−、フィジカル・レヴ
ュ−・レタ−ズ49巻57項1982年(G.Binnig,H.Rohrer,Ph
ys.Rev.Lett.,49,57(1982))に記載)。STMにおい
て、探針と試料基板との間にトンネル電流が検出される
程度まで両者を接近させた状態で、探針に加える電圧に
よって結晶表面から個々の原子を引き抜くことが可能で
ある。例えば、二硫化モリブデン(MoS2)は探針に
−5.0Vの電圧パルスを印加することにより、結晶表
面上のS原子が引き抜かれるということが報告されてい
る(エス・ホソキ、アプライド・サ−フェス・サイエンス、
60/61巻643項1992年(S.Hosoki,Appl.Surf.Sci.,60/61,6
43(1992)))。また、基板表面上に弱く結合した吸着原
子が存在する場合、やはり探針に電圧を印加することに
よって表面拡散を誘起し、吸着原子を探針直下に引き寄
せることも可能である。例えば、ヒ化ガリウム(GaA
s)基板上に吸着したセシウム(Cs)原子は、探針に
−3.0Vのパルスを印加すると、探針の下に集まって
くるという報告もなされている(エル・ジェイ・ホイット
マン、フィジカル・レヴュ−・レタ−ズ66巻1338項1991
年(L.J.Whitman,Phys.Rev.Lett.,66,1338(1991)))。
(Embodiment 1) This embodiment discloses a method for realizing an atomic wire. Atom manipulation is performed by a scanning tunneling microscope (ST
M) (for details on STM, for example,
G. Binnig, H. Rohrer, Ph. 49, 57, 1982, Physical Review Letters
ys. Rev. Lett., 49 , 57 (1982)). In the STM, individual atoms can be extracted from the crystal surface by a voltage applied to the probe in a state where the probe and the sample substrate are brought close to each other until a tunnel current is detected. For example, it has been reported that molybdenum disulfide (MoS 2 ) can extract S atoms on the crystal surface by applying a voltage pulse of −5.0 V to the probe (S. Hosoki, Applied Science, Inc.). -Fes Science,
60/61, 643, 1992 (S. Hosoki, Appl.Surf.Sci., 60/61 , 6
43 (1992))). When weakly bonded adatoms are present on the substrate surface, it is also possible to induce surface diffusion by applying a voltage to the probe and to draw the adatoms directly below the probe. For example, gallium arsenide (GaAs)
s) It has also been reported that cesium (Cs) atoms adsorbed on a substrate collect under a probe when a pulse of -3.0 V is applied to the probe (El J. Whitman, Physical. Review Letters Volume 66 1338 (1991)
Year (LJ Whitman, Phys. Rev. Lett., 66 , 1338 (1991)).

【0007】実際に原子細線を実現する手順を図2を用
いて説明する。なお、図2(a1)(b1)(c1)
(d1)は基板結晶を上から見た平面図であり、(a
2)(b2)(c2)(d2)は、それぞれ(a1)
(b1)(c1)(d1)のAA’における断面図であ
る。まず、基板結晶を構成する原子21の表面原子を引
き抜き、図2(a1)(a2)に示したような細溝22
を形成する。図2の平面図において太線で示した原子2
1は表面に存在するものを表しており、そうでないもの
は2層目以下に存在するものを表す。
A procedure for actually realizing an atomic wire will be described with reference to FIG. 2 (a1) (b1) (c1)
(D1) is a plan view of the substrate crystal seen from above, and (a)
2) (b2), (c2) and (d2) are (a1)
It is sectional drawing in AA 'of (b1) (c1) (d1). First, the surface atoms of the atoms 21 constituting the substrate crystal are extracted, and the narrow grooves 22 as shown in FIGS.
To form Atom 2 shown by a thick line in the plan view of FIG.
Reference numeral 1 denotes a substance existing on the surface, and a substance other than that represents a substance existing in the second or lower layer.

【0008】次に、原子細線を構成する原子23を基板
表面に吸着させ(図2(b1)(b2))、細溝22上
で探針に電圧パルスを加え拡散させることによって細溝
22にこの原子23を埋め込む(図2(c1)(c
2))。さらに、探針を細溝22から他の領域へ移動
し、再び電圧パルスを加え、細溝22付近に残された吸
着原子23他の領域へ拡散することにより細溝22付近
から吸着原子23を除去する。細溝22中に埋め込まれ
た吸着原子24は基板原子とより多く接しているため
に、基板上の吸着原子23に比べて安定であるから、こ
の結果、基板上の吸着原子23のみが拡散、除去され、
細溝22中の吸着原子24が配列し細線状に残り、図2
(d1)(d2)のような原子細線25が形成される。
Next, the atoms 23 constituting the atomic fine wire are adsorbed on the substrate surface (FIGS. 2 (b1) and 2 (b2)). This atom 23 is embedded (FIG. 2 (c1) (c
2)). Further, the probe is moved from the narrow groove 22 to another region, a voltage pulse is applied again, and the adatoms 23 left near the narrow groove 22 are diffused to other regions, thereby removing the adatoms 23 from the vicinity of the narrow groove 22. Remove. Since the adatoms 24 embedded in the narrow grooves 22 are in more contact with the substrate atoms and are more stable than the adatoms 23 on the substrate, as a result, only the adatoms 23 on the substrate are diffused. Removed
The adsorbed atoms 24 in the narrow groove 22 are arranged and remain in a fine line shape.
The atomic wires 25 as shown in (d1) and (d2) are formed.

【0009】原子細線の形状は一般に一本の直線である
必然性はなく、基板と細線原子との相互作用により最も
安定な形状、例えば図3(a)のようなジグザグ構造
や、(b)のような複数の細線原子32からなる鎖を結
晶基板31上に形成してもよい。図3においても、図2
平面図と同様に太線で示した原子31は表面に存在する
ものを表しており、そうでないものは2層目以下に存在
するものを表す。本実施例では細線原子32を規則的に
配列した状態を示したが、ランダムな配列でも同様な効
果が得られる。
In general, the shape of an atomic wire need not be a single straight line, but the most stable shape due to the interaction between the substrate and the fine wire atoms, for example, a zigzag structure as shown in FIG. Such a chain composed of a plurality of fine wire atoms 32 may be formed on the crystal substrate 31. In FIG. 3, FIG.
Like the plan view, the atoms 31 indicated by thick lines represent those present on the surface, and those not present represent those present in the second and lower layers. In the present embodiment, the state is shown in which the fine wire atoms 32 are regularly arranged, but the same effect can be obtained by random arrangement.

【0010】細線原子24の原子半径は、細溝22の幅
とほぼ等しい場合が最適であるが、原子半径が溝幅より
も大きい場合でも溝内部に埋め込むことが可能でり、小
さい場合には密充填される。
The atomic radius of the fine wire atom 24 is optimal when it is almost equal to the width of the fine groove 22. However, even when the atomic radius is larger than the groove width, it can be embedded in the groove. Closely packed.

【0011】STMは絶縁性試料に対しては応用できな
いため、埋込原子細線の具体的実現方法としては、例え
ばシリコン(Si)のような半導体を基板として用い、
導電性原子としてはセシウム(Cs)のようなアルカリ
金属を用いて室温において原子細線を形成し、これを例
えば液体窒素温度(77K)まで冷却することにより、
基板のみを絶縁化して用いるということが可能である。
基板温度は基板と原子細線の電導度により、数μKから
数100Kの間の適当な値を選択できる。
Since the STM cannot be applied to an insulating sample, a specific method of realizing the buried atomic wires is to use a semiconductor such as silicon (Si) as a substrate, for example.
By forming an atomic wire at room temperature using an alkali metal such as cesium (Cs) as a conductive atom and cooling it to, for example, liquid nitrogen temperature (77K),
It is possible to use only the substrate in an insulated state.
As the substrate temperature, an appropriate value between several μK and several hundred K can be selected depending on the conductivity of the substrate and the atomic wires.

【0012】(実施例2)本実施例では、複数種の原子
を用いた原子細線に関する実施例を示す。細線原子は一
種類であるとは限らず、複数種の原子が用いられる場合
もある。化学的あるいは物理的性質の異なる複数種の原
子を用いることにより、原子細線の電導度を変化させた
り、実施例3に示すような複数の異なる移動特性を持つ
原子を必要とする素子を構成することが可能となる。一
本の原子細線に複数種の原子を用いる場合、最初に一種
類の細線原子により細溝を充填した後、必要な数だけ細
線原子を引き抜き、異種の細線原子を吸着、拡散させ再
び細溝を充填する。これを繰り返すことにより、任意の
種類の原子から成る原子細線を実現することが可能とな
る。また、他の方法としては、複数の原子種を基板表面
に吸着させ、探針に電圧パルスを加えることにより複数
の原子種よりなる原子細線を実現できる。更に、互いに
結合を作りやすい複数種の原子を同時に溝中に埋め込む
ことにより、組成の一定した原子細線を形成できる。
(Embodiment 2) In this embodiment, an embodiment relating to an atomic wire using a plurality of types of atoms will be described. The fine wire atom is not limited to one kind, and a plurality of kinds of atoms may be used. By using a plurality of types of atoms having different chemical or physical properties, the conductivity of an atomic wire is changed, or an element which requires a plurality of atoms having different transfer characteristics as shown in Embodiment 3 is constructed. It becomes possible. When using multiple types of atoms in a single atomic wire, first fill the narrow groove with one type of fine line atom, extract the required number of fine line atoms, adsorb and diffuse different types of fine line atoms, and then re-enter the fine groove. Fill. By repeating this, it is possible to realize an atomic wire composed of any kind of atoms. As another method, an atomic wire composed of a plurality of atomic species can be realized by adsorbing a plurality of atomic species on the substrate surface and applying a voltage pulse to the probe. Further, by simultaneously burying a plurality of types of atoms which are likely to form bonds with each other in the groove, an atomic wire having a constant composition can be formed.

【0013】図4に基板結晶41上に形成した、2種類
の原子42、43を含む原子細線の一例を示す。この場
合も、配列はジグザグ構造、複数鎖構造、あるいはラン
ダム構造でもよい。図4においても、図2平面図と同様
に太線で示した原子31は表面に存在するものを表して
おり、そうでないものは2層目以下に存在するものを表
す。
FIG. 4 shows an example of an atomic wire including two types of atoms 42 and 43 formed on a substrate crystal 41. Also in this case, the sequence may have a zigzag structure, a multi-chain structure, or a random structure. In FIG. 4 as well, the atoms 31 indicated by thick lines represent those existing on the surface, as in the plan view of FIG. 2, and those not present represent those existing in the second and lower layers.

【0014】(実施例3)本実施例では、原子細線を応
用したスイッチング素子の構成を示す。図5はスイッチ
ング素子の例を示したものである。図5においては最表
面原子のみを示した。原子細線51、スイッチング電極
52、53、及びスイッチング原子54、ガイド原子5
5、および基板原子56からなる。電極52にはHig
h電圧、Low電圧のいずれかが印加され、また、電極
53には両電圧の中間値が常に印加されており、電極5
2に印加する電圧によって、両電極間に生ずる電場の方
向が変化する。さらに、両電極間にはスイッチング原子
54が配置され、これに隣接するガイド原子55として
スイッチング原子54との相互作用の比較的小さいもの
を選べば、スイッチング原子54は電場によって両電極
間の移動が可能となる。スイッチング原子54の移動に
より原子細線51に対して、スイッチング作用を示す。
すなわち、スイッチング原子54が原子細線51中にあ
る場合はON状態(図5(a))を、無い場合はOFF
状態(図5(b))を示す。また、電極53に中間電圧
を印加しないで、電極52にHigh電圧を加えスイッ
チング原子54を移動してONにし、電極53にHig
h電圧を印加してOFFにすることも可能である。スイ
ッチング原子54は複数であってもよく、原子細線51
を構成する原子と同種の原子であってもよい。また、ガ
イド原子55は基板原子56と同種の原子でもよい。例
えば、基板としては、シリコン(Si)、ヒ化ガリウム
(GaAs)、二硫化モリブデン(MoS2)等の半導
体、あるいは酸化アルミニウム(Al23)、酸化マグ
ネシウム(MgO)のような絶縁体を用いることがで
き、細線としては、ナトリウム(Na)、マグネシウム
(Mg)、金(Au)、鉄(Fe)、銅(Cu)等の金
属原子が用いられるが、基本的には導電性を示す材料で
あればよい。特に金を用いたときに良好な特性が得られ
た。スイッチング原子としては表面での移動が容易な原
子を用いることができる。例えば、カリウム(K)、セ
シウム(Cs)等の金属原子、あるいはキセノン(X
e)等の基板との相互作用の小さい原子が適当である。
また、ガイド原子としては、基板と同様に半導体あるい
は絶縁体が適当である。シリコン(Si)基板上に金
(Au)原子からなる原子細線を形成して、スイッチン
グ原子としてセシウム(Cs)を、ガイド原子としてシ
リコン(Si)を用いたときに良好なスイッチング特性
が得られた。
(Embodiment 3) In this embodiment, a configuration of a switching element to which an atomic wire is applied will be described. FIG. 5 shows an example of the switching element. FIG. 5 shows only the outermost surface atoms. Atomic wires 51, switching electrodes 52 and 53, switching atoms 54, guide atoms 5
5 and substrate atoms 56. The electrode 52 has Hig
One of the h voltage and the Low voltage is applied, and an intermediate value between the two voltages is always applied to the electrode 53.
The direction of the electric field generated between the two electrodes changes depending on the voltage applied to 2. Further, a switching atom 54 is disposed between the two electrodes, and if a switching atom 54 having a relatively small interaction with the switching atom 54 is selected as a guide atom 55 adjacent thereto, the switching atom 54 moves between the two electrodes by an electric field. It becomes possible. The movement of the switching atoms 54 exerts a switching action on the atomic wires 51.
That is, when the switching atom 54 is in the atomic wire 51, it is in the ON state (FIG. 5A).
The state (FIG. 5B) is shown. Also, without applying an intermediate voltage to the electrode 53, a high voltage is applied to the electrode 52 to move the switching atom 54 to be turned on, and a high voltage is applied to the electrode 53.
It is also possible to turn off by applying the h voltage. The switching atom 54 may be plural, and the atom wire 51
May be the same kind of atoms as the atoms constituting Further, the guide atoms 55 may be the same type of atoms as the substrate atoms 56. For example, as the substrate, a semiconductor such as silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), molybdenum disulfide (MoS 2 ), or an insulator such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or magnesium oxide (MgO) is used. Metal wires such as sodium (Na), magnesium (Mg), gold (Au), iron (Fe), and copper (Cu) are used as the fine wires, but they basically exhibit conductivity. Any material may be used. In particular, good characteristics were obtained when gold was used. As the switching atoms, atoms that can easily move on the surface can be used. For example, metal atoms such as potassium (K) and cesium (Cs), or xenon (X
An atom having a small interaction with the substrate such as e) is suitable.
As the guide atoms, a semiconductor or an insulator is appropriate as in the case of the substrate. Good switching characteristics were obtained when an atomic wire composed of gold (Au) atoms was formed on a silicon (Si) substrate, and cesium (Cs) was used as switching atoms and silicon (Si) was used as guide atoms. .

【0015】(実施例4)本実施例では、表面を他の原
子で覆った原子細線の実施例を開示する。図6(a)は
原子細線63に平行にとった断面図、(b)はAA’に
おいて原子細線63に垂直にとった断面図を示す。基板
原子61により構成された結晶表面に埋め込まれた原子
細線63に対して、その表面を更に絶縁原子62で覆う
ことにより、表面から完全に埋没した原子細線63を構
成することが可能であり、これにより原子細線63は更
に安定する。例えば、原子細線63として金(Au)、
銀(Ag)、銅(Cu)、セシウム(Cs)等の金属、
絶縁原子62として金属酸化物、金属窒化物、有機炭素
化合物、フラ−レン(C60)等の絶縁体を用いることが
可能である。また、原子細線63の配列はジグザグ構
造、複数鎖構造、あるいはランダム構造でもよく、絶縁
原子62は複数層でであってもよい。尚、フラ−レン
(C60)はアルカリ金属をド−プすることにより、導電
体材料としても用いることができる。
(Embodiment 4) This embodiment discloses an embodiment of an atomic wire in which the surface is covered with another atom. FIG. 6A is a cross-sectional view taken in parallel to the atomic thin line 63, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken in a direction perpendicular to the atomic thin line 63 in AA ′. With respect to the atomic wires 63 embedded in the crystal surface formed by the substrate atoms 61, the surface is further covered with insulating atoms 62, whereby it is possible to configure the atomic wires 63 completely buried from the surface. Thereby, the atomic wires 63 are further stabilized. For example, gold (Au) as the atomic wire 63,
Metals such as silver (Ag), copper (Cu), cesium (Cs),
As the insulating atoms 62, an insulator such as a metal oxide, a metal nitride, an organic carbon compound, and fullerene (C 60 ) can be used. Further, the arrangement of the atomic wires 63 may be a zigzag structure, a multi-chain structure, or a random structure, and the insulating atoms 62 may be a multilayer. The fullerene (C 60 ) can also be used as a conductor material by doping an alkali metal.

【0016】(実施例5)本実施例では、積層原子細線
に関する実施例を開示する。図7(a)は原子細線74
に平行にとった断面図、(b)はAA’において原子細
線73に平行にとった断面図を示す。これは、基板結晶
71上に原子細線73を形成したものを絶縁原子72で
被覆し、更にその上に原子細線74を形成し絶縁原子7
5で被覆することにより構成した積層原子細線の例を示
したものである。絶縁原子72,75は同種原子、分子
であってもよい。これを繰り返すことにより任意の層数
の積層構造を得ることが可能であり、各層に実施例3に
示したデバイスを配置することも可能である。このと
き、各層間の原子細線は少なくとも相互作用の無い程度
に離れていなければならない。発明者等の検討によれ
ば、各層間の距離は少なくとも1nm以上必要であり、
特に1.4nm以上の距離を置いた場合に良好な絶縁物
性を示すことが分かった。
(Embodiment 5) In this embodiment, an embodiment relating to laminated atomic wires will be disclosed. FIG. 7A shows an atomic wire 74.
And (b) is a cross-sectional view of AA ′ taken in parallel with the atomic wire 73. In this method, an atomic wire 73 formed on a substrate crystal 71 is covered with insulating atoms 72, and an atomic wire 74 is further formed thereon to form an insulating atom 7.
5 shows an example of a laminated atomic thin wire constituted by coating with No. 5. The insulating atoms 72 and 75 may be the same kind of atoms and molecules. By repeating this, it is possible to obtain a laminated structure of an arbitrary number of layers, and it is also possible to arrange the device described in the third embodiment on each layer. At this time, the atomic wires between the layers must be separated at least so as not to cause any interaction. According to the studies by the inventors, the distance between the layers must be at least 1 nm,
In particular, it has been found that good insulating properties are exhibited when a distance of 1.4 nm or more is provided.

【0017】以上の実施例において、原子細線は基板結
晶を構成する原子を除いた溝中に形成したが、基板は必
ずしも結晶である必要はなく、例えば酸化シリコン(S
iO2)の如く、アモルファスであってもよい。この場
合、原子細線は必ずしも直線構造とはならず、不規則な
構造となる場合もある。
In the above embodiment, the fine atomic wires are formed in the grooves excluding the atoms constituting the substrate crystal. However, the substrate is not necessarily required to be a crystal.
It may be amorphous, as in iO 2 ). In this case, the atomic wires do not always have a linear structure, and may have an irregular structure.

【0018】また、以上の実施例において、基板結晶は
単一原子から成る構造を開示したが、ヒ化ガリウム(G
aAs)、酸化アルミニウム(Al23)等、複数種の
原子から成る基板を用いることも可能である。
In the above embodiment, the structure in which the substrate crystal is composed of a single atom is disclosed.
It is also possible to use a substrate composed of a plurality of types of atoms such as aAs) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

【0019】(実施例6)本実施例では、実施例5に示
した積層原子細線において、相異なる層内に形成した複
数の原子細線間を電気的に接続した例を開示する。図8
(a)は原子細線84、85に平行な断面図、(b)は
AA’における断面図を示す。実施例5と同様に、基板
原子81により構成された結晶表面上に原子細線85を
形成し、これを絶縁原子82で被覆した上に原子細線8
4を形成し、さらに絶縁原子83で被覆することによっ
て構成した積層原子細線において、原子細線84と原子
細線85は原子細線86により電気的に接続されてお
り、これにより各層間の電気的接続を得ることが可能で
ある。原子細線84、85、86を構成する原子は同種
原子でもよく、絶縁原子82、83も同種原子でもよ
い。
Embodiment 6 This embodiment discloses an example in which a plurality of atomic wires formed in different layers are electrically connected to each other in the laminated atomic wires shown in Example 5. FIG.
(A) is a sectional view parallel to the atomic wires 84 and 85, and (b) is a sectional view along AA '. In the same manner as in Example 5, an atomic wire 85 is formed on the crystal surface constituted by the substrate atoms 81, and this is covered with an insulating atom 82.
4 is formed and further covered with insulating atoms 83. In the laminated atomic wires, the atomic wires 84 and 85 are electrically connected by the atomic wires 86, whereby the electrical connection between the respective layers is established. It is possible to get. The atoms constituting the atomic wires 84, 85 and 86 may be the same kind of atoms, and the insulating atoms 82 and 83 may be the same kind of atoms.

【0020】(実施例7)本実施例では、同一層内の2
本の原子細線の交差例を開示する。図9(a)は原子細
線95、96に平行な断面図、(b)はAA’における
断面図を示す。基板原子91により構成された結晶表面
上に相交差する原子細線94、95が存在する場合、実
施例6で示した層間の原子細線接続法を用いて、原子細
線96、97によりブリッジ構造を構成することによっ
て、原子細線の電気的に相互作用のないような交差を実
現することが可能である。絶縁原子92、93は同種原
子でよく、原子細線94、95、96、97を構成する
原子についても同種原子であってもよい。
(Embodiment 7) In this embodiment, two layers in the same layer
An example of the intersection of atomic wires in a book is disclosed. 9A is a cross-sectional view parallel to the atomic wires 95 and 96, and FIG. 9B is a cross-sectional view along AA ′. When atomic wires 94 and 95 crossing each other are present on the crystal surface constituted by the substrate atoms 91, a bridge structure is formed by the atomic wires 96 and 97 using the atomic wire connection method between layers described in the sixth embodiment. By doing so, it is possible to realize an intersection of atomic wires without any electrical interaction. The insulating atoms 92 and 93 may be the same kind of atoms, and the atoms constituting the atomic wires 94, 95, 96 and 97 may be the same kind of atoms.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明による原子細線によれば、従来の
プロセスを用いた集積回路と比較して、遥かに高密度の
回路を構成し得る。
According to the atomic wires according to the present invention, a circuit with a much higher density can be constructed as compared with an integrated circuit using a conventional process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)本発明による埋め込み原子細線の図。
(b)AA’における原子細線の断面図。
FIG. 1 (a) is a view of an embedded atomic wire according to the present invention.
(B) Sectional view of the atomic wire in AA '.

【図2】原子細線の作製手順を示した図。(a1)(b
1)(c1)(d1)平面図。(a2)(b2)(c
2)(d2)それぞれ(a1)(b1)(c1)(d
1)のAA’における断面図。
FIG. 2 is a view showing a procedure for producing an atomic wire. (A1) (b
1) (c1) and (d1) plan views. (A2) (b2) (c
2) (d2) (a1) (b1) (c1) (d
Sectional drawing in AA 'of 1).

【図3】(a)(b)原子細線の例を示した図。FIGS. 3A and 3B show examples of atomic wires. FIG.

【図4】複数種の原子を用いた原子細線の一例を示した
図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an atomic wire using a plurality of types of atoms.

【図5】原子レベルのスイッチング素子の一例を示した
図。
FIG. 5 shows an example of an atomic-level switching element.

【図6】原子細線の表面を覆った一例を示した図。
(a)平面図。(b)AA’における断面図。
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the surface of an atomic wire is covered.
(A) Plan view. (B) Sectional drawing in AA '.

【図7】積層原子細線の一例を示した図。(a)平面
図。(b)AA’における断面図。
FIG. 7 is a view showing an example of a laminated atomic wire. (A) Plan view. (B) Sectional drawing in AA '.

【図8】異なった層内の原子細線を接続した一例を示し
た図。(a)断面図。(b)AA’における断面図。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which atomic wires in different layers are connected. (A) Sectional drawing. (B) Sectional drawing in AA '.

【図9】原子細線の交差の一例を示した図。(a)断面
図。(b)AA’における断面図。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the intersection of atomic wires. (A) Sectional drawing. (B) Sectional drawing in AA '.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、25、51、63、73、74、84、85、8
6、94、95、96、97;原子細線、 12;基板
結晶、 21、31、41、56、61、71、81、
91;基板原子、 22;原子細溝、 23;吸着原
子、 24、32;細線原子、 42;細線原子1、
43;細線原子2、 52、53;スイッチング電極、
54;スイッチング原子、 55;ガイド原子、 6
2、72、75、82、83、92、93;絶縁原子
11, 25, 51, 63, 73, 74, 84, 85, 8
6, 94, 95, 96, 97; atomic wires, 12; substrate crystal, 21, 31, 41, 56, 61, 71, 81,
Reference numeral 91: substrate atom, 22: atomic fine groove, 23; adatom, 24, 32; fine atom, 42; fine atom 1,
43; fine wire atoms 2, 52, 53; switching electrode,
54; switching atom 55: guide atom 6
2, 72, 75, 82, 83, 92, 93; insulating atoms

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−175513(JP,A) D.M.Eigler,et al, Positioning single atoms with a scan ning tunnelling mi croscope,NATURE Vo l.344 pp.524−526(1990) Shigeyuki Hosoki, et al,Surface modi fication of MoS2 u sing an STM,Applie d Surface Science 60/61 pp.643−647(1991) Yasuo Wada,et al, A proposal of nano scale devices base d on atom/molecule switching,J.Appl. Phys.74(12)pp.7321−7328 (1993) Ken−ichi Tanaka,A tomic−Scale Chemis try of Metal Surfa ces,Jpn.J.Appl.Vo l.32 pp.1389−1393(1993) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/06 H01L 21/20 H01L 21/3205 H01L 29/66 JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) References JP-A-5-175513 (JP, A) M. Eigler, et al, Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope, NATURE Vol. 344 pp. 524-526 (1990) Shigeyuki Hosoki, et al., Surface modification of MoS2 using an STM, Applied Surface Science 60/61 pp. 643-647 (1991) Yasuo Wada, et al., A proposal of nanoscale devices base on atom / molecule switching, J. Mol. Appl. Phys. 74 (12) pp. 7321-7328 (1993) Ken-ichi Tanaka, Atomic-Scale Chemistry of Metal Surfaces, Jpn. J. Appl. Vol. 32 pp. 1389-1393 (1993) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/06 H01L 21/20 H01L 21/3205 H01L 29/66 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された、原子一個乃至
複数個分の深さ及び幅を持つ溝に導電性の原子を複数個
埋め込み、結晶面上で安定に存在しうる構造を具備した
ことを特徴とする原子細線。
1. A structure having a structure in which a plurality of conductive atoms are buried in a groove formed on a semiconductor substrate and having a depth and a width corresponding to one or more atoms, and which can stably exist on a crystal plane. A thin atomic wire, characterized in that:
【請求項2】 半導体基板の溝中に形成された原子細線に
おいて、その表面を非導電性の原子で覆った構造を具備
したことを特徴とする請求項1に記載した埋込原子細
線。
2. The buried atomic fine wire according to claim 1, wherein the atomic fine wire formed in the groove of the semiconductor substrate has a structure in which the surface is covered with non-conductive atoms.
【請求項3】 半導体基板面上で、複数個の原子細線を、
基板表面と垂直方向に形成された層状構造を具備したこ
とを特徴とする請求項1に記載した埋込原子細線。
3. A method according to claim 1 , wherein a plurality of atomic wires are formed on the surface of the semiconductor substrate.
2. The buried atomic wire according to claim 1, comprising a layered structure formed in a direction perpendicular to the surface of the substrate.
【請求項4】前記半導体基板は結晶基板で有ることを特
徴する請求項1から3のいずれか記載の埋込原子細線。
4. The buried atomic wire according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is a crystal substrate.
【請求項5】 基板を準備する工程と、前記基板を走査型
トンネル顕微鏡を用い基板を構成する表面原子を引き抜
き溝部を形成工程と、前記溝部に移動させるための原子
を吸着させる工程と、前記溝部に吸着した原子を埋め込
む工程と、を有することを特徴する埋め込み細線の製造
方法。
Preparing a 5. substrate, the step of forming a groove pull the surface atoms forming the substrate with the substrate scanning tunneling microscope, a step of adsorbing the atoms to move to the groove, the Burying the atoms adsorbed in the groove portion.
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D.M.Eigler,et al,Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope,NATURE Vol.344 pp.524−526(1990)
Ken−ichi Tanaka,Atomic−Scale Chemistry of Metal Surfaces,Jpn.J.Appl.Vol.32 pp.1389−1393(1993)
Shigeyuki Hosoki,et al,Surface modification of MoS2 using an STM,Applied Surface Science 60/61 pp.643−647(1991)
Yasuo Wada,et al,A proposal of nanoscale devices based on atom/molecule switching,J.Appl.Phys.74(12)pp.7321−7328(1993)

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