JPS6265477A - 有機薄膜整流素子 - Google Patents

有機薄膜整流素子

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JPS6265477A
JPS6265477A JP60205726A JP20572685A JPS6265477A JP S6265477 A JPS6265477 A JP S6265477A JP 60205726 A JP60205726 A JP 60205726A JP 20572685 A JP20572685 A JP 20572685A JP S6265477 A JPS6265477 A JP S6265477A
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JP
Japan
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film
thin film
molecules
organic
electron
Prior art date
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Pending
Application number
JP60205726A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhiro Motoma
信弘 源間
Koichi Mizushima
公一 水島
Minoru Azuma
東 実
Akira Miura
明 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP60205726A priority Critical patent/JPS6265477A/ja
Publication of JPS6265477A publication Critical patent/JPS6265477A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/611Charge transfer complexes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は有i薄膜を用いに金jK/有Ia薄膜/金属l
it造の整流素子に関する。
〔発明の技術的背円とその問題点〕
近年、ラングミュア・ブロジェット法(以下、LB法)
に代表される有機分子の超WIII形成技術の連層によ
り、有機薄膜を用いた素子の検討が活発化している。ジ
ーラム(Duhrai )大学のロバーツ(G、 G、
 Ro、berts)の、有薄膜躾を絶縁膜として用い
たMIS素子の研究を代表として、この種の研究が各研
究機関で行われている。有機材料中では一般に、無機半
導体と比較して電子移動度が小さいため、これまで超高
速素子への応用例は発表されていない。
無機半導体材料を用いた素子においても、サブpsec
の動作速度を有する非線形素子の提案は、分子線エピタ
キシー沫(MBE法)で形成したGaAS−AβGaA
SヘテO接合を用いた超格子素子等に僅かに見られるに
過ぎない。しかしこの様な無機半導体を用いた超格子素
子は、極めて高価な製膜装置と厳密なtiIIIIlを
必要とする。また高速化のためには、各層の厚みを数1
0人といった薄いものにすることが必要である。この様
な薄い無機半導体armを用いた素子では、ヘテロ接合
界面の結晶性劣化のために再現性が悪り、°また熱的に
極めて不安定なものとなり、耐久性に乏しい。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、有機分子の
薄膜を用いて超^速のスイッチング動作を可能とした有
!I薄躾整流素子を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、金属/有機3111/金属の接合構造を用い
、その有機薄膜を、ドナー性有機分子即ちイオン化ポテ
ンシャル<ip)が小さく他の分子に電子を供給して自
らはプラスのイオン状態になり易い分子を含む薄膜と、
アクセプタ性有機分子即ち電子親和力(E)が大きく他
の分子から電子を受取り自らはマイナスのイオン状態に
なり易い分子を含む薄膜の積層構造として、整流特性を
実現したものである。
有機分子の特徴として、分子設計と化学合成により、そ
のイオン化ポテンシャル(IP)と電子親和力(E)の
値を任意に制御できること、更にこれらの値が広範囲に
わたっていること、が挙げられる。これは、無機材料に
はない有機材料に特有のものである。しかも、しB法に
代表される有機IIIの形成技術の進歩により、多種多
様の分子の単分子膜や超薄膜が均一かつ欠陥のない状態
で形成できる。
従って本発明fは好ましくは、有Ill薄膜はLB法に
より形成される単分子iIあるいは単分子膜を数層重ね
た超i11[を用いる。有機物質中を動く電子または正
孔は一般に無機半導体中より速度が遅いが、数人〜数1
0人といった超薄膜を用いることにより、十分高速度の
電荷移動が可能であり、また実際にLB法によりその様
な膜形成が可能であるからである。
また有機分子は閉殻構造をしているため、金属との界面
に形成される界面単位の数は比較的少ない。
(発明の効果〕 本発明によれば、十分に薄い2種の有機’amを金属の
間に挟むという簡単な構成で、応答速度の速いIl流素
子が得られる。しかも、無機半導体の超格子構造を形成
する場合に比べると、製膜が容易であり、接合界面の結
晶性劣化という問題もないため、熱的安定性に優れ、価
格の点でも有利になる。従って本発明の整流素子は、各
種論理素子や記憶素子等への応用が期待される。
(発明の実施例) 以下本発明の詳細な説明する。
へλ基板上に、ドナー性分子としてテトラチアフルバレ
ン(TTF)を用いたLBIIを101形成し、更にそ
の上にアクセプタ分子としてテトラシアノキノジメタン
(TCNQ)を用いたLBIIIを101形成した。そ
してこの上にA2電橿を蒸着法により形成した。
第1図はこのようにして形成された整流素子を示す、1
がAg基板、2がドナー性分子を含むLBII、3はア
クセプタ性分子を含むしB膜、4はAβ電極である。
第2図はこの整流素子の動作を説明するためのバンド図
である。(a)は零バイアス時であり、ドナー性分子を
含むLBIllI3のイオン化ポテンシャルlpoは小
さく、アクセプタ性分子を含むLBBaO電子親和力E
Aは大きく、これらの差は例えば18V程度以下になっ
ている。(b)は順方向バイアス即ちへβ電極4側が正
となる電圧を印加した場合であり、ドナー性分子を含む
18m2の電子状態からアクセプタ性分子を含むLBB
aO電子状態に電子遷移を生じ、順方向電流が流れる。
逆バイアス時には、アクセプタ性分子を含むLBBaO
電子状態とドナー性分子を含むLBII2の電子状態の
間のポテンシャル・バリアが高いため電子遷移が起こら
ず、電流は流れない。
第3図はこの実施例の整流素子について測定した電流−
電圧特性である。図示のように整流特性、即ちダイオー
ド特性を示す。
またこの実施例の整流素子の周波数応答特性を測定した
ところ、500 G )lzまで応答することが確認さ
れ、高速スイッチング動作が可能であることが明らかに
なった。
本実施例の整流素子での整流特性のメカニズムと高速応
答特性の理由を少し詳しく説明すると、以下の通りであ
る。バイアス零の状態でドナー性分子を含む1B112
の電子状態を占有していた電子は、バイアス電圧が、 ((lpo−EA)−e2/a)/e  [V]を越え
ると、アクセプタ性分子を含むLB膜3の電子状態へと
遷移する。Ipoが小さく、EAが大きく、その差が1
eV程度の本実施例の場合これが順方向電流となる。−
82/aは、ドナー性分子層に生じる正孔とアクセプタ
性分子層に生じる電子のクーロン・ポテンシャルである
。そしてドナー性分子を含むLBB2O電子親和力とア
クセプタ性分子を含むLBII3のイオン化ポテンシャ
ルの差は大きく、従って逆バイアスでは電子遷移は生じ
ない。
一方、上述の電子遷移は、遷移に関連する各々の電子状
態間の遷移行列要素HHの大きざによって支配され、遷
移に要する時間はその遷移行列要素Hitの逆数に比例
する。遷移行列要素Hifは、ドナー性分子、アクセプ
タ性分子の種類、その間の距離および位置関係によって
決まるが、両分子を適当に選ぶことにより、1meV〜
1eVの範囲のものを設定することが可能である。従っ
てスイッチング時間が1psec〜1o″3pSeCと
極めて高速のスイッチング動作が可能となるのである。
本発明は上記した実施例に限られるものではない。例え
ばドナー性分子は上記実施例のTTFの他に、以下のよ
うなものを用い得る。
ジメチルテトラチアフルバレン(DMTTF)、テトラ
メチルチアフルバレン(TMTTF)、ヘキサメチレン
テトラチアフルバレン(HMTTF)、ジセレナジチア
フルバレン(DSDTF)、ジメチルジセレナジチアフ
ルバレン(DMDSDTF)、ヘキサメチレンジセレナ
ジチアフルバレン(HMDSDTP) 、テトラセレナ
フルバレン(TSF)、テトラメチルテトラセレナフル
バレン(TMTSF)、ヘキサメチレンテトラセレナフ
ルバレン(HMTSF)、テトラセレノテトラセン(T
ST) 、キノリン(Q)、n−メチルキノリニウムヨ
ーダイト(NMQ) 、アクリジン(Ad)、n−メチ
ルツェナジニウム メチルスルフエイト(NMP>、1
.2−ジ(n−xチル−4−ピリジウム)エチル ヨー
ダイト((DEPE)2312−)。
またアクセプタ性分子としても上記実施例のTCNQの
他に以下のようなものを用い得る。
2−メチル−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタ
ン(MTCNQ>、2.5−ジメチル−7,7,8,8
−テトラシアノキノジメタン(DMTCNQ)、2.5
−ジエチル−7,7,8゜8−テトラシアノキシメタン
(DETCNQ)、2−メトキシ−7,7,8,8−テ
トラシアノキノジメタン(MOTCNQ)、2.5−ジ
メトキシ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン
(DMOTCNQ)、2−メトキシ−5−エトキシ−7
,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(lvlOE
OTcNQ)、2−メトキシジヒドロジオキサベンゾ−
7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(MODO
TCNQ) 、2−クロ0−7.7.8.8−テトラシ
アノキノジメタン〈CTCNQ)、2−プロモーフ、7
.8.8−テトラシアノキノジメタン(BTCNQ)、
2.5−ジブOモーフ、7.8.8−テトラシアノキノ
ジメタン(DBTCNQ)、2.5−ショート−7゜7
.8.8−テトラシアノキノジメタン(DITCNQ)
、2−クロロ−5−メチル−7,7,8゜8−テトラシ
アノキノジメタン(CMTCNQ)、2−ブロモ−5−
メチル−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(
BMTCNQ)、2−ヨード−5−メチル−7,7,8
,8−テトラシアノキノジメタン(I MTCNQ >
 、 11.11.12゜12−テトラシアノ−2,6
−ナフドキノジメタン(TNAP)、1.1.2.3,
4.4−ヘキサシアノブタジェン()−1cB)、ナト
リウム 13゜13、14.14−テトラシアノジフェ
ノキノジメタン(NaTCDQ)、テトラシアノエチレ
ン(TCNE)、0−ベンゾキノン、p−ベンゾキノン
、2.6−ナフドキノン、ジフェノキノン、テトラシア
ノキノン(TCNDQ)、p−フルオラニル、テトラク
ロロジフェノキノン。
また上記実施例ではドナー性分子層とアクセプタ性分子
層のみの積層構造により整流特性を得るようにしたが、
これらの間に絶縁性の有機分子を用いた超1111を介
在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の有機11III流素子を示
す図、第2図(a)(b)はその整流特性を説明するた
めのバンド図、第3図は同じく得られた整流特性を示す
図である。 1・・・An基板、2・・・ドナー性分子を含むLBI
m、3・・・アクセプタ性分子を含むLBIM、4・・
・A2電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 Ca”)(b) 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属/有機薄膜/金属の接合構造を有し、有機薄
    膜をドナー性有機分子を含む薄膜とアクセプタ性有機分
    子を含む薄膜の積層構造としたことを特徴とする有機薄
    膜整流素子。
  2. (2)ドナー性有機分子を含む薄膜とアクセプタ性有機
    分子を含む薄膜の間に絶縁性有機分子からなる薄膜を介
    在させた特許請求の範囲第1項記載の有機薄膜整流素子
  3. (3)有機薄膜はラングミュア・ブロジェット法により
    形成される特許請求の範囲第1項記載の有機薄膜整流素
    子。
JP60205726A 1985-09-18 1985-09-18 有機薄膜整流素子 Pending JPS6265477A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2217910B (en) * 1988-03-29 1992-05-27 Toshiba Kk Organic thin film device
US6960489B2 (en) 2000-09-01 2005-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for structuring an OFET
US7786818B2 (en) 2004-12-10 2010-08-31 Polyic Gmbh & Co. Kg Electronic component comprising a modulator

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2217910B (en) * 1988-03-29 1992-05-27 Toshiba Kk Organic thin film device
US6960489B2 (en) 2000-09-01 2005-11-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for structuring an OFET
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