JPH05243638A - Mim型電気素子とその製造方法、及びこれを用いた情報転送装置、画像表示装置、描画装置 - Google Patents
Mim型電気素子とその製造方法、及びこれを用いた情報転送装置、画像表示装置、描画装置Info
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Abstract
本構成とするMIM型電気素子において、強電界がかか
っても絶縁体の破壊が生じにくい素子を提供することに
ある。 【構成】 上部電極104と下地電極102の間に絶縁
体又は半導体から成るバリア層103を挟持し、かつ、
該下地電極102が基板上に形成された貴金属結晶から
成る電極基板であって、該貴金属結晶のドメイン境界が
ほぼ直線状に形成され、X線回折による面方位の分散角
が1°以下の電極基板であることを特徴とするMIM型
電気素子。
Description
と、該電極に挟持された絶縁体或いは半導体特性を持つ
媒体を有し、該電極に電圧を印加して種々の電気特性を
引き出すサンドイッチ構造を有するMIM(Metal
−Insulator−Metal)型電気素子及びそ
の製造法、及び係る素子を用いた情報転送装置、画像表
示装置、描画装置等の電子機器に関する。
能の発現や向上に関連して注目され、有機分子を電子デ
バイスなどに応用しようとする分子電子デバイスへの関
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ー・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。
つ積層したもので、膜厚の制御は分子長の単位で行うこ
とができ、一様で均質な超薄膜を形成できることからこ
れを絶縁体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.Larkins et.al.著「シン
・ソリッド・フィルムズ」(Thin Solid F
ilms)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
ts et.al.著「エレクトロニクス・レターズ」
(Electronics Letters)第20
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 Let
ters)第20巻、838頁(1984年)]があ
る。
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。実際、既に本発明者らは、これらの材料を用いたL
B膜に対して、金属等の導電性材料で両側から挟んだサ
ンドイッチ構造の素子(その構成から一般に、MIM構
造もしくはMIM型素子と呼ばれる)を作製し、材料物
性或いは電気的特性を始めとする諸特性の観察、測定を
行ったところ、電気伝導において全く新しいスイッチン
グ現象を見出している(特開昭63−96956号公
報)。
地電極の形状通りに単分子膜を累積し、絶縁膜を形成で
き、絶縁膜の膜厚不均一の問題はない。
一つであるMIM型電気素子の下地電極は従来、真空蒸
着法やスパッタリング法を用いて形成されてきた。しか
し、これらの方法で形成した金属薄膜は多結晶膜とな
り、結晶の面方位分散が大きなものしか得られず、結晶
面は単一ではなかった。従って、異なる結晶面で構成さ
れたエッジが数多く形成された。
て、上記のようなエッジ部には更に大きな電界集中が起
こり易く、素子の安定性・再現性を低下させる原因とな
る。例えば、絶縁層中への電極金属のマイグレーション
等がこのようなエッジ部でより顕著に起こることが考え
られる。また素子を長時間駆動した場合、このエッジ部
分から絶縁破壊等による素子の破損によって素子の寿命
を著しく短いものとすることが多い。
消し、強電界下或いは長時間駆動した際の絶縁破壊によ
る素子破損を低減し、満足のいく素子寿命を達成する新
規なMIM型電気素子及びその製造方法を提供すること
にある。
むらを低減した高輝度の画像又は描画パターンが得られ
る画像表示装置及び描画装置を提供することにある。
ても情報が半永久的に保存される情報転送装置を提供す
ることにある。
以下の本発明によって達成される。
間に絶縁体又は半導体からなるバリア層を挟持したMI
M型電気素子において、前記下地電極が基板上に形成さ
れた平板状結晶のファセットからなる貴金属結晶を含む
電極基板であって、該ファセットの平板面方位が[11
1]であり、且つX線回折による面方位の分散角が1°
以下である領域を含むことを特徴とするMIM型電気素
子である。
絶縁体又は半導体からなるバリア層を挟持したMIM型
電気素子の製造方法において、金属を溶解する特性を有
する溶液に下地電極用金属を溶解して生成される錯体溶
液を用い、該溶液の金属溶解性を減少させるための工
程、基板上に該金属結晶を錯体溶液中から析出させる工
程、該金属結晶上にバリア層を形成する工程及び該バリ
ア層上に上部電極を形成する工程を含むことを特徴とす
るMIM型電気素子の製造方法である。
光導電性素子を直列に接続した回路に、電圧を印加する
手段を備えたことを特徴とする情報転送装置である。
を、ダイオード素子をその整流方向を揃えて直列接続し
た回路の各接点に配置し、前記回路の一方の端に光導電
性素子を配置し、前記回路の他方の端に抵抗器を配置し
た回路に電圧を印加する手段を備えたことを特徴とする
情報転送装置である。
絶縁体又は半導体からなるバリア層を挟持し、前記下地
電極が基板上に形成された平板状結晶のファセットから
なる貴金属結晶を含む電極基板であって、該ファセット
の平板面方位が[111]であり、且つX線回折による
面方位の分散角が1°以下である領域を含み、且つ電子
ビーム放出部を備えたMIM型電気素子を複数有し、こ
れに対向して該素子から放出される電子ビームを変調す
る変調電極及び該変調された電子ビームの照射により画
像を形成する画像形成部材を設けたことを特徴とする画
像表示装置である。
絶縁体又は半導体からなるバリア層を挟持し、前記下地
電極が基板上に形成された平板状結晶のファセットから
なる貴金属結晶を含む電極基板であって、該ファセット
の平板面方位が[111]であり、且つX線回折による
面方位の分散角が1°以下である領域を含み、且つ電子
ビーム放出部を備えたMIM型電気素子と、該素子から
放出される電子ビームを所定の位置に集める手段及び該
電子ビームを偏向する手段を有することを特徴とする描
画装置である。
1は、本発明によるSi結晶基板上に形成された平板状
金結晶の光学顕微鏡像である。図1に示した金結晶はほ
ぼ正六角形の平面形状を有している。一般的には3回対
称軸を有する平面形状の結晶(図2)が得られ、更に
は、図2の形状が変形した非対称な結晶も見られる。し
かし、図1に示されているように、金結晶は各結晶面に
対応したファセット面が明瞭に形成されているものが多
く、そして、金結晶の平板面はSEMによりエレクトロ
ンチャンネリングパターンの測定をしたところ、[11
1]配向で欠陥がほぼないことが確認された。
電機・RAD3B X線回折装置により測定した)か
ら、このような板状結晶からなる結晶金電極基板の表
面、即ち(111)面の方位の分散角は0.9°以下で
非常に配向性の高い電極基板が得られた。より好適な条
件では0.6°以下の電極基板も得られる。また、多結
晶金電極基板は、種々の基板材料に対しても高い配向性
の電極基板が得られ、結晶のドメイン境界はほぼ直線状
に形成された平滑面を有し(図13)、その[111]
方位の分散角は小さく、1°以下の電極基板が得られ
る。更に、係る金結晶の(111)面の最大径と板状結
晶の高さとの比は30程度であり、一般的には10以上
のものが容易に得られ、好ましい条件では、100以上
の結晶も得られる。
持つ酸化性溶液、例えばKI水溶液にI2 を溶解したヨ
ウ素溶液に金を溶解して得られる金錯体水溶液(主に
[AuI4 ]- の構造を有する錯体として金が溶解して
いる)中に基板を沈め、金の溶解性を減少するためにI
2 を該反応系外に取り除くための操作、即ち加熱による
I2 の蒸発或いは還元剤を用いてI2 のI- への還元工
程、更に加熱等により該金錯体を分解させ基板上へ析出
させる工程を通して形成される。析出速度が速いと粒塊
状の多結晶が生じることから、析出した結晶をI3 -によ
る酸化的溶解反応によるエッチング速度と錯体の分解速
度のバランスの上に該平板状金結晶は成長する。このこ
とは、気相エピ成長との類似性を示唆する。
M像により観察される表面凹凸性はZ軸方向の凹凸プロ
ファイル(図4)に示されているように、1nm以下の
原子ステップ状の長周期な段差である。該平板状金電極
によれば、更に平滑性の高い電極基板を提供可能であ
り、即ち10μm□(1辺が10μmの正方形で囲まれ
た領域)において最も深い谷と最も高い山との差(最大
表面凹凸)は1nm以下で、表面凹凸の平均値からの凹
凸分散のピーク値(分散ピーク)は0.5nm以下の電
極基板を提供できる。
で1μm以上1mm以下であり、最適の条件では10m
m以下、即ち数mm□の大きさの結晶が得られる。しか
し、10mm以上の大きさの結晶も析出することがあ
り、その制御は難しいが可能である。一方、微細な平板
状結晶を連続的に形成して電極基板を作製することもで
き、このような電極基板においても(111)面の面方
位の分散角は通常の真空成膜手段によるものよりも小さ
な電極基板が得られ、配向性の非常に優れた電極が形成
できる。
板として金錯体溶液で重大な腐食が起こらないものであ
れば、どのような材質の物でも基板として用いることが
できる。例えば、絶縁性素材であるマイカ、MgO、S
iO2 、Si3 N4 、更には有機高分子材料など、そし
て導電性素材であるSi基板(結晶、アモルファス)、
グラファイト(HOPG)、各種金属基板及びその化合
物基板を用いることができる。
易さに差が見い出された。そのような基板による金結晶
の析出特性の差を利用して、所望の位置に選択的に平板
状金結晶を析出し成長させることができる。
方法について金を材料として説明してきたが、平板状結
晶の成長は金に限らず、ハロゲン化錯体ができる貴金属
材料、例えばPt、Pd、Rh、Ir等へも類似の技術
を応用できる。更には、シアノ錯体或いは亜硫酸錯体へ
の応用も可能である。
IM型電気素子の断面図を示す。101は基板、102
は平滑面を有する電極層(下地電極)、103は絶縁体
層、104は上部電極である。
552号公報或いは特開昭63−161553号公報に
開示されているような、電流−電圧特性においてメモリ
−スイッチング現象(電気メモリ効果)を有する材料、
例えばπ電子準位を持つ群とσ電子準位のみを有する群
を併有する分子を電極上に堆積した有機単分子膜或いは
その累積膜を用いることができる。スイッチングメモリ
効果は、前記の有機単分子膜、その累積膜等の薄膜を一
対の電極間に配置させた状態(図6、電流−電圧特性:
スイッチング特性、メモリ特性[ON状態、OFF状
態])へ遷移させることが可能なしきい値を越えた電圧
を印加することにより、可逆的に低抵抗状態(ON状
態)及び高抵抗状態(OFF状態)へ遷移(スイッチン
グ)させることができる。また、それぞれの状態は電圧
を印加しなくとも保持(メモリ)しておくことができ
る。
くは半絶縁性を示すことから、本発明において適用可能
なπ電子準位を持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π電子系を有する色素の構造と
しては例えば、フタロシアニン、テトラフェニルポルフ
ィリン等のポルフィリン骨格を有する色素、スクアリリ
ウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として持つア
ズレン系色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾ
オキサゾール等の2個の含窒素複素環をスクアリリウム
基及びクロコニックメチン基により結合したシアニン系
類似の色素、又はシアニン色素、アントラセン及びピレ
ン等の縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環化合物が
重合した鎖状化合物及びジアセチレン基の重合体、更に
はテトラシアノキノジメタン又はテトラチアフルバレン
の誘導体及びその類縁体及びその電荷移動錯体、また更
にはフェロセン、トリスビピリジンルテニウム錯体等の
金属錯体化合物が挙げられる。更に、本発明に好適な高
分子材料としては、ポリイミド等の縮合重合体、バクテ
リオロドプシン、蛋白質等の生体高分子が挙げられる。
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LB法が極めて好適である。このL
B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又はその累積膜を基板上に
容易に形成することができ、分子オーダーの厚みを有
し、且つ大面積にわたって均一、均質な有機超薄膜を安
定に供給することができる。従って、下地電極基板の表
面性をそのまま反映した絶縁体層を作製できる。
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)が好適に保たれているとき、
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。
は、一般に広く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や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位を構成する。
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位を構成する。
く併有し、且つ適度な大きさを有する有機分子であれ
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。また、先に挙げ
た化合物の内、特に耐熱性の観点から高分子化合物の利
用或いはフタロシアニン等の大環状化合物の使用が望ま
しく、特にポリイミド類の高分子材料を使用すれば、耐
熱性に優れるばかりでなく1層当たりの膜厚を4Å程度
にできる。
ッチングメモリ効果は、数百nm以下の膜厚のもので観
測されているが、成膜性、均一性の観点から10〜10
00Åの厚さとすることが好ましい。このスイッチング
過程において、素子には数V〜10V程度の電圧が印加
され、その時の電界強度は105 V/cmから106V
/cm以上の強電界が作用していることがわかる。
記下地電極102と同様の材料を使用しても良いし、異
なる金属を使用しても良い。また本発明のスイッチング
素子は、前記有機絶縁体とは別な第2の絶縁層105を
形成して、上部、下地電極間の通電領域を制限した素子
構造を持たせても良い。第2の絶縁層105としては、
例えば有機レジスト、無機絶縁体、SiO2 、Si3 N
4 、Al2 O3 等を使用でき、厚みは1000Å〜50
00Åが好ましい。そして、形成方法は従来公知の薄膜
形成技術で充分である。
ッチング素子としての特性向上を例にして述べてきた
が、対向する一対の電極と該一対の電極に挟持された絶
縁体或いは半導体から成る絶縁体層を有し、該電極に電
圧を印加して種々の電気特性を発現させるサンドイッチ
構造のMIM型電気素子においては、強電界印加条件で
特性が発現される係る素子の特性向上は共通の技術課題
でもある。
用いて、サンドイッチ構造MIM型電気素子の種々の特
性向上について、素子を試作し鋭意検討した。
くして、表面に現れる結晶面を揃えることにより、上記
表面エッジに起因した欠陥を減少させることができる。
つまり本発明に係る面方位分散角が1°以下の表面では
単結晶性も高く、表面に現れる結晶面が揃っているため
に、素子特性の向上と安定化が改善される。特に同程度
の平滑性を有する電極に比べ、絶縁層の膜厚が非常に薄
い素子の特性向上と安定化に、より顕著な効果を示す。
化することを可能とした。
について、実施例に従って具体的に説明する。但し、本
発明は係る具体例に限定されるものではない。
ヨウ素I2 、0.6gを純水50mlに溶解した後、該
ヨウ素溶液に真空蒸着によって形成した5000Å膜厚
の金薄膜(重さに換算して約0.08g)を完全に溶解
した。該金ヨウ素錯体溶液をストック溶液とし、該スト
ック溶液の10mlを分取して純水50mlで希釈して
反応母液とした。該母液中に熱酸化膜(1000Å)を
有するシリコン基板を沈漬し、ホットプレート上で80
℃に加熱する。ヨウ素が昇華して溶液が透明な薄黄色に
なるようになると、平板状の金結晶が析出した。該平板
状金結晶を光学顕微鏡で観察した結果、平板結晶が基板
上一面に観察された。この電極基板の面方位(111)
における分散角を測定したら0.6°であった。次に、
該平板金結晶の表面をSTMで観察したところ、10μ
m□において、最大表面凹凸は0.8nmで、分散ピー
クは0.4nmであった。
をアルゴンスパッタにより1500Åの膜厚に形成し
た。次にAZ1370(ヘキスト社製)をレジストとし
て用い、HFによりSiO2 をエッチングし、上下電極
間の通電領域1000μm□を形成した。
に、スクアリリウム−ビス−6−オクチルアズレン(S
OAZ)LB膜を形成して絶縁体層103とした。以
下、SOAZ・LB膜を用いた絶縁体層103形成方法
について述べる。
たクロロホルム溶液を水温20℃の純水からなる水相上
に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発除去
後、表面圧を20mN/mにまで高めた。表面圧を一定
に保ちながら上述基板電極を水面を横切る方向に速度1
0mm/minで静かに浸漬した後、続いて5mm/m
inで静かに引き上げて2層のY型単分子累積膜を作製
した。係る操作を適当回数繰り返して2、4、8、1
2、20、30、40層の7種の単分子累積膜を形成し
た。次に、該通電領域を覆う様にストライプ状のアルミ
ニウム電極を前記LB膜上に1500Åの膜厚に形成し
て上部電極104とした。
に電圧を印加したときの電流電圧特性を測定したとこ
ろ、本発明者が特開昭63−96956号公報において
開示したものと同じメモリ性のスイッチング特性が観測
された(図6)。係る素子は電圧を印加しない状態でも
低抵抗なON状態と高抵抗なOFF状態のいずれかを保
持させることができ、保存安定性は極めて良好であっ
た。また、両状態の抵抗比は6桁程度或いはそれ以上で
あった。
ON/OFF両状態間の遷移を長時間行わせたが、従来
の素子に比べて、ON/OFF遷移の安定性が増し、こ
とに、これまでスイッチング特性が不安定であったSO
AZ2層から成る素子において効果が顕著で、安定なス
イッチング特性が得られた。更に局所的な電界集中に起
因すると思われる素子破損も極めて起こりにくくなり、
寿命が著しく向上した。
・LB膜の変わりにポリイミドLB膜を用いて、実施例
1の方法により通電領域が1000μm□〜10μm□
までの種々の大きさを持つスイッチング素子を作成し、
その特性を評価した。尚、アルミ電極の膜厚は2000
Åとした。その結果、実施例1と同様なメモリ性のスイ
ッチング特性が観測され、6桁程度のON/OFF比が
得られた。
OFF両状態間の遷移を長時間行わせたが、従来の素子
に比べて、ON/OFF遷移の安定性が増し、ことに、
これまでスイッチング特性が不安定であった4、8層か
ら成る素子においても、安定なスイッチング特性が得ら
れるようになった。
発現が見られなかった2層の試料について、初めてスイ
ッチング特性の発現を観察した。更に、局所的な電界集
中に起因すると思われる素子破損も極めて起こりにくく
なり、寿命が著しく向上した。
て述べる。
メチルアセトアミド−ベンゼン混合溶媒(1:1V/
V)に溶解させた(単量体換算濃度1×10-3M)後、
別途調整したN,N’−ジメチルオクタデシルアミンの
同溶媒による1×10-3M溶液と1:2(V/V)に混
合して化2式に示すポリアミド酸オクタデシルアミン塩
溶液を調整した。
水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発除去後、表面圧
を25mN/mにまで高めた。表面圧を一定に保ちなが
ら上述基板電極を水面を横切る方向に速度5mm/mi
nで静かに浸漬した後、続いて5mm/minで静かに
引き上げて2層のY型単分子累積膜を作製した。この操
作を適当回数繰り返して2、4、8、12、18、2
4、30、42、60層の9種類のポリアミド酸オクタ
デシルアミン塩の単分子累積膜を形成した。次に、この
基板を減圧(〜1mmHg)下、200℃で30分間加
熱焼成してポリアミド酸オクタデシルアミン塩をイミド
化し、(化3式)、4層のポリイミド単分子累積膜を得
た。
り、サンドイッチ構造のMIM型電子放出素子を作製し
た。尚、この時のポリイミドLB膜の累積総数は12、
18、24、30、36、40層の6種類であった。更
に、通電領域のアルミ上部電極の膜厚は150Å、それ
以外の上部電極膜厚は2000Åとした(図5
(b))。
rr以下の真空下に置き、上下電極102,104間に
電圧を印加することにより、電子放出が観測された。電
子放出効率は最大1.5×10-2程度が得られた。絶縁
層の累積数が増すと、同じ放出電流を得る為により高い
電圧を要した。素子の直上に配置した蛍光板により電子
放出パターンを観測すると、表面電極の形状に一致した
蛍光パターンが得られた。更に蛍光の均一性も非常に良
好であった。
極の変わりに、従来公知の真空蒸着法により作製した金
電極を用いて実施例3と同様な電子放出素子を作製し、
実施例3と同様な測定を行った。その結果、面方位(1
11)における分散角が2°以上であった。
ンは表面電極形状と一致したものであった。蛍光の均一
性も比較的良好であったが、若干輝度むらが観察され
た。また、放出効率は最大でも1×10-3を越えなかっ
た。
い、基板の種類をかえて電極層を形成し、実施例2、3
と同様な実験を行った。その結果、実施例2と同様なメ
モリ性のスイッチング特性が観測され、6桁程度のON
/OFF比が得られた。更に交流電圧を印加して連続的
にON/OFF両状態間の遷移を長時間行わせたが、従
来の素子に比べて、ON/OFF遷移の安定性が増し、
ことに、これまでスイッチング特性が不安定であった
4、8層から成る素子においても、安定なスイッチング
特性が発現される様に成った。更に、従来の素子ではス
イッチング特性の発現が見られなかった2層の試料につ
いて、初めてスイッチング特性の発現を観察した。更に
局所的な電界集中に起因すると思われる素子破損も極め
て起こりにくくなり、寿命が著しく向上した。
った結果、実施例3と同様な電子放出が観測された。電
子放出効率は最大1.5×10-2程度が得られた。絶縁
層の累積数が増すと、同じ放出電流を得る為により高い
電圧を要した。素子の直上に配置した蛍光板により電子
放出パターンを観測すると、表面電極の形状に一致した
蛍光パターンが得られた。更に蛍光の均一性も非常に良
好であった。
にまとめた。
より作製した素子を用いて、図7に示すような画像表示
装置を作製した。
Nの値)並列に配置して素子ラインを形成した。これを
100列(図7中、Lの値)ガラス基板(S)上に設け
た。次に、係る素子の電子放出面から10μmの位置に
絶縁支持体を介して変調用グリッド電極(GR)を設け
た。このグリッド電極は、前記素子ラインに直交する方
向に100本配列し、各素子毎に0.4mm×0.4m
mの電子通過孔(Gh)を設けた。そして、更にその上
方、素子の電子放出面から5mmの位置に、蛍光体、透
明電極、ガラス板の三層構造からなる厚さ4mmのフェ
ースプレート(FP)を設け、全体が密封された真空容
器(2×10-6Torr程度)となるように構成した。
圧を印加したところ、蛍光体面に各々の素子に対応した
高輝度で且つむらのない蛍光パターンを得ることができ
た。もちろん、グリッド電極と素子ラインとによりXY
マトリックス駆動により、表示画像を制御することが可
能であった。以上の装置に用いた金電極の製造方法につ
いて以下に述べる。
000Åの膜厚に蒸着した後、SiO2 を1500Åの
膜厚で全面を覆う様に蒸着した。次に、公知な方法によ
り図7のマトリックスの交点の位置に1μm□の大きさ
のホールを形成した。この基板を実施例1で用いた母液
に沈漬し金平板状結晶をマトリックスの交点上に形成
し、下地電極とした。該電極基板上にポリイミドLB膜
を形成した後、実施例3と同様な方法によりアルミ上部
電極を形成した(図8)。
製した図5(b)タイプの素子を1個用いて、図9に示
すような描画装置を作製した。
ジ35上のウエハー42までの距離は約400mmであ
り、これを基準長とする真空容器(2×10-7Torr
程度)を構成し、内部に図示するようにブランキング電
極41と偏向電極39を各々設け、また、電磁レンズ3
3を3段設けた。
2,電磁レンズ駆動装置34,ステージ35の調整機構
37,38及び制御機構40等を具備した構成とした。
を印加し、かつ、ステージを移動させることによって、
ウエハー42上に高精度の描画パターンを形成すること
ができた。
示す図である。本実施例は、特に、ダイオード素子12
1〜127を先頭から後尾へ整流方向を揃えて直列接続
した回路の各接続点Aに、前記スイッチング性LB−M
IM素子132〜137を配置し、前記回路の先頭に光
導電性素子131を配置し、前記回路の後尾に抵抗器1
38を配置した回路Bを用いることを特徴とする。
性素子131が検知する明状態と暗状態の情報を、次々
にダイオードの整流方向に転送し記憶すると同時に、後
方の抵抗器138両端の電圧をモニターすることによっ
て、転送記憶された情報を読み出すことが可能となっ
た。
FF状態(図6)を、更に詳しく測定した結果、異なる
導電特性を示す2つの状態の存在が確認された。その電
流電圧特性を図12に示した。本発明の情報転送装置で
は、該スイッチング性LB−MIM素子の図12に示し
た特性を利用して発明に至った。以下、詳細な説明を行
う。
情報転送用の電圧印加手段V1 とV2 であり、143は
主に132〜137のうちで情報転送先となる素子をO
FF(B)状態(状態“0”,図12)とするための電
圧印加手段V3 であり、144は情報転送時に電圧印加
手段143が接続点Aに対してディスコネクト状態とな
るようにするためのリレースイッチである。
2 ,V3 として例えば図11に示した如く、第1の期間
171と第2の期間172を有し、V1 とV2 で互いに
極性が異なること及び第1の区間の電圧の絶対値がV
1 ,V2 ,V3 で等しいことを特徴とする電圧を繰り返
し印加することによって、情報の転送記録が行われる。
暗状態の抵抗と、スイッチング性LB−MIM素子12
1〜127のOFF(B)での抵抗と、回路末端の抵抗
器138の抵抗がMΩオーダーで全て等しく、また、ダ
イオード121〜127としてはシリコンダイオード,
順方向の保持電圧VF は0.7V,逆方向はMΩよりも
十分抵抗の高いものを使用した。
としスイッチ144を接続状態にすると、ダイオード1
21〜127は1つおきにV1 −V2 =+8Vの電圧が
印加され、その他の素子には電圧がかからない状態が実
現する。この際、+8Vの電圧がかかったスイッチング
性LB−MIM素子は、OFF(B)状態へとリセット
され、情報転送先としての用意が調う。一方、電圧が印
加されなかった素子は、情報を保持し続け、情報転送源
となる。
圧を±1.9Vとして、リレースイッチ144を使って
V3 をディスコネクト状態にすることによって、情報転
送源のLB−MIM素子(または光導電性素子)と順方
向のダイオードと情報転送先LB−MIM素子(また
は、末端の抵抗器)の間に独立性の高い回路が形成さ
れ、ダイオードの保持電圧VF (=0.7V)を除いた
3.1(=3.8−0.7)Vの電圧がLB−MIM素
子の直列回路に印加されるために、情報転送及び記録
(末端の抵抗器を除く)が行われる。従って、V1 とV
2 の極性を交互に変えながら、上述のような波形を繰り
返し印加することによって、先頭部の光導電性素子13
1で検知した光情報を、次々に後方に転送記録すること
ができ、末端の抵抗結合器を使って、外部に読み出すこ
ともできる。ただし、ここで第1の期間と第2の期間か
らなる1Hは、3secとした。
電気素子及びその製造方法等によれば、下記の効果を有
する。
り、表面凹凸が1nm以下の平滑面を1μm□内、更に
は10μm□内で有する平滑電極形成が可能となった。
的構造を有する有機薄膜を絶縁層としたMIM型サンド
イッチ構造素子におけるメモリ性を有するスイッチング
特性を、特に有機絶縁層の膜厚を薄い領域で更に安定に
発現させることが可能となった。また、2つのメモリ状
態間の抵抗比、即ちON/OFF比が従来に比して大き
くなるとともに、ON/OFF間の遷移を長時間連続的
に起こさせた場合も局所的な電界集中に起因すると思わ
れる素子破損が起こりにくくなり、素子寿命を大幅に延
ばすことが可能になった。即ち、サンドイッチ構造素子
の高電界印加条件での特性の安定性を向上させることが
できた。
光強度の不均一性の改善がなされ、更に電子放出効率の
向上が実現された。
表示装置或は描画装置を構成することで、とりわけ高解
像性、輝度むらのない高輝度の画像及び描画パターンを
得ることができた。
出特性に対する基板材料及び形状効果の差を利用するこ
とにより、基板上の所望の位置に該金平板状結晶を形成
できる優位性をもつ。
ンドイッチ構造素子に転送し記憶させることによって、
電源電圧をオフ状態にしても、情報が半永久的に保存さ
れる情報転送装置が実現できた。
板状金結晶からなる電極基板の光学顕微鏡像である。
板状金結晶からなる別の電極基板の光学顕微鏡像であ
る。
クトルである。
凸プロファイルである。
す。
チング特性を示すグラフである。
式的断面図である。
ある。
いた情報転送装置の構成図である。
V3 の印加状態を説明するための図である。
フ状態の更に詳細な電流−電圧特性図である。
上面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 上部電極と下地電極との間に絶縁体又は
半導体からなるバリア層を挟持したMIM型電気素子で
あって、前記下地電極が基板上に形成された平板状結晶
のファセットからなる貴金属結晶を含む電極基板であっ
て、該ファセットの平板面方位が[111]であり、且
つX線回折による面方位の分散角が1°以下である領域
を含むことを特徴とするMIM型電気素子。 - 【請求項2】 前記貴金属結晶が単結晶体であることを
特徴とする請求項1記載のMIM型電気素子。 - 【請求項3】 前記貴金属結晶が多結晶体であることを
特徴とする請求項1記載のMIM型電気素子。 - 【請求項4】 前記平板面の表面凹凸の高低差が、1μ
m□において1nm以下であることを特徴とする請求項
1記載のMIM型電気素子。 - 【請求項5】 前記バリア層が周期的な層構造を有する
有機薄膜であることを特徴とする請求項1記載のMIM
型電気素子。 - 【請求項6】 前記バリア層が単分子膜又はその累積膜
からなる有機薄膜であることを特徴とする請求項1記載
のMIM型電気素子。 - 【請求項7】 前記バリア層と上部電極との間に、該上
部電極に凹部を形成するための第2の絶縁層を設けたこ
とを特徴とする請求項1記載のMIM型電気素子。 - 【請求項8】 前記貴金属が金であることを特徴とする
請求項1記載のMIM型電気素子。 - 【請求項9】 上部電極と下地電極との間に絶縁体又は
半導体からなるバリア層を挟持したMIM型電気素子の
製造方法であって、金属を溶解する特性を有する溶液に
下地電極用金属を溶解して生成される錯体溶液を用い、
該溶液の金属溶解性を減少させるための工程、基板上に
該金属結晶を錯体溶液中から析出させる工程、該金属結
晶上にバリア層を形成する工程及び該バリア層上に上部
電極を形成する工程を含むことを特徴とするMIM型電
気素子の製造方法。 - 【請求項10】 請求項1〜8の何れかに記載のMIM
型電気素子と光導電性素子を直列に接続した回路に、電
圧を印加する手段を備えたことを特徴とする情報転送装
置。 - 【請求項11】 請求項1〜8の何れかに記載のMIM
型電気素子を、ダイオード素子をその整流方向を揃えて
直列接続した回路の各接点に配置し、前記回路の一方の
端に光導電性素子を配置し、前記回路の他方の端に抵抗
器を配置した回路に電圧を印加する手段を備えたことを
特徴とする情報転送装置。 - 【請求項12】 上部電極と下地電極との間に絶縁体又
は半導体からなるバリア層を挟持し、前記下地電極が基
板上に形成された平板状結晶のファセットからなる貴金
属結晶を含む電極基板であって、該ファセットの平板面
方位が[111]であり、且つX線回折による面方位の
分散角が1°以下である領域を含み、且つ電子ビーム放
出部を備えたMIM型電気素子を複数有し、これに対向
して該素子から放出される電子ビームを変調する変調電
極及び該変調された電子ビームの照射により画像を形成
する画像形成部材を設けたことを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項13】 上部電極と下地電極との間に絶縁体又
は半導体からなるバリア層を挟持し、前記下地電極が基
板上に形成された平板状結晶のファセットからなる貴金
属結晶を含む電極基板であって、該ファセットの平板面
方位が[111]であり、且つX線回折による面方位の
分散角が1°以下である領域を含み、且つ電子ビーム放
出部を備えたMIM型電気素子と、該素子から放出され
る電子ビームを所定の位置に集める手段及び該電子ビー
ムを偏向する手段を有することを特徴とする描画装置。
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