JPH01165186A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は高分子絶縁層を有する半導体素子に関し、該高
分子絶縁層の周期的な層構造体を有することを特徴とし
た三端子構造のスイッチング素子に関する。

〔従来技術〕

最近有機分子の機能性を電子デバイス等に応用しようと
する分子エレクトロニクスに対する関心が高まっており
、分子電子デバイスの構築技術の一つとみられるラング
ミュア−ブロジェット膜（ＬＢ膜）についての研究が活
発化してきている。ＬＢ膜は有機分子を規則正しく１分
子層ずつ積層したもので、膜厚の制御は分子長の単位で
行う事ができ、−様で均質な超薄膜を形成できる事から
これを絶縁膜として使う多くの試みが行われてきた。例
えば、金属・絶縁体・金属（ＭＩＭ　）構造のトンネル
接合素子（Ｇ、Ｌ。

Ｌａｒｋｉｎｓｅｔ　、　　ａ　Ｉ　、著「シン・ソリ
ッド・フィルムス」（Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍ
ｓ　）第９９巻（１９８３年）〕や金属・絶縁体・半導
体（ＭＩＳ）構造の発光素子（Ｇ　、Ｇ　、Ｒｏｂｅｒ
ｔｓｅｔ、　ａｌ、著［エレクトロニクス・レターズＪ
　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）第２
０巻、４８９頁（１９８４年）〕或はスイッチング素子
（Ｎ、Ｊ、Ｔｈｏｍａｓ　ｅｔ、　ａｌ、著「エレクト
ロニクス・レターズ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ　）第２０巻、８３８頁（１９８４年）〕が
ある。

これら一連の研究によって素子特性の検討がされている
が、未だ素子ごとの特性のバラツキ、経時変化など再現
性と安定性の欠如は未解決の問題として残った。

従来、上記の如き検討は取扱いが比較的容易な脂肪酸の
ＬＢ膜を中心に進められてきた。しかし最近これまで劣
るとされていた耐熱性、機械強度に対してもこれを克服
した有機材料が次々に生まれている。

〔発明の目的〕

本発明者らは、これらの材料を用いたＬＢ膜に対して金
属等の導電性材料で両側から挟んだサンドウィッチ構造
の素子（その構成から一般に、ＭＩＭ構造もしくはＭＩ
Ｍ素子と呼ばれる）を作成し、材料物性あるいは電気的
特性を特徴とする特性の観察、測定を行りた処、電気伝
導に於いて全く新しいスイッチング現象を見出した。さ
らに、本発明者らは、係る素子に対し主たる通電方向と
別途の端子を設は前記スイッチング特性を制御すべく鋭
意研究の結果、極めて信頼性にすぐれたメモリー性のス
イッチング特性を示す三端子素子の提供に至った。

〔発明の概要〕

本発明者らは比較的大きいπ（パイ）準位をもつ群とσ
（シグマ）電子準位をもつ群とを有する高分子を周期的
に積層し、電気的ポテンシャルの周期構造を有する有機
絶縁体中において周期方向と平行な方向に電流を流すこ
とにより、従来公知（の素子とは異なる非線型電流電圧
特性が発現を見出し、さらに、制御用端子を別途膜は係
る特性を用いたスイッチングメモリー機能を有する新規
スイッチング素子を実現した。

〔発明の態様の詳細な説明〕

一般に有機材料のほとんどは絶縁性若しくは半絶縁性を
示すことから係る本発明に於いて、適用可能なπ電子準
位をもつ群を有する有機材料は著しく多岐にわたる。

本発明に好適な高分子材料としては、例えばポリアクリ
ル酸誘導体等の付加重合体、ポリイミド等の縮合重合体
、ナイロン等の開環重合体、バクテリオロドプシン等の
生体高分子が挙げられる。

有機絶縁層の形成に関しては、・具体的には蒸着法やク
ラスターイオンビーム法等の適用も可能であるが、制御
性、容易性そして再現性から公知の従来技術の中ではＬ
Ｂ法が極めて好適である。

このＬＢ法によれば、１分子中に疎水性部位と親水性部
位とを有する有機化合物の単分子膜またはその累積膜を
基板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚み
を有し、かつ大面積に亙って均一、均質な有機超薄膜を
安定に供給することができる。

ＬＢ法は二分子内に親水性部位と疎水性部位とを有する
構造の分子において、両者のバランス（両親媒性のバラ
ンス）が適度に保たれている時、分子は水面上で親水性
基を下に向けて単分子の層になることを利用して単分子
膜またはその累積膜を作成する方法゛である。

疎水性部位を構成する基としては、一般に広（知られて
いる飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環芳香族基及び
鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げられる。これ
らは各々単独又はその複数が組み合わされて疎水性部分
を構成する。一方、親水性部分の構成要素として最も代
表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、酸
アミド基。

イミド基、ヒドロキシル基、更にはアミノ基（１゜２．
３級及び４級）等の親水性基等が挙げられる。

これらも各々単独又はその複数が組み合わされて上記分
子の親水性部分を構成する。

これらの疎水性基と親水性基をバランス良（併有し、か
つ適度な大きさを持つπ電子系を有する高分子であれば
、水面上で単分子膜を形成することが可能であり、本発
明に対して極めて好適な材料となる。

具体例としては、例えば下記の如き高分子等が挙げられ
る。

［１）付加重合体 ｌ）ポリアクリル酸 卜！ ２）ポリアクリル酸エステル ト１ ３）アクリル酸コポリマー Ｒ。

４）アクリル酸エステルコポリマー ５）ポリビニルアセテート ０ＣＯＣＨ３ ６）酢酸ビニルコポリマー （Ｉｌ’ｌ縮合重合体 １）ポリエチレンオキシド −［−０−ＣＨ−ＣＨ２＋ ここでＲ１は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやす（するために
導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５≦ｎ≦
３０が好適である。

またＲ２は短鎖アルキル基であり、炭素数ｎは１≦ｎ≦
４である。重合度ｍは１００≦ｍ≦５０００が好適であ
る。

以上具体例として挙げた化合物は基本構造のみであり、
これら高分子の種々な置換体も本発明に於いて好適であ
ることは言うにおよばない。

尚、上記以外でもＬＢ法に適している高分子材料であれ
ば、本発明に好適なのは言うまでもない。

例えば近年研究が盛んになりつつある生体材料（例えば
バクテリオロドプシンやチトクロームＣ）や合成ポリペ
プチド（ＰＢＬＧなど）等も適用が可能である。係る両
親媒性の分子は水面上で親水基を下に向けて単分子の層
を形成する。このとき、水面上の単分子層は二次元系の
特徴を有し、分子がまばらに散開しているときは、一分
子当たり面積Ａと表面圧πとの間に二次元理想気体の式
、π　Ａ＝ｋＴ が成り立ち“気体膜”となる。ここに、ｋはポルツマン
定数、Ｔは絶対温度である。Ａを十分小さくすれば分子
間相互作用が強まり、二次元固体の“凝縮膜（または固
体膜）”になる。凝縮膜はガラスや樹脂の如き種々の材
質や形状を有する任意の物体の表面へ一層ずつ移すこと
ができる。この方法を用いて、単分子膜またはその累積
膜を形成し、これを本発明が示すスイッチング素子用の
周期的な層構造を有する絶縁層として使用することがで
きる。

具体的な製法としては、例えば以下に示す方法を挙げる
ことができる。

所望の有機化合物をクロロホルム、ベンゼン。

アセトニトリル、ジメチルアセトアミド等の溶剤に溶解
させる。次に添付図面の第８図に示す如き適当な装置を
用いて、係る溶液を水相８１上に展開させて有機化合物
を膜状に形成させる。

次にこの展開層８２が水相８１上を自由に拡散して広が
りすぎないように仕切板（または浮子）８３を設け、展
開膜８２の展開面積を制限して膜物質の集合状態を制御
し、その集合状態に比例した表面圧πを得る。この仕切
板８３を動かし、展開面積を縮小して膜物質の集合状態
を制御し、表面圧を徐々に上昇させ、膜の製造に適する
表面圧πを設定することができる。この表面圧を維持し
ながら、静かに清浄な基板８４を垂直に上昇又は下降さ
せることにより有機化合物の単分子膜が基板８４上に移
し取られる。このような単分子膜９１は第９ａ図または
第９ｂ図に模式的に示す如く分子が秩序正しく配列した
膜である。

単分子膜９１は以上で製造されるが、前記の操作を繰り
返すことにより所望の累積数の累積膜が形成される。単
分子膜９１を基板８４上に移すには、上述した垂直浸漬
法の他、水平付着法９回転円筒法等の方法でも可能であ
る。尚、水平付着法は、基板を水面に水平に接触させて
単分子膜を移し取る方法であり、回転円筒法は円筒形の
基板を水面上を回転させて単分子膜を基板表面に移し取
る方法である。

前述した垂直浸漬法では、表面が親水性である基板を水
面を横切る方向に水中から引き上げると有機化合物の親
水性部位９２が基板８４側に向いた有機化合物の単分子
膜９１が基板８４上に形成される（第９ｂ図）。前述の
ように基板８４を上下させると、各行程ごとに一枚ずつ
単分子膜９１が積み重なって累積膜１０１が形成される
。成膜分子の向きが引上行程と浸漬行程で逆になるので
、この方法によると単分子膜の各層間は有機化合物の疎
水性部位９３ａと９３ｂが向かいあうＹ型膜が形成され
る（第１０ａ図）。

これに対し、水平付着法は有機化合物の疎水性部位９３
が基板８４側に向いた単分子膜９１が基板８４上に形成
される（第９ａ図）。この方法では、単分子膜９１を累
積しても成膜分子の向きの交代はな（全ての層において
、疎水性部位９３ａと９３ｂが基板８４側に向いたＸ型
膜が形成される（第１０ｂ図）。反対に全ての層におい
て親水性部位９２ａ、　９２ｂが基板８４側に向いた累
積膜１０１はＺ型膜と呼ばれる（第１０ｃ図）。

単分子膜９１を基板８４上に移す方法は、上記方法に限
定されるわけではな（、大面積基板を用いる時にはロー
ルから水相中に基板を押し出してい（方法なども採り得
る。また、前述した親水性基および疎水性基の基板への
向きは原則であり、基板の表面処理等によって変えるこ
ともできる。

以上の如くして有機化合物の単分子膜９１またはその累
積膜１０１からなるポテンシャル障壁層が基板８４上に
形成される。

本発明において、上記の如き無材及び有機材料が積層さ
れた薄膜を支持するための基板８４は、金属、ガラス、
セラミックス、プラスチック材料等いずれの材料でもよ
く、更に耐熱性の著しく低い生体材料も使用できる。

上記の如き基板８４は任意の形状でよく、平板状である
のが好ましいが、平板に何ら限定されない。

すなわち前記成膜法においては、基板の表面がいかなる
形状であってもその形状通りに膜を形成し得る利点を有
するからである。

またＬＢ法によれば分子オーダーで絶縁層の層厚を自由
に制御できる。本発明に於いては数人〜１０００人の層
厚のものにスイッチング特性が発現されているが、スイ
ッチング特性上好ましくは１０人〜５００人の範囲の層
厚をもつものが良い。

一方、係るＬＢ層を挟持する電極材料も高い伝導性を有
するものであれば良く、例えばＡｕ、　　Ｐｔ。

Ａｇ、　　Ｐｄ、　　／ｌ’、　Ｉｎ、　Ｓｎ、　Ｐｂ
などの金属やこれらの合金、さらにはグラファイトやシ
リサイド、またさらにはＩＴＯなどの導電性酸化物を始
めとして数多くの材料が挙げられ、これらの本発明への
適用が考えられる。係る材料を用いた電極形成法として
も従来公知の薄膜技術で充分である。ここで注意を要す
るのは、既に形成したＬＢ膜上に更に電極を形成する際
、ＬＢ層に損傷を与えない様、例えば高温（＞１００°
Ｃ）を要する製造あるいは処理工程を避けることが望ま
しい。また、ＡＩ！、Ｉｎなどをはじめとして、多（の
金属材料は、一般に電極として形成した後に大気中等に
さらされていると表面に酸化膜を生じる。ＬＢ層に対し
て下地層となる電極の材料としては絶縁性の酸化膜をつ
くらない導電材料、例えば貴金属やＩＴＯなどの酸化物
導電体を用いることが好ましい。

〔実施例１〕 ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）の飽和蒸気中に一
昼夜放置して疎水処理したガラス基板（コーニング社製
＃７０５９）上に下引き層としてＣｒを真空蒸着法によ
り厚さ５００人堆積させ、更にＡｕを同法により蒸着（
膜厚１０００人）し、幅１ｍｍのストライプ状の下地電
極を形成した。係る基板を担体としてＬＢ法によりポリ
イミドの単分子膜の形成法を行った詳細を記す。

ポリアミック酸（分子量約２０万）を濃度Ｉ　Ｘ　１０
−”％（ｖｏｌ／ｖｏｌ）で溶かしたジメチルアセトア
ミド溶液を純水、水温２０℃の水相上に展開し、水面上
に単分子膜を形成した。この単分子膜の表面圧を２５ｍ
Ｎ／ｍまで高め、更にこれを一定に保ちながら前記基板
を水面に横切る方向に５　ｍ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎで浸
漬、引き上げを行い、Ｙ型単分子膜の累積を行った。係
る操作を繰り返すことにより１２．　１８．２４゜３０
、　３６．４０層の６種類の累積膜を作成した。

更にこれらの膜を３００℃で１０分加熱を行うことによ
りポリイミドにした。

次に係る膜面上に下地電極と直交するように幅１ｍｍの
ストライプ状のＡｌ電極（膜厚１５００人）を基板温度
を室温以下に保持し真空蒸着し上部電極とした。

以上の様にして作成したＭＩＭ構造を有する試料（ＭＩ
Ｍ素子）の上下電極間に電圧を印加したときの電流特性
（ｖ■特性）を測定した。その他の試料ではこれまで知
られていないメモリー性のスイッチング特性を観測した
（第６図）。

更に第７図に示すような安定なＯＮ状態（抵抗値数十Ω
）とＯＦＦ状態（抵抗値ＭΩ以上）をつくることができ
、ＯＮ→ＯＦＦへのスイッチングは一定のシキイ値電圧
（１〜２ｖ程度７２０層）を示し、ＯＦＦ→ＯＮへのス
イッチングは一２〜５ｖ程度でおこり、またスイッチン
グ速度は１００ｎＳｅＣ以下で０Ｎ１０ＦＦ比（ＯＮ状
態とＯＦＦ状態の抵抗値の比）が５桁以上であった。

スイッチングのシキイ値電圧は絶縁層の層数が増すと高
（なる傾向を示した。

その結果１２層試料ではスイッチング特性は不安定で、
また４０層試料ではＯＦＦ　４ＯＮのスイッチングがお
こりにくかった。

次に、比較的良好なスイッチング特性を示した３０層試
料に対して、第１図に示すスイッチング回路を構成した
。

第１図に示すスイッチング回路は、ＭＩＭ構造を形成す
る導電膜１１と１３並びに絶縁膜１２を有するスイッチ
ング素子ｌに直流バイアス電源１４と抵抗体１５が接続
されている。さらに、このスイッチング素子には、抵抗
素子（又は容量素子）１６が接続されている。この抵抗
素子（又は容量素子）１６には、スイッチング素子に制
御信号を印加する制御用端子１７が接続されている。

本例では直流バイアス電源１４で発生した直流電圧（２
ｖ）をスイッチング素子ｌを通して抵抗体Ｉ５に供給し
、係るスイッチング素子のスイッチング特性を、抵抗体
１５の両端に生じる電位（電圧降下）として電圧出力端
１８に出力するものである。更にこの際、本例では抵抗
体１５として１００Ωの抵抗を用いた。

次に、導電膜１３に抵抗素子（又は容量素子）１６を通
して制御用端子１７から制御信号を印加した。

この際、本例では抵抗素子（又は容量素子）１６として
、２００Ωの抵抗体を用い、パルスジェネレータ（ＷＡ
ＶＥＴＥＫ社製１７３Ｍ０ＤＥＬ１６４）１？発生した
パルス（三角波）を増幅（ＫＥＰＣＯ社製のＢＩＰＯＬ
ＡＲＯＰ　　ＡＭＰ使用）したパルスを制御信号として
制御用端子１７に入力した。又、この際の出力電圧は、
電圧出力端１８に接続したオシロスコープ（ＴＥＫＴＲ
ＯＮＩＸ社製の２４６５）で観察した。

その結果を第２図に示す。第２図中の２１は制御用端子
１７に入力する制御信号波形で、２２は電圧出力端１８
に出力された電圧波形である。すなわち、第２図に示す
様に、１０〜２０Ｖ程度の波高値を有する正の三角パル
ス波２３を印加した時、スイッチング素子ｌはオフ状態
からオン状態にスイッチし、一方１〜２ｖの波高値を有
する負の三角パルス波２４を印加すると、スイッチング
素子ｌはオン状態からオフ状態にスイッチすることが判
明した。又、図示する如く、制御信号の電圧をＯｖとし
た時、オン状態とオフ状態がそれぞれメモリーされてい
る。この際のメモリー状態下のオン状態での出力電圧は
、約１．４ｖで、オフ状態での出力電圧はＯｖであった
。

以上の結果から、第６図の様なスイッチング特性を示す
ＭＩＭ素子に対して、制御用端子を設けることが可能で
あることが明らかとなった。

〔実施例２〕 実施例１と同様にしてＭＩＭ（スイッチング）素子を作
成し第１図の回路を構成した。但し、このときＬＢ膜層
数を３０層のみとした。又、この時抵抗素子（又は容量
素子）１６として、実施例１では抵抗体を用いたが、本
実施例ではコンデンサ（１０−’、　１０２゜１０−’
、　　１０−’μＦの４種）を用いた。

その結果、実施例１で用いた正の三角パルス波の波高値
を６〜８ｖに代えたが、６〜８ｖ程度でも充分オフ状態
からオン状態へのスイッチを生じることが確認された。

一方、オン状態からオフ状態へのスイッチには約１ｖの
三角パルス波の波高値が必要であった。又、本例ではコ
ンデンサの容量値が増えると制御用端子１７からのパル
ス印加後のスイッチするまでの時間が増加してしまうこ
とから、少くとも１Ｏ−６〜Ｉ　Ｏ−’μＦの範囲では
容量が小さい方が望ましいという結果を得た。

又、以上の結果からＭＩＭ素子と容量素子を組み合わせ
た三端子素子（第１図中の２）によって制御されたスイ
ッチ特性を示す素子が実現できることが明らかとなった
。

〔実施例３〕 第１図中の点線で囲まれた領域全てを同一基板上に有す
る三端子素子２の作成を行った。但し、この際、抵抗素
子（又は容量素子）１６にはコンデンサを用い、係るコ
ンデンサはＡｌ電極によってサンドウィッチされたＬＢ
膜によって形成した。構成の概略を第３図に示す。又、
具体的な作成手順を以下に示す。

実施例１と同様ＨＭＤＳ処理を施したガラス基板８４上
にＣｒ及びＡｕを蒸着し、下地電極３１を形成した後、
隣接した領域にやはり真空蒸着法によりｌを厚さ１００
０人に堆積させたＡＩ！電極３２を形成した。但しＡＩ
電極３２の一部はＡｕ下地電極３１とコンタクトさせた
。係る基板８４を用いて、実施例１と同様にポリイミド
の単分子膜の形成（１２゜１Ｂ、　２４．３０．３６．
４０層）を行った（単分子膜の累積膜で形成した絶縁膜
３３）。次に、上部電極３４と３５としてのＡｌをＡｕ
下地電極３１とＡｆ電極３２を有する膜面上の領域それ
ぞれに真空蒸着（厚さ１５００人）し、ＭＩＭ素子３６
並びにこれと接続するコンデンサ３７からなる三端子素
子を形成した。

係る三端子素子で、実施例２と同様に第１図に示す測定
回路を組み、その特性を測ったところ、実施例２と同じ
結果が得られた。このことは、Ｍ　Ｉ　Ｍ素子のスイッ
チング特性を利用した三端子素子が実現されたことを示
すものである。

この時、ＬＢ膜の層数が増すに伴って、コンデンサの容
量が減少するため（と考えられるが）、スイッチングの
制御性が低下する傾向にあった。Ｍ　Ｉ　Ｍ素子本来の
特性（層数が少い、例えば２〜４層試料ではスイッチン
グ特性が不安定）との兼合いから、本実施例に於いては
２４〜３６層試料で比較的良好な特性を得た。又、本実
施例ではＭＩＭ素子とコンデンサを形成するＬＢ膜を同
一（構成分子１層数。

作製条件）とした為、同時形成が可能となった。

その結果素子形成プロセスの工程は極めて簡便なものと
なった。

〔実施例４〕 コンデンサ領域とＭＩＭ素子が膜面に対して垂直方向に
連続して形成されている試料を作成した。

構成の概略を第４図に、又作成手順をヘキサメチルジシ
ラザン［ＨＭＤＳ］の飽和蒸気中に一昼夜放置して疎水
処理したガラス基板（コーニング社製＃７０５９）上に
真空蒸着法によりスイッチング制御用端子としてのＡ！
電極４１（厚さ１０００人）を形成した後、実施例１と
同様な方法でポリイミドＬＢ膜４２を係る基板８４上に
積層（１００層）し、更に係る膜面上にＡｕを５００人
蒸着（Ａｕ電極）してコンデンサを形成した。コンデン
サ領域の面積は２ｍｒｒｆとした。

さらにＡＩ！（ＡＩ！電極４１）／ポリイミドＬＢ膜４
２／Ａｕ（Ａｕ電極４３）を積層した基板８４上にポリ
イミドＬＢ膜を３０層積層した後、係る膜面上にＡｌ１
を再び蒸着（ＡＩ！電極４５）し、Ａｕ　（Ａｕ電極４
３）／ポリイミドＬＢ膜４４／Ａｆ　（Ａｊ７電極４５
）によるＭＩＭ素子を形成することで、第４図に示した
構成の試料を得た。

以上の様にして得た試料に対し、実施例２同様の測定評
価を行ったところ、良好のスイッチング特性を確認した
。本実施例に於いてはＭＩＭ素子とコンデンサを積層し
た為に、素子形状（占有面積）を大幅に小さ（すること
が可能となった。又、ＭＩＭ素子及びコンデンサを形成
するＬＢ膜の作製を別工程で行う為、それぞれの素子特
性に最適の条件を選択することができる。その結果制御
性、信頼性に優れた三端子スイッチング素子が実現され
た。

尚、実施例３及び４に於いてＬＢ膜によって形成したコ
ンデンサをその三端子素子の一部とした例を示したが、
係る素子の形成法及び構成材料は本発明を何ら制限する
ものではない。他の製法（例えば塗布法や真空蒸着法）
で作製した有機あるいは無機誘電体によってコンデンサ
を形成し、上記三端子素子に適用することが可能である
。又、既に形成されたチップコンデンサを基板上に搭載
したハイブリッドタイプも可能である。一方、コンデン
サに限らず実施例１でも示した様に抵抗体を形成し、接
続することによっても、三端子素子は実現されることは
明らかである。無論、その形成法は本発明を何ら制限し
ない。

〔実施例５〕 ＩＴＯを従来公知の方法により１ｍｍ幅のストライプ状
にエツチングした基板を担体としてＬＢ法によりポリイ
ソブチルメタクリレート（ＰＩＭＡ）（分子量約５０万
）の単分子膜の累積を行った。ＰＩＭＡのｌｘｌ領３％
（ｖｏｌ／ｖｏｌ）ベンゼン溶液を調製し、水温２０℃
の前記基板をあらかじめ浸漬しである純水上に展開し、
水面上の単分子膜を形成した。

溶媒の蒸発除去を待って係る単分子膜の表面圧を１０　
ｍ　Ｎ　／　ｍまで高め、更にこれを一定に保ちながら
あらかじめ浸漬しておいた前記基板を水面を横切る方向
に速度３ｍｍ／分で静かに引き上げ、１層の単分子膜を
電極基板上に累積した。続いて上下速度が同じ（３ｍｍ
／分で静かに水面を横切るように浸漬・引き上げを繰り
返し行う事により、ＩＴＯ上に１６層、２０層、２４層
の累積膜を形成した。

次に係る膜面上にＴＴＯ電極と直交する様に幅１ｍｍの
ストライプ状のＡｕ電極（膜厚１０００人）及びＡＩ！
電極（膜厚１５００人）を真空蒸着法によって形成した
。

更に、実施例２と同様に第１図に示す回路を構成し、ス
イッチ特性及びその制御性を測定した。その結果、作成
したすべての試料でメモリー性のスイッチング特性を観
測した。

又、このときＯＦＦ→ＯＮとＯＮ→ＯＦＦはそれぞれ波
高値６Ｖ、ＩＶのパルス印加によってスイッチングが制
御されることも確認した。

尚、シキイ値電圧は上部電極の違いによらずほぼ一定の
値を示した。

またスイッチング速度は０．１μｓｅｃであった。

以上述べてきた実施例中では絶縁層の形成にＬＢ法を使
用してきたが、極めて薄（均一な絶縁性の有機薄膜が作
成できる成膜法であればＬＢ法に限らず使用可能である
。具体的には真空蒸着法や電解重合法、ＣＶＤ法等が挙
げられ、使用可能な有機材料の範囲が広がる。

電極の形成に関しても既に述べている様に、有機薄膜層
上に均一な薄膜を作成しうる成膜法であれば使用可能で
あり、真空蒸着法やスパッタ法に限られるものではない
。

更に基板材料やその形状も本発明は何ら限定するもので
はない。

〔本発明による効果〕

■　高分子、単分子膜をＬＢ法により累積した薄膜を絶
縁層としたＭＩＭ構造素子に於いて、従来のＭＩＭ素子
にはみられないメモリー性のスイッチング特性が得られ
ることを示した。

■　係るＭＩＭ素子に抵抗性あるいは容量性を示すもし
くは素子構成要素を組み合わせることで前記スイッチン
グ特性に対して制御性を有する三端子素子が得られるこ
とを明らかにした。

■　単分子膜の累積によって絶縁層を形成する方法の為
、分子オーダ（数人〜数十人）による膜厚制御が容易に
実現できた。また制御性が優れている為、素子を形成す
る時再現性が高く生産性に富む。

■　無機材料のみからなるスイッチング素子に比べ材料
の自由度が高く、又、低温プロセスによる素子形成が可
能であり、将来分子エレクトロニクス、バイオエレクト
ロニクス等生体との親和性の高い素子が提供できる。

■　材料に高分子化合物を用いているため機械強度・耐
熱性・耐溶剤性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のスイッチング装置の概略図である。第
２図は本発明のスイッチング装置に制御信号を印加した
時の出力電圧とメモリー状態を示す特性図である。第３
図及び第４図は本発明で用いたスイッチング装置の断面
図である。第５図は本発明で用いたＭＩＭ素子の斜視図
である。第６図は本発明で用いたＭＩＭ素子の電気的特
性（Ｖ／Ｉ特性）を示す特性図である。第７図は本発明
で用いたＭＩＭ素子において確認されたＯＮ状態及びＯ
ＦＦ状態の電気的特性図である。第８図は本発明の有機
色素絶縁層をＬＢ法によって形成する方法を図解的に示
す説明図である。第９ａ図と第９ｂ図は単分子膜の模式
図であり、第１０ａ図、第１０ｂ図と第１０ｃ図は累積
膜の模式図である。 喘３図 集４図 第８０ 璽籠詔 等ｑｂ口 第１０７）図 竿／ＱＣ因

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の電極と、該電極間に配置した高分子材料の
   周期的な層構造体とを有するスイッチング素子と、該ス
   イッチング素子のスイッチング特性を制御する電気信号
   の印加手段とを有することを特徴とするスイッチング装
   置。
2. （２）前記スイッチング素子がメモリー特性を有してい
   る特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装置。
3. （３）前記有機材料が分子中にπ電子準位をもつ群とσ
   電子準位のみをもつ群とを有している特許請求の範囲第
   １項記載のスイッチング装置。
4. （４）前記スイッチング素子がＭＩＭ構造を有している
   とともに、前記電気信号の印加手段が抵抗素子又は容量
   素子を接続している特許請求の範囲第１項記載のスイッ
   チング装置。
5. （５）前記ＭＩＭ構造のスイッチング素子と抵抗素子又
   は容量素子が同一基板上に形成されている特許請求の範
   囲第４項記載のスイッチング装置。
6. （６）前記ＭＩＭ構造の高分子材料層と前記抵抗素子又
   は容量素子の高分子材料層が同時に形成されている特許
   請求の範囲第５項記載のスイッチング装置。
7. （７）前記ＭＩＭ構造の高分子材料層と前記抵抗素子又
   は容量素子の高分子材料層が別個の層で形成されている
   特許請求の範囲第５項記載のスイッチング装置。
8. （８）前記周期的な層構造体がＬＢ膜で形成した層構造
   体である特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装置
   。
9. （９）前記ＬＢ膜が累積膜で形成されている特許請求の
   範囲第８項記載のスイッチング装置。
10. （１０）前記累積膜の層厚が４０〜１０００Åである特
    許請求の範囲第９項記載のスイッチング装置。
11. （１１）前記抵抗素子又は容量素子がＬＢ膜で形成した
    高分子材料層を有している特許請求の範囲第４項記載の
    スイッチング装置。
12. （１２）前記ＬＢ膜が累積膜で形成されている特許請求
    の範囲第１１項記載のスイッチング装置。
13. （１３）前記累積膜の層厚が８０〜４０００Åである特
    許請求の範囲第１２項記載のスイッチング装置。