JP4118500B2 - Point contact array - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向する電極間においてポイントコンタクトを形成し、又は切断してコンダクタンスを制御する素子を複数個用いるポイントコンタクト・アレーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポイントコンタクトを構成することによりコンダクタンスを制御する方法が、例えば、先行技術〔1〕として、J.K.Gimzewski and R.Moller:Phy.Rev.B36(1987)1284,J.L,Costa−Kramer,N.Garcia,P.Garcia−Mochales,P.A.Serena,M.I.Marques and A.Corrcia:Phys.Rev.B55(1997)5416,H.Ohnishi,Y.Kondo and K.Takayanagi:Nature 395(1998)780などに記載されている。
【0003】
これらは、ポイントコンタクトの構築および制御にピエゾ素子を必要とする。すなわち、ピエゾ素子を駆動することにより、ピエゾ素子に付けられた金属探針を対向電極に対して高精度で位置決めして、探針・対向電極間にポイントコンタクトを構築、その状態を制御する。
【0004】
これらとは別に、先行技術〔2〕として、ポイントコンタクトのコンダクタンスを制御する方法であって、有機分子を用いる方法が、C.P.Collieret al,:Science285(1999)391に記載されている。
【0005】
この方法では、対向電極間に一分子厚さで挟んだロタクサン分子の導電性を、電極間に高電圧を印加することで変化させる。すなわち、電極間に挟んだロタクサン分子は初め導電性を示すが、ある極性の一定以上の電圧を印加すると、分子が酸化されて導電性が減り、電極間が絶縁される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した先行技術〔1〕の方法では、一つのポイントコンタクトに対して少なくとも一つのピエゾ素子と、それを駆動する複雑な制御回路が必要となり、これらを集積化することは極めて困難である。
【0007】
また、上記した先行技術〔2〕の方法では、一旦酸化された分子は還元して導電性を復活させることができないので、その用途が極めて限られてしまう。
【0008】
本発明は、上記状況に鑑みて、電極間のコンダクタンスの制御を、電気的にかつ可逆的に行うとともに、演算回路、論理回路、メモリ素子などへ応用可能なポイントコンタクトを複数個並べたポイントコンタクト・アレーを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕ポイントコンタクト・アレーにおいて、イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合導電体材料から成る第1電極導電性物質から成る第2電極とを備え、前記第1電極と前記第2電極との間に、前記混合導電体材料内の可動イオンからなる架橋の形成または消滅により前記電極間のコンダクタンスが制御可能な電子素子を複数個用いることを特徴とする。
【0010】
〔2〕上記〔1〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、可動イオン(Mイオン:Mは金属子)を有する前記混合導電体材料が前記可動イオン供給源(M)上に形成されていることを特徴とする。
【0011】
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記混合導電体材料がAg2 S、Ag2 Se、Cu2 S又はCu2 Seであることを特徴とする。
【0012】
〔4〕上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記混合導電体材料中に含まれる可動イオンにより、前記第1電極と第2電極間に架橋が形成され、前記電極間のコンダクタンスが変化することを利用することを特徴とする。
【0013】
〔5〕上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記第1電極と前記第2電極間に、イオンを固溶させることが可能で、かつイオンを固溶することにより電子とイオン伝導性が現れる半導体あるいは絶縁体材料を有し、この半導体あるいは絶縁体材料に前記混合導電体材料中に含まれる可動イオンが流入することにより、前記半導体ないし絶縁体のコンダクタンスが変化することを利用ことを特徴とする
〔6〕上記〔5〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記半導体あるいは絶縁体材料が、GeSx 、GeSex 、GeTex 、ないしWOx (0<x<100)の結晶体ないし非晶質体であることを特徴とする。
【0014】
〔7〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、少なくとも一部が混合導電体材料で被覆された第1電極を構成する金属線と、第2電極を構成する金属線であって、少なくとも一方の電極を構成する金属線が複数本あり、この金属線間の各交点にポイントコンタクトを設けるようにしたことを特徴とする。
【0015】
〔8〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕又は〔7〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトのコンダクタンスが量子化されていることを特徴とする。
【0016】
〔9〕上記〔8〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの量子化されたコンダクタンスを記録状態として用いる多重記録メモリ型素子を構成することを特徴とする。
【0017】
〔10〕上記〔8〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの量子化されたコンダクタンスを入力信号とし、前記各電極の電位を制御することにより、この入力信号間の加算ないし減算を行うことを特徴とする。
【0018】
〔11〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕又は〔7〕記載のポイントコンタクト・アレーにおいて、前記ポイントコンタクトの一端の電位を入力信号とする論理回路を構成することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
図1は本発明にかかる複数個のポイントコンタクトを配置したポイントコンタクト・アレーを示す斜視模式図である。
【0021】
図1に示すように、混合導電体1で被覆された金属線(第1電極)2と、金属線3,4(第2電極)との交点に可動イオン(原子)5で構成されたポイントコンタクト(架橋)6,7を形成する。これらは、絶縁性の基板8上に設置され、絶縁性の材料(図では省略)により固定される。
【0022】
第1及び第2の二つの電極間に半導体ないし絶縁体材料を挿入する場合は、この半導体ないし絶縁体中に可動イオンが固溶することにより、その半導体のコンダクタンスが変化する。
【0023】
その結果、電極間のコンダクタンスが変化する。なお、その変化量は半導体ないし絶縁体材料中に固溶する可動イオンの量に依存する。
【0024】
簡略化するため、図1においては、混合導電体1で被覆された金属線(第1電極)2が一本、金属線(第2電極)3,4が2本から成るポイントコンタクト・アレーが示されている。ポイントコンタクトの数は、電極を構成する金属線の本数の乗算であり、ここでは、2×1の2個のポイントコンタクトが形成されることになる。第1電極、第2電極を構成する金属線の本数を増やせばn個×n個のポイントコンタクト・アレーを構成することができる。
【0025】
本発明では、第1電極2と第2電極3,4間に電圧を印加して、イオン原子からなる架橋6,7を形成したり消滅させたりして、電極間に形成されたポイントコンタクトのコンダクタンスを制御する。具体的に説明すれば、第1電極2に対して第2電極3,4に適当な負電圧を印加すると、電圧と電流との効果により、混合導電体材料中の可動イオン(原子)が析出し、電極間に架橋6,7が形成される。この結果、電極間のコンダクタンスが増大する。逆に第2電極3,4に適当な正電圧を印加すると、可動イオン(原子)が混合導電体材料中に戻り、架橋6,7が消滅する。すなわち、コンダクタンスが減少する。
【0026】
このように、各金属線に印加する電圧を独立に制御することによって、第1電極2と第2電極3,4の各交点に形成されたポイントコンタクトに印加する電圧を独立に制御することができる。すなわち、各交点のポイントコンタクトのコンダクタンスを独立に制御できる。
【0027】
これにより、ポイントコンタクト・アレーからなるメモリー素子、演算素子などの電子素子とそれらからなる電気回路を構成することができる。
【0028】
以下では、混合導電体材料Ag2 S、可動イオン供給源Agから成る第1電極と、Ptからなる第2電極を用いた実施例を述べるが、他の材料を用いても同様の結果が得られることは言うまでもない。
【0029】
架橋の形成はAg原子が10個程度あれば十分可能である。測定結果から、電圧100mV、初期電極間抵抗100kΩの場合に、Ag原子10個を混合導電体Ag2 Sから引き出すのに必要な時間、すなわち架橋を形成するのに必要な時間は、高々数十ナノ秒と見積もられた。また、架橋を形成するのに必要な電力はナノワット程度と小さい。このため、本発明を用いれば、高速でかつ低消費電力型の素子を構築することができる。
【0030】
まず、本発明の第1実施例について説明する。
【0031】
図2は本発明にかかる多重メモリ素子に応用したポイントコンタクト・アレーの模式図である。
【0032】
簡略化のため、図1と同様に、2つのポイントコンタクトから成る試料を用いた。ここでは、第1電極を構成する混合導電体材料11としてAg2 Sを、金属線10としてAg線を用いた。また、第2電極を構成する金属線13,14としてPt線を用いた。第1電極を接地し、第2電極13,14にそれぞれ電圧V1,V2を独立に印加する。V1,V2として負の電圧を選ぶと、混合導電体材料11中のAg原子12が析出し、架橋15,16が形成される。V1,V2を正の電圧にすると、架橋15,16中のAg原子12が混合導電体材料11中に戻り、架橋15,16が消滅する。この詳しい機構については、本願発明者によって特願平12−265344号として提案されている。
【0033】
本発明では、ポイントコンタクトを複数用いることにより、以下に述べる新たな機能を実現している。
【0034】
本実施例では、ポイントコンタクトのコンダクタンスの制御をパルス電圧を印加することにより行った。すなわち、コンダクタンスを増大させるためには、50mVの電圧を5ミリ秒印加した。コンダクタンスを減少させる場合には、−50mVの電圧を5ミリ秒印加した。これにより、各ポイントコンタクトにおいて、量子化されたコンダクタンス間の遷移を実現した。すなわち、これがメモリとしての書き込み動作にあたる。
【0035】
そこで、記録状態を読み出すためには、V1,V2を10mVに設定し、読み出し動作によって記録したコンダクタンス値が変化しないようにした。その状態で、各ポイントコンタクトの第2電極を構成する金属線13,14に流れる電流I1 ,I2 を測定した。その結果を図3に示す。
【0036】
図3において、I1 を細い実線で、I2 を太い実線で示してある。ポイントコンタクト15ないし16に、1秒ごとに書き込み動作を行い、その都度記録状態を読み出した。左側の縦軸は実際に測定した電流値を、右側の縦軸は対応する量子化コンダクタンスを示している。コンダクタンスは、測定電流を印加電圧(10mV)除算して得られる。
【0037】
この図によれば、各ポイントコンタクトのコンダクタンスが量子化されていることが分かる。すなわち、架橋15による第1のポイントコンタクトの量子化コンダクタンスの量子数をN1 、架橋16による第2のポイントコンタクトの量子化コンダクタンスの量子数をN2 とすると、それぞれN1 =0〜3、N2 =0〜3の合計16通りの記録状態が実現されている。
【0038】
本実施例では、N=0〜3の4つの量子化状態しか用いなかったが、さらに大きな量子数をもつ状態を用いることにより、記録密度を増やすことができる。また、ポイントコンタクトの数を増やすことによって記録密度が上げられることも言うまでもない。
【0039】
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0040】
まず、第1実施例に示す構成を用いて、加算回路を実現した実施例を説明する。
【0041】
本発明による加算回路では、入力は、架橋15,16によるポイントコンタクトの量子化コンダクタンスの量子数N1 ,N2 である。入力の動作は、電圧V1,V2を制御してN1 ,N2 を所望の値に設定することで行われる。演算結果は、V1,V2を読み出し電圧、例えば10mVに設定して、第1電極10から接地電位に流出する電流Iout を測定することにより得られる。
【0042】
図4は本発明の第2実施例の演算結果を示す図である。グラフ下に、入力したN1 ,N2 と測定されたNout をグラフ横軸に対応させて示した。得られた電流値Iout がN1 +N2 に対応する量子化コンダクタンスを有していることが分かる。すなわち、加算が正確に行われている。本実施例でも、第1実施例と同様、N1 =0〜3,N2 =0〜3に対応する16通りの加算結果を示したが、より大きな量子数を用いても良い。また、用いるポイントコンタクトの数、すなわち、入力数を3個以上にしても同様のことが行える。
【0043】
次に、本発明の第3実施例について説明する。
【0044】
第1実施例に示す構成は、減算回路にも応用できる。入力の制御は第2実施例で述べたのと同じ方法で行う。減算の演算を行う際には、V1,V2として絶対値が等しく極性が逆の電圧を選べばよい。例えば、V1として10mV、V2として−10mVを設定すれば、N1 −N2 に相当する量子化コンダクタンスに対応する電流Iout が第1電極から接地電位に流出する。このとき、電流の向きが第1電極から接地電位を向いていれば演算結果は正の値を持ち、接地電位から第1電極を向いていれば演算結果は負の値を持つことになる。
【0045】
第3実施例の演算結果を図5に示す。
【0046】
1 −N2 の演算が正確に行われている。更に、3つ以上のポイントコンタクトを用いれば、N1 +N2 −N3 のような演算を一度に行うことが可能になる。例えば、この場合、V1とV2を10mV、V3を−10mVに設定して演算を行えばよい。
【0047】
次に、本発明の第4実施例について説明する。
【0048】
これは、本発明のポイントコンタクトを用いて論理回路を構成した実施例である。論理回路を構成する場合は、第1実施例〜第3実施例の場合と異なり、ポイントコンタクトにおける量子化コンダクタンス状態間の遷移は使わない。すなわち、オン・オフのスイッチング素子としてポイントコンタクトを用いる。典型的には、オンの状態の抵抗値が1kΩ以下、オフの状態の抵抗値が100kΩ以上である。
【0049】
図6は本発明のポイントコンタクトを用いて構成したORゲートの模式図である。
【0050】
Ag線21,22がAg2 S 23,24で被覆されており第1電極を構成している。これらのAg2 S 23,24から析出したAg架橋25,26が、第2電極であるPt電極20に対向して、ポイントコンタクトを形成している。Pt電極20の一端は、抵抗27(本実施例では10kΩ)を介して参照電圧VS に接続されており、もう一端は出力端子で、出力電圧Vout が出力される。Ag線21,22に対して、入力電圧V1,V2が印加されると、これにより、架橋25,26が形成されたり消滅したりして、ポイントコンタクトがオン・オフのスイッチング素子として働く。
【0051】
図7にその動作結果を示す。本実施例では、1秒毎に入力、すなわちV1,V2を変更して出力Vout を測定した。
【0052】
2入力ORゲートでは、LowレベルとHighレベルの2値化されたそれぞれの入力に対し、いずれか一方でもHighレベルならば、出力がHighレベルとならなければならない。
【0053】
そこで、まず、Lowレベルとして0V(参照電位Vsも同じ)を、Highレベルとして200mVを用いて動作させた場合の結果を図7(a)に示す。
【0054】
この図によると、2つの入力V1,V2の内、いずれか一方が200mVのとき、出力Vout は略200mVとなっており、正常に動作していることが分かる。Highレベルの電圧を500mVに上昇させても同様の結果〔図7(b)〕が得られた。
【0055】
図8は本論理回路の等価回路を示す図である。
【0056】
参照電圧Vsと入力電圧V1,V2によって、架橋25,26(図6)の生成・消滅が起こり、抵抗R1,R2(架橋によって形成されるポイントコンタクト部の抵抗)の抵抗値が変化する。電極20(図6)上の2つのポイントコンタクト間にも僅かな抵抗R12(数Ωから数十Ω程度)があるが、R0(10kΩ)、R1,R2(1kΩ〜1MΩ)に比べれば無視できる大きさである。
【0057】
まず、V1,V2ともに0Vの場合、系に接続された3つの電圧が全て0Vなので、出力Vout は必然的に0Vになる。次に、V1が0V、V2が200mV(500mV)の場合、架橋25(図6)が成長し、抵抗R2の抵抗値が小さくなる。典型的には1kΩ以下である。
【0058】
この結果、R0よりもR2の方が抵抗値が1桁以上小さくなるので、V2′は約200mV(500mV)となる。このときV1′もほぼ200mV(500mV)となるので、架橋2(図6)に対しては架橋が消滅する電圧が印加されたことになり、R1は1MΩ以上の大きい値となる。この結果、V1が0Vであっても、R0,R1≫R2であるので、V1′はV2′と同じ約200mV(500mV)となる。その結果、出力は200mV(500mV)となるのである。正確には、架橋25の成長と架橋2の切断は平行して起こり、上述の結果をもたらす。
【0059】
V1が200mV(500mV)、V2が0Vの場合も同様に説明できる。また、V1,V2ともに200mV(500mV)の場合は、架橋25,26がともに成長するので、V1,V2の電圧、すなわち、200mV(500mV)が出力されることになる。
【0060】
次に、本発明の第5実施例について説明する。
【0061】
図9を用いて、ANDゲートを構成した実施例を説明する。
【0062】
本実施例では、Ag2 S薄膜31で被覆されたAg線30の一端が、抵抗体37を介して、参照電圧Vsと接続されている。もう一端は出力端子である。また、2本のPt電極35,36に向かって、可動イオンであるAg原子が析出してできた架橋33,34が形成されている。入力電圧V1,V2は、この2本のPt電極35,36に対して印加される。なお、図9において、32はAg2 S薄膜31中のAgイオンである。
【0063】
図10に、ANDゲートの演算結果を示す。2入力ANDゲートでは、2つの入力がともにHighレベルの時のみ、出力Vout がHighレベルとなる。
【0064】
図10(a)は、Highレベルを200mVに設定して動作させた場合の結果である。なお、このとき、参照電圧も200mVに設定した。
【0065】
図10(b)には、Highレベルを500mVに設定して動作させた場合の結果を示す。このときの参照電圧は500mVである。
【0066】
図10によると、Highレベルが200mVで、V1が0V、V2が200mVの場合に、出力Vout が中途半端な値(約50mV)を示している。しかし、これ以外はLowレベルである0Vか、Highレベルである200mVを出力している。また、Highレベルとして500mVを設定した場合は、全ての入力パターンに対して正常に動作している。なお、200mV動作の場合もLow−Highを決める臨界電圧を100mVに設定すれば全く問題は起きない。なお、この原因については後述する。
【0067】
再び、図8を用いてこのANDゲートの動作原理を説明する。本実施例では、参照電圧VsはHighレベル(200ないし500mV)である。まず、V1,V2ともに0Vの場合、架橋33,34(図9)がともに成長するので、抵抗R1,R2の抵抗値は典型的には1kΩ以下となる。すなわち、抵抗R0(10kΩ)よりも一桁以上小さな抵抗値で出力端がLowレベルにある入力電圧に接続されるので、出力Vout は0Vとなる。次に、V1が0V、V2が200mV(500mV)の場合、架橋33(図9)のみが成長する。
【0068】
一方、架橋34は電圧V2′が電圧V1のために200mV(500mV)よりも小さくなる。すなわち、架橋が消滅する極性の電圧が印加されたことになり、架橋34は消滅しR2の抵抗値は1MΩ程度に大きくなる。このときのV2′とV2の電位差が小さいと、架橋の消滅が十分でなく、従ってR2の抵抗値が十分大きくならないので、先に述べた中途半端な出力がでてしまうことがある。しかし、Highレベルの電圧を500mVにすればV2′とV2の電位差が十分大きくなるので、完全に正常に動作する。
【0069】
V1が200mV(500mV)、V2が0Vの場合も同様である。ただし、ポイントコンタクトを構成する架橋33,34の特性が若干異なるため、この場合は、動作電圧200mVにおいても正常な出力が得られている。最後に、V1,V2がともに200mV(500mV)の場合、この場合は、架橋33,34の生成消滅は起こらない。全ての電圧が200mV(500mV)なので、出力電圧も200mV(500mV)となる。
【0070】
以上、ポイントコンタクトを用いた論理回路について説明してきた。以上の実施例では2入力の論理回路について述べたが、本発明によるポイントコンタクトを3つ以上使えば、上述した動作原理により3入力以上の論理回路を構成することができる。
【0071】
次に、本発明の第6実施例について説明する。
【0072】
ここでは、ポイントコンタクト・アレーの製造方法について述べる。
【0073】
図11は本発明の第6実施例を示すポイントコンタクト・アレーの製造方法を示す図である。
【0074】
図11に示すように、絶縁性の基板40上にAg線41,42を形成し、その表面をイオウ化してAg2 S膜43,44を形成する。その上にPt線45,46を載せることで、このポイントコンタクト・アレーの主要部が完成する。ここで重要なことは、Ag2 S膜43,44で覆われたAg線41,42とPt線45,46との各交点に、Ag原子による架橋47,48が形成されていることである。
【0075】
このために本発明ではPt線45,46を載せる際に、Pt線45,46・Ag線41,42間に電圧を印加して、Ag2 S膜43,44からAgが析出して架橋47,48を形成するようにした。これにより、例えば、配線装置等によりPt線45,46を載せるだけで本発明を実現することができる。
【0076】
また、マスクを用いた蒸着等により、交点に予めAgを蒸着しておいても良いし、Ag2 S膜で覆われたAg線に電子線を照射してAg原子を析出させても良い。重要なことは、第1電極を構成するAg2 Sと第2電極を構成するPt間にAgが存在することである。
【0077】
さらに、Pt線を別の基板上に予め形成しておき、Ag2 S膜で覆われたAg線が形成された基板と貼り合わせても良い。
【0078】
次に、本発明の第7実施例について説明する。
【0079】
ここでは、別のポイントコンタクト・アレーの製造方法と構造について述べる。
【0080】
図12は本発明の第7実施例を示す半導体の導電性を制御するポイントコンタクト・アレーの模式図である。
【0081】
図12では、絶縁性の基板50上に、やはりAg2 S膜53,54で被覆されたAg線51,52が形成されている。その上に、Ag原子を固溶することができる半導体ないし絶縁体57,58,59,60がAg線51,52とPt線55,56との交点にあたる部分にのみ形成されている。なお、図12ではこれらを覆う絶縁材料は示していないが、図に示した部分は全て素子内部に埋め込まれている。
【0082】
この場合、これまでに述べてきたのと同じ原理でAgイオンが、Ag2 S膜53,54から流出する。この流出したAgイオンが半導体ないし絶縁体57,58,59,60内に固溶して半導体ないし絶縁体の導電率を変化させ、上述した実施例と同様のことを実現することができる。この場合、架橋の生成・消滅のための空間が素子中に不要となるので、絶縁性部材中への埋め込みが容易になる。
【0083】
また、半導体ないし絶縁体の代わりに、Ag薄膜を予め形成しておけば、第6実施例で述べたのと同じ構造となる。この場合、この薄膜Ag中のAg原子がAg2 S膜中に入り込むことによって薄膜が消失する。
【0084】
なお、本発明では、Agイオンを固溶することができる半導体ないし絶縁体として、GeSx 、GeSex 、GeTex 、ないしWOx (0<x<100)の結晶体ないし非晶質体を用いるようにした。
【0085】
次に、本発明の第8実施例について説明する。
【0086】
図13に第1電極である金属配線の一部が混合導電体で被覆された実施例を示す。本実施例においては、第1電極を構成する金属線と第2電極を構成する金属線との交点において、「第1電極を構成する金属/混合導電体/架橋ないし半導体/第2電極を構成する金属」で構成されるポイントコンタクトが形成されていればよい。
【0087】
従って、図13に示すように、第1電極を構成する金属線70と第2電極を構成する金属線71,72の交点付近のみに混合導電体73,74が形成されていても、混合導電体73,74と金属線71,72間にポイントコンタクト(架橋)75,76を形成できる。
【0088】
さらに、第1電極を構成する金属も、混合導電体に接する部分と、ポイントコンタクト間の配線材が異なっていても良い。例えば、本実施例では、混合導電体(Ag2 S)77,78に接する部分にAg線79,80を、その他の部分81〜83にタングステン線を用いた。なお、混合導電体と接する部分の部材は、混合導電体中の可動イオン原子と同じ元素で構成されている必要がある。従って、本実施例では、混合導電体としてAg2 Sを用いたので、これと接する部分の部材にAgを用いたのである。
【0089】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0090】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高速、かつ低消費電力で動作するポイントコンタクト・アレーを構築することができ、多重記録型メモリー素子、論理回路、演算回路等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる複数個のポイントコンタクトを配置したポイントコンタクト・アレーを示す斜視模式図である。
【図2】本発明にかかる多重記憶メモリを構成するポイントコンタクト・アレーを示す模式図である。
【図3】本発明の第1実施例を示す多重記憶されたメモリの読み出し結果を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成した加算回路の演算結果を示す図である。
【図5】本発明の第3実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成した減算回路の演算結果を示す図である。
【図6】本発明の第4実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成したORゲートの模式図である。
【図7】本発明の第4実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成したORゲートの動作結果を示す図である。
【図8】本発明の第4実施例を示すポイントコンタクト・アレー論理回路の等価回路図である。
【図9】本発明の第5実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成したANDゲートの模式図である。
【図10】本発明の第5実施例を示すポイントコンタクト・アレーで構成したANDゲートの演算結果を示す図である。
【図11】本発明の第6実施例を示すポイントコンタクト・アレーの製造方法を示す図である。
【図12】本発明の第7実施例を示す半導体の導電性を制御するポイントコンタクト・アレーの模式図である。
【図13】本発明の第8実施例を示す一部が混合導電体で被覆された電極を有するポイントコンタクト・アレーの模式図である。
【符号の説明】
1 混合導電体
2,10,70 金属線(第1電極)
3,4,13,14,71,72 金属線(第2電極)
5,32 可動イオン(原子)
6,7,15,16,25,26,33,34,47,48,75,76 ポイントコンタクト(架橋)
8,40,50 絶縁性の基板
11,73,74,77,78 混合導電体材料(Ag2 S)
12 Ag原子
20 Pt電極
21,22,30,41,42,51,52,79,80 Ag線(Ag電極)
23,24 Ag2
27 抵抗
31 Ag2 S薄膜
35,36,45,46,55,56 Pt線(Pt電極)
37 抵抗体
43,44,53,54 Ag2 S膜
49 電源
57,58,59,60 半導体ないし絶縁体
81,82,83 タングステン線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a point contact array using a plurality of elements for controlling conductance by forming or cutting point contacts between opposing electrodes.
[0002]
[Prior art]
A method for controlling conductance by configuring point contacts is disclosed in, for example, J. Pat. K. Gimzeski and R.M. Moller: Phy. Rev. B36 (1987) 1284, J.A. L, Costa-Kramer, N.M. Garcia, P .; Garcia-Mochales, P.A. A. Serena, M .; I. Marques and A.M. Corrcia: Phys. Rev. B55 (1997) 5416, H.I. Ohnishi, Y .; Kondo and K. Takayanagi: Nature 395 (1998) 780 and the like.
[0003]
These require piezo elements for the construction and control of point contacts. That is, by driving the piezo element, the metal probe attached to the piezo element is positioned with high accuracy with respect to the counter electrode, a point contact is constructed between the probe and the counter electrode, and its state is controlled.
[0004]
Apart from these, as a prior art [2], a method for controlling the conductance of a point contact and using an organic molecule is disclosed in C.I. P. Collier et al ,: Science 285 (1999) 391.
[0005]
In this method, the conductivity of rotaxan molecules sandwiched between opposing electrodes with a single molecular thickness is changed by applying a high voltage between the electrodes. That is, rotaxan molecules sandwiched between electrodes initially exhibit conductivity, but when a voltage of a certain polarity or higher is applied, the molecules are oxidized to reduce conductivity, and the electrodes are insulated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described prior art [1] requires at least one piezo element for each point contact and a complicated control circuit for driving it, and it is extremely difficult to integrate them. .
[0007]
Further, in the method of the prior art [2] described above, once oxidized molecules cannot be reduced to restore conductivity, the use thereof is extremely limited.
[0008]
In view of the above situation, the present invention controls the conductance between the electrodes electrically and reversibly, and also has a plurality of point contacts that can be applied to arithmetic circuits, logic circuits, memory elements, etc.・ The purpose is to provide an array.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a point contact array, a first electrode made of a mixed conductor material having ion conductivity and electron conductivity When Second electrode made of conductive material Between the first electrode and the second electrode by the formation or disappearance of a bridge made of mobile ions in the mixed conductor material A plurality of electronic elements capable of controlling conductance between the electrodes are used.
[0010]
[2] In the point contact array according to [1] above, mobile ions (M ions: M is a metal) original The mixed conductor material having a child) is formed on the movable ion source (M).
[0011]
[3] In the point contact array according to [1] or [2], the mixed conductor material is Ag. 2 S, Ag 2 Se, Cu 2 S or Cu 2 It is characterized by being Se.
[0012]
[4] In the point contact array according to the above [1], [2] or [3], a bridge is formed between the first electrode and the second electrode by the movable ions contained in the mixed conductor material. The method uses a change in conductance between the electrodes.
[0013]
[5] In the point contact array according to [1], [2] or [3], ions can be dissolved between the first electrode and the second electrode, and the ions can be dissolved. A semiconductor or insulator material that exhibits ionic conductivity with electrons, and when the movable ions contained in the mixed conductor material flow into the semiconductor or insulator material, the conductance of the semiconductor or insulator Is characterized by changing
[6] In the point contact array according to [5], the semiconductor or insulator material is GeS. x , GeSe x , GeTe x Or WO x It is characterized by being a crystalline or amorphous body (0 <x <100).
[0014]
[7] In the point contact array according to [1], [2], [3], [4], [5] or [6], at least a part of the first electrode covered with a mixed conductor material A plurality of metal wires constituting at least one electrode, and a point contact is provided at each intersection between the metal wires. Features.
[0015]
[8] In the point contact array according to [1], [2], [3], [4], [5], [6] or [7], the conductance of the point contact is quantized. It is characterized by that.
[0016]
[9] The point contact array according to the above [8], wherein a multiple recording memory type element using a quantized conductance of the point contact as a recording state is configured.
[0017]
[10] In the point contact array according to [8], addition or subtraction is performed between the input signals by using the quantized conductance of the point contacts as an input signal and controlling the potential of each electrode. It is characterized by that.
[0018]
[11] In the point contact array according to [1], [2], [3], [4], [5], [6] or [7], the potential at one end of the point contact is defined as an input signal. The logic circuit which comprises is comprised.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a point contact array in which a plurality of point contacts according to the present invention are arranged.
[0021]
As shown in FIG. 1, a point formed by movable ions (atoms) 5 at the intersection of a metal wire (first electrode) 2 covered with a mixed conductor 1 and metal wires 3 and 4 (second electrode). Contacts (crosslinking) 6 and 7 are formed. These are installed on an insulating substrate 8 and fixed by an insulating material (not shown).
[0022]
When a semiconductor or insulator material is inserted between the first and second electrodes, the conductance of the semiconductor changes due to the mobile ions dissolved in the semiconductor or insulator.
[0023]
As a result, the conductance between the electrodes changes. Note that the amount of change depends on the amount of mobile ions dissolved in the semiconductor or insulator material.
[0024]
For the sake of simplicity, in FIG. 1, a point contact array comprising one metal wire (first electrode) 2 covered with the mixed conductor 1 and two metal wires (second electrodes) 3 and 4 is shown. It is shown. The number of point contacts is a multiplication of the number of metal lines constituting the electrode, and here, 2 × 1 two point contacts are formed. If the number of metal lines constituting the first electrode and the second electrode is increased, an n × n point contact array can be formed.
[0025]
In the present invention, a voltage is applied between the first electrode 2 and the second electrodes 3 and 4 to form or extinguish the bridges 6 and 7 made of ion atoms, and the point contact formed between the electrodes Control conductance. More specifically, when an appropriate negative voltage is applied to the second electrodes 3 and 4 with respect to the first electrode 2, mobile ions (atoms) in the mixed conductor material precipitate due to the effect of the voltage and current. As a result, bridges 6 and 7 are formed between the electrodes. As a result, the conductance between the electrodes increases. Conversely, when an appropriate positive voltage is applied to the second electrodes 3 and 4, mobile ions (atoms) return to the mixed conductor material, and the bridges 6 and 7 disappear. That is, the conductance decreases.
[0026]
Thus, by independently controlling the voltage applied to each metal line, the voltage applied to the point contact formed at each intersection of the first electrode 2 and the second electrodes 3 and 4 can be controlled independently. it can. That is, the conductance of the point contact at each intersection can be controlled independently.
[0027]
Thereby, it is possible to configure an electronic element such as a memory element or an arithmetic element including a point contact array and an electric circuit including them.
[0028]
In the following, the mixed conductor material Ag 2 Although an example using the first electrode made of S and the movable ion supply source Ag and the second electrode made of Pt will be described, it goes without saying that the same result can be obtained even if other materials are used.
[0029]
The formation of the bridge is sufficient if there are about 10 Ag atoms. From the measurement results, when the voltage is 100 mV and the initial interelectrode resistance is 100 kΩ, 10 Ag atoms are mixed into the mixed conductor Ag. 2 The time required to extract from S, ie the time required to form a cross-link, was estimated at most tens of nanoseconds. Also, the power required to form a bridge is as small as nanowatts. For this reason, if this invention is used, a high-speed and low power consumption type | mold element can be constructed | assembled.
[0030]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0031]
FIG. 2 is a schematic diagram of a point contact array applied to a multiple memory device according to the present invention.
[0032]
For simplicity, a sample consisting of two point contacts was used as in FIG. Here, Ag is used as the mixed conductor material 11 constituting the first electrode. 2 Ag was used as the metal wire 10 for S. In addition, Pt wires were used as the metal wires 13 and 14 constituting the second electrode. The first electrode is grounded, and voltages V1 and V2 are independently applied to the second electrodes 13 and 14, respectively. When a negative voltage is selected as V1 and V2, Ag atoms 12 in the mixed conductor material 11 are deposited, and bridges 15 and 16 are formed. When V1 and V2 are set to positive voltages, the Ag atoms 12 in the bridges 15 and 16 return to the mixed conductor material 11, and the bridges 15 and 16 disappear. This detailed mechanism has been proposed by the present inventor as Japanese Patent Application No. 12-265344.
[0033]
In the present invention, the following new function is realized by using a plurality of point contacts.
[0034]
In this example, the point contact conductance was controlled by applying a pulse voltage. That is, in order to increase conductance, a voltage of 50 mV was applied for 5 milliseconds. When reducing the conductance, a voltage of −50 mV was applied for 5 milliseconds. This realized the transition between quantized conductances at each point contact. That is, this corresponds to a write operation as a memory.
[0035]
Therefore, in order to read the recording state, V1 and V2 are set to 10 mV so that the recorded conductance value is not changed by the reading operation. In this state, the current I flowing in the metal wires 13 and 14 constituting the second electrode of each point contact 1 , I 2 Was measured. The result is shown in FIG.
[0036]
In FIG. 1 With a thin solid line, I 2 Is indicated by a thick solid line. A writing operation was performed on the point contacts 15 to 16 every second, and the recorded state was read each time. The left vertical axis indicates the actually measured current value, and the right vertical axis indicates the corresponding quantized conductance. The conductance is obtained by dividing the measured current by the applied voltage (10 mV).
[0037]
This figure shows that the conductance of each point contact is quantized. That is, the quantum number of the quantized conductance of the first point contact by the bridge 15 is expressed as N 1 , The quantum number of the quantized conductance of the second point contact by bridge 16 is N 2 N 1 = 0 to 3, N 2 A total of 16 recording states of 0 to 3 are realized.
[0038]
In this embodiment, only four quantization states of N = 0 to 3 are used, but the recording density can be increased by using a state having a larger quantum number. It goes without saying that the recording density can be increased by increasing the number of point contacts.
[0039]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0040]
First, an embodiment in which an adder circuit is realized using the configuration shown in the first embodiment will be described.
[0041]
In the summing circuit according to the invention, the input is the quantum number N of the quantized conductance of the point contact by the bridges 15 and 16. 1 , N 2 It is. The input operation is controlled by controlling the voltages V1 and V2. 1 , N 2 Is set to a desired value. As a result of the calculation, the current I flowing out from the first electrode 10 to the ground potential is set by setting V1 and V2 to a read voltage, for example, 10 mV. out Is obtained by measuring.
[0042]
FIG. 4 is a diagram showing the calculation result of the second embodiment of the present invention. Below the graph, the entered N 1 , N 2 N measured out Is shown corresponding to the horizontal axis of the graph. Obtained current value I out Is N 1 + N 2 It can be seen that it has a quantized conductance corresponding to. That is, the addition is performed accurately. In this embodiment, as in the first embodiment, N 1 = 0 to 3, N 2 Although 16 kinds of addition results corresponding to 0 to 3 are shown, a larger quantum number may be used. The same can be achieved even if the number of point contacts used, that is, the number of inputs is three or more.
[0043]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0044]
The configuration shown in the first embodiment can also be applied to a subtraction circuit. The input control is performed in the same manner as described in the second embodiment. When performing the subtraction operation, it is only necessary to select voltages having the same absolute value and opposite polarity as V1 and V2. For example, if V1 is set to 10 mV and V2 is set to -10 mV, N 1 -N 2 The current I corresponding to the quantized conductance corresponding to out Flows out from the first electrode to the ground potential. At this time, if the current direction is from the first electrode to the ground potential, the calculation result has a positive value, and if the current direction is from the ground potential to the first electrode, the calculation result has a negative value.
[0045]
The calculation results of the third embodiment are shown in FIG.
[0046]
N 1 -N 2 The calculation of is performed accurately. Furthermore, if three or more point contacts are used, N 1 + N 2 -N Three It is possible to perform operations such as For example, in this case, calculation may be performed with V1 and V2 set to 10 mV and V3 set to −10 mV.
[0047]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0048]
This is an embodiment in which a logic circuit is configured using the point contact of the present invention. When configuring the logic circuit, unlike the first to third embodiments, the transition between the quantized conductance states at the point contact is not used. That is, a point contact is used as an on / off switching element. Typically, the resistance value in the on state is 1 kΩ or less, and the resistance value in the off state is 100 kΩ or more.
[0049]
FIG. 6 is a schematic diagram of an OR gate configured using the point contact of the present invention.
[0050]
Ag lines 21 and 22 are Ag 2 It is covered with S23, 24 to constitute the first electrode. These Ag 2 Ag bridges 25 and 26 deposited from S 23 and 24 are opposed to the Pt electrode 20 as the second electrode to form a point contact. One end of the Pt electrode 20 is connected to the reference voltage V via a resistor 27 (10 kΩ in this embodiment). S The other end is the output terminal and the output voltage V out Is output. When the input voltages V1 and V2 are applied to the Ag lines 21 and 22, the bridges 25 and 26 are thereby formed or disappeared, and the point contact functions as an on / off switching element.
[0051]
FIG. 7 shows the operation result. In this embodiment, the input V is changed every second, that is, V1 and V2 are changed and the output V out Was measured.
[0052]
In the two-input OR gate, the output must be at a high level if either one of the low level and high level binarized inputs is at a high level.
[0053]
Accordingly, FIG. 7A shows the result when the operation is performed using 0 V as the low level (same for the reference potential Vs) and 200 mV as the high level.
[0054]
According to this figure, when either one of the two inputs V1 and V2 is 200 mV, the output V out Is approximately 200 mV, indicating that it is operating normally. The same result [FIG. 7B] was obtained even when the high level voltage was increased to 500 mV.
[0055]
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of this logic circuit.
[0056]
The bridges 25 and 26 (FIG. 6) are generated and disappeared by the reference voltage Vs and the input voltages V1 and V2, and the resistance values of the resistors R1 and R2 (point contact portion resistance formed by the bridge) are changed. There is a slight resistance R12 (several Ω to several tens of Ω) between the two point contacts on the electrode 20 (FIG. 6), but it is negligible compared to R0 (10 kΩ), R1, R2 (1 kΩ to 1 MΩ). It is a size.
[0057]
First, when both V1 and V2 are 0V, the three voltages connected to the system are all 0V. out Inevitably becomes 0V. Next, when V1 is 0 V and V2 is 200 mV (500 mV), the bridge 25 (FIG. 6) grows and the resistance value of the resistor R2 decreases. Typically, it is 1 kΩ or less.
[0058]
As a result, since the resistance value of R2 is smaller by one digit or more than R0, V2 ′ is about 200 mV (500 mV). At this time, V1 ′ is also approximately 200 mV (500 mV). 6 For FIG. 6, a voltage at which cross-linking disappears is applied, and R1 takes a large value of 1 MΩ or more. As a result, even if V1 is 0V, R0, R1 >> R2, so V1 ′ is about 200 mV (500 mV), which is the same as V2 ′. As a result, the output is 200 mV (500 mV). More precisely, the growth of bridge 25 and bridge 2 6 Cuts occur in parallel, resulting in the results described above.
[0059]
The same can be said when V1 is 200 mV (500 mV) and V2 is 0V. When both V1 and V2 are 200 mV (500 mV), the bridges 25 and 26 grow together, so that the voltage of V1 and V2, that is, 200 mV (500 mV) is output.
[0060]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0061]
An embodiment in which an AND gate is configured will be described with reference to FIG.
[0062]
In this example, Ag 2 One end of the Ag wire 30 covered with the S thin film 31 is connected to the reference voltage Vs via the resistor 37. The other end is an output terminal. Further, bridges 33 and 34 formed by precipitation of Ag atoms as mobile ions are formed toward the two Pt electrodes 35 and 36. The input voltages V1 and V2 are applied to the two Pt electrodes 35 and 36. In FIG. 9, 32 is Ag. 2 Ag ions in the S thin film 31.
[0063]
FIG. 10 shows the calculation result of the AND gate. In the 2-input AND gate, only when both inputs are at the high level, the output V out Becomes High level.
[0064]
FIG. 10A shows the result when the operation is performed with the High level set to 200 mV. At this time, the reference voltage was also set to 200 mV.
[0065]
FIG. 10 (b) shows the results when operating with the High level set to 500 mV. The reference voltage at this time is 500 mV.
[0066]
According to FIG. 10, when the high level is 200 mV, V1 is 0 V, and V2 is 200 mV, the output V out Indicates a halfway value (about 50 mV). However, other than this, 0 V which is Low level or 200 mV which is High level is output. Further, when 500 mV is set as the High level, it operates normally for all input patterns. Even in the case of 200 mV operation, there is no problem if the critical voltage that determines Low-High is set to 100 mV. This cause will be described later.
[0067]
Again, the operation principle of the AND gate will be described with reference to FIG. In this embodiment, the reference voltage Vs is at a high level (200 to 500 mV). First, when both V1 and V2 are 0 V, since the bridges 33 and 34 (FIG. 9) grow together, the resistance values of the resistors R1 and R2 are typically 1 kΩ or less. That is, since the output terminal is connected to an input voltage at a low level with a resistance value one digit or more smaller than that of the resistor R0 (10 kΩ), out Becomes 0V. Next, when V1 is 0 V and V2 is 200 mV (500 mV), only the bridge 33 (FIG. 9) grows.
[0068]
On the other hand, the bridge 34 is smaller than 200 mV (500 mV) because the voltage V2 'is the voltage V1. That is, a polarity voltage at which the bridge disappears is applied, the bridge 34 disappears, and the resistance value of R2 increases to about 1 MΩ. If the potential difference between V2 'and V2 at this time is small, the disappearance of the bridge is not sufficient, and therefore the resistance value of R2 does not become sufficiently large, so that the halfway output described above may occur. However, if the high level voltage is set to 500 mV, the potential difference between V2 ′ and V2 becomes sufficiently large, and the operation is completely normal.
[0069]
The same applies when V1 is 200 mV (500 mV) and V2 is 0V. However, since the characteristics of the bridges 33 and 34 constituting the point contact are slightly different, in this case, a normal output is obtained even at an operating voltage of 200 mV. Finally, when both V1 and V2 are 200 mV (500 mV), in this case, the generation and disappearance of the bridges 33 and 34 do not occur. Since all the voltages are 200 mV (500 mV), the output voltage is also 200 mV (500 mV).
[0070]
The logic circuit using the point contact has been described above. In the above embodiment, a two-input logic circuit has been described. However, if three or more point contacts according to the present invention are used, a logic circuit having three or more inputs can be configured based on the above-described operation principle.
[0071]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0072]
Here, a method for manufacturing a point contact array will be described.
[0073]
FIG. 11 is a diagram showing a method for manufacturing a point contact array according to the sixth embodiment of the present invention.
[0074]
As shown in FIG. 11, Ag lines 41 and 42 are formed on an insulating substrate 40, and the surfaces thereof are sulfurized to form Ag. 2 S films 43 and 44 are formed. By placing Pt lines 45 and 46 thereon, the main part of this point contact array is completed. The important thing here is Ag 2 This is that bridges 47 and 48 of Ag atoms are formed at the intersections of the Ag lines 41 and 42 covered with the S films 43 and 44 and the Pt lines 45 and 46.
[0075]
For this reason, in the present invention, when the Pt lines 45 and 46 are placed, a voltage is applied between the Pt lines 45 and 46 and the Ag lines 41 and 42 to obtain Ag. 2 Ag was deposited from the S films 43 and 44 to form bridges 47 and 48. Thus, for example, the present invention can be realized only by placing the Pt lines 45 and 46 by a wiring device or the like.
[0076]
In addition, Ag may be vapor-deposited in advance at the intersection by vapor deposition using a mask, or Ag. 2 Ag atoms may be deposited by irradiating an electron beam to the Ag line covered with the S film. What is important is that the Ag constituting the first electrode 2 Ag exists between S and Pt constituting the second electrode.
[0077]
Further, a Pt line is formed in advance on another substrate, and Ag 2 It may be bonded to a substrate on which an Ag line covered with an S film is formed.
[0078]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
[0079]
Here, the manufacturing method and structure of another point contact array will be described.
[0080]
FIG. 12 is a schematic diagram of a point contact array for controlling the conductivity of a semiconductor according to a seventh embodiment of the present invention.
[0081]
In FIG. 12, Ag is again formed on the insulating substrate 50. 2 Ag lines 51 and 52 covered with S films 53 and 54 are formed. On top of that, semiconductors or insulators 57, 58, 59, 60 capable of dissolving Ag atoms are formed only at portions corresponding to the intersections of the Ag lines 51, 52 and the Pt lines 55, 56. In addition, although the insulating material which covers these is not shown in FIG. 12, all the parts shown in the figure are embedded inside the element.
[0082]
In this case, Ag ions are converted into Ag by the same principle as described above. 2 It flows out from the S films 53 and 54. The outflowed Ag ions are dissolved in the semiconductors or insulators 57, 58, 59, 60 to change the conductivity of the semiconductors or insulators, and the same thing as the above-described embodiment can be realized. In this case, since a space for generating and annihilating the bridge is not necessary in the element, it can be easily embedded in the insulating member.
[0083]
If an Ag thin film is formed in advance instead of a semiconductor or an insulator, the same structure as described in the sixth embodiment is obtained. In this case, Ag atoms in the thin film Ag are Ag 2 The thin film disappears by entering the S film.
[0084]
In the present invention, as a semiconductor or insulator capable of dissolving Ag ions, GeS x , GeSe x , GeTe x Or WO x A crystal or amorphous material (0 <x <100) was used.
[0085]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
[0086]
FIG. 13 shows an embodiment in which a part of the metal wiring as the first electrode is covered with a mixed conductor. In this embodiment, at the intersection of the metal wire constituting the first electrode and the metal wire constituting the second electrode, “metal constituting the first electrode / mixed conductor / bridge or semiconductor / second electrode constituting It is only necessary to form a point contact made of “metal”.
[0087]
Therefore, as shown in FIG. 13, even if the mixed conductors 73 and 74 are formed only in the vicinity of the intersection between the metal wire 70 constituting the first electrode and the metal wires 71 and 72 constituting the second electrode, Point contacts (bridges) 75 and 76 can be formed between the bodies 73 and 74 and the metal wires 71 and 72.
[0088]
Furthermore, the metal composing the first electrode may be different from the portion in contact with the mixed conductor and the wiring material between the point contacts. For example, in this embodiment, a mixed conductor (Ag 2 S) Ag wires 79 and 80 were used for the portions in contact with 77 and 78, and tungsten wires were used for the other portions 81 to 83. In addition, the member of the part which contact | connects a mixed conductor needs to be comprised with the same element as the movable ion atom in a mixed conductor. Therefore, in this embodiment, Ag is used as the mixed conductor. 2 Since S was used, Ag was used for the member in contact with this.
[0089]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0090]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to construct a point contact array that operates at high speed and with low power consumption, and realizes a multi-recording memory element, a logic circuit, an arithmetic circuit, and the like. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a point contact array in which a plurality of point contacts according to the present invention are arranged.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a point contact array constituting a multiple storage memory according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a read result of a multiplex memory stored in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation result of an adder circuit configured by a point contact array according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation result of a subtraction circuit configured by a point contact array according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of an OR gate constituted by a point contact array according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an operation result of an OR gate constituted by a point contact array according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a point contact array logic circuit showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram of an AND gate constituted by a point contact array according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a calculation result of an AND gate constituted by a point contact array according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a method for manufacturing a point contact array according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of a point contact array for controlling the conductivity of a semiconductor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic view of a point contact array having an electrode partially covered with a mixed conductor according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Mixed conductor
2, 10, 70 Metal wire (first electrode)
3, 4, 13, 14, 71, 72 Metal wire (second electrode)
5,32 Mobile ions (atoms)
6,7,15,16,25,26,33,34,47,48,75,76 Point contact (Bridge)
8, 40, 50 Insulating substrate
11, 73, 74, 77, 78 Mixed conductor material (Ag 2 S)
12 Ag atoms
20 Pt electrode
21, 22, 30, 41, 42, 51, 52, 79, 80 Ag wire (Ag electrode)
23,24 Ag 2 S
27 Resistance
31 Ag 2 S thin film
35, 36, 45, 46, 55, 56 Pt line (Pt electrode)
37 resistors
43, 44, 53, 54 Ag 2 S film
49 Power supply
57, 58, 59, 60 Semiconductor or insulator
81, 82, 83 Tungsten wire

Claims (11)

イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合導電体材料から成る第1電極導電性物質から成る第2電極とを備え、前記第1電極と前記第2電極との間に、前記混合導電体材料内の可動イオンからなる架橋の形成または消滅により前記電極間のコンダクタンスが制御可能な電子素子を複数個用いることを特徴とするポイントコンタクト・アレー。 And a second electrode consisting of the first electrode and the conductive material comprising a mixed conducting material having ion conductivity and electron conductivity, between the first electrode and the second electrode, wherein the mixed conducting material A point contact array comprising a plurality of electronic elements whose conductance between the electrodes can be controlled by forming or annihilating a bridge made of mobile ions . 可動イオン(Mイオン:Mは金属子)を有する前記混合導電体材料が前記可動イオン供給源(M)上に形成されていることを特徴とする請求項1記載のポイントコンタクト・アレー。Mobile ions (M ion: M is a metal atom) point contact array according to claim 1, wherein the mixed conducting material is characterized by being formed on said movable ion source (M) having a. 前記混合導電体材料がAg2 S、Ag2 Se、Cu2 S又はCu2 Seであることを特徴とする請求項1又は2記載のポイントコンタクト・アレー。The mixed conductive material is Ag 2 S, Ag 2 Se, claim 1 or 2 point contact array according to characterized in that the Cu 2 S or Cu 2 Se. 前記混合導電体材料中に含まれる可動イオンにより、前記第1電極と第2電極間に架橋が形成され、前記電極間のコンダクタンスが変化することを利用することを特徴とする請求項1、2又は3記載のポイントコンタクト・アレー。The use of the fact that a mobile ion contained in the mixed conductor material forms a bridge between the first electrode and the second electrode and changes a conductance between the electrodes. Or point contact array according to 3. 前記第1電極と前記第2電極間に、イオンを固溶させることが可能で、かつイオンを固溶することにより電子とイオン伝導性が現れる半導体あるいは絶縁体材料を有し、該半導体あるいは絶縁体材料に前記混合導電体材料中に含まれる可動イオンが流入することにより、該半導体ないし絶縁体のコンダクタンスが変化することを利用することを特徴とする請求項1、2又は3記載のポイントコンタクト・アレー。A semiconductor or an insulating material capable of dissolving ions between the first electrode and the second electrode and exhibiting electron conductivity and ion conductivity by dissolving the ions is provided. 4. The point contact according to claim 1, 2 or 3, wherein the conductance of the semiconductor or the insulator is changed by the mobile ions contained in the mixed conductor material flowing into the body material.・ Array. 前記半導体あるいは絶縁体材料が、GeSx 、GeSex 、GeTex 、ないしWOx (0<x<100)の結晶体ないし非晶質体であることを特徴とする請求項5記載のポイントコンタクト・アレー。6. The point contact according to claim 5, wherein the semiconductor or insulator material is a crystalline or amorphous substance of GeS x , GeSe x , GeTe x , or WO x (0 <x <100). Array. 少なくとも一部が混合導電体材料で被覆された第1電極を構成する金属線と、第2電極を構成する金属線であって、少なくとも一方の電極を構成する金属線が複数本あり、該金属線間の各交点にポイントコンタクトを設けることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載のポイントコンタクト・アレー。A metal wire constituting the first electrode and at least a part of which is coated with a mixed conductor material; and a metal wire constituting the second electrode, wherein there are a plurality of metal wires constituting at least one of the electrodes. 7. The point contact array according to claim 1, wherein a point contact is provided at each intersection between the lines. 前記ポイントコンタクトのコンダクタンスが量子化されていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載のポイントコンタクト・アレー。8. A point contact array according to claim 1, wherein the conductance of the point contact is quantized. 前記ポイントコンタクトの量子化されたコンダクタンスを記録状態として用いる多重記録メモリ型素子を構成することを特徴とする請求項8記載のポイントコンタクト・アレー。9. The point contact array according to claim 8, wherein the point contact array comprises a multiple recording memory type device that uses the quantized conductance of the point contact as a recording state. 前記ポイントコンタクトの量子化されたコンダクタンスを入力信号とし、前記各電極の電位を制御することにより、該入力信号間の加算ないし減算を行うことを特徴とする請求項8記載のポイントコンタクト・アレー。9. The point contact array according to claim 8, wherein the quantized conductance of the point contact is used as an input signal, and addition or subtraction is performed between the input signals by controlling the potential of each electrode. 前記ポイントコンタクトの一端の電位を入力信号とする論理回路を構成することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載のポイントコンタクト・アレー。8. The point contact array according to claim 1, wherein the point contact array comprises a logic circuit having a potential at one end of the point contact as an input signal.
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