JPS63160389A - スイツチング装置 - Google Patents

スイツチング装置

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JPS63160389A
JPS63160389A JP61309431A JP30943186A JPS63160389A JP S63160389 A JPS63160389 A JP S63160389A JP 61309431 A JP61309431 A JP 61309431A JP 30943186 A JP30943186 A JP 30943186A JP S63160389 A JPS63160389 A JP S63160389A
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河田　春紀
Hiroshi Matsuda
宏 松田
Yuuko Morikawa
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Takeshi Eguchi
健 江口
Takashi Hamamoto
浜本　敬
Masaki Kuribayashi
正樹 栗林
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は有機絶縁層を有する半導体素子に関し、該有機
絶縁層の周期的な層構造体を有することを特徴とした三
端子構造のスイッチング素子に関する。
〔従来技術〕
最近有機分子の機能性を電子デバイスなどに応用しよう
とする分子エレクトロニクスに対する関心が高まってお
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−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。ＬＢ［は有機分子を規則正しく１
分子層ずつ積層したもので、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膜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、Ｌａｒｋｉｎｓｅｔ、ａｌ、著「シン・ソリッド・
フイルムズＪ　　（Ｔｈｉｎ　　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ
）第９９巻（１９８３年）〕や金属・絶縁体・半導体（
ＭＩＳ）構造の発光素子（Ｇ、Ｇ、Ｒｏｂｅｒｔｓｅｔ
、ａｌ、著「エレクトロニクス・レターズ」　（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２０巻、４８
９頁（１９８４年）〕あるい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Ｊ　　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ）第２０巻。
８３８頁（１９８４年）〕がある。
これら一連の研究によって素子特性の検討がされている
が未だ素子ごとの特性のバラツキ、経時変化など再現性
と安定性の欠如は未解決の問題として残った。
従来、上記の如き検討は取扱いが比較的容易な脂肪酸の
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。
〔発明の目的〕
本発明者らは、これらの材料を用いたＬＢ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ウィッチ構
造の素子（その構成から一般に、ＭＩＭ構造もしくはＭ
ＩＭ素子と呼ばれる）を作成し、材料物性あるいは電気
的特性を特徴とする特性の観察、測定を行った所、電気
伝導に於いて全く新しいスイッチング現象を見出した。
更に本発明者らは、係る素子に対し主たる通電方向と別
途の端子を設は前記スイッチング特性を制御すべく鋭意
研究の結果、極めて信顆性にすぐれたメモリー性のスイ
ッチング特性を示す三端子素子の提供に至った。
〔発明の概要〕
本発明者らは比較的大きいπ（パイ）準位をもつ群とσ
（シグマ）電子準位をもつ群とを有する分子を周期的に
積層し、電気的ポテンシャルの周期構造を有する有機絶
縁体中において周期方向と平行な方向に電流を流すこと
により、従来公知の素子とは異なる非線型電流電圧特性
の発現を見出し、さらに、制御用端子を別途膜は係る特
性を用いたスイッチングメモリー機能を有する新規スイ
ッチング素子を実現した。
〔発明の態様の詳細な説明〕
一般に有機材料のほとんどは絶縁性若しくは半絶縁性を
示すことから係る本発明に於いて、適用可能なπ電子準
位をも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もつアズレン系色
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ケ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
、またはシアニン色素、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、さらにはテト
ラキノジメタンまたはテトラチアフルバレンの誘導体お
よびその類縁体およ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。
有機絶縁層の形成に関しては、具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ＬＢ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またはその累積膜を
基板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚み
を有し、かつ大面積にわたりで均一、均質な有機超薄膜
を安定に供給することができる。
ＬＢ法は、分子内に親水性部位と疎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）が適度に保たれている時、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。
疎水性部位を構成する基としては、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及び
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分
を構成する。一方、親水性部分の構成要素として最も代
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
分子の親水性部分を構成する。
これらの疎水性基と親水性基をバランス良く併有し、か
つ適度な大きさをもつπ電子系を有する色素分子であれ
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。
具体例としては、例えば下記の如き分子等が挙げられる
。
［Ｉ］クロコニックメチン色素 ”）　　　　　　　　。θ ２）　　　　　　　　。Ｏ Ｒ，Ｒ。
ｅ Ｏ ｏＯ Ｒ＋　　　　　　　　　　　　　　　Ｒ。
ｌｏ）　　　　　　　　ｏ。
Ｒ，Ｒ。
ユニでＲ１は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやすくするために
導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５≦ｎ≦
３０が好適である。
以上具体例として挙げた化合物は基本構造のみであり、
これら化合物の種々な置換体も本発明に於いて好適であ
ることは言うにおよばない。
［ＩＩ〕スクアリリウム色素 ［１］で挙げた化合物のクロコニックメチン基を下記の
構造をもつスクアリリウム基でおきかえた化合物。
［ｍ］ポルフィリン系色素化合物 Ｍ　＝Ｈ２、Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ａｌ−Ｃｌ及軒希土類金
属イオン Ｒは単分子膜を形成しやすくするために導入されたもの
で、ここで挙げた置換基にかぎるものではない、又、Ｒ
８へＲａ、Ｒは前述したＯ電子［ＩＶ　］縮合多環芳香
族化合物 （ＣＨ２）２ ■ Ｃ００）（ ［Ｖ］ジアセチレン化合物 ＣＨ３（−ＣＨ２）。ＣミＣ−Ｃ：Ｃ（−ＣＨ２°）ｍ
ＸＯ≦ｎ、ｍ≦２０ 但し　ｎ＋ｍ　＞　１０ Ｘは親木基で一般的には一〇〇〇Ｈが用いられるが一〇
　Ｈ、−ＣＯＮ　８２等も使用できる。
［Ｖ１］その他 Ｑｕｉｎｑｕｃｔｈｉｃｎｙｌ 尚、上記以外でもＬＢ法に適している色素材料であれば
、本発明に好適なのは言うまでもない。
例えば近年研究が盛んになりつつある生体材料（例えば
バタデリオロドブシンやチトクロームＣ）や合成ポリペ
プチド（ＰＢＬＧなと）等も適用が可能である。
以上具体例を示してきた両親媒体性の分子は、気液界面
、例えば空気と水の界面（水面）に於いて親木基を下に
向けて単分子の層を形成する。このとき、水面上の単分
子層は二次元系の特徴を有し、分子がまばらに散開して
いるときは、一分子当り面積Ａと表面圧πとの間に二次
元理想気体の式、 πＡ＝にＴ が成り立ち、“気体膜”となる。ここに、えはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度である。Ａを十分小さくすれば分
子間相互作用が強まり、二次元固体の“凝縮膜（または
固体膜）”になる。凝縮膜はガラスや樹脂の如き種々の
材質や形状を有する任意の物体の表面へ一層ずつ移すこ
とができる。この方法を用いて、単分子膜またはその累
積膜を形成し、これを本発明が示すスイッチング素子用
の周期的な層構造を有する絶縁層として使用することが
できる。
具体的な製法としては、例えば以下に示す方法を挙げる
ことができる。
所望の有機化合物をクロロホルム、ベンゼン、アセトニ
トリル等の溶剤に溶解させる。次に添付図面の第８図に
示す如き適当な装置を用いて、係る溶液を水相８１上に
展開させて有機化合物を膜状に形成させる。
次にこの展開層８２が水相８１上を自由に拡散して広が
りすぎないように仕切板（または浮子）８３を設け、展
開膜８２の展開面積を制限して膜物質の集合状態を制御
し、その集合状態に比例した表面圧πを得る。この仕切
板８３を勅かし、展開面積を縮小して膜物質の集合状態
を制御し、表面圧を除々に上昇させ、膜の製造に適する
表面圧πを設定することができる。この表面圧を維持し
ながら、静かに清浄な基板８４を垂直に上昇又は下降さ
せることにより有機化合物の単分子膜が基板８４上に移
し取られる。このような単分子膜９１は第９ａ図または
第９ｂ図に模式的に示す如く分子が秩序正しく配列した
膜である。
単分子膜９１は以上で製造されるが、前記の操作を繰り
返すことにより所望の累積数の累積膜が形成される。単
分子膜９１を基板８４上に移すには、上述した垂直浸漬
法の他、水平付着法、回転円筒法等の方法でも可能であ
る。尚、水平付着法は、基板を水面に水平に接触させて
単分子膜を移し取る方法であり、回転円筒法は円筒形の
基板を水面上を回転させて単分子膜を基板表面に移し取
る方法である。
前述した垂直浸漬法では、表面が親水性である基板を水
面を横切る方向に水中から引き上げると有機化合物の親
水性部位９２が基板８４側に向いた有機化合物の単分子
膜９１が基板８４上に形成される（第９ｂ図）。前述の
ように基板８４を上下させると、各行程ごとに一枚ずつ
単分子膜９１が積み重なって累積膜１０１が形成される
。
成膜分子の向きが引上行程と浸漬行程で逆になるので、
この方法によると単分子膜の各層間は有機化合物の疎水
性部位９３ａと９３ｂが向かいあうＹ型膜が形成される
。（第１０ａ図）。
これに対し、水平付着法は、有機化合物の疎水性部位９
３が基板８４側に向いた単分子膜９１が基板８４上に形
成される。（第９ａ図）。この方法では、単分子膜９１
を累積しても成膜分子の向きの交代はなく全ての層にお
いて、疎水性部位９３ａと９３ｂが基板８４側に向いた
Ｘ型膜が形成される（第ｔｏｂ図）。反対に全ての層に
おいて親水性部位９２ａ、９２ｂが基板８４側に向いた
累積Ｍ１０１はＺ型膜と呼ばれる。
（第１０ｃ図）。
単分子膜９１を基板８４上に穆す方法は、上記方法に限
定されるわけではなく、大面積基板を用いる時にはロー
ルから水相中に基板を押し出していく方法なども採り得
る。また、前述した親木性基および疎水性基の基板への
向きは原則で　　′あり、基板の表面処理等によって変
えることもできる。
以上の如くして有機化合物の単分子膜９１またはその累
積膜１０１からなるポテンシャル障壁層が基板８４上に
形成される。
本発明において、上記の如き無材及び有機材料が積層さ
れた薄膜を支持するための基板８４は、金属、ガラス、
セラミックス、プラスチック材料等いずれの材料でもよ
く、更に耐熱性の著しく低い生体材料も使用できる。
上記の如き基板８４は任意の形状でよく平板状であるの
が好ましいが、平板に何ら限定されない。すなわち前記
成膜法においては、基板の表面がいかなる形状あっても
その形状通りに膜を形成し得る利点を有するからである
。
またＬＢ法によれば分子オーダーで絶縁層の層厚を自由
に制御できる。本発明に於いては数人〜数１０００人の
層厚のものにスイッチング特性が発現されているがスイ
ッチング特性上好ましくは１０人〜１０００人の範囲の
層厚をもつものが良い。
一方、係るＬＢ層を挟持する電極材料も高い伝導性を有
するものであれば良く、例えばＡｕ。
Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｊ２．Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂなとの金
属やこれらの合金、さらにはグラファイトやシリサイド
、またさらにはＩＴＯなとの導電性酸化物を始めとして
数多くの材料が挙げられ、これらの本発明への適用が考
えられる。係る材料を用いた電極形成法としても従来公
知の薄膜技術で充分である。ここで注意を要するのは既
に形成したＬＢｌｌｉ上に更に電極を形成する際、ＬＢ
層に損傷を与えない様、例えば高温（＞１００℃）を要
する製造成は処理工程を避けることが望ましい。またＡ
ＪＩ、Ｉｎなどをはじめとして多くの金属材料は一般に
、電極として形成した後に大気中等にさらされていると
表面に酸化膜を生じる。ＬＢ層に対して下地層となる電
極の材料としては絶縁性の酸化膜をつくらない導電材料
、例えば貴金属やＩＴＯなとの酸化物導電体を用いるこ
とが好ましい。
以下実施例により詳細な説明を行う。
〔実施例１〕 ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）の飽和蒸気中に一昼
夜放置して疎水ＩＡ埋したガラス基板（コーニング社製
＃７５０９）上に下引き層としてＣｒを真空蒸着法によ
り厚さ５００人堆積させ、更にＡｕを同法により蒸着（
膜厚１０００人）し、Ｉｉ　１　ｍ　ｍのストライブ状
の下地電極を形成した。係る基板を担体としてＬＢ法に
よりスクアリリュム・ビス−６−オクチル・アズレン（
ＳＯＡＺ）の単分子膜の累積を行った。累積方法の詳細
を記す。
５ＯＡＺを濃度０．２ｍｇ／ｍＪ２で溶かしたクロロホ
ルム溶液を、水温２０℃の水相上に展開し、水面上に単
分子膜を形成した。溶媒の蒸発除去を待って係る単分子
膜の表面圧を２０ｍ　Ｎ　／　ｍまで高め、更にこれを
一定に保ちながら前記基板を水面を横切る方向に速度１
０ｍｍ／分で静かに浸漬した後、続いて５ｍｍ／分で静
かに引き上げ２層のＹ型単分子膜の累積を行った。
係る操作を適当回数繰り返すことによって前記基板上に
２．４，８，１２，２０，３０，４０゜６０層の８種類
の累積膜を形成した。次に係る膜面上に下地電極と直交
するように幅１ｍｍのストライブ状のＡＩＬ電極（膜厚
１５００人）を基板温度を室温以下に保持し真空蒸着し
上部電極とした。
以上に様にして作成したＲＩＩＭ構造を有する試料（Ｍ
　Ｉ　Ｍ素子）の上下電極間に電圧を印加したときの電
流特性（Ｖｌ特性）を測定した。その他の試料ではこれ
まで知られていないメモリー性のスイッチング特性を観
測した（第６図）。
更に第７図に示すような安定なＯＮ状態（抵抗値数十Ω
）とＯＦＦ状態（抵抗値ＭΩ以上）をつくることができ
、ＯＮ−〇ＦＦへのスイッチングは一定のシキイ値電圧
（１〜２ｖ程度／２０層）を示し、ＯＦＦ→ＯＮへのス
イッチングは−２〜５ｖ程度でおこり、またスイッチン
グ速度は１μｓｅｃ以下でＯＮ１０　Ｆ　Ｆ比（ＯＮ状
態とＯＦＦ状態の抵抗値の比）が５桁以上であった。
スイッチングのシキイ値電圧は絶縁層の層数が増すと高
くなる傾向を示した。
その結果２層試料ではスイッチング特性は不安定で、ま
た６０層試料では０ＦＦ−ＯＮのスイッチングがおこり
にくかった。
次に、比較的良好なスイッチング特性を示した２０層試
料に対して、第１図に示すスイッチング回路を構成した
。
第１図に示すスイッチング回路は、ＭＩＭ構造を形成す
る導電膜１１と１３並びに絶縁膜１２を有するスイッチ
ング素子１に直流バイアス電源１４と抵抗体１５が接続
されている。さらに、このスイッチング素子には、抵抗
素子（又は容量素子）１６が接続されている。この抵抗
素子（又は容量素子）１６には、スイッチング素子に制
御信号を印加する制御用端子１７が接続されている。
本例では直流バイアス電源１４で発生した直流電圧（２
Ｖ）をスイッチング素子１を通して抵抗体１５に供給し
、係るスイッチング素子のスイッチング特性を、抵抗体
１５の両端に生じる電位（電圧降下）として電圧出力端
１８に出力するものである。更にこの際、本例では抵抗
体１５として１００Ωの抵抗を用いた。
次に、導電膜１３に抵抗素子（又は容量素子）１６を通
して制御用端子１７から制御信号を印加した。この際、
本例では抵抗素子（又は容量素子）１６として、２００
Ωの抵抗体を用い、パルスジェネレータ（ＷＡＶＥＴＥ
Ｋ社製のＭＯＤＥＬＩ　６４）で発生したパルス（三角
波）を増１１Ｍ　（Ｋ　ｒ：、　ｐ　ｃ　ｏ社製（７）
ＢＩＰＯＬＡＲＯＰＡＭＰ使用）したパルスを制御信号
として制御用端子１７に人力した。又、この際の出力電
圧は、電圧出力端１８に接続したオシロスコープ（ＴＥ
ＫＴＲＯＮ　Ｉ　Ｘ社製の２４６５）で観察した。
その結果を第２図に示す。第２図中の２１は、制御用端
子１７に入力する制御信号波形で、２２は電圧出力端１
８に出力された電圧波形である。すなわち、第２図に示
す様に、１０〜２０Ｖ程度の波高値を有する正の三角パ
ルス波２３を印加した時、スイッチング素子１はオフ状
態からオン状態にスイッチし、一方１〜２Ｖの波高値を
有する負の三角パルス波２４を印加すると、スイッチン
グ素子１はオン状態からオフ状態にスイッチすることが
判明した。又、図示する如く、制御信号の電圧をＯＶと
した時、オン状態とオフ状態がそれぞれメモリーされて
いる。
この際のメモリー状態下のオン状態での出力電圧は、約
１．４ｖで、オフ状態での出力電圧はＯＶであった。
以上の結果から、第６図の様なスイッチング特性を示す
ＭＩＭ素子に対して、制御用端子を設けることが可能で
あることが明らかとなった。
（実施例２〕 実施例１と同様にしてＭＩＭ　（スイッチング°）素子
を作成し第１図の回路を構成した。但し、このときＬＢ
膜層数を２０層のみとした。又、この時抵抗素子（又は
容量素子）１６として、実施例１では抵抗体を用いたが
、本実施例ではコンデンサ（１０−’、　１０−’、１
０−’、　１０−’μＦの４　ｆｆｌ　’）を用いた。
その結果、実施例１で用いた正の三角パルス波の波高値
を６〜８ｖに代えたが、６〜８ｖ程度でも充分オフ状態
からオン状態へのスイッチを生じることが確認された。
一方、オン状態からオフ状態へのスイッチには約１ｖの
三角パルス波の波高値が必要であった。又、本例ではコ
ンデンサの容量値が増えると制御用端子１７からのパル
ス印加後のスイッチするまでの時間が増加してしまうこ
とから、少くとも１０−’〜１０−’ｕＦの範囲では容
量が小さい方が望ましいという結果を得た。
又、以上の結果からＭＩＭ素子と容量素子を組み合わせ
た三端子素子（第１図中の２）によりて制御されたスイ
ッチ特性を示す素子が実現できることが明らかとなった
。
（実施例３） 第１図中の点線で囲まれた領域全てを同一基板上に有す
る三端子素子２の作成を行った。
但し、この際、抵抗素子（又は容量素子）１６にはコン
デンサを用い、係るコンデンサはＡ１電極によってサン
ドウィッチされたＬＢ膜によって形成した。構成の概略
を第３図に示す。又、具体的な作成手順を以下に示す。
実施例１と同様ＨＭＤＳ処理を施したガラス基板８４上
にＣｒ及びＡｕを蒸着し、下地電極３１を形成した後、
隣接した領域にやはり真空蒸着法によりＡｋを厚さ１０
００人に堆積させたＡ　ｘ　Ｎ極３２を形成した。但し
Ａｉ電極３２の一部はＡｕ下地電８ｉ３１とコンタクト
させた。
係る基板８４を用いて、実施例１と同様に５ＯＡＺの単
分子膜の累積（２，４，８，１２，２０゜３０．４０．
６０層）を行った（単分子膜の累積膜で形成した絶縁膜
３３）。次に、上部電極３４と３５としてのＡｌ２をＡ
ｕＴ地電８ｉ３１とＡＪ２電極３２を有する膜面上の領
域それぞれに真空蒸着（厚さ１５００人）し、ＭＩＭ素
子３６並びにこれと接続するコンデンサ３７からなる三
端子素子を形成した。
係る三端子素子で、実施例２と同様に第１図に示す測定
回路を組み、その特性を測ったところ、実施例２と同じ
結果が得られた。このことは、ＭＩＭ素子のスイッチン
グ特性を利用した三端子素子が実現されたことを示すも
のである。
この［Ｉ、ＬＢＩＩ！の層数が増すに伴って、コンデン
サの容量が減少するため（と考えられるが）、スイッチ
ングの制御性が低下する傾向にあった。
ＭＩＭ素子木来の特性（層数が少い、例えば２〜４層試
料ではスイッチング特性が不安定）との兼合いから、本
実施例に於いては８〜２０層試料で比較的良好な特性を
得た。又、本実施例ではＭＩＭ素子とコンデンサを形成
するＬＢ膜を同一（構成分子、暦数１作製条件）とした
為、同時形成が可能となった。その結果素子形成プロセ
スの工程は極めて簡便なものとなった。
〔実施例４〕 コンデンサ領域とＭＩＭ素子が膜面に対して垂直方向に
連続して形成されている試料を作成した。構成の概略を
第４図に、又作成手順を以下に示す。
充分洗浄されたガラス基板８４（コーニング＃７０５９
）上に真空蒸着法によりスイッチング制御用端子として
のＡ１電極４１　（厚さ１０００人）を形成した後、ア
ラキシン酸（Ｃ２０）ＬＢ膜４２を係る基板８４上に積
層（３，５，９゜２１．４１．８１層）し、更に係る膜
面上にＡｕを５００人蒸着（Ａｕ電極４３）してコンデ
ンサを形成した。コンデンサ領域の面積は２ｍｍ’　）
ニーした。又、Ｃ２０のＬＢ膜４２は濃度１　ｍ　ｇ　
／　ｍ　ｆＬで溶かしたクロロホルム溶液をＫ　ＨＣＯ
ｓでＰＨ６，３に調整したＣ　ｄ　ＣＪＺ　２濃度４Ｘ
１０−’ｍ　ｏ　１１　／　４２　、水温２０℃の水相
上に展開し単分子膜を形成した後、実施例１と同一の条
件、方法によって前記基板８４上にこれを累積すること
で得た。但し、ガラス基板及び自然酸化膜を形成したＡ
ｎの表面は供に親水性を示すことから、累積に際しては
あらかじめ基板を水中に没っしておき、引き上げる操作
から始める必要があった。
更にＡｊＺ　（Ａｎ電極４１　）　／Ｃ，。ＬＢ腹膜４
２Ａｕ（Ａｕ電極４３）を積層した基板８４上に、５Ｏ
ＡＺ　　ＬＢ膜４４を２０層累積した後、係る膜面上に
ＡｆＬを再び蒸着（Ａｌｌ電極４５）。
Ａｕ　（Ａｕ電極４３）／５ＯＡＺ　　ＬＢ膜４４／Ａ
ｆｔ　（ＡＪＺ電極４５）によるＭＩＭ素子を形成する
ことで、第４図に示した構成の試料を得た。尚、５ＯＡ
Ｚ　　ＬＢ膜４２の累積方法は実施例１と同一の方法と
した。
以上の様にして得た試料に対し、実施例２同様の測定評
価を行ったところ、Ｃ２゜　３〜２１Ｆｌ試料に於いて
良好のスイッチング特性を確認した。本実施例に於いて
はＭｒＭ素子とコンデンサを積層した為に、素子形状（
占有面積）を大幅に小さくすることが可能となった。又
、ＭＩＭ素子及びコンデンサを形成するＬＢ膜の作製を
別工程で行う為、それぞれの素子特性に最適の条件を選
択することができる。その結果制御性、信頼性に優れた
三端子スイッチング素子が実現された。
尚、実施例３及び４に於いてＬＢ膜によって形成したコ
ンデンサをその三端子素子の一部とした例を示したが、
係る素子の形成法及び構成材料は本発明を何ら制限する
ものではない。
他の製法（例えば塗布法や真空蒸着法）で作製した有機
あるいは無機誘電体によってコンデンサを形成し、上記
三端子素子に適用することが可能である。又、既に形成
されたチップコンデンサを基板上に搭載したハイブリッ
ドタイプも可能である。一方、コンデンサに限らず実施
例１でも示した様に抵抗体を形成し、接続することによ
っても、三端子素子は実現されることは明らかである。
熱論、その形成法は本発明を何ら制限しない。
〔実施例５〕 ＩＴＯを従来公知の方法により１ｍｍ幅のストライブ状
にエツチングした基板を担体としてＬＢ法によりルテチ
ウム・シフタロジアニン［ＬｕＨ（Ｐｃ）ｚ　］の単分
子膜の累積を行った。ＬｕＨ（Ｐｃ）２を濃度０．５ｍ
ｇ／ｍｕで溶かした溶液（溶媒：クロロホルム／トリメ
チルベンゼン／アセトンの１／１／２混合溶媒）を水温
２０℃の前記基板をあらかじめ浸漬しである純水上に展
開し、水面上の単分子膜を形成した。
溶媒の蒸発除去を待って係る単分子膜の表面圧を２０　
ｍ　Ｎ　／　ｍまで高め、更にこれを一定に保ちながら
あらかじめ浸漬しておいた前記基板を水面を横切る方向
に速度３ｍｍ／分で静かに引き上げ、１層の単分子膜を
電極基板上に累積した。続いて上下速度が同じ（３ｍｍ
／分で静かに水面を横切るように浸漬・引き上げを繰り
返し行う事によりＩＴＯ上に１１層、２１．３１層の累
積膜を形成した。次に係る膜面上にＩＴＯ電極と直交す
る様に幅ｉｎｍのストライブ状のＡｕ電極（膜厚１００
０人）及びＡ１１．電８ｉ（膜厚１５００人）を真空蒸
着法によって形成した。
更に、実施例２と同様に第１図に示す回路を構成し、ス
イッチ特性及びその制御性を測定した。その結果、作成
したすべての試料でメモリー性のスイッチング特性を観
測した。
又、コノとき０ＦＦ−ＯＮと０Ｎ−ＯＦＦはそれぞれ波
高値６Ｖ、ＩＶのパルス印加によってスイッチングが制
御されることも確認した。
尚、シキイ値電圧は上部電極の違いによらずほぼ一定の
値を示した。
一方、スイッチング特性に於いて、ｏＮ状態の抵抗値は
数十Ωで実施例１と同程度であるがＯＦＦ状態の抵抗値
は実施例１の場合と比べ１桁程度小さいが４桁程度のＯ
Ｎ１０　Ｆ　Ｆ比は得られている。ＯＦＦ状態の抵抗値
が小さくなるのはＬｕＨ（ＰＣ）２が半導体的性質−を
有しているためと考えられる。またスイッチング速度は
０．１μＳｅＣであった。
また使用する有機色素によりそのスイッチング特性はわ
ずかに変化することから、電極とのコンタクトに起因す
るものではなく絶縁層の性質を反映している。
〔実施例６〜１５〕 表１に示した電極材料と絶縁材料及びその層数を用いて
実施例２と同様の素子構造を有する試料を作成した。金
属電極は抵抗加熱法による真空蒸着により行った。
実施例２と同様にして三端子素子のスイッチング特性の
測定を行った所、表に示す結果を得た。
表中○印で示した様にほとんどの試料に関し制御された
メモリー性のスイッチング特性が認められた。
実施例７に於いて、実施例１と同様にＭ　Ｉ　Ｍの構造
の絶縁材料として５ＯＡＺを用いたにもかかわらず、同
一条件で作成した１２個の試料すべてＯＦＦ状態のみを
示し、ＯＮ状態へのスイッチングは確認で籾なかった。
これはＳｎ電極表面に（ＣＩ＋　２　）　２ 【 Ｃ（Ｘ）Ｉ　１ ＊＊＊＊　　公知の方法により高度好塩菌を培養し、抽
出したＶ：膜 以上述べてきた実施例中では色素絶縁層の形成にＬＢ法
を使用してきたが、極めて薄く均一な絶縁性の有機薄膜
が作成できる成膜法であればＬＢ法に限らず使用可能で
ある。具体的には真空蒸着法や電解重合法、ＣＶＤ法等
が挙げられ使用可能な有機材料の範囲が広がる。
電極の形成に関しても既に述べている様に、有機薄膜層
上に均一な薄膜を作成しうる成膜法であれば使用可能で
あり、真空蒸着法やスパッタ法に限られるものではない
。
更に基板材料やその形状も本発明は何ら限定するもので
はない。
〔本発明による効果〕
■有機色素単分子膜をＬＢ法により累積した薄膜を絶縁
層としたＭＩＭ構造素子に於いて、従来のＭＩＭ素子に
はみられないメモリー性のスイッチング特性が得られる
ことを示した。
■係るＭＩＭ素子に抵抗性あるいは容量性を示すもしく
は素子構成要素を組み合わせることで前記スイッチング
特性に対して制御性を有する三端子素子が得られること
を明らかにした。
■単分子膜の累積によって絶縁層を形成する方法の為、
分子オーダ（数人〜数十人）による膜厚制御が容易に実
現できた。また制御性が優れている為、素子を形成する
時再現性が高く生産性に富む。
■無機材料のみからなるスイッチング素子に比べ材料の
自由度が高く、又、低温プロセスによる素子形成が可能
であり、将来分子エレクトロニクス、バイオエレクトロ
ニクス等生体との親和性の高い素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のスイッチング装置の概略図である。第
２図は本発明のスイッチング装置に制御信号を印加した
時の出力電圧とメモリー状態を示す特性図である。第３
図及び第４図は本発明で用いたスイッチング装置の断面
図である。 第５図は本発明で用いたＭＩＭ素子の斜視図である。第
６図は本発明で用いたＭＩＭ素子の電気的特性（Ｖ／Ｉ
特性）を示す特性図である。 第７図は本発明で用いたＭＩＭ素子において確認された
ＯＮ状態及びＯＦＦ状態の電気的特性図である。第８図
は本発明の有機色素絶縁層をＬＢ法によって形成する方
法を図解的に示す説明図である。第９ａ図と第９ｂ図は
単分子膜の模式図であり、第１０ａ図、第１０ｂ図と第
１０ｃ図は累積膜の模式図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）一対の電極と、該電極間に配置した絶縁性又は半
    導電性有機材料の周期的な層構造体とを有するスイッチ
    ング素子と、該スイッチング素子のスイッチング特性を
    制御する電気信号の印加手段とを有することを特徴とす
    るスイッチング装置。
  2. （２）前記スイッチング素子がメモリー特性を有してい
    る特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装置。
  3. （３）前記有機材料が分子中にπ電子準位をもつ群とσ
    電子準位のみをもつ群とを有している特許請求の範囲第
    １項記載のスイツチング装置。
  4. （４）前記スイッチング素子がＭＩＭ構造を有している
    とともに、前記電気信号の印加手段が抵抗素子又は容量
    素子を接続している特許請求の範囲第１項記載のスイッ
    チング装置。
  5. （５）前記ＭＩＭ構造のスイッチング素子と抵抗素子又
    は容量素子が同一基板上に形成されている特許請求の範
    囲第４項記載のスイッチング装置。
  6. （６）前記ＭＩＭ構造の有機材料層と前記抵抗素子又は
    容量素子の有機材料層が同時に形成されている特許請求
    の範囲第５項記載のスイッチング装置。
  7. （７）前記ＭＩＭ構造の有機材料層と前記抵抗素子又は
    容量素子の有機材料層が別個の層で形成されている特許
    請求の範囲第５項記載のスイッチング装置。
  8. （８）前記周期的な層構造体がＬＢ膜で形成した層構造
    体である特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装置
    。
  9. （９）前記ＬＢ膜が累積膜で形成されている特許請求の
    範囲第８項記載のスイッチング装置。
  10. （１０）前記累積膜の累積数が２−６０である特許請求
    の範囲第９項記載のスイッチング装置。
  11. （１１）前記抵抗素子又は容量素子がＬＢ膜で形成した
    有機材料層を有している特許請求の範囲第４項記載のス
    イッチング装置。
  12. （１２）前記ＬＢ膜が累積膜で形成されている特許請求
    の範囲第１１項記載のスイッチング装置。
  13. （１３）前記累積膜の累積数が２−６０である特許請求
    の範囲第１２項記載のスイッチング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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