JP4745662B2 - 構成可能な分子スイッチアレイ - Google Patents
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Description
本明細書で使用される用語「再構成可能な」は、スイッチが酸化または還元のような可逆的な過程を通して何度もその状態を変更できること意味する。言い換えると、スイッチを、ランダムアクセスメモリ(RAM)内のメモリビットのように、何度でも開閉することができる。
関連する特許出願第09/280,048号(「Chemically Synthesized and Assembled Electronic Devices」)(この内容は、参照により本明細書に明確に援用される)では、化学的に合成され、組み立てられる電子デバイスのための基本構想が提供される。その特許出願は、2つのナノメートルスケールワイヤ間に調整可能なトンネル接合を含む量子状態スイッチを開示し、特許請求している。その発明によれば、ワイヤの導電率タイプを制御する機能化グループ(または官能基)が設けられた、ナノメートル寸法を有する2つの交差したワイヤを含む電子デバイスが提供される。複数のそのような交差したワイヤを組み立てて、種々の異なるデバイスおよび回路を提供することができる。
(1)分子の少なくとも1つの回転可能な部分(ロータ)を、電界をかけることによって回転させて、その分子のバンドギャップを変化させること(ロータ/ステータ構成)、
(2)電界をかけることによって、化学結合を変化させることにより、分子の電荷分離または再結合を引き起こし、バンドギャップを変化させることであり、これには、
(2a)電界をかけることによって、π−および/またはp−電子の局在化の増減を伴う電荷分離または再結合によって、広がった共役を変化させることにより引き起こされるバンドギャップ変化と、
(2b)電界をかけることによって、電荷分離または再結合およびπ−結合の破壊または形成を通して、広がった共役を変化させることにより引き起こされるバンドギャップ変化とがあり、さらに、
(3)電界をかけることによって、分子の折りたたみまたは延伸を引き起こすことによるバンドギャップ変化
を含む。
I−M−I’
(a)第1のワイヤ面の第1の組の導体ワイヤ52が第2のワイヤ面の第1の組のp型半導体ワイヤ56と交差する、構成可能な1組68のp型電界効果トランジスタと、
(b)第1のワイヤ面の第1の組の導体ワイヤ52が第2のワイヤ面の第2の組のn型半導体ワイヤ58と交差する、構成可能な1組70のn型電界効果トランジスタと、
(c)第1のワイヤ面の第2の組の導体ワイヤ54が第2のワイヤ面の第1の組のp型半導体ワイヤ56と交差する、第1の構成可能な組64のクロスポイントスイッチと、
(d)第1のワイヤ面の第2の組の導体ワイヤ54が第2のワイヤ面の第2の組のn型半導体ワイヤ58と交差する、第2の構成可能な組66のクロスポイントスイッチとを含む。
(a)第1のワイヤ面の第1の組をなす導体ワイヤ122が第2のワイヤ面の第1の組をなす導体ワイヤ124と交差する、第1の構成可能な組134をなすクロスポイントスイッチと、
(b)第1のワイヤ面の第1の組をなす導体ワイヤ122が第2のワイヤ面の第2の組をなすp型半導体ワイヤ126と交差する、構成可能な組138をなすp型電界効果トランジスタと、
(c)第1のワイヤ面の第2の組をなすn型半導体ワイヤ128が第2のワイヤ面の第1の組をなす導体ワイヤ124と交差する、構成可能な組140をなすn型電界効果トランジスタと、
(d)第1のワイヤ面の第2の組をなすn型半導体ワイヤ128が第2のワイヤ面の第2の組をなすp型半導体ワイヤ126と交差する、第2の構成可能な組136をなすクロスポイントスイッチ
とを含む。
Claims (8)
- 利得を有する少なくとも1つの電子回路を実現するためのコンピューティングシステム(74)であって、前記コンピューティングシステムは、少なくとも1つの2次元の分子スイッチアレイ(50、120)を備え、該分子スイッチアレイ(50、120)は2つ以上の交差したワイヤ面(10)をデバイスの構成に組み立てることによって形成され、該デバイスは一対の交差したワイヤ(20、22)によって形成される接合部(16)を含み、一方のワイヤは別のワイヤと交差し、少なくとも1つのコネクタ種(24)が該接合部(16)において該一対の交差したワイヤ(20、22)を接続し、該接合部(16)は0.1ナノメートルないし50ナノメートルの範囲の機能寸法を有し、
前記デバイスのうちの少なくとも1つが前記電子回路のうちの少なくとも1つを実現するように構成され、前記デバイスを相互に接続するために、かつ、前記デバイスを、高電圧レベルおよび低電圧レベルに対する所望の信号レベルに等しい電圧を供給する2つの構造(60、62、130、132)に接続するために、特定の接続がなされ、
前記デバイスには、p型及びn型電界効果トランジスタとクロスポイントスイッチが含まれ、前記一対の交差したワイヤの一方がp型半導体ワイヤとn型半導体ワイヤを含み、他方が導体ワイヤであって、該p型半導体ワイヤと該n型半導体ワイヤが平行に形成され、前記導体ワイヤの一部と前記p型半導体ワイヤとの前記接合部において前記p型電界効果トランジスタが形成され、前記導体ワイヤの前記一部と前記n型半導体ワイヤとの前記接合部において前記n型電界効果トランジスタが形成され、前記導体の他の一部が、前記p型半導体ワイヤまたは前記n型半導体ワイヤと前記接合部において電気的に接続してクロスポイントスイッチが形成されることからなる、コンピューティングシステム。 - 前記分子スイッチアレイ(50、120)の前記少なくとも1つのコネクタ種(24)は、前記一対の交差したワイヤ間に電気的に調整可能なトンネル接合を含む量子状態分子スイッチを形成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記一対の交差したワイヤの各々がナノワイヤであり、前記p型及びn型電界効果トランジスタは、それぞれ、前記導体ワイヤの前記一部と前記p型半導体ワイヤとの交差部、及び、前記導体ワイヤの前記一部と前記n型半導体ワイヤとの交差部に設けられたホットエレクトロントラップ領域を有し、
これにより、構成可能なトランジスタ、または前記p型及びn型電界効果トランジスタが動作する任意の電圧よりも絶対値が大きな電圧を印加することによって設定されることができるスイッチメモリビットを形成することからなる、請求項1に記載のシステム。 - 前記分子スイッチアレイ(50、120)の前記ワイヤは個別に導体または半導体を有し、前記半導体ワイヤは0.1ナノメートルから1マイクロメートルの範囲の厚みを有することからなる、請求項1に記載のシステム。
- 前記分子スイッチアレイ(50、120)の前記少なくとも1つのコネクタ種(24)は、誘電体ホットエレクトロントラップ領域、または、双安定分子をさらに含む分子種のいずれかを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記導体ワイヤの前記一部が第1の組の導体ワイヤ(52)を、前記導体ワイヤの前記他の一部が第2の組の導体ワイヤ(54)をそれぞれ構成し、前記交差したワイヤ面(10)は、前記第2の組の前記導体ワイヤ(54)に対して平行に配置された前記第1の組の前記導体ワイヤ(52)を有する第1のワイヤ面と、第2の組の前記n型半導体ワイヤ(58)に対して平行に配置された第1の組の前記p型半導体ワイヤ(56)を有する第2のワイヤ面とを含み、前記p型半導体ワイヤは、前記分子スイッチアレイ(50)の前記デバイスに電力を供給する第1の構造(60)に接続され、前記n型半導体ワイヤは前記分子スイッチアレイ(50)の前記デバイスに接地された接続を供給する第2の構造(62)に接続される、請求項1に記載のシステム。
- 請求項1に記載のコンピューティングシステム(74)を製造する方法であって、
(a)複数の前記導体ワイヤを備える第1の組のワイヤを形成するステップと、
(b)前記第1の組のワイヤの少なくとも一部の上に前記少なくとも1つのコネクタ種(24)を堆積するステップと、
(c)複数の前記p型半導体ワイヤ及び複数の前記n型半導体ワイヤを備える第2の組のワイヤを形成するステップと、
(d)前記p型半導体ワイヤと前記n型半導体ワイヤのそれぞれが前記導体ワイヤと交差する各場所に前記接合部(16)を形成するために、前記第1の組のワイヤ上に前記第2の組のワイヤを組み立てるステップと、
(e)前記電子回路のうちの少なくとも1つを実現するために、前記分子スイッチアレイ(50、120)上に前記デバイスのうちの少なくとも1つを構成するステップ
を含み、
前記デバイスを相互に接続し、かつ、前記デバイスを、高電圧レベルおよび低電圧レベルに対する所望の信号レベルに等しい電圧を与える2つの構造(60、62、130、132)に接続するために、特定の接続が形成されることからなる、方法。 - 前記少なくとも1つのデバイスにおいて、前記p型電界効果トランジスタの代わりにpnp型バイポーラトランジスタが形成され、前記n型電界効果トランジスタの代わりにnpn型バイポーラトランジスタが形成される、請求項1に記載のシステム。
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