JPH0444362A - 有機量子半導体及び量子半導体素子 - Google Patents
有機量子半導体及び量子半導体素子Info
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- JPH0444362A JPH0444362A JP2153762A JP15376290A JPH0444362A JP H0444362 A JPH0444362 A JP H0444362A JP 2153762 A JP2153762 A JP 2153762A JP 15376290 A JP15376290 A JP 15376290A JP H0444362 A JPH0444362 A JP H0444362A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/311—Phthalocyanine
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K10/26—Diodes comprising organic-organic junctions
-
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/43—Bipolar transistors, e.g. organic bipolar junction transistors [OBJT]
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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。
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）
本発明は多重量子井戸構造を有するメゾスコピックな半
導体材料及びそれを用いた半導体素子に関するものであ
る。
導体材料及びそれを用いた半導体素子に関するものであ
る。
（従来の技術および発明が解決しようとする課題）従来
の主要な半導体としてはＳｉ、 ＧａＡｓ等を用いた無
機半導体がある。
の主要な半導体としてはＳｉ、 ＧａＡｓ等を用いた無
機半導体がある。
該無機半導体では原子は規則正しく３次元格子を形成し
て結晶を構成している。このため半導体のエネルギーバ
ンドは２次元又は３次元にわたって広く分布し、キャリ
アが結晶中を走行する場合、大きな分散をもった波束と
じか伝搬できない。つまりキャリアのモビリティ及びラ
イフタイムが制限される。これは素子を構成した場合、
素子のＳ／Ｎ、周波数特性、スイッチング特性等の低下
をもたらす。又、これを解決するために無機半導体、特
にＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓを中心とした量子半導体が考
慮されている。超薄膜化した半導体結晶を量子サイズ効
果が得られる寸法で積層する手法が用いられる、いわゆ
る量子井戸構造である。該量子井戸構造はその存在自体
は理論的にも実験的にも確認されている。しかし実際に
該量子井戸構造を用いてキャリアが伝搬するエネルギー
バンドを局在化するにはいたっていない。又該井戸構造
をより低次元で実現しようとする量子ワイヤが量子ドツ
トにおいては、無機半導体特有の結晶性に寄因する井戸
構造の理論値からのずれが無視できなくなり、前記量子
ワイヤや量子ドツトの実現は難しい。
て結晶を構成している。このため半導体のエネルギーバ
ンドは２次元又は３次元にわたって広く分布し、キャリ
アが結晶中を走行する場合、大きな分散をもった波束と
じか伝搬できない。つまりキャリアのモビリティ及びラ
イフタイムが制限される。これは素子を構成した場合、
素子のＳ／Ｎ、周波数特性、スイッチング特性等の低下
をもたらす。又、これを解決するために無機半導体、特
にＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓを中心とした量子半導体が考
慮されている。超薄膜化した半導体結晶を量子サイズ効
果が得られる寸法で積層する手法が用いられる、いわゆ
る量子井戸構造である。該量子井戸構造はその存在自体
は理論的にも実験的にも確認されている。しかし実際に
該量子井戸構造を用いてキャリアが伝搬するエネルギー
バンドを局在化するにはいたっていない。又該井戸構造
をより低次元で実現しようとする量子ワイヤが量子ドツ
トにおいては、無機半導体特有の結晶性に寄因する井戸
構造の理論値からのずれが無視できなくなり、前記量子
ワイヤや量子ドツトの実現は難しい。
さらには半導体素子という観点からみると、該無機半導
体においてｐ−ｎ接合型バイポーラ素子、ＭＯＳ型（Ｍ
ｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｔｙｐｅ）素子があげられる。
体においてｐ−ｎ接合型バイポーラ素子、ＭＯＳ型（Ｍ
ｅｔａｌ ０ｘｉｄｅ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｔｙｐｅ）素子があげられる。
これらの素子は基本的に三端子（例えばエミッタ、ベー
ス、コレクタ）であり、素子自体以外に配線が必要であ
る。配線はＡｌ−Ｃｕ等の合金を用いて配線の低抵抗化
、耐マイグレーシヨン化を図ってはいるものの、三端子
型の素子の多数集積化して、いわゆるＬＳｌ、ＵＬＳＩ
化を行おうとした場合、チップ面積にしめる配線面積の
割合が問題になる。これは配線抵抗、素子間に発生し不
可避な浮遊（寄生）容量、素子内蓄熱などへの対策の為
である。前記バイポーラ型ＬＳＩ・ＵＬＳＩ化を例にし
た場合、素子を高速で動作させようとした場合、素子の
サイズを小さくしたり、電流を多量に流し、素子内に強
い電界又は大きい電流密度を発生する必要がある。同時
にＬＳＩ内の素子ではパッシベーション膜等の関係から
配線の厚さを１〜２□ｍ以下にする必要があり、このた
め該電界又は電流密度を得ようとした場合該配線の幅を
広くする必要がある。この為チップ内に配線の占める面
積に下限が生じる。具体的にはチップ内の５０〜７０％
は配線面積で占められている。更に高速ＬＳＩにおいて
は前記高電界ＬＳＩにおいては前記高電界又は大電流密
度化（例えばＥＣＬ化）にともない、素子内蓄熱が問題
となる素子内での消費エネルギー（最終的には熱に変換
される）を放畠するために、素子間をある程度離す必要
があり、配線長（面積）の増加につながりＬＳＩ化の妨
げになる。
ス、コレクタ）であり、素子自体以外に配線が必要であ
る。配線はＡｌ−Ｃｕ等の合金を用いて配線の低抵抗化
、耐マイグレーシヨン化を図ってはいるものの、三端子
型の素子の多数集積化して、いわゆるＬＳｌ、ＵＬＳＩ
化を行おうとした場合、チップ面積にしめる配線面積の
割合が問題になる。これは配線抵抗、素子間に発生し不
可避な浮遊（寄生）容量、素子内蓄熱などへの対策の為
である。前記バイポーラ型ＬＳＩ・ＵＬＳＩ化を例にし
た場合、素子を高速で動作させようとした場合、素子の
サイズを小さくしたり、電流を多量に流し、素子内に強
い電界又は大きい電流密度を発生する必要がある。同時
にＬＳＩ内の素子ではパッシベーション膜等の関係から
配線の厚さを１〜２□ｍ以下にする必要があり、このた
め該電界又は電流密度を得ようとした場合該配線の幅を
広くする必要がある。この為チップ内に配線の占める面
積に下限が生じる。具体的にはチップ内の５０〜７０％
は配線面積で占められている。更に高速ＬＳＩにおいて
は前記高電界ＬＳＩにおいては前記高電界又は大電流密
度化（例えばＥＣＬ化）にともない、素子内蓄熱が問題
となる素子内での消費エネルギー（最終的には熱に変換
される）を放畠するために、素子間をある程度離す必要
があり、配線長（面積）の増加につながりＬＳＩ化の妨
げになる。
同様に前記浮遊（寄生）容量が原因で発生する素子内干
渉を防ぐためにも、素子間をある程度隔離（素子間分離
）する必要がある。このため前記配線長（面積）の増加
が避けられない。又同時に配線長、配線抵抗の増加、浮
遊（寄生）容量の増加は素子間のＣＲ時定数の増加をも
たらし、前記高速化の妨げとなっている。
渉を防ぐためにも、素子間をある程度隔離（素子間分離
）する必要がある。このため前記配線長（面積）の増加
が避けられない。又同時に配線長、配線抵抗の増加、浮
遊（寄生）容量の増加は素子間のＣＲ時定数の増加をも
たらし、前記高速化の妨げとなっている。
このように配線長（面積）、浮遊（寄生）容量、素子内
蓄熱は素子のＬＳＩ・ＵＬＳＩ化高速化において問題で
ある。
蓄熱は素子のＬＳＩ・ＵＬＳＩ化高速化において問題で
ある。
更に該問題は、前述した無機半導体の量子半導体におい
ても解決されない。ナノメータスケールでの素子寸法は
素子の高速化には有効であるが、逆に浮遊容量は増加す
る。又チップ内での配線面積は更に増加するものと考え
られる。
ても解決されない。ナノメータスケールでの素子寸法は
素子の高速化には有効であるが、逆に浮遊容量は増加す
る。又チップ内での配線面積は更に増加するものと考え
られる。
以上が従来の半導体及びそれを用いた素子における問題
点である。
点である。
次にＲのような従来の半導体素子（三端子素子）を用い
たＬＳＩ構成（Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）における問
題点について現在主流となっているスイッチング（ディ
ジタル）素子を例に述べる。該スイッチング素子の扱え
る情報空間は２値の情報空間（０，１）であり、ｎ−ｂ
ｉｔのデータ構造をとった場合情報空間は（０，１）ｎ
となる。この様な情報空間はロバスト性に冨み、論理構
造も単純で扱いやすい。かつ前記半導体素子に要求され
る特性も簡単である。しかしその反面高次の情報処理、
例えば脳で行われている連碧１、学習、記憶などを実現
しようとした場合、要求される情報空間は非常に高密度
（−アナログレベル）であるため前記２値の情報空間で
これを表現するにはｎを非常に（理論的には■）増やす
ことになり現実的でない。この様な情報空間の低密度性
は素子間でデータの授受（通信）を行う場合、データバ
スの本数の増加、データ転送時間の増加、素子間通信頻
度の増加等の問題を生ずる。これは情報の処理を行う前
記ＬＳＩにおいて、情報処理容量に対する通信コストの
増加（情報処理能力の低下）、通信に費やされるエネル
ギーの増加などの問題をひきおこしている。
たＬＳＩ構成（Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）における問
題点について現在主流となっているスイッチング（ディ
ジタル）素子を例に述べる。該スイッチング素子の扱え
る情報空間は２値の情報空間（０，１）であり、ｎ−ｂ
ｉｔのデータ構造をとった場合情報空間は（０，１）ｎ
となる。この様な情報空間はロバスト性に冨み、論理構
造も単純で扱いやすい。かつ前記半導体素子に要求され
る特性も簡単である。しかしその反面高次の情報処理、
例えば脳で行われている連碧１、学習、記憶などを実現
しようとした場合、要求される情報空間は非常に高密度
（−アナログレベル）であるため前記２値の情報空間で
これを表現するにはｎを非常に（理論的には■）増やす
ことになり現実的でない。この様な情報空間の低密度性
は素子間でデータの授受（通信）を行う場合、データバ
スの本数の増加、データ転送時間の増加、素子間通信頻
度の増加等の問題を生ずる。これは情報の処理を行う前
記ＬＳＩにおいて、情報処理容量に対する通信コストの
増加（情報処理能力の低下）、通信に費やされるエネル
ギーの増加などの問題をひきおこしている。
更には前記ＬＳＩを用いた情報素子（ＣＰＵ、 ＭＰＵ
）の構成（アーキテクチャ）における問題について述べ
る。現在の情報素子アーキテクチャは ｌＣＰＵ／ＭＰＵ（処理部）＋レジスタ（−時記憶部）
＋メモリ（入力時記憶部の直列構成をとっている。これ
はＣＰＵ／ＭＰＵ内部においても同構成である。情報処
理を行うのは基本的に１つの処理部に集中しており、処
理部に前記データバスを通して接続された一時記憶部は
ＬＳＩに占める素子数の多さに反して使用頻度は低くな
る。更にＬＳＩに占める素子数が３〜５ケタ以上多い二
次記憶部において、その素子数の多さに反して参照され
るのは処理部の１回の情報処理にに対してたかだか１〜
１０回程度であり、はとんど休眠している状態、例えば
使用頻度１Ｏ−６１ｓｅｃであるる。現在並列（バイブ
ライン、アレイ）処理プロセッサがこの問題の対応策と
して提案されているが、用いられる情報素子アーキテク
チャが基本的に直列構成をとっているため、実効的には
直列処理の範噴を脱しておらず、問題の解決にはいたっ
ていない。我々が提供する有機量子半導体は、以上述べ
た従来の半導体による情報処理素子（ＬＳＩ）さらには
これを用いて構成されるノイマン型情報処理理論の諸問
題を解決する超並列、超分散、超情報密度な非ノイマン
型アーキテクチャを実現する情報素子を可能とするもの
である。
）の構成（アーキテクチャ）における問題について述べ
る。現在の情報素子アーキテクチャは ｌＣＰＵ／ＭＰＵ（処理部）＋レジスタ（−時記憶部）
＋メモリ（入力時記憶部の直列構成をとっている。これ
はＣＰＵ／ＭＰＵ内部においても同構成である。情報処
理を行うのは基本的に１つの処理部に集中しており、処
理部に前記データバスを通して接続された一時記憶部は
ＬＳＩに占める素子数の多さに反して使用頻度は低くな
る。更にＬＳＩに占める素子数が３〜５ケタ以上多い二
次記憶部において、その素子数の多さに反して参照され
るのは処理部の１回の情報処理にに対してたかだか１〜
１０回程度であり、はとんど休眠している状態、例えば
使用頻度１Ｏ−６１ｓｅｃであるる。現在並列（バイブ
ライン、アレイ）処理プロセッサがこの問題の対応策と
して提案されているが、用いられる情報素子アーキテク
チャが基本的に直列構成をとっているため、実効的には
直列処理の範噴を脱しておらず、問題の解決にはいたっ
ていない。我々が提供する有機量子半導体は、以上述べ
た従来の半導体による情報処理素子（ＬＳＩ）さらには
これを用いて構成されるノイマン型情報処理理論の諸問
題を解決する超並列、超分散、超情報密度な非ノイマン
型アーキテクチャを実現する情報素子を可能とするもの
である。
更に、この有機量子半導体素子は非ノイマン型アーキテ
クチャに基づく前記高次の情報処理手段を提供するもの
である。
クチャに基づく前記高次の情報処理手段を提供するもの
である。
（課題を解決するための手段）
この様な従来の閉頭を解決するために、本発明において
提示する手段を以下に示す。
提示する手段を以下に示す。
バンドギャップが各々異なる少なくとも２種類の有機半
導体層で構成されおり、該複数の半導体層は一定の積層
順序で少なくとも一周期分、超薄膜構造で積層され、複
数の量子井戸が積層された多重井戸構造を有する有機量
子半導体。
導体層で構成されおり、該複数の半導体層は一定の積層
順序で少なくとも一周期分、超薄膜構造で積層され、複
数の量子井戸が積層された多重井戸構造を有する有機量
子半導体。
（２）多重量子井戸構造のすくなくとも一周期分におい
て、トンネル構造、半導体バンド構造、素励起子構造、
超伝導構造、量子ホール構造、共鳴構造、量子閉じ込め
構造、ペテロ構造、クローン・ブロッケイド構造ショッ
トキー構造のうちの少なくとも１つを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の有機量子半導体。
て、トンネル構造、半導体バンド構造、素励起子構造、
超伝導構造、量子ホール構造、共鳴構造、量子閉じ込め
構造、ペテロ構造、クローン・ブロッケイド構造ショッ
トキー構造のうちの少なくとも１つを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の有機量子半導体。
（３）前記有機半導体が１次元電気伝導体、または１次
元電気伝導体または２次元電気伝導体または１次元光導
電体または２次元光伝導体のうちの少なくとも１つから
なる請求項１または２ｇ己載の有機分子半導体をＭＯＳ
ＦＥＴ構造のソース層またはドレイン層またはチャネル
層のうちの少なくとも１つにゲート電界に沿った方向で
配向させたことを特徴とする量子半導体素子。
元電気伝導体または２次元電気伝導体または１次元光導
電体または２次元光伝導体のうちの少なくとも１つから
なる請求項１または２ｇ己載の有機分子半導体をＭＯＳ
ＦＥＴ構造のソース層またはドレイン層またはチャネル
層のうちの少なくとも１つにゲート電界に沿った方向で
配向させたことを特徴とする量子半導体素子。
（４）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をＭＯＳＦＥＴ構造のゲート層にゲ
ート電界に垂直な方向で配向させたことを特徴とする量
子半導体素子。
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をＭＯＳＦＥＴ構造のゲート層にゲ
ート電界に垂直な方向で配向させたことを特徴とする量
子半導体素子。
（５）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をダイオードに印加電界に沿った方
向で配向させたことを特徴とする量子半導体素子。
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をダイオードに印加電界に沿った方
向で配向させたことを特徴とする量子半導体素子。
（６）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層またはエ
ミッタ層またはコレクタ層のうち少なくとも１つにエミ
ッターコレクタ間に印加する電界に沿って配向させたこ
とを特徴とする量子半導体素子。
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層またはエ
ミッタ層またはコレクタ層のうち少なくとも１つにエミ
ッターコレクタ間に印加する電界に沿って配向させたこ
とを特徴とする量子半導体素子。
（７）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層にエミッ
ターコレクタ間に印加する電界に垂直に配向させたこと
を特徴とする量子半導体素子。
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層にエミッ
ターコレクタ間に印加する電界に垂直に配向させたこと
を特徴とする量子半導体素子。
（作用）
我々の提供する有機量子半導体は前述した様に超並列、
超分散、超情報密度は情報素子を実現するものである。
超分散、超情報密度は情報素子を実現するものである。
以下にこの様な機能を発現させる有機量子半導体の作用
につい述べる。
につい述べる。
有機半導体は無機半導体と比較した場合の第一の特徴は
その結晶構造にある。有機半導体材料は分子性結晶であ
るため、無機半導体に比べて大きな電気・光異方性が実
現できる。我々は必要十分な異方性を得るために有機半
導体材料を数１０〜数１００人超薄膜とし、薄膜内にお
いて一次元超格子（ＩＤＳｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）を
実現した。
その結晶構造にある。有機半導体材料は分子性結晶であ
るため、無機半導体に比べて大きな電気・光異方性が実
現できる。我々は必要十分な異方性を得るために有機半
導体材料を数１０〜数１００人超薄膜とし、薄膜内にお
いて一次元超格子（ＩＤＳｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）を
実現した。
−次元超格子構造を第１図に示す。前記有機半導体材料
は前記分子性結晶であり結晶軸（ｂ−ａｘｉｓ）方向へ
第１図に示すように積層され、カラム状にスタッキング
させることができる。第１図における前記超格子では、
分子１０２が９コスタツキングして１つのカラム１０４
を構成し更に該カラムが４本形成されていることを示し
である。この様なカラム構成１０４で分子１０２をスタ
ッキングした場合、各分子の軸方向の間隔ａが数人程度
と非常に接近しているためメゾスコピック領域での量子
効果が生ずる。分子１０２ごとの、電子系が重なり、π
電子系の波動関数が混成することにより量子トンネル効
果が生じ、カラム１０４全体として共役な電子起動が構
成されるものと推定される。一方隣接するカラム１０４
間はカラム間隔ｂ７５ｆｌＯÅ以上離れているために、
上述した様な量子効果が生じず、共益な電子起動が構成
されない。
は前記分子性結晶であり結晶軸（ｂ−ａｘｉｓ）方向へ
第１図に示すように積層され、カラム状にスタッキング
させることができる。第１図における前記超格子では、
分子１０２が９コスタツキングして１つのカラム１０４
を構成し更に該カラムが４本形成されていることを示し
である。この様なカラム構成１０４で分子１０２をスタ
ッキングした場合、各分子の軸方向の間隔ａが数人程度
と非常に接近しているためメゾスコピック領域での量子
効果が生ずる。分子１０２ごとの、電子系が重なり、π
電子系の波動関数が混成することにより量子トンネル効
果が生じ、カラム１０４全体として共役な電子起動が構
成されるものと推定される。一方隣接するカラム１０４
間はカラム間隔ｂ７５ｆｌＯÅ以上離れているために、
上述した様な量子効果が生じず、共益な電子起動が構成
されない。
即ち第１図の一次元構造超格子１０１において、分子１
０２をカラム１０４状にスタッキングすることによって
量子ワイヤ１０５が構成され、電気・光異方性及び量子
半導体効果によって軸方向へ電子の移動が容易になる。
０２をカラム１０４状にスタッキングすることによって
量子ワイヤ１０５が構成され、電気・光異方性及び量子
半導体効果によって軸方向へ電子の移動が容易になる。
次に前記−次元構造超格子１０１の上（次段）に第２の
薄膜を設ける。第２図のその様子を示す。材木としては
金属、有機半導体有機導電体等が用・）られる。第１の
薄膜と第２の薄膜の界面にはへテロ接合層２０４が形成
される。第２の薄膜に有機半導体を用いた場合、ショッ
トキー接合特性即ち第１図の一次元構造超格子１０１に
おいて、分子１０２をカラム１０４状にスタッキングす
ることによって量子ワイヤ１０５が構成され、電気・光
異方性及び量子半導体効果によって軸方向へ電子の移動
が容易になる。
薄膜を設ける。第２図のその様子を示す。材木としては
金属、有機半導体有機導電体等が用・）られる。第１の
薄膜と第２の薄膜の界面にはへテロ接合層２０４が形成
される。第２の薄膜に有機半導体を用いた場合、ショッ
トキー接合特性即ち第１図の一次元構造超格子１０１に
おいて、分子１０２をカラム１０４状にスタッキングす
ることによって量子ワイヤ１０５が構成され、電気・光
異方性及び量子半導体効果によって軸方向へ電子の移動
が容易になる。
次に前記−次元構造超格子１０１の上（次段）に第２の
薄膜を設ける。第２図にその様子を示す。材料としては
金属、有機半導体有機導電体等が用いられる。第１の薄
膜と第２の薄膜の界面にはへテロ接合層２０４が形成さ
れる。第２の薄膜に有機半導体を用いた場合、ショット
キー接合特性を有する多重量子井戸（ＭＱＷ： Ｍｕｌ
ｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）が形成される。
薄膜を設ける。第２図にその様子を示す。材料としては
金属、有機半導体有機導電体等が用いられる。第１の薄
膜と第２の薄膜の界面にはへテロ接合層２０４が形成さ
れる。第２の薄膜に有機半導体を用いた場合、ショット
キー接合特性を有する多重量子井戸（ＭＱＷ： Ｍｕｌ
ｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）が形成される。
第−の薄膜は前述した様に一次元構造超格子１０１にな
ってい。同様に第二の薄膜においても分子２０３を用い
た場合、超格子２０１を構成する。超格子２０１におけ
る前記有機半導体分子の配向は前記−次元構造超格子１
０１と同じにする事もできる。又、有機半導体の分子構
造及びドーパント材料の選択により、該−次構造に二次
元的法がり性を付加することもできる。これは、要求さ
れる情報処理機能に対応して適宜組合される。
ってい。同様に第二の薄膜においても分子２０３を用い
た場合、超格子２０１を構成する。超格子２０１におけ
る前記有機半導体分子の配向は前記−次元構造超格子１
０１と同じにする事もできる。又、有機半導体の分子構
造及びドーパント材料の選択により、該−次構造に二次
元的法がり性を付加することもできる。これは、要求さ
れる情報処理機能に対応して適宜組合される。
第３図は超格子１０１と超格子２０１のへテロ接合にお
けるＭＱＷのエネルギーバンド構造の例を示す図である
。エネルギーギヤツプＥｇ１は超格子１０１における前
記共役電子系の充満帯と導伝帯のエネルギー差を示して
いる。全く同様にＥｇ２も超格子２０１におけるバンド
間のエネルギー差を示している。超格子の導伝帯及び充
満帯の出力ごと関数を各々ΦＣ２ΦＶとした場合、 Φ。２〉Φ。１．Φｖ１〉Φ戦 を満足するように、超格子１０１．２０１におけるΦＣ
１ΦＶを調整する必要がある。なおここでΦ。１及びΦ
ｖ１は超格子１０１のΦ。及びΦ７である。Φｃ２及び
Φｖ２も同様な解釈である。
けるＭＱＷのエネルギーバンド構造の例を示す図である
。エネルギーギヤツプＥｇ１は超格子１０１における前
記共役電子系の充満帯と導伝帯のエネルギー差を示して
いる。全く同様にＥｇ２も超格子２０１におけるバンド
間のエネルギー差を示している。超格子の導伝帯及び充
満帯の出力ごと関数を各々ΦＣ２ΦＶとした場合、 Φ。２〉Φ。１．Φｖ１〉Φ戦 を満足するように、超格子１０１．２０１におけるΦＣ
１ΦＶを調整する必要がある。なおここでΦ。１及びΦ
ｖ１は超格子１０１のΦ。及びΦ７である。Φｃ２及び
Φｖ２も同様な解釈である。
又同図において、ペテロ構造における導伝帯での壁の高
さはΔＥｃであり、 ΔＥｃχΦｄ−Φｃ１ で与えられる。同様に充満帯での壁の高さはΔＥｖであ
り、 ΔＥｖ−＝Φｖ１−Φｖ２ で与えられる。
さはΔＥｃであり、 ΔＥｃχΦｄ−Φｃ１ で与えられる。同様に充満帯での壁の高さはΔＥｖであ
り、 ΔＥｖ−＝Φｖ１−Φｖ２ で与えられる。
又ＬＢは超格子２０１の厚さであり、Ｌｗは超格子１０
１の厚さである。
１の厚さである。
第３図のＭＱＷの構造においては、超格子１０１が井戸
であり、超格子２０１が壁となる。被害ＭＱＷに電界を
印加することによって、同図に示すようにＭＱＷ構造に
傾斜を生じさせることができる。第４図は前記ＭＱＷに
おけるキャリアの伝搬を説明したものである。通常ＭＱ
Ｗに対して外部電界が印加されていない場合の電荷の局
在状態を同図（ａ）に示す。同図（ａ）において情報キ
ャリア４０２は井戸４０４内に局在化させることができ
る。これは井戸の寸法及び井戸内に形成されるサブバン
ドを情報キャリアのもつ波数パケットの波動と量子波動
力学的マツチングをとることにより実現できる。
であり、超格子２０１が壁となる。被害ＭＱＷに電界を
印加することによって、同図に示すようにＭＱＷ構造に
傾斜を生じさせることができる。第４図は前記ＭＱＷに
おけるキャリアの伝搬を説明したものである。通常ＭＱ
Ｗに対して外部電界が印加されていない場合の電荷の局
在状態を同図（ａ）に示す。同図（ａ）において情報キ
ャリア４０２は井戸４０４内に局在化させることができ
る。これは井戸の寸法及び井戸内に形成されるサブバン
ドを情報キャリアのもつ波数パケットの波動と量子波動
力学的マツチングをとることにより実現できる。
第４図（ｂ）は情報キャリア４０２の隣接井戸への転送
を説明するものである。同図のＭＱＷ構造に電界を印加
することによって、図に示すようなラテラル状のエネル
ギー状態を形成することができる。電界を適当に選択す
れば、つまり各井戸４０４内に形成される各サブバンド
４０５に対して電界によって量子的にポテンシャル差を
発生させる事により、情報キャリア４０２をトンネルリ
ング４０６により隣接の井戸へ転送することができる。
を説明するものである。同図のＭＱＷ構造に電界を印加
することによって、図に示すようなラテラル状のエネル
ギー状態を形成することができる。電界を適当に選択す
れば、つまり各井戸４０４内に形成される各サブバンド
４０５に対して電界によって量子的にポテンシャル差を
発生させる事により、情報キャリア４０２をトンネルリ
ング４０６により隣接の井戸へ転送することができる。
この様な前記有機半導体層を形成する分子１０２及び１
０３に用いられる材料としては、公知の有機半導体材料
、例えばオーガニックセミコンダクターズ（Ｆ。
０３に用いられる材料としては、公知の有機半導体材料
、例えばオーガニックセミコンダクターズ（Ｆ。
Ｇｕｔｍａｎｎ他、Ｒ，Ｅ、 Ｋｒｉｅｇｅｒ出版１９
８１）オーガニソクセミコンダクターズ（Ｈ，Ｍｅｉｅ
ｒＶｅｒｌａｇ Ｃｈｅｍｉｅ １９７４）Ｐｈｔｈａ
ｌｏｃｙａｍｉｎｅｓ（Ｃ，Ｃ，Ｌｅｚｕｏｆｆ（也Ｖ
ＣＨＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓザ・フタロシアニンズ（Ｆ、
Ｈ，Ｍｏ５ｅｒ他ＣＲＣＰｒｅｓｓＣｏｏｒｄｉｎａ
ｔｅｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｆ Ｐｏｒｐｈｙ
ｔｉｎｓ ａｎｄＰｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ（Ｂ
、 Ｄ、 Ｂｅｒｚｉｎ Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ １９
８１）Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ
Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（ＫＩＴａｉｇｏｒｏｄｓｋｙＡ
ｃａｄｅｎｉｃ Ｐｒｅｓｓ １９７３ンＥｌｅｃｔｒ
ｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ５ｏｌｅｄｓ（
Ｋａｏ他ＰｅｒｇａｗｏｎＣｏｎｄｕｅｔｉｖｅ Ｐｏ
ｌｙｍｅｒｓ（Ｒ，Ｓｅｙｍｏｕｒ Ｐｌｅｎｕｍ Ｐ
ｒｅｓｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ
Ｏｒｇａｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ（Ｍ、 Ｐｏｐｅ
他０ｘｆｏｒｄ Ｐｒｅｓｓ１９８２） Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｃｒｙｓｔａｌ
ｓ（Ｅ、 Ａ、 ５ｉｌｉｓｈ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ等に
記載の公知の材料から用途に応じ適宜用いられる。
８１）オーガニソクセミコンダクターズ（Ｈ，Ｍｅｉｅ
ｒＶｅｒｌａｇ Ｃｈｅｍｉｅ １９７４）Ｐｈｔｈａ
ｌｏｃｙａｍｉｎｅｓ（Ｃ，Ｃ，Ｌｅｚｕｏｆｆ（也Ｖ
ＣＨＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓザ・フタロシアニンズ（Ｆ、
Ｈ，Ｍｏ５ｅｒ他ＣＲＣＰｒｅｓｓＣｏｏｒｄｉｎａ
ｔｅｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｏｆ Ｐｏｒｐｈｙ
ｔｉｎｓ ａｎｄＰｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ（Ｂ
、 Ｄ、 Ｂｅｒｚｉｎ Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ １９
８１）Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ
Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ（ＫＩＴａｉｇｏｒｏｄｓｋｙＡ
ｃａｄｅｎｉｃ Ｐｒｅｓｓ １９７３ンＥｌｅｃｔｒ
ｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ５ｏｌｅｄｓ（
Ｋａｏ他ＰｅｒｇａｗｏｎＣｏｎｄｕｅｔｉｖｅ Ｐｏ
ｌｙｍｅｒｓ（Ｒ，Ｓｅｙｍｏｕｒ Ｐｌｅｎｕｍ Ｐ
ｒｅｓｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ
Ｏｒｇａｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌｓ（Ｍ、 Ｐｏｐｅ
他０ｘｆｏｒｄ Ｐｒｅｓｓ１９８２） Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｃｒｙｓｔａｌ
ｓ（Ｅ、 Ａ、 ５ｉｌｉｓｈ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ等に
記載の公知の材料から用途に応じ適宜用いられる。
又、２０１の材料は、前記の有機半導体の公知例の他（
ヨウ素等の）イオン性材料、錯体形成材料等をドーピン
グすることによっても得られる。又、前記各文献まで公
知の有機導電性材料及び無機薄膜等からヘテロ接合を形
成する様適宜選択可能である。又、接触界面層バリア層
注入エピタキシ基板層等に分は各種の適合材料を組合せ
て用いることもできる。
ヨウ素等の）イオン性材料、錯体形成材料等をドーピン
グすることによっても得られる。又、前記各文献まで公
知の有機導電性材料及び無機薄膜等からヘテロ接合を形
成する様適宜選択可能である。又、接触界面層バリア層
注入エピタキシ基板層等に分は各種の適合材料を組合せ
て用いることもできる。
薄膜形成力としては、公知の各方法例えば真空蒸着法イ
オンブレーティング法、スパッタ法ＭＢＥ法等のドライ
プロセスやキャスト法ＬＢ法等のウェットプロセスがあ
り適宜用いられる。
オンブレーティング法、スパッタ法ＭＢＥ法等のドライ
プロセスやキャスト法ＬＢ法等のウェットプロセスがあ
り適宜用いられる。
又超格子１０１の厚さＬＷは量子ワイヤが形成される長
さで良＜２０〜１００人程度これ度合００人近傍におい
ては前記π電子系が形成する導体帯での平均自由行程と
Ｌｗが同程度以下にでき、非常に高い電子移動度が得ら
れるからである。
さで良＜２０〜１００人程度これ度合００人近傍におい
ては前記π電子系が形成する導体帯での平均自由行程と
Ｌｗが同程度以下にでき、非常に高い電子移動度が得ら
れるからである。
次に有機半導体分子２０３を用いた第２の超格子２０１
であるが、超格子１０１と同系統の有機半導体材料を用
い更にこれにドーピングによる物理的な修飾又は化学的
修飾を行うこと等が好ましい。これにより１０１及び２
０１の軸を連続させることが容易となるためである。各
層の仕事関数φ、格子定数エネルギャップＥｇ、導伝帯
でのΔＥｏ、充満帯での△Ｅｖ等の設計が可能な半導体
となる。例えばＬＷをＬＢと同程度の厚さとし、かつ超
格子２０１を超格子１０１と同様の量子ワイヤ１０５構
造とした場合、 ΔＥｏ； １０〜１００ ｍｅＶ、△Ｅｖ； １０−５
００ｅＶ、 Ｅ、２ ； ５００〜０００ｅＶ となり前記多重井戸（ＭＱＷ）が形成できる。
であるが、超格子１０１と同系統の有機半導体材料を用
い更にこれにドーピングによる物理的な修飾又は化学的
修飾を行うこと等が好ましい。これにより１０１及び２
０１の軸を連続させることが容易となるためである。各
層の仕事関数φ、格子定数エネルギャップＥｇ、導伝帯
でのΔＥｏ、充満帯での△Ｅｖ等の設計が可能な半導体
となる。例えばＬＷをＬＢと同程度の厚さとし、かつ超
格子２０１を超格子１０１と同様の量子ワイヤ１０５構
造とした場合、 ΔＥｏ； １０〜１００ ｍｅＶ、△Ｅｖ； １０−５
００ｅＶ、 Ｅ、２ ； ５００〜０００ｅＶ となり前記多重井戸（ＭＱＷ）が形成できる。
この様な多重量子井戸を形成する半導体は、公知の半導
体素子のいずれにも適用できる。例えば動作モードにお
いては、ユニポーラ、バイポーラ、サイリスタ、光起電
力、光導電、光学非線形等従来Ｓｉ、 Ｇｅ、 ＧａＡ
ｓ等の無機半導体で考えられている種々の光電子動作モ
ードが可能である。又素子構造としては、ＭＯＳＦＥＴ
構造、ショットキー構造へテロ構造、ＭＱＷ構造、トラ
ンジスタ構造、ＦＥＴ構造、ホトダイオード構造、ホト
トランジスタ構造、ヘテロバイポーラトランジスタの構
造、共鳴トンネルダイオード構造、ホットエレクトロン
トランジスタ構造、共鳴トンネルトランジスタ構造、超
格子へテロ構造アバランシエフ第１・ダイオード構造、
光共振エタロン構造等、従来Ｓｉ、 Ｇｅ。
体素子のいずれにも適用できる。例えば動作モードにお
いては、ユニポーラ、バイポーラ、サイリスタ、光起電
力、光導電、光学非線形等従来Ｓｉ、 Ｇｅ、 ＧａＡ
ｓ等の無機半導体で考えられている種々の光電子動作モ
ードが可能である。又素子構造としては、ＭＯＳＦＥＴ
構造、ショットキー構造へテロ構造、ＭＱＷ構造、トラ
ンジスタ構造、ＦＥＴ構造、ホトダイオード構造、ホト
トランジスタ構造、ヘテロバイポーラトランジスタの構
造、共鳴トンネルダイオード構造、ホットエレクトロン
トランジスタ構造、共鳴トンネルトランジスタ構造、超
格子へテロ構造アバランシエフ第１・ダイオード構造、
光共振エタロン構造等、従来Ｓｉ、 Ｇｅ。
ＧａＡｓ等の無機半導体で考えられている種々の構造が
可能である。
可能である。
この有機半導体は多重の量子井戸を有し、更にカラム構
造を有する量子ワイヤ及び量子ドツトを形成できる。こ
のようなＭＱＷ構造量子ワイヤを用いると情報キャリア
（電子／正孔）を伝送し、かつ演算を行うことができる
。即ち上記ＭＱＷ量子ワイヤ１本が１個の独立した情報
処理ユニット（具体的にはトランジスタ１コ）に相当す
る。本発明のＭＱＷ構造においては、−次元構造超格子
１０１では主に情報キャリアの伝達及びラッチ（メモリ
）を行ない、超格子２０１において情報キャリアの演算
が可能である。
造を有する量子ワイヤ及び量子ドツトを形成できる。こ
のようなＭＱＷ構造量子ワイヤを用いると情報キャリア
（電子／正孔）を伝送し、かつ演算を行うことができる
。即ち上記ＭＱＷ量子ワイヤ１本が１個の独立した情報
処理ユニット（具体的にはトランジスタ１コ）に相当す
る。本発明のＭＱＷ構造においては、−次元構造超格子
１０１では主に情報キャリアの伝達及びラッチ（メモリ
）を行ない、超格子２０１において情報キャリアの演算
が可能である。
このため前述したように従来のＳｉ、 ＧａＡｓ三端子
トランジスタを用いたＬＳＩに不可欠な電気配線は全く
無用となる。更にデバイスユニットの寸法においては、
Ｓｉ、 ＧａＡｓの超格子薄膜を用いたトランジスタと
比較して、同程度（１０００人）又はそれ以下の非常に
小さい情報処理ユニットが形成できる。情報処理ユニッ
ト２０〜１０００人ピッチで超並列に形成した時の、素
子密度は１０１８〜１０１２コ１ｍ２程度となり、従来
のＬＳＩに比べて１０６〜１０４倍の集積度となる。本
デバイスは超高密度、超並列構造に加えて、脳神経の演
算をデバイス内で実現することができる。例えば演算と
してマカロソク・ビッツのモデルが超格子２０１におい
て実現される。つまり、超格子２０１のある量子ワイヤ
に注目した場合、前段の超格子１０１から伝達された情
報キャリア群に対して、該量子はワイヤに直接伝達され
た情報キャリア及び量子ワイヤのｎ近傍の量子ワイヤの
情報キャリア量のインタラクションが加算される。
トランジスタを用いたＬＳＩに不可欠な電気配線は全く
無用となる。更にデバイスユニットの寸法においては、
Ｓｉ、 ＧａＡｓの超格子薄膜を用いたトランジスタと
比較して、同程度（１０００人）又はそれ以下の非常に
小さい情報処理ユニットが形成できる。情報処理ユニッ
ト２０〜１０００人ピッチで超並列に形成した時の、素
子密度は１０１８〜１０１２コ１ｍ２程度となり、従来
のＬＳＩに比べて１０６〜１０４倍の集積度となる。本
デバイスは超高密度、超並列構造に加えて、脳神経の演
算をデバイス内で実現することができる。例えば演算と
してマカロソク・ビッツのモデルが超格子２０１におい
て実現される。つまり、超格子２０１のある量子ワイヤ
に注目した場合、前段の超格子１０１から伝達された情
報キャリア群に対して、該量子はワイヤに直接伝達され
た情報キャリア及び量子ワイヤのｎ近傍の量子ワイヤの
情報キャリア量のインタラクションが加算される。
（実施例１）
第５図に前記量子ワイヤの実施例を示した。本実施例で
はフタロシアニン分子５０３を基板５０２に垂直な方向
（ｂ−ａｘｉｓ）に沿って積層させている。本実施例で
はＭＢＥ及びＡＬＥ装置を用い、真空度１０−８〜１Ｏ
−１０Ｔｏｒｒ、基板温度２００−３００°Ｃで１°Ａ
／２〜５分程度の速度で約３０層（−１００Ａ）積層し
ている。ワイヤ５０１の長さは従って１００人程度合実
現している。又ＳＴＮ［察からワイヤ５０１間のピッチ
は約２０〜１００Ａ程度であることが確認されている。
はフタロシアニン分子５０３を基板５０２に垂直な方向
（ｂ−ａｘｉｓ）に沿って積層させている。本実施例で
はＭＢＥ及びＡＬＥ装置を用い、真空度１０−８〜１Ｏ
−１０Ｔｏｒｒ、基板温度２００−３００°Ｃで１°Ａ
／２〜５分程度の速度で約３０層（−１００Ａ）積層し
ている。ワイヤ５０１の長さは従って１００人程度合実
現している。又ＳＴＮ［察からワイヤ５０１間のピッチ
は約２０〜１００Ａ程度であることが確認されている。
又本ワイヤでの電子のモビリティ□は１〜４００ｃｍ
／Ｖｏｌｔ／ｓｅｅを得ており、従来の鎖体型有機分子
と比較しても１０４〜１０６倍程度の高いμを実現でき
ている。この事からも本実施例での分子構造が量子ワイ
ヤ構造をデバイスレベルで実施していることが解る。
／Ｖｏｌｔ／ｓｅｅを得ており、従来の鎖体型有機分子
と比較しても１０４〜１０６倍程度の高いμを実現でき
ている。この事からも本実施例での分子構造が量子ワイ
ヤ構造をデバイスレベルで実施していることが解る。
（実施例２）
第６図に量子ドツト、実施例を示す。基板６０１として
８ｉ基板を用いた。又前記実施例に示したと同じフタロ
シアニン分子をＭＢＥ又はＡＬＥ装置を用いて蒸着した
。蒸着条件は前記実施例と同じである。
８ｉ基板を用いた。又前記実施例に示したと同じフタロ
シアニン分子をＭＢＥ又はＡＬＥ装置を用いて蒸着した
。蒸着条件は前記実施例と同じである。
量子ドツト間はへテロ層６０３による壁でバリアされる
ことになる。この時のエネルギー状態は第３図と同様に
なり、いわゆるＭＱＷ構造となる。ヘテロ層６０３の厚
さＬＢを１０〜１００人程度とす度合とで、キャリアは
隣接する井戸６０４に伝搬することができるヘテロ層６
０３は上記フタロシアニン分子にヨウ素などをトーヒン
グして実現している。
ことになる。この時のエネルギー状態は第３図と同様に
なり、いわゆるＭＱＷ構造となる。ヘテロ層６０３の厚
さＬＢを１０〜１００人程度とす度合とで、キャリアは
隣接する井戸６０４に伝搬することができるヘテロ層６
０３は上記フタロシアニン分子にヨウ素などをトーヒン
グして実現している。
（実施例３）
第７図に本発明における有機量子半導体を用いた先導缶
型ダイオード素子の実施例を示す。
型ダイオード素子の実施例を示す。
金蒸着した光透過するガラス基板上にオキシチタニルフ
タロシアニンを１０ Ｔｏｒｒで真空中で蒸着し、１
２０人の薄膜を形成した。この膜をＸ線回折及びＦＴ−
ＩＲで分析したところフタロシアニンの結晶軸（ｂ軸）
が基板に交わる方向に立ったものであることが確認され
た。次に同様にＩＴＯ電極７０５を有する光透過性ガラ
ス基板７０２上にオキシチタニルフタロシアニンを２Ｏ
Ａに積層し、更に再びオキシナタニルフタロシアニン１
２０人蒸着した。その上に金を電極７０４として蒸着し
、第７図（ａ）に示す半導体ダイオード素子を作成した
。この素子の光、電気特性を評価するために、第７図（
ａ）のようにＩＴＯ７０５Ａｕｔ極７０４間に同期極少
０４間３を印加し、第７図（ｅ）に示すような光書込情
報を同時にかつ並列に、いわゆる光の束としてＩＴＯ７
０５側より書き込む。（同図（ｄ）参照）。本実施例の
量子ワイヤではＴｉフタロシアニン−次元光導伝特性を
もたせている。
タロシアニンを１０ Ｔｏｒｒで真空中で蒸着し、１
２０人の薄膜を形成した。この膜をＸ線回折及びＦＴ−
ＩＲで分析したところフタロシアニンの結晶軸（ｂ軸）
が基板に交わる方向に立ったものであることが確認され
た。次に同様にＩＴＯ電極７０５を有する光透過性ガラ
ス基板７０２上にオキシチタニルフタロシアニンを２Ｏ
Ａに積層し、更に再びオキシナタニルフタロシアニン１
２０人蒸着した。その上に金を電極７０４として蒸着し
、第７図（ａ）に示す半導体ダイオード素子を作成した
。この素子の光、電気特性を評価するために、第７図（
ａ）のようにＩＴＯ７０５Ａｕｔ極７０４間に同期極少
０４間３を印加し、第７図（ｅ）に示すような光書込情
報を同時にかつ並列に、いわゆる光の束としてＩＴＯ７
０５側より書き込む。（同図（ｄ）参照）。本実施例の
量子ワイヤではＴｉフタロシアニン−次元光導伝特性を
もたせている。
本実施例では２ＯＡピンチで量子ワイヤカラムが整列し
ているが、光書込みは、１μｍピッチで行った。つまり
５００ Ｘ ５００（＝ ２５ Ｘ １０４）本を１ユ
ニツト（１ビツト）として評価した。又光書込み信号は
同期パルス７０３にあわせてパルス列として入力させた
。
ているが、光書込みは、１μｍピッチで行った。つまり
５００ Ｘ ５００（＝ ２５ Ｘ １０４）本を１ユ
ニツト（１ビツト）として評価した。又光書込み信号は
同期パルス７０３にあわせてパルス列として入力させた
。
この時の半導体レーザの波長λは７８０ｎｍ、書込み周
期は５００ＭＨｚ、書込みエネルギーは２０ｐＪ／ｃｍ
２であった。前記素子の有効書込断面積５Ｘ５ｍｍにお
いて、２５ ｘ １０６ビノ）／ｍｎの密度で並列処理
が行えた。なおこの時の同期パルス７０３の転送のため
の世界は１０５ｖ／ｃｍ、パルス幅１ｍｓとした。転送
波形の例を第７図（ｅ）に示す。同図転送波形の例を第
７図（ｅ）に示す。同図ａ出力波形に示すように良好な
転送が行えた。
期は５００ＭＨｚ、書込みエネルギーは２０ｐＪ／ｃｍ
２であった。前記素子の有効書込断面積５Ｘ５ｍｍにお
いて、２５ ｘ １０６ビノ）／ｍｎの密度で並列処理
が行えた。なおこの時の同期パルス７０３の転送のため
の世界は１０５ｖ／ｃｍ、パルス幅１ｍｓとした。転送
波形の例を第７図（ｅ）に示す。同図転送波形の例を第
７図（ｅ）に示す。同図ａ出力波形に示すように良好な
転送が行えた。
又分光吸収測定結果、Ｘ線回折結果、ＦＴ−ＩＲ測測定
結果を第７図（ｃ）、 （ｆ）、 （ｇ）に示す。これ
かられかるように同図（ａ）に示すような量子ワイヤア
レイ及び同図（ｅ）に示すような量子エネルギ構造（こ
こでは価電子帯のみを示した）が形成されていると考え
られる。
結果を第７図（ｃ）、 （ｆ）、 （ｇ）に示す。これ
かられかるように同図（ａ）に示すような量子ワイヤア
レイ及び同図（ｅ）に示すような量子エネルギ構造（こ
こでは価電子帯のみを示した）が形成されていると考え
られる。
第８図に第４の実施例を示す。本実施例はトランジスタ
素子（第８図（ａ））のエミッタ層８０１又はベース層
８０２又はコレクタ層８０３に有機量子半導体を用いた
素子の実施例である。有機素子半導体部分以外はＳｉの
（１１１）結晶面を用い、通常の無機半導体で用いられ
る製造プロセスを用いた。ここでは有機量子半導体とし
て無鉛フタロシアニンを１Ｏ−９ＴｏｒｒＴで分子線エ
ピタキシ法を用い１００人蒸着口た。その上に同様にし
てピラジンピリジンを３０人積層し、その後順次これら
の組合せを５層作成し、ヘテロ型ＭＱＷ構造を作成した
。第３の実施例で述べたように吸収スペクトル、Ｘ線回
折、ＦＴ−ＩＲ即いてを行った結果、第８図（ｂ）、
（ｃ）、 （ｄ）に示すような多値量子構造が確証、さ
れた。
素子（第８図（ａ））のエミッタ層８０１又はベース層
８０２又はコレクタ層８０３に有機量子半導体を用いた
素子の実施例である。有機素子半導体部分以外はＳｉの
（１１１）結晶面を用い、通常の無機半導体で用いられ
る製造プロセスを用いた。ここでは有機量子半導体とし
て無鉛フタロシアニンを１Ｏ−９ＴｏｒｒＴで分子線エ
ピタキシ法を用い１００人蒸着口た。その上に同様にし
てピラジンピリジンを３０人積層し、その後順次これら
の組合せを５層作成し、ヘテロ型ＭＱＷ構造を作成した
。第３の実施例で述べたように吸収スペクトル、Ｘ線回
折、ＦＴ−ＩＲ即いてを行った結果、第８図（ｂ）、
（ｃ）、 （ｄ）に示すような多値量子構造が確証、さ
れた。
第８図（ｅ）、（ｆ）又は（ｇ）、 （ｈ）又は（ｉ）
、（ｊ）は、有機量子半導体で構成されたエミッタ８０
１又はベース８０２又はコレクタ８０３に前述した光書
込み７０１を行った例を示す。フタロシアニンの光導伝
特性に従って有機量子半導体の中に電気伝導率の各々異
なる量子ワイヤをつくり出すことができる。フタロシア
ニンの発生したキャリアは該量子のワイヤに沿って伝送
される。この時同期パルス７０３を印加することによっ
て、キャリアは第８図（ｂ）又は（Ｃ）又は（ｄ）に示
すＭＱＷ構造をトンネル効果又はホッピングによって隣
接するＷｅｌｌの隣接するミニバンドへ転送されると考
えられる。又同期パルス７０３による世界が加わってい
ない時、キャリアはＷｅｌｌ中に閉じ込められる。本実
施例ではＭＱＷの数を５として上記の光ｌ伝特性を測定
した結果、第８図（ｋ）、（１）に示すように５値の電
流ｌ電圧物性が得られた。なお実験条件は第３の実施例
と同様である。
、（ｊ）は、有機量子半導体で構成されたエミッタ８０
１又はベース８０２又はコレクタ８０３に前述した光書
込み７０１を行った例を示す。フタロシアニンの光導伝
特性に従って有機量子半導体の中に電気伝導率の各々異
なる量子ワイヤをつくり出すことができる。フタロシア
ニンの発生したキャリアは該量子のワイヤに沿って伝送
される。この時同期パルス７０３を印加することによっ
て、キャリアは第８図（ｂ）又は（Ｃ）又は（ｄ）に示
すＭＱＷ構造をトンネル効果又はホッピングによって隣
接するＷｅｌｌの隣接するミニバンドへ転送されると考
えられる。又同期パルス７０３による世界が加わってい
ない時、キャリアはＷｅｌｌ中に閉じ込められる。本実
施例ではＭＱＷの数を５として上記の光ｌ伝特性を測定
した結果、第８図（ｋ）、（１）に示すように５値の電
流ｌ電圧物性が得られた。なお実験条件は第３の実施例
と同様である。
第９図に第５の実施例としてＭＯＳＦＥＴ（第９図（ａ
））に有機量子半導体を用いた例を示す。第９図（（ｂ
）、 （ｃ））及び（（ｄ）、 （ｅ））は各々ソース
層９０１及びドレイン層９０３に有機量子半導体による
ＭＱＷ構造を用いた実施例である。本実施例における有
機量子半導体としては、アルミフタロシアニンフロライ
ドを１５ＯＡ、 −８０°Ｃに冷却し、他は実施例２と
同様にして製膜し、その膜をヨウ素ガス中に常温で３０
分放置した。更に再び一８０°Ｃの冷却下でアルミフタ
ロシアニンフロリドを蒸着し、前記と同様ヨウ素処理を
行った。この様な処理を３回繰り返し最後に再びアルミ
フタロシアニンを製膜しその上にアルミ電極を設けた。
））に有機量子半導体を用いた例を示す。第９図（（ｂ
）、 （ｃ））及び（（ｄ）、 （ｅ））は各々ソース
層９０１及びドレイン層９０３に有機量子半導体による
ＭＱＷ構造を用いた実施例である。本実施例における有
機量子半導体としては、アルミフタロシアニンフロライ
ドを１５ＯＡ、 −８０°Ｃに冷却し、他は実施例２と
同様にして製膜し、その膜をヨウ素ガス中に常温で３０
分放置した。更に再び一８０°Ｃの冷却下でアルミフタ
ロシアニンフロリドを蒸着し、前記と同様ヨウ素処理を
行った。この様な処理を３回繰り返し最後に再びアルミ
フタロシアニンを製膜しその上にアルミ電極を設けた。
この操作を複数回繰り返すことによって所望の数のへテ
ロ状のＭＱＷ構造を作成した。このＭＱＷ構造は前記第
２の実施例と同じエネルギーバンド構造（第３図及び第
６図）となり、前述の量子ドツトが構成できる。光／電
気特性の測定法は前述と同様に光書込み信号束をパルス
状に加えて、フォトキャリアを発注させ、それをドレイ
ン９０３−ソース９０１間に印加された同期パルス７０
３を用いて転送する。更にここではゲート信号９０５を
印加することによって該キャリアに対して更に変調を加
えることができる。この変調方法は従来無機半導体で実
現されているＭＯＳＦＥＴにおけるゲート信号と同様の
効果が得られた。
ロ状のＭＱＷ構造を作成した。このＭＱＷ構造は前記第
２の実施例と同じエネルギーバンド構造（第３図及び第
６図）となり、前述の量子ドツトが構成できる。光／電
気特性の測定法は前述と同様に光書込み信号束をパルス
状に加えて、フォトキャリアを発注させ、それをドレイ
ン９０３−ソース９０１間に印加された同期パルス７０
３を用いて転送する。更にここではゲート信号９０５を
印加することによって該キャリアに対して更に変調を加
えることができる。この変調方法は従来無機半導体で実
現されているＭＯＳＦＥＴにおけるゲート信号と同様の
効果が得られた。
第９図（Ｏは有機量子半導体をゲート層９０４に用いた
実施例である。作成方法は前記のソース層及びドレイン
層の場合と同様である。更にゲート層９０４の上に前記
光書込み波長λに対して透明でかつ同図（Ｏのｂ軸方向
に電気伝導異方性をもつ一次元鎖体を電極９１０として
用いている。光書込みによって生じたフォトキャリアは
ゲート層９０４内に形成されたＭＱＷ内を同期パルス９
０５の印加によって転送された。更にこのキャリアによ
ってゲート層中に２次元の多値電圧分布（約０〜２Ｖ）
を形成することができた。光書込み条件、同期パルスの
条件は前言己実施例に従った。上記２次元の多値電圧分
布により、絶縁膜９１２を介してＭＯＳＦＥＴのチャネ
ル層９０２の電子ガス、前記ビット（〜１μｍ Ｘ １
ｐｍ）に対応する密度で変調を加えることができた。１
ビツトに注目した場合のチャネル層での電子の変調は従
来無機半導体のＭＯＳＦＥＴと同様なものであった。し
がしゲート層５ｍｍＸ５ｍｍの中に２５×１０６ビツト
／ｍｍ２ものデータ量を同時に書き込むことができ、更
にこの密度に応じて、ソース層から注入された電子ガス
を変調し、同程度つまり２５ Ｘ １０６ビツト１ｍｍ
２の並列演算ができた。
実施例である。作成方法は前記のソース層及びドレイン
層の場合と同様である。更にゲート層９０４の上に前記
光書込み波長λに対して透明でかつ同図（Ｏのｂ軸方向
に電気伝導異方性をもつ一次元鎖体を電極９１０として
用いている。光書込みによって生じたフォトキャリアは
ゲート層９０４内に形成されたＭＱＷ内を同期パルス９
０５の印加によって転送された。更にこのキャリアによ
ってゲート層中に２次元の多値電圧分布（約０〜２Ｖ）
を形成することができた。光書込み条件、同期パルスの
条件は前言己実施例に従った。上記２次元の多値電圧分
布により、絶縁膜９１２を介してＭＯＳＦＥＴのチャネ
ル層９０２の電子ガス、前記ビット（〜１μｍ Ｘ １
ｐｍ）に対応する密度で変調を加えることができた。１
ビツトに注目した場合のチャネル層での電子の変調は従
来無機半導体のＭＯＳＦＥＴと同様なものであった。し
がしゲート層５ｍｍＸ５ｍｍの中に２５×１０６ビツト
／ｍｍ２ものデータ量を同時に書き込むことができ、更
にこの密度に応じて、ソース層から注入された電子ガス
を変調し、同程度つまり２５ Ｘ １０６ビツト１ｍｍ
２の並列演算ができた。
（発明の効果）
この様に本発明による有機量子半導体は多重量子井戸が
作成でき、又量子ワイヤ構造を持ちＳｉやＧａＡｓと比
べすぐれた多重化、高密度化が可能となるものであり、
特に情報処理素子に適した新しい半導体である。
作成でき、又量子ワイヤ構造を持ちＳｉやＧａＡｓと比
べすぐれた多重化、高密度化が可能となるものであり、
特に情報処理素子に適した新しい半導体である。
第１図〜第４図は本発明の詳細な説明する図、第５図、
第６図は本発明の第１、第２の実施例を示す図、第７図
（ａ）〜（ｇ）は本発明の第３の実施例を示す図、第８
図（ａ）〜（１）は本発明の第４の実施例を示す図、第
９図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第５の実施例を示す図で
ある。
第６図は本発明の第１、第２の実施例を示す図、第７図
（ａ）〜（ｇ）は本発明の第３の実施例を示す図、第８
図（ａ）〜（１）は本発明の第４の実施例を示す図、第
９図（ａ）〜（ｇ）は本発明の第５の実施例を示す図で
ある。
Claims (7)
- （１）バンドギャップが各々異なる少なくとも２種類の
有機半導体層で構成されおり、該複数の半導体層は一定
の積層順序で少なくとも一周期分、超薄膜構造で積層さ
れ、複数の量子井戸が積層された多重井戸構造を有する
有機量子半導体。 - （２）多重量子井戸構造のすくなくとも一周期分におい
て、トンネル構造、半導体バンド構造、素励起子構造、
超伝導構造、量子ホール構造、共鳴構造、量子閉じ込め
構造、ヘテロ構造、クローン・ブロッケイド構造ショッ
トキー構造のうちの１つを有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の有機量子半導体。 - （３）前記有機半導体が１次元電気伝導体、または１次
元電気伝導体または２次元電気伝導体または１次元光導
電体または２次元光伝導体のうちの少なくとも１つから
なる請求項１または２記載の有機分子半導体をＭＯＳＦ
ＥＴ構造のソース層またはドレイン層またはチャネル層
のうちの少なくとも１つにゲート電界に沿った方向で配
向させたことを特徴とする量子半導体素子。 - （４）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をＭＯＳＦＥＴ構造のゲート層にゲ
ート電界に垂直な方向で配向させたことを特徴とする量
子半導体素子。 - （５）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をダイオードに印加電界に沿った方
向で配向させたことを特徴とする量子半導体素子。 - （６）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層またはエ
ミッタ層またはコレクタ層のうち少なくとも１つにエミ
ッターコレクタ間に印加する電界に沿って配向させたこ
とを特徴とする量子半導体素子。 - （７）前記有機半導体層が１次元電気伝導体または２次
元電気伝導体または１次元光半導体または２次元光伝導
体のうちの少なくとも１つからなる請求項１または２記
載の有機分子半導体をトランジスタのベース層にエミッ
ターコレクタ間に印加する電界に垂直に配向させたこと
を特徴とする量子半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153762A JPH0444362A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 有機量子半導体及び量子半導体素子 |
| US08/319,781 US5525811A (en) | 1990-06-12 | 1994-10-07 | Organic quantum semiconductor and quantum semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2153762A JPH0444362A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 有機量子半導体及び量子半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0444362A true JPH0444362A (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=15569579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2153762A Pending JPH0444362A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 有機量子半導体及び量子半導体素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5525811A (ja) |
| JP (1) | JPH0444362A (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278127B1 (en) * | 1994-12-09 | 2001-08-21 | Agere Systems Guardian Corp. | Article comprising an organic thin film transistor adapted for biasing to form a N-type or a P-type transistor |
| TW293172B (ja) * | 1994-12-09 | 1996-12-11 | At & T Corp | |
| US6324091B1 (en) | 2000-01-14 | 2001-11-27 | The Regents Of The University Of California | Tightly coupled porphyrin macrocycles for molecular memory storage |
| US6381169B1 (en) | 1999-07-01 | 2002-04-30 | The Regents Of The University Of California | High density non-volatile memory device |
| WO2001003126A2 (en) * | 1999-07-01 | 2001-01-11 | The Regents Of The University Of California | High density non-volatile memory device |
| IL150560A0 (en) * | 2000-01-14 | 2003-02-12 | Univ North Carolina State | Substrates carrying polymers of linked sandwich coordination compounds and methods of use thereof |
| US6212093B1 (en) | 2000-01-14 | 2001-04-03 | North Carolina State University | High-density non-volatile memory devices incorporating sandwich coordination compounds |
| US6420648B1 (en) * | 2000-07-21 | 2002-07-16 | North Carolina State University | Light harvesting arrays |
| US20040110163A1 (en) * | 2000-09-07 | 2004-06-10 | Alexander Kotlyar | Organic nanoeletric conductors |
| WO2002077633A1 (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | The Regents Of The University Of California | Open circuit potential amperometry and voltammetry |
| RU2001131068A (ru) * | 2001-11-19 | 2003-08-20 | ООО "Оптива-Технологи " | Управляемое электрооптическое устройство, способ его изготовления и электрооптический анизотропный пленочный кристалл |
| US6728129B2 (en) * | 2002-02-19 | 2004-04-27 | The Regents Of The University Of California | Multistate triple-decker dyads in three distinct architectures for information storage applications |
| WO2004034015A2 (en) * | 2002-09-03 | 2004-04-22 | Coled Technologies, Inc. | Light emitting molecules and organic light emitting devices including light emitting molecules |
| US20040191567A1 (en) * | 2002-09-03 | 2004-09-30 | Caballero Gabriel Joseph | Light emitting molecules and organic light emitting devices including light emitting molecules |
| US6891702B1 (en) * | 2002-10-31 | 2005-05-10 | Western Digital Technologies, Inc. | Method and devices for providing magnetoresistive heads with protection from electrostatic discharge and electric overstress events |
| DE10305870A1 (de) * | 2003-02-13 | 2004-08-26 | BÄR, Hans | Digital steuerbare Leuchtdioden für aktive Matrix-Displays |
| JP3976700B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2007-09-19 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 極薄分子結晶を用いたアバランシェ増幅型フォトセンサー及びその製造方法 |
| WO2005006449A1 (ja) * | 2003-07-10 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 有機薄膜トランジスタとその製造方法、及びそれを用いたアクティブマトリクス型のディスプレイと無線識別タグ |
| WO2005020342A1 (ja) * | 2003-08-22 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 縦型有機ｆｅｔ及びその製造方法 |
| US7393598B2 (en) * | 2004-03-10 | 2008-07-01 | Hcf Partners, L.P. | Light emitting molecules and organic light emitting devices including light emitting molecules |
| US20060238696A1 (en) * | 2005-04-20 | 2006-10-26 | Chien-Hui Wen | Method of aligning negative dielectric anisotropic liquid crystals |
| US20070126001A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-07 | Sung-Yool Choi | Organic semiconductor device and method of fabricating the same |
| US8272458B2 (en) * | 2008-06-12 | 2012-09-25 | Nackerud Alan L | Drill bit with replaceable blade members |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS636878A (ja) * | 1986-06-26 | 1988-01-12 | Nec Corp | ヘテロ接合化合物バイポ−ラ・トランジスタ |
| US4939556A (en) * | 1986-07-10 | 1990-07-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Conductor device |
| US4929524A (en) * | 1986-09-12 | 1990-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Organic photo conductive medium |
| JPS63153866A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電界効果型トランジスタ |
| JPS63244678A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | 有機半導体デバイス |
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-
1990
- 1990-06-12 JP JP2153762A patent/JPH0444362A/ja active Pending
-
1994
- 1994-10-07 US US08/319,781 patent/US5525811A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5525811A (en) | 1996-06-11 |
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