JPH03137894A

JPH03137894A - スイッチング・メモリ複合機能素子アレイ

Info

Publication number: JPH03137894A
Application number: JP1275309A
Authority: JP
Inventors: Shiro Asakawa; 浅川　史朗; Katsunori Waratani; 克則藁谷; Katsuhiro Nichogi; 二梃木　克洋; Yukihiro Saito; 斉藤　幸廣; Akira Taomoto; 昭田尾本
Original assignee: Matsushita Giken KK
Current assignee: Matsushita Giken KK
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-12

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】産業上の利用分野この発明は、スイッチング・メモリの両機能、特に光信
号によるスイッチングおよびメモリも可能な素子アレイ
に関するものであり、例えば、メモリ素子アレイ、スイ
ッチング素子アレイ、視覚擬似素子アレイを始めとして
広く情報産業分野において用い得るスイッチング・メモ
リ複合機能素子アレイに関する。

従来の技術第５図は、従来のメモリ素子アレイであるプログラムロ
ジックアレー（ＰＬＡ）を示している。

このＰＬＡでは、入力ラインＡ、　　Ｂ、　　Ｃと出力
ラインＤの交差点には、図のようにダイオードＤＬＤＩ
（あるいはフユーズ）が設けられていて、これを、記憶
させるプログラムに応じてダイオードＤＩの一方を導通
（フユーズの場合は切断）するることにより必要なメモ
リがなされる。

発明が解決しようとする課題しかしながら、最近の情報産業の発達に伴いメモリ機能
がより高度なメモリ素子アレイが望まれている。

この発明は、上記の事情に鑑み、高度なメモリ機能を有
するとともに、単純な材料構成であり、かつ、単純な構
造であって、しかも、製造自体が容易で製造コストが低
く、利用し易いスイッチング・メモリ複合機能素子アレ
イを提供することを課題とする。

課題を解決するだめの手段前記課題を解決するため、請求項１〜３記載のスイッチ
ング・メモリ複合素子アレイは、スイッチング機能とメ
モリ機能を有する薄膜が対向する一対の電極により挾ま
れてなる素子が複数配列されてなり、前記スイッチング
機能は、前記電極に閾値電圧以上の電圧が印加されると
前記薄膜が高抵抗状態から低抵抗状態へと変化すること
で発揮され、前記閾値電圧は、光照射状態では非光照射
状態より低くなるようになっているとともに、前記メモ
リ機能は、前記薄膜が低抵抗状態を少なくとも一定期間
持続することで発揮され、前記低抵抗状態を逆電圧印加
により高抵抗状態に復帰することで解除されるようにな
っている。

このスイッチング・メモリ複合素子アレイは、通常、多
数の素子が縦・横に２次元配列されたマトリックス配置
構成をとるが、縦・横のいずれか一方にだけ素子が配列
された一次元配置構成をとっていてもよ℃゛。

上記のような特性をもつ薄膜としては、例えば有機物薄
膜、具体的には、請求項２の発明の如く、鉛フタロシア
ニンからなる薄膜であって、特に、請求項３記載の発明
の如く、単斜晶系を多く含む結晶構造を有し、Ｃ軸が電
極表面に平行な向きに配向するように形成された鉛フタ
ロシアニン蒸着薄膜が好ましい。

上記の有機物薄膜は、基本的に光導電性をもつとともに
結晶軸が特定の方向に揃って（配向し）いて、電気電導
に異方性をもっている。薄膜は電極（この電極が基材を
兼ねることもある）表面上に形成されるが、高導電結晶
軸を主として電極表面に平行となる向きに配向するよう
にするのである。も゛ちろん、電圧（電界）は高導電結
晶軸と垂直の方向に印加することになる。

作用この発明において、機構は十分に詳らかではないが、電
気信号のみならず光信号によるメモリも可能であり、し
かもメモリ解除も可能という高度な機能を有する。

実施例以下に本発明の実施例を鉛フタロシアニン薄膜の場合を
例にとって、スイッチング機能およびメモリ機能に関し
詳しく説明する。

光照射しない状態（暗状態）では、第１−図に実線で示
すように、一対の電極の印加電圧Ｖ＜閾値電圧ｙｔｈで
ある場合、薄膜は高抵抗Ｒ１状態を維持するが、印加電
圧Ｖ≧閾値電圧ｙｔｈとなった場合、９薄膜は高折抗部
状態から低抵抗Ｒ，状態に変化する。つまりスイッチン
グ機能が発揮されるのである。−旦、低抵抗Ｒ３状態に
変化すると、この状態が少なくとも一定期間持続する。

つまりメモリ機能が発揮されるのである。しかし、第１
図にみるように、一対の電極に逆電圧を印加すれば、低
抵抗Ｒ，状態を元の高抵抗Ｒ１状態に強制的に復帰させ
られる。メモリ状態が解除されるのである。

光照射状態では、薄膜が高抵抗状態から低抵抗状態に変
化する閾値電圧の値が非光照射状態の場合に比べて低い
。第１図に破線で示すように、対の電極の印加電圧■〈
閾値電圧ｙｔｈ’である場合、薄膜は高抵抗Ｒ２状態に
ある。なお、この高抵抗Ｒ−状態は先の高抵抗Ｒ，状態
に比べ抵抗値は低（なっている。これは、光照射に伴い
キャリア発生があるからである。そして、光照射状態に
おいて、印加電圧■≧閘値電圧ｙ　ｔｈ　’　となると
、薄膜（の光の当たっている領域）は高抵抗Ｒ１状態か
ら低抵抗Ｒ４状態に変化する。−旦、低抵抗Ｒ４状態に
変化すると、この状態が一定期間持続する。しかし、第
１図にみるように、逆電圧印加により、低抵抗Ｒ４状態
を高抵抗状態に強制的に復帰させることができる。勿論
、ここで、閾値電圧Ｖ　ｔｈ／　は閾値電圧ｙｔｈより
も低い電圧である。

上のことから分かるように、この発明のアレイの各スイ
ッチング・メモリ素子では、一対の電極にｙｔｈ’以上
〜ｙｔｈ未満の電圧が印加された状態で光信号が与えら
れると、高抵抗状態から低抵抗状態への変化が起こると
同時にこの変化が持続するという機能、すなわち、光信
号によるスイッチングおよびメモリ機能が発揮される。

なお、低抵抗Ｒ４状態における抵抗値は、低抵抗Ｒ３状
態のそれに比べれば同じか低くなる。

このような特性の薄膜は、例えば、低次元導電異方性を
有する金属錯体、電荷移動錯体等でもって形成された薄
膜のうちに見られるが、勿論、これに限らないことはい
うまでもない。より具体的には、有機物薄膜は、フタロ
シアニンの金属錯体やポルフィリンの金属錯体等のよう
な高分子化合物の金属錯体、各種ドナーとアクセプター
の組み合わせ等で形成されるが、これに限らない。

薄膜厚みは、０．０１〜５μｍ程度、好ましくは０１〜
１μｍ程度の範囲であるが、これに限らない。

この発明における有機物薄膜は、真空蒸着法、スパッタ
リング等の通常の薄膜形成方法により作ることができる
が、低次元（好ましくは一次元）導電方向が電極表面に
対し平行の方向となるように結晶が配向するよう膜形成
の制御を行う。

各スイッチング・メモリ複合機能素子は、例えば、第４
図にみるような構成である。つまり、基板４上に形成さ
れた下電極３の上に有機物薄膜１が積層形成され、さら
に上電極２が積層形成されている。８．９はリード線で
ある。

基板４は、ガラス、セラミックス、プラスチックのよう
な絶縁材料、あるいは、金属材料が使われる。金属材料
の基板を用いる場合には、基板自体を各素子共通の下電
極３として利用できる。勿論、これらに限らない。電極
２．３は、Ａｕ、　Ａｇ、Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｐｔ、　Ｎ
ｉ、　Ｐｂ、　Ｚｎ％Ｓｎ、あるいは、ＩＴＯの如き透
明導電体、半導体等の単独物、あるいは、複数併用の合
金または積層構造物からなる。勿論これらに限らない。

また、電極２．３は同一材料で形成してもよいし、それ
ぞれ異なる材料で形成してもよい。なお、光信号を薄膜
に照射するために、例えば、電極２．３の少なくとも一
方を透明導電材からなる電極とするか、あるいは、実効
的に透明となる薄さの電極とする。

この発明において、上記のように高抵抗状態から低抵抗
状態に変化する機構は十分に詳らかではないが、例えば
、以下のような機構であると推察している。もちろん、
この発明は、この機構説明により何ら制限を受けるもの
ではない。

第２図（ａ）にみるように、低次元導電有機物薄膜１は
、電極３表面に平行に高導電カラム７を有しており、例
えば、ＡがアクセプターでＢがドナーであれば、これら
は交互積層形の電荷移動錯体であるが、Ａが金属錯体で
Ｂが軸配位子であったり、Ａ、　　Ｂ共に金属錯体であ
ったりしてもよい。もちろん、カラム７と垂直の方向は
十分に電気絶縁（高抵抗）状態にある。なお、薄膜１の
両面には電極（図示省略）が形成されている。

しかしながら、カラム７に欠陥が存在したり、あるいは
、カラム７間に相互作用が存在し得る場合には、カラム
７と垂直の方向に電圧が印加されれば、電界の存在領域
Ｅには、第２図（ｂ）にみるように、カラム７の相互作
用が誘起され、この領域の抵抗値が低くなる。相互作用
は、電界による電荷移動に伴って新たな電荷移動錯体が
形成される場合、あるいは、電界による分子回転でカラ
ム間に低次元カラムが新たに形成される場合等に基づく
ものと推察される。

これらの状態は一定の緩和時間（例えば、数時間〜１日
、あるいはそれ以上）の間は保たれ、低抵抗状態がメモ
リされることとなる。緩和時間が過ぎるか、逆電界（逆
電圧）をかければ元の高抵抗状態に戻る。

また、光照射を行う場合、光により生じたキャリアの存
在により、絶縁方向の抵抗値が低くなり、これに伴い、
閾値電圧の低下がもたらされるのであろうと推察される
。

このように、この発明にがかるアレイでは、各素子に電
圧信号によるスイッチ・メモリ機能だけでなく光信号に
よるスイッチ・メモリ機能を合せ持ち、消去も可能なた
め、メモリ機能が非常に高度なものとなっている。

以下、更に詳しく説明する。

第３図は、この発明にかかるスイッチング・メモリ複合
素子アレイの一例を模式的にあられしたものである。

スイッチング・メモリ複合素子アレイは、第３図にみる
ように、絶縁基板４の上にストライプ状の下電極３１〜
３６が形成され、これら下電極上に鉛フタロシアニン蒸
着膜（図示省略）が積層形成され、さらに、その上にス
トライプ状の上電極２０１〜２１１が積層形成されてい
る。

上電極２０１〜２１１と下電極３１〜３６が交差する部
分（電極交差部分）では、両電極間に鉛フタロシアニン
蒸着膜が介在している。この場合、鉛フタロシアニン蒸
着膜は、電極交差部分のみに選択的に設けるようにして
もよいし、鉛フタロシアニン蒸着膜を基板に前面的に形
成し、電極交差部分以外の所にも鉛フタロシアニン蒸着
膜が存在するようにしてもよい。いずれにしても、縦１
１×横６の６６個の素子が２次元的に配列されたアレイ
となっている。かかる構成において、特定の電極交差部
分に閾値電圧ｙｔｈ以上の電圧がかかるようにすると、
その部分はオン状態（低抵抗状態）がメモリされ、必要
な回路ネットワークが出来あがる。あるいは、電極交差
部分の電圧が閾値電圧ｙｔｈである状態で、所定の電極
交差部分に光を照射することにより、その部分はオン状
態（低抵抗状態）がメモリされる。つまり、光情報を直
接アレイに書き込むことができるのである。オン状態を
解消しようとする場合には、そのオン状態部分の電極交
差部分に逆電圧がかかるようにすればよい。

上記の機能は換言すれば、学習によってネットワーク形
成したことであり、随時、任意に形成ネットワークを変
えることが可能なため、神経細胞に類似の機能と考える
ことができる。光信号によるスイッチ・メモリが可能な
ため、光連想記憶に用いることもできる。また、基本的
な使い方は、従来のメモリ素子アレイと特に変わるとこ
ろもないため、利用し易い。

なお、第３図においてＲは抵抗、Ｎは反転素子、○のあ
る電極交差部分はオン状態にある部分であることを示す
。

発明の効果この発明のスイッチング・メモリ複合機能素子アレイは
、電気信号のみならず光信号によりメモリが可能であり
、しかも、メモリ解除もできるため、高度なメモリ機能
が備わっていると言え、しかも、例えば、鉛フタロシア
ニン薄膜を一対の電極で挾んでなるという単純な材料構
成と単純な構造で裏足るとともに通常の薄膜形成技術で
容易に製造できるため、低コスト化が図れ、さらには、
使い方も従来のメモリ素子アレイと変わらないため、使
い易（、実用性に富んでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のアレイにおける各スイッチング・
メモリ複合素子の印加電圧−電流特性をあられすグラフ
、第２図（ａｌ、　ｆｂｌは、この素子の薄膜における
導電機構を説明するだめの模式的断面図、第３図は、こ
の発明のスイッチング・メモリ複合機能素子アレイの一
実施例を模式的にあられす説明図、第４図は、この発明
のアレイにおける各スイッチング・メモリ複合素子の基
本構成をあられす模式的断面図、第５図は、従来のＰＬ
Ａを模式的にあられす説明図である。１・・・有機物薄膜、２．　２０１〜２１１・・・上電
極、３゜３１〜３６・・・下電極、４・・・基材、Ｒ，
、Ｒ，・・・高抵抗、Ｒ，、Ｒ，・・・低抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スイッチング機能とメモリ機能を有する薄膜が対
向する一対の電極により挾まれてなる素子が複数配列さ
れてなり、前記スイッチング機能は、前記電極に閾値電
圧以上の電圧が印加されると前記薄膜が高抵抗状態から
低抵抗状態へと変化することで発揮され、前記閾値電圧
は、光照射状態では非光照射状態より低くなるようにな
っているとともに、前記メモリ機能は、前記薄膜が低抵
抗状態を少なくとも一定期間持続することで発揮され、
前記低抵抗状態を逆電圧印加により高抵抗状態に復帰す
ることで解除されるスイッチング・メモリ複合機能素子
アレイ。
（２）薄膜が鉛フタロシアニン薄膜である請求項１記載
のスイッチング・メモリ複合機能素子アレイ。
（３）鉛フタロシアニン薄膜が一方の電極上に蒸着形成
された薄膜であって、同薄膜は単斜晶系を多く含む結晶
構造を有し、かつ、結晶ｃ軸が前記電極表面に平行な向
きに配向している請求項２記載のスイッチング・メモリ
複合機能素子アレイ。