JPS6262479B2 - - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属−絶縁物−金属（以下MIMサン
ドイツチ構造と略称する）からなる多層構造薄膜
機能素子（薄膜ダイオード）に関する。
ドイツチ構造と略称する）からなる多層構造薄膜
機能素子（薄膜ダイオード）に関する。
一般に第１図に示すように２つの金属電極１，
３の間に、厚さ10〜400nｍの絶縁物２をはさん
だような構造は、MIMサンドイツチ構造と呼ば
れている。このようなMIMサンドイツチ構造
は、両電極間に数Ｖの電圧を印加しても、絶縁物
のため初めはほとんど電流が流れず高抵抗状態を
示す。しかし該MIMサンドイツチ構造を約
1.33Pa以下の真空度に保つた真空装置内に入れ、
両電極間に直流電圧を0Vから10V位までおよそ
5V／ｓ以下の掃引速度で除々に印加し、再び0V
まで減ずるというような操作を何回も繰返してい
ると、それまで絶縁性であつたものが突然電流が
流れるようになる。以後電圧を下げたりあるいは
休止後再印加しても、はじめの電流の小さな状態
には戻らない。このような導電性の遷移をフオー
ミングという。フオーミングされたMIMサンド
イツチ構造は、第２図に示すように2.5〜3.5Vに
最大電流値を有する電圧制御形負性抵抗特性を出
現し、またこれに付随してメモリ現象、スイツチ
ング現象、エレクトロルミネセンスなどの諸現象
も出現する。これら現象の基になるMIMサンド
イツチ構造の導電性遷移の発生機構に関しては
種々推測されているものの、いずれも定設とされ
るまでには至つていない。なお、第２図、第４図
および第５図における矢印は電圧印加の増加時と
減少時を示す。
３の間に、厚さ10〜400nｍの絶縁物２をはさん
だような構造は、MIMサンドイツチ構造と呼ば
れている。このようなMIMサンドイツチ構造
は、両電極間に数Ｖの電圧を印加しても、絶縁物
のため初めはほとんど電流が流れず高抵抗状態を
示す。しかし該MIMサンドイツチ構造を約
1.33Pa以下の真空度に保つた真空装置内に入れ、
両電極間に直流電圧を0Vから10V位までおよそ
5V／ｓ以下の掃引速度で除々に印加し、再び0V
まで減ずるというような操作を何回も繰返してい
ると、それまで絶縁性であつたものが突然電流が
流れるようになる。以後電圧を下げたりあるいは
休止後再印加しても、はじめの電流の小さな状態
には戻らない。このような導電性の遷移をフオー
ミングという。フオーミングされたMIMサンド
イツチ構造は、第２図に示すように2.5〜3.5Vに
最大電流値を有する電圧制御形負性抵抗特性を出
現し、またこれに付随してメモリ現象、スイツチ
ング現象、エレクトロルミネセンスなどの諸現象
も出現する。これら現象の基になるMIMサンド
イツチ構造の導電性遷移の発生機構に関しては
種々推測されているものの、いずれも定設とされ
るまでには至つていない。なお、第２図、第４図
および第５図における矢印は電圧印加の増加時と
減少時を示す。
以上のような特性を示すMIMサンドイツチ構
造は、一般に電極物質としてAl、Ag、Au、Cu、
Ta、Tiなどが、また絶縁物としてAlO2O3、
SiOx、TuO2、Ta2O5、Y2O3などの酸化物、
CaF2、LiFなどの弗化物、ZnS、CdSなどの硫化
物、AlN、BNなどの窒化物、アラキン酸カドニ
ウムなどの高分子膜などが用いられている。素子
作成法として、電極物質は一般に真空蒸着法で、
また絶縁物は陽極酸化法、熱酸化法、真空蒸着
法、スパツタリング法等により形成されている。
造は、一般に電極物質としてAl、Ag、Au、Cu、
Ta、Tiなどが、また絶縁物としてAlO2O3、
SiOx、TuO2、Ta2O5、Y2O3などの酸化物、
CaF2、LiFなどの弗化物、ZnS、CdSなどの硫化
物、AlN、BNなどの窒化物、アラキン酸カドニ
ウムなどの高分子膜などが用いられている。素子
作成法として、電極物質は一般に真空蒸着法で、
また絶縁物は陽極酸化法、熱酸化法、真空蒸着
法、スパツタリング法等により形成されている。
このようなMIMサンドイツチ構造は、上述の
ような興味ある現象を示す反面、絶縁物に弗化物
を用いた場合｛引用文献：R.A.Callins、G.
Bowman and R.R.Sutherland；J.Phys.D：
Appl.Phys.、VMol.4、L49（1971）｝あるいは、
絶縁物にあらかじめイオン打込みを行つた場合
｛引用文献；M.Hirano S.Kuriki and G.
Matsumoto；Appl.Phys.Lett.Vol.26 No.3
（1975）｝以外、大気中および酸素雰囲気中ではフ
オーミングされず、また真空中で得られた電圧制
御形負性抵抗特性も消滅してしまう欠点があつ
た。また従来のものは負性抵抗出現後、電流値が
再現性良く安定するまでに数百回の電圧掃引を要
し、しかも得られる電流の最大値が５ｍＡ／mm2程
度と小さいという欠点があつた。
ような興味ある現象を示す反面、絶縁物に弗化物
を用いた場合｛引用文献：R.A.Callins、G.
Bowman and R.R.Sutherland；J.Phys.D：
Appl.Phys.、VMol.4、L49（1971）｝あるいは、
絶縁物にあらかじめイオン打込みを行つた場合
｛引用文献；M.Hirano S.Kuriki and G.
Matsumoto；Appl.Phys.Lett.Vol.26 No.3
（1975）｝以外、大気中および酸素雰囲気中ではフ
オーミングされず、また真空中で得られた電圧制
御形負性抵抗特性も消滅してしまう欠点があつ
た。また従来のものは負性抵抗出現後、電流値が
再現性良く安定するまでに数百回の電圧掃引を要
し、しかも得られる電流の最大値が５ｍＡ／mm2程
度と小さいという欠点があつた。
本発明の第１の目的は、上述の欠点を解消した
従来のMIMサンドイツチ構造とは異なる構造の
多層構造薄膜機能素子を提供することにある。ま
た第２の目的は、上述のような素子を作成するた
めの手段を提供することにある。
従来のMIMサンドイツチ構造とは異なる構造の
多層構造薄膜機能素子を提供することにある。ま
た第２の目的は、上述のような素子を作成するた
めの手段を提供することにある。
以下本発明を実施例に従つて詳細に説明する。
実施例 １
第３図ａに示すようにガラス基板（ほかにサフ
アイア、ガーネツト等の酸化物絶縁性基板、ある
いはエポキシ、テフロン、ポリイミド等の有機物
絶縁性基板であつても何ら差支えない）４上に
133μPa以下の真空中で第１層のAl1を厚さ300n
ｍの帯状に蒸着したのち、Au5とAl6を交互に３
回、それぞれ0.5〜2.5nｍと5.0nｍずつ蒸着し
た。次いで３％酒石酸アンモニウム水溶液を用い
て（ほかに３％クエン酸アンモニウム水溶液など
を用いてもよい）、定電流化成法により電流密度
400μＡ／cm2でAlを陽極酸化し、Al1上にAu5を含
む厚さ20〜30nｍのAl2O3膜７を形成した。次い
でAu3を約200nｍの厚さに真空蒸着し、第３図ｂ
に示すようなMIMサンドイツチ構造を作成し
た。これを約1.33Paの真空中に入れ、Auを正極
として三角波状の電圧を0.5V／ｓの掃引速度で
徐々に印加したところ、約7Vの電圧から電流が
流れ始め、１回目の電圧掃引の帰路から電圧制御
形の負性抵抗特性が現われた。そして２回目以降
の電圧帰引から、第４図に示すように２〜4Vに
最大電流値を有する電圧制御形負性抵抗特性が、
第５図に示す従来のそれと比較して極めて安定に
得られた。またこのときの電流の最大値は40ｍ
Ａ／mm2となり、従来の約８倍の電流が得られた。
さらに本発明の試料は大気中でもフオーミングす
ることが可能であり、真空中と同様の電圧制御形
負性抵抗特性が得られることもわかつた。ちなみ
に第６図にこの試料の酸素圧力に対する最大電流
値の変化を実線で、また従来のそれを破線でそれ
ぞれ示す。以上、ここでは絶縁膜中にAuを入れ
た場合について説明したが、Auの代わりにPt、
Pdなどの元素を入れても、またAl2O3の代わりに
Ｙ、Eu、Taなどを陽極酸化して得た絶縁膜を用
いた場合にも同様の結果が得られた。
アイア、ガーネツト等の酸化物絶縁性基板、ある
いはエポキシ、テフロン、ポリイミド等の有機物
絶縁性基板であつても何ら差支えない）４上に
133μPa以下の真空中で第１層のAl1を厚さ300n
ｍの帯状に蒸着したのち、Au5とAl6を交互に３
回、それぞれ0.5〜2.5nｍと5.0nｍずつ蒸着し
た。次いで３％酒石酸アンモニウム水溶液を用い
て（ほかに３％クエン酸アンモニウム水溶液など
を用いてもよい）、定電流化成法により電流密度
400μＡ／cm2でAlを陽極酸化し、Al1上にAu5を含
む厚さ20〜30nｍのAl2O3膜７を形成した。次い
でAu3を約200nｍの厚さに真空蒸着し、第３図ｂ
に示すようなMIMサンドイツチ構造を作成し
た。これを約1.33Paの真空中に入れ、Auを正極
として三角波状の電圧を0.5V／ｓの掃引速度で
徐々に印加したところ、約7Vの電圧から電流が
流れ始め、１回目の電圧掃引の帰路から電圧制御
形の負性抵抗特性が現われた。そして２回目以降
の電圧帰引から、第４図に示すように２〜4Vに
最大電流値を有する電圧制御形負性抵抗特性が、
第５図に示す従来のそれと比較して極めて安定に
得られた。またこのときの電流の最大値は40ｍ
Ａ／mm2となり、従来の約８倍の電流が得られた。
さらに本発明の試料は大気中でもフオーミングす
ることが可能であり、真空中と同様の電圧制御形
負性抵抗特性が得られることもわかつた。ちなみ
に第６図にこの試料の酸素圧力に対する最大電流
値の変化を実線で、また従来のそれを破線でそれ
ぞれ示す。以上、ここでは絶縁膜中にAuを入れ
た場合について説明したが、Auの代わりにPt、
Pdなどの元素を入れても、またAl2O3の代わりに
Ｙ、Eu、Taなどを陽極酸化して得た絶縁膜を用
いた場合にも同様の結果が得られた。
実施例 ２
ガラス基板上に133μPa以下の真空中で第１層
のAlを厚さ200nｍの帯状に蒸着したのち、Alと
Auを同時に20nｍの厚さに蒸着した。このときAl
とAuの推積膜厚比（ｄAl／ｄAu）を10〜50とし
た。次いで実施例１と同様の方法によりAlを陽
極酸化して、Auを含む厚さ約20nｍの第２層
Al2O3膜を形成した。そしてこの上に第３層目の
Auを約200nｍの厚さに真空蒸着してMIMサンド
イツチ構造を作製した。このようにして作成した
試料も、実施例１同様に電圧制御形負性抵抗特性
が、真空中および大気中で安定に得られた。
のAlを厚さ200nｍの帯状に蒸着したのち、Alと
Auを同時に20nｍの厚さに蒸着した。このときAl
とAuの推積膜厚比（ｄAl／ｄAu）を10〜50とし
た。次いで実施例１と同様の方法によりAlを陽
極酸化して、Auを含む厚さ約20nｍの第２層
Al2O3膜を形成した。そしてこの上に第３層目の
Auを約200nｍの厚さに真空蒸着してMIMサンド
イツチ構造を作製した。このようにして作成した
試料も、実施例１同様に電圧制御形負性抵抗特性
が、真空中および大気中で安定に得られた。
以上実施例１および２では、絶縁膜形成法につ
いて陽極酸化法のみを述べたが、ほかにO2ガス
によるプラズマ酸化法、あるいはウエツト酸素中
における熱酸化法によつても、まつたく同じ特性
が得られる。
いて陽極酸化法のみを述べたが、ほかにO2ガス
によるプラズマ酸化法、あるいはウエツト酸素中
における熱酸化法によつても、まつたく同じ特性
が得られる。
実施例 ３
ガラス基板上に133μPa以下の真空中で第１層
のAlを厚さ300nｍの帯状に蒸着したのち、Al2O3
を電子線加熱法により、またAgを抵抗加熱法に
より同時に20nｍの厚さに蒸着し、第２層のAgを
含むAl2O3膜を形成した。次いでAgを約200nｍの
厚さに真空蒸着して、MIMサンドイツチ構造を
作製した。この試料も前述の実施例同様に、真空
中でもまた大気中でもフオーミング可能であり、
電圧制御形負性抵抗特性が再現性良く安定して得
られた。
のAlを厚さ300nｍの帯状に蒸着したのち、Al2O3
を電子線加熱法により、またAgを抵抗加熱法に
より同時に20nｍの厚さに蒸着し、第２層のAgを
含むAl2O3膜を形成した。次いでAgを約200nｍの
厚さに真空蒸着して、MIMサンドイツチ構造を
作製した。この試料も前述の実施例同様に、真空
中でもまた大気中でもフオーミング可能であり、
電圧制御形負性抵抗特性が再現性良く安定して得
られた。
ここで絶縁物としてAl2O3を用いる代わりに、
SiOx、Y2O3、CaF2、Ta2O5などを電子線加熱蒸
着法あるいはスパツタリング法で形成しても、ま
た絶縁物中にAgを入れる代わりに、Au、Pt、
Cu、Pb、Sn、Bi、Inなどの元素を入れても、前
述と同様の特性が得られた。
SiOx、Y2O3、CaF2、Ta2O5などを電子線加熱蒸
着法あるいはスパツタリング法で形成しても、ま
た絶縁物中にAgを入れる代わりに、Au、Pt、
Cu、Pb、Sn、Bi、Inなどの元素を入れても、前
述と同様の特性が得られた。
以上述べたごとく、本発明によれば従来絶縁物
に弗化物を用いた場合や絶縁物にイオン打込みを
行つた場合以外、大気中では得られなかつた電圧
制御形負性抵抗特性を安定に得ることが可能にな
つた。さらに真空中においても、また大気中にお
いても従来より大きな電流値を有する電圧制御形
負性抵抗特性が、極めて再現性良く安定に電圧印
加当初から得ることができた。
に弗化物を用いた場合や絶縁物にイオン打込みを
行つた場合以外、大気中では得られなかつた電圧
制御形負性抵抗特性を安定に得ることが可能にな
つた。さらに真空中においても、また大気中にお
いても従来より大きな電流値を有する電圧制御形
負性抵抗特性が、極めて再現性良く安定に電圧印
加当初から得ることができた。
第１図は多層構造薄膜機能素子の概略断面図、
第２図は従来の多層構造薄膜機能素子に三角波状
の電圧を印加した場合の電圧−電流特性を示すグ
ラフ、第３図は本発明の一実施例における多層構
造薄膜機能素子の作製工程を説明する概略断面
図、第４図は本発明の一実施例における多層構造
薄膜機能素子の負性抵抗出現当初の電圧−電流特
性を示すグラフ、第５図は従来の多層構造薄膜機
能素子の負性抵抗出現当初の電圧−電流特性を示
すグラフ、第６図は多層構造薄膜機能素子の最大
電流値の酸素圧力依存性を示すグラフである。 各図において、１は金属電極、２は絶縁物、３
は金属電極、４はガラス基板、５はAu層、６は
Al層、７はAl2O3膜である。
第２図は従来の多層構造薄膜機能素子に三角波状
の電圧を印加した場合の電圧−電流特性を示すグ
ラフ、第３図は本発明の一実施例における多層構
造薄膜機能素子の作製工程を説明する概略断面
図、第４図は本発明の一実施例における多層構造
薄膜機能素子の負性抵抗出現当初の電圧−電流特
性を示すグラフ、第５図は従来の多層構造薄膜機
能素子の負性抵抗出現当初の電圧−電流特性を示
すグラフ、第６図は多層構造薄膜機能素子の最大
電流値の酸素圧力依存性を示すグラフである。 各図において、１は金属電極、２は絶縁物、３
は金属電極、４はガラス基板、５はAu層、６は
Al層、７はAl2O3膜である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２枚の薄膜金属電極の間に、厚さ10〜400n
ｍの絶縁物薄膜をはさんだ構造を有する多層構造
薄膜機能素子において、該絶縁物薄膜が導電性元
素を含む絶縁物からなることを特徴とする多層構
造薄膜機能素子。 ２ (i)基板上に第１層の金属薄膜電極を形成する
工程、(ii)該第１層の金属薄膜電極上に、酸化によ
り絶縁物となり得る物質の膜と導電性元素の膜と
を交互に形成する工程、(iii)該酸化により絶縁物と
なり得る物質を酸化して、該導電性元素を含む第
２層の絶縁物層を形成する工程、および(iv)該第２
層の絶縁物層上に第３層の金属薄膜電極を形成す
る工程を含むことを特徴とする多層構造薄膜機能
素子の製造方法。 ３ (i)基板上に第１層の金属薄膜電極を形成する
工程、(ii)該第１層の金属薄膜電極上に、酸化によ
り絶縁物となり得る物質と導電性元素とを同時に
それらの混合物層として被着する工程、(iii)該酸化
により絶縁物となり得る物質を酸化して、該導電
性元素を含む第２層の絶縁物層を形成する工程、
および(iv)該第２層の絶縁物層上に第３層の金属薄
膜電極を形成する工程を含むことを特徴とする多
層構造薄膜機能素子の製造方法。 ４ (i)基板上に第１層の金属薄膜電極を形成する
工程、(ii)該第１層の金属薄膜電極上に絶縁物と導
電性元素とを交互にもしくは同時に被着して、該
導電性元素を含む第２層の絶縁物層を形成する工
程、および(iii)該第２層の絶縁物層上に第３層の金
属薄膜電極を形成する工程を含むことを特徴とす
る多層構造薄膜機能素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12269179A JPS5646584A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Multilayer thin film functional element and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12269179A JPS5646584A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Multilayer thin film functional element and manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5646584A JPS5646584A (en) | 1981-04-27 |
| JPS6262479B2 true JPS6262479B2 (ja) | 1987-12-26 |
Family
ID=14842225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12269179A Granted JPS5646584A (en) | 1979-09-26 | 1979-09-26 | Multilayer thin film functional element and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5646584A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH06313899A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-08 | Sharp Corp | 液晶表示装置 |
| US5734452A (en) * | 1994-09-26 | 1998-03-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | Two-terminal non-linear resistive device and a method for producing the same in which nickel or iron is an impurity in the zinc sulfide layer |
-
1979
- 1979-09-26 JP JP12269179A patent/JPS5646584A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5646584A (en) | 1981-04-27 |
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