JPH0279401A - Nonlinear electric conduction element - Google Patents

Nonlinear electric conduction element

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JPH0279401A
JPH0279401A JP63232018A JP23201888A JPH0279401A JP H0279401 A JPH0279401 A JP H0279401A JP 63232018 A JP63232018 A JP 63232018A JP 23201888 A JP23201888 A JP 23201888A JP H0279401 A JPH0279401 A JP H0279401A
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ionic
nonlinear
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Yoshinori Tokura
好紀 十倉
Gunji Saito
斉藤 軍治
Yoshihiro Iwasa
義宏 岩佐
Shinya Koshihara
伸也 腰原
Naoko Iwazawa
岩澤 尚子
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Abstract

PURPOSE:To obtain a nonlinear electric conduction element utilizing negative resistance phenomenon by making an ionic organic charge transfer complex, which has specific charge transfer degree and shows negative resistance, a main component. CONSTITUTION:An ionic organic charge transfer complex which has a negative resistance phenomenon at a charge transfer degree of 0.4 or more with temperatures of 100K or more is made a main component. The ionic organic charge transfer complex consists of an electron donor and an electron acceptor. For the electron donor, preferably an organic electron donor having a conjugated system, or more preferably a conjugated organic electron donor having a circular structure is used. For the electron acceptor, preferably an organic electron acceptor having a conjugated system, or more preferably a conjugated organic electron acceptor having a circular structure is used.

Description

【発明の詳細な説明】 (3−1)産東北叫科叫公国 本発明は、非線形電気伝導性を有する分子電子デバイス
に関する。詳しくは、イオン性有機電荷移動錯体が有す
る負性抵抗現象を活用し、スイッチング、記憶増幅、論
理、演算等の機能を発現する非線形電気伝導素子に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (3-1) The present invention relates to a molecular electronic device having nonlinear electrical conductivity. Specifically, the present invention relates to a nonlinear electrically conductive element that utilizes the negative resistance phenomenon of ionic organic charge transfer complexes to exhibit functions such as switching, memory amplification, logic, and arithmetic.

(3−2)皿米技五 有機物質を使用する高性能分子デバイスがオブトエ1/
クトロニクスの発展のために求められている。中でもス
イッチング、メモ゛リー等の機能を発現する非線形伝導
素子の実現が強く期待されている。
(3-2) A high-performance molecular device using five organic substances is Obtoe 1/
It is required for the development of kutronics. In particular, there are strong expectations for the realization of nonlinear conduction elements that exhibit functions such as switching and memory.

最近、R,S、Potember等は、Cu/TCNQ
等の薄膜でのスイッチングやメモリー現象を有する新規
な電気伝導素子を開示している(tls4507672
.1985;R,S。
Recently, R, S, Potember, etc. are Cu/TCNQ
discloses a novel electrically conductive element having switching and memory phenomena in thin films (TLS4507672).
.. 1985; R,S.

Potember、 etal、、 Appl、Phy
s、Lett、+ 1979.Vol。
Potember, etal,, Appl, Phy
Lett, + 1979. Vol.

34、 PP405)。金属としては、銅、銀、アクセ
プタ−トLテL!:、TCNE、 TCNQ、 TCN
Q誘導体、 TNAP (7−トラジアツナフトキノジ
メタン)などである。アクセプターの強度によりスイッ
チング動作はしきい値型、メモリー型などに変化する。
34, PP405). Metals include copper, silver, and acceptor. :, TCNE, TCNQ, TCN
Q derivatives, TNAP (7-tradiatunaphthoquinodimethane), and the like. Depending on the strength of the acceptor, the switching operation changes to threshold type, memory type, etc.

これらの現象は、Cu’/TCN(1”がCu’/TC
NQ’に一部変化することによる混合原子価状態の出現
により、低導電状態から高導電状態へ変化するものであ
り、本質的に相変化に基づくものであり、不可逆的であ
る。
These phenomena are caused by Cu'/TCN (1" is Cu'/TC
The appearance of a mixed valence state due to a partial change to NQ' results in a change from a low conductivity state to a high conductivity state, which is essentially phase change based and irreversible.

また、負性抵抗性を全く有しない。即ち、電流/電圧特
性においてヒステリシスを示さない等、非線形電気素子
としては機能的に全く不充分なものである。
Moreover, it has no negative resistance at all. That is, it does not exhibit hysteresis in its current/voltage characteristics, and is completely unsatisfactory functionally as a nonlinear electric element.

最近、発明者等はTTF (テトラチオフルバレン)/
CA (クロラニル)系が負性抵抗性を発現することを
見出した(+倉、 1986年秋期日本物理学会 予稿
集P137; Y、Tokura、 etal、、 P
hysica 14385271986)。負性抵抗性
を真に確認した初のケースとして非常に注目される。T
TF/CA系は電荷移動度が0.3である中性有機電荷
移動錯体であり、常圧下で中性−イオン性転移を示す唯
一のものである。
Recently, the inventors have discovered that TTF (tetrathiofulvalene)/
We found that the CA (chloranil) system expressed negative resistance (+Kura, 1986 Fall Proceedings of the Physical Society of Japan, P137; Y, Tokura, etal,, P
hysica 14385271986). This is attracting much attention as the first case in which negative resistance has been truly confirmed. T
The TF/CA system is a neutral organic charge transfer complex with a charge mobility of 0.3 and is the only one that exhibits a neutral-ionic transition under normal pressure.

しかし、食性抵抗の出現が比較的低温に限られること、
空気中において、湿度の影響を受は劣化するなど不安定
である。特に素子として重要な薄膜の場合に著しく不安
定となる。
However, the appearance of dietary resistance is limited to relatively low temperatures;
In the air, it is unstable and deteriorates due to the influence of humidity. Particularly in the case of thin films that are important as elements, they become extremely unstable.

(3−3)   が解° しようとする課安定であり、
高温で負性抵抗性の大きい材料、即ち、電流/電圧特性
がヒステリシスを有する等、非線形電気伝導素子の主要
構成要素として有用な材料を見出し、この負性抵抗現象
を゛活用する非線形電気伝導素子を提供するものである
(3-3) is stable in the section we are trying to solve,
We have discovered a material that has high negative resistance at high temperatures, that is, a material with hysteresis in current/voltage characteristics, which is useful as a main component of a nonlinear electrically conductive element, and created a nonlinear electrically conductive element that utilizes this negative resistance phenomenon. It provides:

(3−4) !  を”するための 本発明者らは、鋭意技術的検討を行った結果、有用性の
優れた非線形電気伝導素子を見出した。
(3-4)! As a result of intensive technical studies, the present inventors discovered a highly useful nonlinear electrically conductive element.

即ち、本発明は、電荷移動度が温度100に以上におい
て0.4以上で負性抵抗現象を有するイオン性有機電荷
移動錯体を主要構成要素とすることを特徴とする非線形
電気伝導素子である。
That is, the present invention is a nonlinear electrically conductive device characterized in that the main component thereof is an ionic organic charge transfer complex having a negative resistance phenomenon at a charge mobility of 0.4 or more at a temperature of 100°C or more.

(3−4−1)有機電荷移動錯体 本発明のイオン性有機電荷移動錯体は電子供与体(D)
と電子受容体(八)とからなる。
(3-4-1) Organic charge transfer complex The ionic organic charge transfer complex of the present invention is an electron donor (D).
and an electron acceptor (8).

里五仮与体 −iの有機電子供与体が使用可能であり、好ましくは共
役系を有する有機電子供与体、より好ましくは環状骨格
を有する共役系有機電子供与体が使用可能である。
An organic electron donor of Rigoku temporary donor-i can be used, preferably an organic electron donor having a conjugated system, more preferably a conjugated organic electron donor having a cyclic skeleton.

以下にその例を挙げる。An example is given below.

(11フルバレン誘導体 ここで、X、〜x4は水素原子、ハロゲン原子、炭素数
1〜20のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基等
)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基。
(11 Fullvalene Derivatives Here, X and ~x4 are hydrogen atoms, halogen atoms, alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (e.g., methyl group, ethyl group, etc.), alkoxy groups (e.g., methoxy group).

エトキシ基等)、アルキルチオ基、アリール基(例えば
、フェニル基、トリル基等)、 アリールオキシ基、ア
リールチオ基、アミノ基、ヒドロキシル基等、及びこれ
らの複合基が使用可能である。
(ethoxy group, etc.), alkylthio group, aryl group (eg, phenyl group, tolyl group, etc.), aryloxy group, arylthio group, amino group, hydroxyl group, etc., and composite groups thereof can be used.

X、〜X#はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし
、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For X and ~X#, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

Y、〜Y2は■b族原子2例えばイオウ、セレン。Y, to Y2 are group IIb atoms such as sulfur and selenium.

テルル等を用いることができる。Y、、Y、はそれぞれ
異なる原子を用いてもよいし、同種の原子を用いてもよ
い。
Tellurium etc. can be used. Y and Y may each use different atoms, or may use the same type of atoms.

(2)フェニレンジアミン誘導体 X5   Xb ここで、X、〜χ6は水素原子、ハロゲン原子、炭素数
1〜20のアルキル基(例えばメチル基、エチ7LaS
等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基
等)、アルキルチオ基、アリール基(例えば、フェニル
基、トリル基等)、アリールオキシ基。
(2) Phenylenediamine derivative X5
etc.), alkoxy groups (eg, methoxy groups, ethoxy groups, etc.), alkylthio groups, aryl groups (eg, phenyl groups, tolyl groups, etc.), aryloxy groups.

アリールチオ基、アミノ基、ヒドロキシル基等。Arylthio group, amino group, hydroxyl group, etc.

及びこれらの複合基が使用可能である。and complex groups thereof can be used.

島〜X6はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし、
同種の原子、基を複数個用いてもよい。
Islands to X6 may each use different atoms or groups,
A plurality of atoms or groups of the same type may be used.

(3)ベンジジン誘導体 ここで、x1〜Kllは水素原子、ハロゲン原子、炭素
数1〜20のアルキル基(例えばメチル基、エチル基等
)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等
)、アルキルチオ基、アリール基(例えば、フェニル基
、トリル基等ン、アリールオキシ基。
(3) Benzidine derivatives Here, x1 to Kll are hydrogen atoms, halogen atoms, alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (e.g., methyl group, ethyl group, etc.), alkoxy groups (e.g., methoxy group, ethoxy group, etc.), alkylthio groups, aryl groups (e.g. phenyl group, tolyl group, etc.), aryloxy group.

アリールチオ基、アミノ基、ヒドロキシル基等。Arylthio group, amino group, hydroxyl group, etc.

及びこれらの複合基が使用可能である。and complex groups thereof can be used.

X、〜X、はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし
、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For X and ~X, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

(4)フェナジン誘導体 X。(4) Phenazine derivative X.

ここで、X、、X、は水素原子、ハロゲン原子、炭素数
1〜20のアルキル基(例えばメチル基、エチル基等)
、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等)
、アルキルチオ基、アリール基(例えば、フェニル基、
トリル基等)、了り−ルオキシ基。
Here, X, X are hydrogen atoms, halogen atoms, alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (e.g. methyl group, ethyl group, etc.)
, alkoxy group (e.g., methoxy group, ethoxy group, etc.)
, alkylthio group, aryl group (e.g. phenyl group,
tolyl group, etc.), oriroxy group.

アリールチオ基、アミノ基、ヒドロキシル基等。Arylthio group, amino group, hydroxyl group, etc.

及びこれらの複合基が使用可能である。and complex groups thereof can be used.

XI、XIはそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし
、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For XI and XI, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

(5)フェノチアジン誘導体 ここで、Xは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20
のアルキル基(例えばメチル基、エチル基等)、アルコ
キシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等)、アルキ
ルチオ基、アリール基(例えば。
(5) Phenothiazine derivative where X is a hydrogen atom, a halogen atom, and has 1 to 20 carbon atoms.
Alkyl groups (e.g. methyl, ethyl, etc.), alkoxy groups (e.g. methoxy, ethoxy, etc.), alkylthio groups, aryl groups (e.g.

フェニル基、トリル基等)、了り−ルオキシ基、アリー
ルチオ基、アミノ基、ヒドロキシル基等、及びこれらの
複合基が使用可能である。
phenyl group, tolyl group, etc.), aryoloxy group, arylthio group, amino group, hydroxyl group, etc., and composite groups thereof can be used.

1ヱ受麗生 一般の有機電子受容体が使用可能であり、好ましくは共
役系を有する有機電子受容体、より好ましくは環状骨格
を有する共役系有機電子受容体が使用可能である。
1) General organic electron acceptors can be used, preferably organic electron acceptors having a conjugated system, more preferably conjugated organic electron acceptors having a cyclic skeleton.

以下にその例を挙げる。An example is given below.

(flテトラシアノキノジメタン誘導体ここで、X l
”’ X aは水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ
素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、シアノ基、
アジド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基
、及び炭素数1〜20のアルキル基(例えばメチル基、
エチル基等)、アルコキシ基(例えばメトキシ基、エト
キシ基等)、アルキルカルボニル基、アリール基、アリ
ールカルボニル基等、及びこれらの複合基が使用可能で
ある。
(fl tetracyanoquinodimethane derivative, where X l
``'
Azide group, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, and alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (e.g. methyl group,
(ethyl group, etc.), alkoxy groups (eg, methoxy group, ethoxy group, etc.), alkylcarbonyl groups, aryl groups, arylcarbonyl groups, and composite groups thereof can be used.

x1〜X4はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし
、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For x1 to X4, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

(2)テトラシアノナフトキノジメタン誘導体xS  
 XI ここで、XI−Xbは水素原子、ハロゲン原子(例えば
、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)、シア
ノ基、アジド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニ
トロ基、及び炭素数1〜20のアルキル基(例えば、メ
キル基、エチル基等)、アルコキシ基(例えばメトキシ
基、エトキシ基等)、アルキルカルボニル基、アリール
基、アリールカルボニル基等、及びこれらの複合基が使
用可能である。
(2) Tetracyanonaphthoquinodimethane derivative xS
XI Here, XI-Xb is a hydrogen atom, a halogen atom (e.g., a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), a cyano group, an azide group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a nitro group, and a carbon number of 1 to 20 Alkyl groups (eg, mekyl group, ethyl group, etc.), alkoxy groups (eg, methoxy group, ethoxy group, etc.), alkylcarbonyl groups, aryl groups, arylcarbonyl groups, etc., and composite groups thereof can be used.

X I”’ X bはそれぞれ異なる原子、基を用いて
もよいし、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For X I''' X b, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

ここでX I”” X *は水素原子、ハロゲン原子(
例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)。
Here, X I"" X * is a hydrogen atom, a halogen atom (
For example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom).

シアノ基、アジド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基
、ニトロ基、及び炭素数1〜20のアルキル基(例えば
、メチル基、エチル基等)、アルコキシ基(例えばメト
キシ基、エトキシ基等)、アルキルカルボニル基、アリ
ール基、アリールカルボニル基等、及びこれらの複合基
が使用可能である。
Cyano group, azide group, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (e.g., methyl group, ethyl group, etc.), alkoxy group (e.g., methoxy group, ethoxy group, etc.), alkylcarbonyl group , an aryl group, an arylcarbonyl group, and a composite group thereof can be used.

Xo、〜X#はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよい
し、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For Xo and ~X#, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

(4)フルオレノン誘導体 XS    XI Xs  OL ここでX1〜Xsは水素原子、ハロゲン原子(例えばフ
ッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子)。
(4) Fluorenone derivative XS XI Xs OL Here, X1 to Xs are a hydrogen atom or a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom).

シアノ基、アジド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基
、ニトロ基、及び炭素数1〜20のアルキル基(例えば
メチル基、エチル基等)、アルコキシ基(例えばメトキ
シ基、エトキシ基等)、アルキルカルボニル基、アリー
ル基、アリールカルボニル基等、及びこれらの複合基が
使用可能である。
cyano group, azide group, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (e.g. methyl group, ethyl group, etc.), alkoxy group (e.g. methoxy group, ethoxy group, etc.), alkylcarbonyl group, Aryl groups, arylcarbonyl groups, etc., and composite groups thereof can be used.

X、〜X、はそれぞれ異なる原子、基を用いてもよいし
、同種の原子、基を複数個用いてもよい。
For X and ~X, different atoms or groups may be used, or a plurality of atoms or groups of the same type may be used.

イオン   −; 多言仕 上記の電子供与体くD)、及び電子受容体からイオン性
有機電荷移動錯体を作製する。作製法としては溶液混合
法、溶液拡散法、電界法、共昇華法。
An ionic organic charge transfer complex is prepared from the above electron donor D) and an electron acceptor. Manufacturing methods include solution mixing method, solution diffusion method, electric field method, and co-sublimation method.

二元蒸着法等が使用可能である。本発明においては(D
)と(A)の組み合わせは特に限定しないが、イオン性
錯体として以下の条件を満たす必要がある。
A binary vapor deposition method or the like can be used. In the present invention, (D
Although the combination of ) and (A) is not particularly limited, the ionic complex must satisfy the following conditions.

倶/」−乙法 電荷移動度(ρ)が100に以上で、0.4以上、好ま
しくは0.5以上、更に好ましくは0.55以上である
イオン性有機電荷移動錯体であること。ここで電荷移動
度(ρ)は電子供与体(D)と電子受容体(A)が対(
DA)を成した時、電子供与体(D)から電子受容体へ
の電荷移動の割合(D″fiA−fi>を示すものであ
る。すなわち、電子供与体と電子受容体の間で電荷移動
がなく、それぞれ中性分子である場合(D’A’)、電
荷移動度はOであり、電子供与体から電子受容体に完全
に電荷移動し、それぞれイオン性分子(D”A−)とな
った場合、電荷移動度は1である。この電荷移動度は、
赤外吸収スペクトルの分子振動解析、X線回折による結
合解析、 ESCA(XPS)による原子の価数解析に
より実験的に求められる。
The ionic organic charge transfer complex has a charge mobility (ρ) of 100 or more, preferably 0.4 or more, preferably 0.5 or more, and more preferably 0.55 or more. Here, the charge mobility (ρ) is defined as the electron donor (D) and electron acceptor (A) pair (
DA), it shows the rate of charge transfer from the electron donor (D) to the electron acceptor (D″fiA-fi>. In other words, the charge transfer rate between the electron donor and the electron acceptor is When there is no molecule and each is a neutral molecule (D'A'), the charge mobility is O, and the charge is completely transferred from the electron donor to the electron acceptor, and the ionic molecule (D''A-) and When , the charge mobility is 1. This charge mobility is
It is determined experimentally by molecular vibrational analysis of infrared absorption spectra, bond analysis by X-ray diffraction, and atomic valence analysis by ESCA (XPS).

9L」u口むI1遣 (D)と(A)から成るイオン性有機電荷移動錯体は、
分離積層型又は交互積層型結晶構造、好ましくは交互積
層型結晶構造をとることができる。ここで交互積層型結
晶構造とは、DADADADA・・・・・・、 DDA
ADDAADDAAのように(D)と(A)が交互に積
層した結晶構造を云う。このような構造はX線回折によ
り判定可能である。
The ionic organic charge transfer complex consisting of (D) and (A) is
It can have a separate layered or alternately layered crystal structure, preferably an alternately layered crystal structure. Here, the alternating layered crystal structure is DADADADA...DDA
It has a crystal structure in which (D) and (A) are alternately stacked like ADDAADDAA. Such a structure can be determined by X-ray diffraction.

以上の条件を満たすイオン性有機電荷移動錯体の例を次
に挙げる。
Examples of ionic organic charge transfer complexes that satisfy the above conditions are listed below.

(TCNQ) (N、N  ’  、N、N  ’  TMPDン  
            (T(1:Ng](3−4−
2)有機電荷移動錯体の単結晶化及び薄膜化本発明は、
前述したイオン性有機電荷移動錯体の単結晶あるいは多
結晶をバルクまたは薄膜の状態で非線形電気伝導素子の
主要構成要素として使用する。
(TCNQ) (N, N', N, N' TMPDn
(T(1:Ng)(3-4-
2) Single crystallization and thin film formation of organic charge transfer complex The present invention includes:
A single crystal or polycrystal of the above-mentioned ionic organic charge transfer complex is used in the form of a bulk or a thin film as a main component of a nonlinear electrically conductive device.

単結晶の調整は一般的な方法を使用可能である。A common method can be used to prepare the single crystal.

例えば共昇華法、溶液混合法、溶液拡散法、電解法、溶
液濃縮法等がある(参照: 「−次元電気伝導体」鹿児
島域−編著(裳華房) P、P、53〜57)。
Examples include a co-sublimation method, a solution mixing method, a solution diffusion method, an electrolytic method, a solution concentration method, etc. (Reference: "-Dimensional Electrical Conductor" edited by Kagoshima region (Shokabo) P, P, 53-57).

薄膜の調整は一般的な方法を使用可能である。A general method can be used to adjust the thin film.

例えば、二次元蒸着法、共昇華法などである。薄膜化に
使用する基板は特に限定するものではないが、金属、半
導体、高分子、ガラスなどが使用可能である。
For example, two-dimensional vapor deposition method, co-sublimation method, etc. The substrate used for thinning is not particularly limited, but metals, semiconductors, polymers, glass, etc. can be used.

ここで、バルクまたは薄膜の状態にある有機電荷移動錯
体の単結晶あるいは多結晶のうち、電子供与体及び電子
受容体が交互積層構造をとるものが好ましい。
Here, among single crystals or polycrystals of organic charge transfer complexes in a bulk or thin film state, those having an alternating layered structure of electron donors and electron acceptors are preferable.

(3−4−3)負性抵抗 本発明においてイオン性有機電荷移動錯体が負性抵抗を
示し、特異な非線形電気伝導性を有することを始めて見
出し、該イオン性有機電荷移動錯体は負性抵抗領域にお
いても或いは正抵抗領域においても強い非オーム的電導
挙動を示すことを見出した。
(3-4-3) Negative resistance In the present invention, it was discovered for the first time that an ionic organic charge transfer complex exhibits negative resistance and has unique nonlinear electrical conductivity. It was found that strong non-ohmic conductive behavior is exhibited both in the positive resistance region and in the positive resistance region.

本発明において、負性抵抗を示すとは、電流電圧特性が
負性を示すことを意味し、得られた素子を使用する条件
で負性である他、温度等をある特定の条件にした時に負
性特性を示すものであってもよい。
In the present invention, exhibiting negative resistance means that the current-voltage characteristics are negative, and in addition to being negative under the conditions in which the obtained element is used, when the temperature etc. are set to certain specific conditions. It may also exhibit negative characteristics.

この特異な負性抵抗現象は、次の実験にて確認可能であ
る。第1図に示すように、該イオン性錯体1にバイアス
抵抗Rtを直列に配線し、電圧による電流の変化を測定
する。なお、図中v0は電源電圧、Aは電流計である。
This unique negative resistance phenomenon can be confirmed in the following experiment. As shown in FIG. 1, a bias resistor Rt is connected in series to the ionic complex 1, and changes in current due to voltage are measured. In addition, in the figure, v0 is a power supply voltage, and A is an ammeter.

■は電流である。■ is the current.

本発明における非線形電流−電圧特性を第2図に模式的
に示す。
The nonlinear current-voltage characteristics in the present invention are schematically shown in FIG.

第2図より本素子にはヒステリシス及び2つのしきい値
が存在することが確認された。本素子は低導電状Uaか
ら高電圧側しきい値ν1を越える電圧を印加することに
より、高導電状Bbへ遷移させることが可能である。ま
た、高導電状6bから、印加電圧を低電圧側しきい値v
2を下回る電圧に下げることにより、再び低導電状態a
に戻すことが可能である。
From FIG. 2, it was confirmed that this device has hysteresis and two threshold values. This element can be caused to transition from a low conductivity state Ua to a high conductivity state Bb by applying a voltage exceeding the high voltage side threshold value ν1. Further, from the highly conductive state 6b, the applied voltage is set to the low voltage side threshold v
By lowering the voltage below 2, the low conductivity state a
It is possible to return to

この非線形電気伝導現象は、温度依存性(第3図)及び
バイアス抵抗依存性(第4図)を有する。
This nonlinear electrical conduction phenomenon has temperature dependence (FIG. 3) and bias resistance dependence (FIG. 4).

すなわち、温度の低下及びバイアス抵抗の低減により非
線形性が著しくなり、ヒステリシスを伴うスイッチング
を示す。
That is, as the temperature decreases and the bias resistance decreases, nonlinearity becomes significant and switching accompanied by hysteresis is exhibited.

この非線形電気伝導現象を、該イオン性錯体に直接印加
される電場Eと電流密度log Iとの関係で表すと第
5図のようになる。これにより、該イオン性錯体が負性
抵抗を示すことがわかる。さらに正抵抗領域においても
強い非オーム的電導を示すことがわかる。
This nonlinear electrical conduction phenomenon is expressed as the relationship between the electric field E directly applied to the ionic complex and the current density log I as shown in FIG. This shows that the ionic complex exhibits negative resistance. Furthermore, it can be seen that strong non-ohmic conduction is exhibited even in the positive resistance region.

(3−4−4)非線形電気伝導素子の構成(3−4−3
)において見出した負性抵抗性を活用し、種々の非線形
電気伝導を発現し得る。素子の構成は、以下の例のよう
に種々可能であるが、必須条件は、本発明のイオン性錯
体を主要構成要素とし、このイオン性錯体の有する負性
抵抗性を活用することである。
(3-4-4) Configuration of nonlinear electrical conduction element (3-4-3
) It is possible to develop various nonlinear electrical conductions by utilizing the negative resistance found in Various configurations of the device are possible as shown in the examples below, but the essential condition is to use the ionic complex of the present invention as a main component and to utilize the negative resistance of this ionic complex.

〔例1〕 該イオン性錯体の単結晶1aを使用し、構成分子の交互
積層方向へバイアス抵抗を介し電圧を印加するもの(第
6図(a))を使用することができる。
[Example 1] A method can be used in which the single crystal 1a of the ionic complex is used and a voltage is applied via a bias resistor in the direction of alternate stacking of constituent molecules (FIG. 6(a)).

図中矢印はイオン性有機電荷錯体の電子供与体(ドナー
)(D)と電子受容体(アクセプタ)(A)との積層方
向を示す。また、該イオン性錯体単結晶は、交互積層方
向と垂直な方向として錯体自身をバイアス抵抗とするこ
とが可能である。この2例1b。
The arrow in the figure indicates the stacking direction of the electron donor (D) and electron acceptor (A) of the ionic organic charge complex. Furthermore, the ionic complex single crystal can be used as a bias resistance in the direction perpendicular to the direction of alternate stacking. These two examples 1b.

Icを第6図(blに示す。Ic is shown in Figure 6 (bl).

〔例2〕 第7図(bl示のように該イオン性錯体の多結晶。[Example 2] FIG. 7 (polycrystals of the ionic complex as shown).

薄膜化物1dを使用することができる。電極構成は、第
7図山)に示すように正・負極3.4で薄膜をはさむ縦
型電極と、第87図(C1示のように片面に正・負極を
配置させる横型電極が可能である。また、第7図(d)
示のように薄膜の両面に横型電極を構成することも可能
である。また、電極面積は特に限定しない。
A thin film compound 1d can be used. The electrode configuration can be a vertical electrode in which a thin film is sandwiched between the positive and negative electrodes 3.4 as shown in Figure 7, or a horizontal electrode in which the positive and negative electrodes are arranged on one side as shown in Figure 87 (C1). Also, Fig. 7(d)
It is also possible to construct horizontal electrodes on both sides of the thin film as shown. Further, the electrode area is not particularly limited.

なお、バイアス抵抗は、通常は使用するが無くてもよい
Note that although a bias resistor is normally used, it may be omitted.

〔例3〕 高分子等の分散剤に該イオン性錯体の多結晶粉末を分散
させたものを使用することもできる。電極構成は第7図
に示す〔例2〕と同様のものが使用できる。
[Example 3] It is also possible to use a polycrystalline powder of the ionic complex dispersed in a dispersant such as a polymer. The electrode structure similar to that shown in FIG. 7 [Example 2] can be used.

なお、バイアス抵抗は、通常は使用するが無くてもよい
Note that although a bias resistor is normally used, it may be omitted.

C例4〕 例えば、分散系薄膜及び多結晶薄膜を用いて第8図のよ
うに多数の電極を並設した電極構成とすることができる
。該イオン性錯体の結晶状態(単結晶、多結晶)及び形
状(バルク、薄膜)は、特に限定されないが、電極を一
次元的(第8図(a))。
Example C 4] For example, it is possible to use a dispersed thin film and a polycrystalline thin film to form an electrode structure in which a large number of electrodes are arranged in parallel as shown in FIG. The crystal state (single crystal, polycrystal) and shape (bulk, thin film) of the ionic complex are not particularly limited, but the electrode may be one-dimensional (FIG. 8(a)).

二次元的(第8図(b))、  あるいは三次元的(第
8図(C) )に多数配置したものが使用される。
A large number of them arranged two-dimensionally (FIG. 8(b)) or three-dimensionally (FIG. 8(C)) are used.

なお、バイアス抵抗は通常は使用するが無くてもよい。Note that although a bias resistor is normally used, it may be omitted.

(3−4−5)非線形電気伝導素子の機能本発明におけ
る非線形電気伝導素子は、イオン性有機電荷移動錯体が
有する強い非オーム的電導及び負性抵抗現象を活用する
ことにより、スイッチング、記憶、増幅、論理、演算等
の機能を発現する。
(3-4-5) Function of nonlinear electrically conductive element The nonlinear electrically conductive element of the present invention utilizes the strong non-ohmic electrical conduction and negative resistance phenomena of the ionic organic charge transfer complex to perform switching, memory, Expresses functions such as amplification, logic, and calculation.

(3−4−3)で示したように、本発明における素子は
温度、バイアス抵抗を変化させることにより、その非線
形電流−電圧特性を変化させ得る(第3図、第4図参照
)。それゆえ、(3−4−4)で示した素子構成、特に
バイアス抵抗を変化させることにより容易に種々の機能
を発現できる。例えば、バイアス抵抗を低減し、電流−
電圧特性がヒステリシスを有する条件においては、双安
定性を利用したスイッチング、記憶、増幅、論理、演算
等の機能を発現し得る。さらに、素子構成により、これ
らの機能を容易に並列処理化することが可能である。ま
た、素子に対する光照射において、そのヒート・モード
及びフォトンモードを利用することにより上記のスイッ
チング、記憶、増幅、論理。
As shown in (3-4-3), the device according to the present invention can change its nonlinear current-voltage characteristics by changing the temperature and bias resistance (see FIGS. 3 and 4). Therefore, various functions can be easily realized by changing the element configuration shown in (3-4-4), especially the bias resistance. For example, by reducing bias resistance and current −
Under conditions where the voltage characteristics have hysteresis, functions such as switching, storage, amplification, logic, and calculation using bistability can be realized. Furthermore, depending on the element configuration, these functions can be easily processed in parallel. In addition, when light is irradiated onto the element, the heat mode and photon mode are utilized to achieve the above-mentioned switching, memory, amplification, and logic.

演算等の機能が発現可能である。Functions such as arithmetic operations can be performed.

なお、本発明における素子は、実施例で示すように、I
V/μ−程度の低電界でスイッチング等の駆動が可能で
ある。
Note that, as shown in Examples, the element in the present invention has I
Drive such as switching is possible with a low electric field of about V/μ-.

g」と1−豊一斑 〔実施例1〜4〕 表1に示す電子供与体と電子受容体を用い、表2に示す
調整法にて単結晶を育成した。赤外吸収法にて電荷移動
度を25℃で測定したところ、表2に示すように電荷移
動度は全て0.5以上であり、イオン性を有することを
確認した。また、X線回折法にて積層構造を確認したと
ころ、表2に示すように全て、交互積層構造をとること
を確認した。
g'' and 1-Toyokazu [Examples 1 to 4] Using the electron donors and electron acceptors shown in Table 1, single crystals were grown according to the preparation method shown in Table 2. When the charge mobilities were measured at 25° C. using an infrared absorption method, the charge mobilities were all 0.5 or more as shown in Table 2, confirming that they had ionicity. Further, when the laminated structure was confirmed by X-ray diffraction method, it was confirmed that all the samples had an alternate laminated structure as shown in Table 2.

表3に示す電極を形成し、第6図(a)に示される非線
形電気伝導素子を作製した。電圧−電流特性を第1図の
二端子法にて各ケルビン温度Kにつき測定したところ第
9.11.13.15図に示すようにヒステリシスを有
することを確認した。これを錯体に直接加わる電界、電
流密度の関係で表すと、第10.12.14.16図に
示すようになり、負性抵抗を発現することを確認した。
Electrodes shown in Table 3 were formed, and a nonlinear electrical conduction element shown in FIG. 6(a) was produced. When the voltage-current characteristics were measured for each Kelvin temperature K using the two-terminal method shown in FIG. 1, it was confirmed that there was hysteresis as shown in FIGS. 9.11.13.15. When this is expressed in terms of the relationship between the electric field and current density directly applied to the complex, it becomes as shown in Figure 10.12.14.16, and it was confirmed that negative resistance was expressed.

以上のようにこれらイオン性有機電荷移動錯体を主要構
成要素とし、この錯体の有する負性抵抗性を活用するこ
とにより特異な非線形電気伝導素子の作製が可能である
ことを見出した。
As described above, we have found that it is possible to fabricate a unique nonlinear electrically conductive device by using these ionic organic charge transfer complexes as the main constituents and utilizing the negative resistance of these complexes.

表   1 犬−一一影 表  3 〔実施例5〕 実施例2で用いた非線形電気伝導素子について、205
Kにおいて68Vを中心ニ+10vおよび一10v。
Table 1 Inu-ichiichi Shadow Table 3 [Example 5] Regarding the nonlinear electrically conductive element used in Example 2, 205
68V at K centering +10v and -10v.

時間幅1msのパルス電場E1を10m5間隔で印加し
たところ、第17図に示すように、双安定性のスイッチ
ング機能を有することを確認した。
When a pulsed electric field E1 with a duration of 1 ms was applied at intervals of 10 m5, it was confirmed that it had a bistable switching function, as shown in FIG. 17.

なお、このスイッチングの繰り返し回数は106回以上
可能であった。
Note that this switching could be repeated 106 times or more.

上記の通り、本発明における非線形電気伝導素子が電圧
の制御による電流のスイッチング機能を安定に有するこ
とを見出した。
As described above, it has been found that the nonlinear electrical conduction element of the present invention stably has a current switching function by voltage control.

〔実施例6〕 実施例1で用いた非線形電気伝導素子について、21’
8Kにおいてバイアス抵抗値を変化させた。第18図に
示すように100MΩから抵抗値を低減させるにつれ、
印加電圧600vの立ち上がりが急峻になり、10 M
Ωではヒステリシスが確認された。上記のバイアス抵抗
による電流−電圧特性の変化は可逆であり、バイアス抵
抗値を変化させることにより、100に以上で安定な非
線形電気伝導素子の作製が可能であることを見出した。
[Example 6] Regarding the nonlinear electrically conductive element used in Example 1, 21'
The bias resistance value was changed at 8K. As shown in Figure 18, as the resistance value is reduced from 100MΩ,
The rise of the applied voltage of 600V becomes steep, and the voltage rises to 10M.
Hysteresis was confirmed in Ω. It has been found that the change in current-voltage characteristics due to the bias resistance described above is reversible, and that by changing the bias resistance value, it is possible to fabricate a stable nonlinear electrical conduction element at a voltage of 100 or more.

さらに、バイアス抵抗値を変化させることにより、素子
のスイッチング、記憶、増幅、演算等の機能を制御する
ことが可能であることを確認した。
Furthermore, it was confirmed that by changing the bias resistance value, it is possible to control functions such as switching, memory, amplification, and calculation of the element.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は非線形電気伝導素子の電流−電圧特性評価回路
図、第2図は非線形電気伝導素子のヒステリシスを有す
る代表的な電流−電圧特性を示す図、第3図、第4図は
素子の非線形電流−電圧特性の温度及びバイアス抵抗依
存性を示す図、第5図はイオン性電荷移動錯体の負性抵
抗の温度依存性を示す図、第6図(a) 、 (bl、
第7図(a) 〜(d)、第8図(a)〜(C)は夫々
素子の構成を示す説明図、第9図〜第16図は夫々実施
例1,2,3.4における素子の電流−電圧特性及びイ
オン性電荷移動錯体の負性抵抗を示す図、第17図は実
施例5における素子のスイッチング特性を示す図、第1
8図は実施例6における素子の電流−電圧特性のバイア
ス抵抗$1廁 簿2目 Vo (電圧) 箋3副 箋9臆 Vo(電圧) 箋n E=(VO−、RLI)/d。 答6′劇 (旧 up) 答■ Caン (b) 2次元ら通ど置 (C) 3次元的を隠 喜H口 E (KV/c 7?2) 喜II?國
Figure 1 is a current-voltage characteristic evaluation circuit diagram of a nonlinear electrical conduction element, Figure 2 is a diagram showing typical current-voltage characteristics with hysteresis of a nonlinear electrical conduction element, and Figures 3 and 4 are diagrams of the element. A diagram showing the temperature and bias resistance dependence of nonlinear current-voltage characteristics. Figure 5 is a diagram showing the temperature dependence of the negative resistance of an ionic charge transfer complex. Figure 6 (a), (bl,
FIGS. 7(a) to (d) and FIGS. 8(a) to (C) are explanatory diagrams showing the structure of the element, respectively, and FIGS. 9 to 16 are explanatory diagrams showing the structure of the device in Examples 1, 2, and 3.4, respectively. FIG. 17 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the device and the negative resistance of the ionic charge transfer complex; FIG. 17 is a diagram showing the switching characteristics of the device in Example 5;
Figure 8 shows the bias resistance of the current-voltage characteristics of the device in Example 6. Answer 6' Drama (old up) Answer ■ Can (b) 2-dimensional et al. (C) 3-dimensional object hidden Ki H mouth E (KV/c 7? 2) Ki II? country

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 電荷移動度が温度100K以上において0.4以上で、
かつ負性抵抗を示すイオン性有機電荷移動錯体を主要構
成要素とすることを特徴とする非線形電気伝導素子。
The charge mobility is 0.4 or more at a temperature of 100K or more,
What is claimed is: 1. A nonlinear electrical conduction element characterized in that the main component thereof is an ionic organic charge transfer complex exhibiting negative resistance.
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