TWI701826B - 電子組件及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種包括複數個切換元件(1)之電子組件(10)，該切換元件包括(以此順序)，第一電極(16)，結合至基板之分子層(18)，及第二電極(20)，其中該分子層基本上由分子(M)組成，該分子含有連接基團(V)及具有極性或離子官能的端基(E)，其係適宜作為用於數位資訊存儲的憶阻裝置(memristive device)。

Description

電子組件及其操作方法
本發明係關於具有切換元件之電子組件，該切換元件包括具有較佳構形撓性分子偶極矩之分子層。本發明之又一態樣係關於分子層之用途及關於操作該電子組件之方法。
在電腦技術中，需要容許快速寫入及讀取存取其中存儲之資訊的存儲媒體。由於必需絕對不移動部件，所以固態記憶體或半導體記憶體容許達成特別快速及可靠之存儲媒體。目前，用途主要係由動態隨機存取記憶體(DRAM)進行。DRAM容許快速存取所存儲之資訊，但是此資訊必須定期再次更新，意味著當關閉電源時存儲之資訊丟失。
先前技術亦揭示非易失性半導體記憶體，諸如快閃記憶體或磁電阻隨機存取記憶體(MRAM)，其中甚至在電源關閉後仍保留該資訊。快閃記憶體之缺點係寫入存取相對緩慢發生及該快閃記憶體之記憶單元不可無限清除。快閃記憶體之壽命通常受限於最大一百萬個讀取/寫入循環。MRAM可以與DRAM相似方式使用及具有較長壽命，但是由於其困難製備過程此類型記憶體不能自我建立。
另一替代係基於憶阻器工作之記憶體。術語憶阻器係單詞「記憶體」與「電阻器」之縮寫及表示能改變其在高低電阻間之電阻再現性的組件。甚至在不具有電源電壓時保留各自狀態(高電阻或低電阻)，意味著非易失性記憶體可經由憶阻器達成。
可電切換組件之一重要替代應用係用於神經形態或突觸計算領域。在其中進行之電腦架構中，資訊並非意在以傳統方式按順序處理。取而代之，目的係以高度三維互連方式增強該電路，使其能夠達成類似於大腦之資訊處理。在此類型人工神經網路中，在神經細胞(突觸)間之生物連接隨後由憶阻切換元件表示。在特定情況下，額外中間態(在數字狀態「1」與「0」間)在本文亦係特別有利。
DE 11 2007 002 328 B4揭示具有兩個電極及配置於兩個電極間之主動區域的電啟動開關。該主動區域具有兩個初級主動區域，其間配置次級主動區域。該次級主動區域提供用於初級主動區域之離子摻雜劑之來源或貯槽。在兩個電極間施加電壓使得獲自次級主動區域之摻雜劑注入初級主動區域之一(取決於極性)。取決於摻雜及極性設定，該主動區域具有高或低導電性。
基於導電性或電阻改變之已知可電啟動開關的一缺點係該組件僅在數個循環具有期望功能，但不能長期提供憶阻器功能。
該目的由此係進一步尋求適宜用於憶阻裝置並帶來改良的新穎電子組件，特定言之，改良係關於一或多個以下性質：˙藉助電場或電流，關於其電阻足夠不同的兩種狀態(「0」、「1」)之選擇能力及讀取能力；˙切換電壓應在幾100mV至幾V之範圍內；˙讀取電壓應係顯著低於寫入電壓(通常1/10V)；˙狀態「1」之讀取電流應係至少100nA；˙在高電阻態(HRS)(對應「0」)與低電阻態(LRS)(對應「1」)間之電阻比：RHRS：RLRS應係至少大於或等於10，該電阻比應特佳係大於1,000；˙寫入及讀取操作之存取時間應係<100ns；˙甚至在持續讀取之情形下，不需要週期性更新及由此維持持續 電源之選定狀態於室溫之長期穩定性應係大於10年；˙操作及存儲的寬溫度範圍同時維持該存儲之資訊係期望的；˙高度可逆切換操作而無「疲勞現象」(>106切換循環)係期望(「耐久性」)；˙用於高積體密度降至分子尺寸規模(<10nm)之可能應存在；˙與標準方法、過程、切換參數及矽電子器件(CMOS)之設計標準相容應係可能；˙簡單及由此不昂貴之裝置架構應係可能。
目前已發現若對應組件之切換元件包括含偶極或帶電有機化合物之分子層，則至少在部分領域可達成此等目的。
Angew.Chem.Int.Ed.51(2012),4658(H.J.Yoon等人)及IACS 136(2014)16-19(H.J.Yoon等人)描述其中在含有極性端基之烷基化合物單層上測量電子電位之排列。此等層用於憶阻電子組件之切換元件的適宜性不可由其得出。
本發明由此係關於一種包括複數個切換元件之電子組件，該切換元件包括(以此順序)，第一電極，結合至基板之分子層，及第二電極，其中該分子層基本上由含有連接基團(V)及具有極性或離子官能之端基(E)的分子(M)組成。
設定該電子組件之切換元件(特定言之)以在具有高電阻之狀態與具有低電阻之狀態間變化，其中在高電阻及低電阻間之商數較佳係在10與100,000間。藉由將讀取電壓施加至該切換元件并測量流經該切換元件之電流來測量該電阻。在狀態間之變化藉由施加切換電壓發生。讀取電壓之值係低於切換電壓之值，其中該讀取電壓最大值較佳 係使用之最小切換電壓值之十分之一。若該讀取電壓係10至300mV則特佳。
本發明進一步關於一種操作本發明電子組件之方法，其特徵在於藉由將對應第一電極設定至第一電位並將對應第二電極設定至第二電位使該電子組件之切換元件切換至高電阻狀態，其中在兩電極間之電壓值係大於第一切換電壓且第一電位係大於第二電位，藉由將對應第一電極設定至第三電位並將對應第二電極設定至第四電位使該電子組件之切換元件切換至低電阻狀態，其中在兩電極間之電壓值係大於第二切換電壓且第四電位係大於第三電位，及藉由在對應電極間施加其值小於第一及第二切換電壓之讀取電壓並測量電流來測定該切換元件之狀態。
本發明同樣係關於本發明切換元件在憶阻電子組件中之用途。
本發明進一步係關於含有連接基團(V)及具有極性或離子官能之端基(E)的分子作為分子層在憶阻電子組件之切換元件中之用途。
本發明切換元件係適宜用於電子組件，特定言之顯示上文指出之有利性質的憶阻組件。
分子層
依照本發明在電子組件中採用之切換元件包括分子層，其包括視情況含有用於結合至基板或夾層的錨定基團(A)、連接基團(V)，視情況可選之中間基團(D)及極性或離子端基(E)的分子(M)，其中該等分子可較佳地採取不同構形及具有構形依賴性分子偶極矩。
依照本發明採用之分子層較佳地係分子單層。
在一實施例中，其係自組裝單層(SAM)。
在又一實施例中，該分子層係藉由化學吸附結合至基板，特定言之藉由加成反應或縮合反應。
在又一實施例中，該分子層係藉由物理吸附結合至基板。
在又一實施例中，該分子層經1至10，較佳地1至5，特佳地1至3個其他有機或無機被吸附物層覆蓋。適宜層包括，例如，介電質，例如氧化或氟化材料，諸如TiO2、Al2O3、HfO2、SiO2及LiF，或金屬，諸如Au、Ag、Cu、Al及Mg。可藉由限定及原子準確沉積(例如藉由ALD(原子層沉積)方法)堆積數奈米厚度之此等層。
該連接基團(V)較佳地係撓性構形，使得分子採取不同構形及意味著其具有構形依賴性分子偶極矩。「具有撓性構形」意指連接基團(V)係以其可採用至少兩種不同構形之方式選擇。
該連接基團(V)較佳地係C1至C25-伸烷基，其可在鏈中含有一或多個官能團及/或一或多個3至6-員飽和或部分不飽和、脂環或雜環環及其中一或多個H原子可由鹵素置換。
在一特佳實施例中，該連接基團(V)係直鏈或分支鏈C1至C25-伸 烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團各者可由-C=C-、-CH=CH-、-NR'-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-或3至6員-飽和或部分不飽和脂環或雜環環置換，其中N、O及/或S彼此不直接鍵連，其中一或多個第三碳原子(CH基團)可由N置換及其中一或多個氫原子可由鹵素置換，其中R'在各個情況中彼此獨立地表示H或C1至C12-烷基。
該連接基團(V)非常特佳地係直鏈或分支鏈C1至C10-伸烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團各者可由-O-、-S-或3至6-員飽和脂環環置換，其中O及/或S彼此不直接鍵連，及其中一或多個氫原子可由F及/或Cl置換。
該極性或離子端基一般係以提供分子至少0.5德拜之永久偶極矩之方式選擇。該永久偶極矩較佳地大於2德拜及特佳地大於3德拜。
在一較佳實施例中，該端基(E)係極性基團。
該極性端基較佳地係具有至少一其中在所涉及原子間之電負度差係至少0.5的鍵之端基，其中該電負度值係藉由鮑林(Pauling)方法測定。
較佳極性端基係選自CN、SCN、NO2、(C1至C4)-鹵代烷基(較佳為CF3)、(C1至C4)-鹵代烷氧基(較佳為OCF3)、-S-(C1至C4)-鹵代烷基(較佳為SCF3)、-S(O)2-(C1至C4)-鹵代烷基(較佳為SO2CF3)、SF5、OSF5、N(C1至C4-鹵代烷基)2(較佳為N(CF3)2)、N(CN)2及(C6至C12)-鹵代芳基(較佳為單、雙或三氟苯基)。
在又一較佳實施例中，該端基(E)係離子基團，即，陽離子或陰離子基團。該離子基團較佳地係氧化還原非活性，其中依照本發明氧化還原非活性意指在與抗衡離子之組合中其具有至少2.0V，較佳地至少3.0V，特佳地至少4.0V之電化學窗。本文電化學窗指示對電化學還原及氧化過程之穩定性。
在又一實施例中，該離子端基(E)係弱配位，依照本發明其意指 其中低電荷(較佳地-1或+1)分佈遍及大體積及具有低極化性的陰離子或陽離子。由此可能由於強局部靜電交互作用防止該層變得構形固定。
特佳係選自咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯啶鎓、鈲、脲鎓、硫脲鎓、哌啶鎓、嗎啉鎓、銨及鏻基團或鹵離子、硼酸根、磺酸根、羧酸根、磷酸根、亞膦酸根、全氟烷基磺酸根與-羧酸根、醯亞胺陰離子及醯胺陰離子之陽離子或陰離子端基。
特佳離子基團係：
Figure 105100313-A0305-02-0009-1
其中：R表示C1至C12-烷基、C6至C14-芳基，視情況經鹵素、C1至C4-烷基及/或C1至C4-氧雜烷基取代，其中在芳族基中CH可由N置換。
離子端基(E)之較佳抗衡離子同樣係錯合陰離子及陽離子，其較佳地具有>0.5德拜，較佳地>2.0德拜之固有偶極矩。
較佳抗衡離子之實例係上文提及之咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯啶鎓、鈲、脲鎓、硫脲鎓、哌啶鎓、嗎啉鎓、銨及鏻基團或鹵離子、硼酸根、磺酸根、羧酸根、磷酸根、亞膦酸根、全氟烷基磺酸根與-羧酸根、醯亞胺陰離子及醯胺陰離子。
在又一較佳實施例中，除連接基團(V)及端基(E)外，分子(M)含有該連接基團經由其結合至基板的錨定基團(A)。
在一較佳實施例中，該錨定基團(A)係經由共價鍵結合至該基板。
在又一實施例中，該錨定基團(A)係藉由物理吸附結合至該基板。
該錨定基團(A)較佳係選自羧酸酯、磷酸酯、醇鹽、芳基化物，較佳地酚鹽、硫醇鹽及磺酸酯基團或富勒烯衍生物，較佳地[60]PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)及[70]PCBM([6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯)。
在又一較佳實施例中，該分子(M)含有在連接基團(V)與端基(E)間的中間基團(D)，[Y 1 -(Z 1 -Y 2 ) m ] (D)
其中符號與指標具有以下含義：Y1及Y2各者彼此獨立係芳族、雜芳族、脂環或雜環基團，較佳地具有4至25個C原子，其亦可含有稠環及其可經基團RL單或多取代；RL在各個情況下獨立地係OH、SH、SRo、-(CH2)n-OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Ro)2、-C(=O)Ro、-N(Ro)2、-(CH2)n-N(Ro)2、視情況經取代之矽基、視情況經取代之具有6至20個C原子之芳基或環烷基或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，其中一或多個H原子可由F或Cl置換及其中兩個鄰位基團RL一起可視情況係=O；Ro在各個情況下彼此獨立地係H或C1至C12-烷基，且 n係1、2、3或4；Z1在各個情況下獨立地係單鍵、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C=C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或CRo 2，較佳地單鍵或-CH2CH2-，且m係0、1、2、3、4或5，較佳係0、1或2。
該分子層較佳地包括式(I)分子或特佳地由其組成~(A) s -(V)-[Y 1 -(Z 1 -Y 2 ) m ] t -(E) (I)
其中符號與指標具有以下含義：~指示至基板之鍵；A係羧酸酯、磷酸酯、醇鹽、芳基化物，較佳地酚鹽、硫醇鹽或磺酸酯基團或富勒烯衍生物，較佳地[60]PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)及[70]PCBM([6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯)；s及t彼此獨立係0或1；V係C1至C25-伸烷基，其可在該鏈中含有一或多個官能團及/或一或多個3至6-員飽和或部分不飽和、脂環或雜環環及其中一或多個H原子可由鹵素置換，較佳地直鏈或分支鏈C1至C25-伸烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團可各由-C=C-、-CH=CH-、-NR'-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-或3-6-員飽和或部分不飽和脂環或雜環環置換，其中N、O及/或S彼此不直接鍵連，其中一或多個第三碳原子(CH基團)可由N置換及其中一或多個氫原子可由鹵素置換，其中R'在各個情況下彼此獨立地表示H或C1至C12-烷基，特佳地直鏈或分支鏈C1至C10-伸烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團可各自由-O-、-S-或3至6-員飽和脂環環置換，其中O及/或S彼此不直接鍵連，及其中一或 多個氫原子可由F及/或Cl置換；Y1、Y2各者彼此獨立地係芳族、雜芳族、脂環或雜環基團，較佳地具有4至25個C原子，其亦可含有稠環及其可經基團RL單或多取代；RL在各個情況下獨立地係OH、SH、SRo、-(CH2)n-OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Ro)2、-C(=O)Ro、-N(Ro)2、-(CH2)n-N(Ro)2、視情況經取代之矽基、視情況經取代之具有6至20個C原子之芳基或環烷基或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，其中一或多個H原子可由F或Cl置換及其中兩個相鄰基團RL一起可視情況係=O；Ro在各個情況下彼此獨立地係H或C1至C12-烷基；n係1、2、3或4；Z1在各個情況下獨立地係單鍵、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C=C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或CRo 2，較佳地單鍵或-CH2CH2-；m係0、1、2、3、4或5，較佳係0、1或2；t係0或1；E係CN、SCN、NO2、(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地CF3、(C1至C4)-鹵代烷氧基，較佳地OCF3、-S-(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地SCF3、S(O)2-(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地SO2CF3、SF5、OSF5、N(C1至C4-鹵代烷基)2、較佳地N(CF3)2、N(CN)2、(C6至C12)-鹵代芳基，較佳地單、雙或三氟苯基，或咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯啶鎓、鈲、脲鎓、硫脲鎓、哌啶鎓、 嗎啉鎓、銨及鏻基團或鹵離子、硼酸根、磺酸根、羧酸根、磷酸根、亞膦酸根、全氟烷基磺酸根與-羧酸根、醯亞胺陰離子及醯胺陰離子，較佳地
Figure 105100313-A0305-02-0013-2
其中：R表示C1至C10-烷基、C6至C12-芳基，視情況經鹵素、C1至C4-烷基及/或C1至C4-氧雜烷基取代，及其中在芳族基中CH可由N置換。
該分子層係(例如)由已知方法經由凡得瓦(Waals)交互作用或靜電藉由物理吸附製備，例如藉由將分子陰離子吸附在聚-L-離胺酸層上，即，(例如)用於DNA物理吸附之多陽離子。
該分子層之分子較佳係共價鍵結至該基板。該結合可藉由為熟習此項技術者熟知之已知方法進行，例如藉由在該基板上適宜前驅體之加成或藉由縮合含有基團A-LG之前驅體，其中A係本發明錨定基團及LG表示適宜離去基團。
對於加成反應而言，在經NH4F水溶液相應預處理後，可(例如)處理適宜基板(較佳地矽表面)以獲得具有氫封端之表面。然後以此方式處理之表面可在排除氧氣時或直接經適宜液體前驅體或該前驅體在適宜溶劑中之溶液於高溫下進行處理。在此情況下適宜前驅體係具有末 端C-C雙鍵之化合物。
適宜前驅體化合物係在某些情況下市售或可藉由為熟習此項技術者熟知之已知方法合成，如(例如)在Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie[Methods of Organic Chemistry],Georg-Thieme Verlag,Stuttgart,2004中所描述。
適宜前驅體係(例如)以下化合物，其意在闡明選擇前驅體之原則：
Figure 105100313-A0305-02-0014-4
Figure 105100313-A0305-02-0015-5
基板
在本發明切換元件中，該分子層之分子結合至基板或位於該分子單層與該基板間之夾層。本發明基板可執行多種功能，端視切換元件結構而定。例如，導電基板可充當第一電極。同樣，該基板可係二極體層。
適宜基板係例如，元素半導體，諸如Si、Ge、C(金剛石、石墨、石墨烯、富勒烯)、α-Sn、B、Se及Te，及/或化合物半導體，較佳地第III-V族半導體，諸如GaAs、GaP、InP、InSb、InAs、GaSb、GaN、AlN、InN、AlxGa1-xAs及InxGa1-xNi， 第II-VI族半導體，諸如ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、Hg(1-x)Cd(x)Te、BeSe、BeTex及HgS，第III-VI族半導體，諸如GaS、GaSe、GaTe、InS、InSex及InTe，第I-III-VI族半導體，諸如CuInSe2、CuInGaSe2、CuInS2及CuInGaS2，第IV-IV族半導體，諸如SiC及SiGe，及第IV-VI族半導體，諸如SeTe，有機半導體，諸如聚噻吩、并四苯、并五苯、酞菁、PTCDA、MePTCDI、喹吖酮、吖啶酮、陰丹酮、黃烷士林、芘酮、AlQ3、及混合系統，諸如PEDOT：PSS及聚乙烯咔唑/TLNQ複合物，金屬，諸如Au、Ag、Cu、Al及Mg，導電氧化物材料，諸如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鎵(IGO)、InGa-α-ZnO(IGZO)、鋁摻雜之氧化鋅及錫摻雜之氧化鋅(TZO)、氟摻雜之氧化錫(FTO)及氧化銻錫。
該分子層可視情況亦結合至位於該基板上的薄(較佳地0.5至5nm厚)氧化或氟化夾層，例如TiO2、Al2O3、HfO2、SiO2或LiF。
該相對電極或第二電極由導體或半導體材料或複數個此等材料之組合(層堆疊)組成。實例係作為基板材料提及之材料。較佳係Hg、In、Ga、InGa、Ag、Au、Cr、Pt、PdAu、Pb、Al、Mg、CNT、石墨烯及導電聚合物(諸如PEDOT：PSS)。
在本發明闡明實例之以下描述中，相同或相似組件及元件係由相同或相似元件符號表示，其中在個別情況中避免重複描述此等組件或元件。該圖僅概略地描述本發明標的。
圖1顯示電子組件之第一實施例之從側面之剖面圖。
在圖1中描述之電子組件10係配置於外基板12(其可係例如在其面對電子組件10其他部件側上設有絕緣體14之晶圓)上。外基板12由上 文描述之材料組成及係選自(例如)元素半導體，諸如矽(Si)、鍺(Ge)、呈金剛石、石墨或石墨烯形式之碳，選自化合物半導體，特定言之II-VI族化合物半導體，諸如硒化鎘(CdSe)、硫化鋅(ZnS)，選自金屬，諸如例如金、銀、銅、鋁、鎂、或選自導電氧化材料，諸如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化銦鎵鋅(IGZO)、鋁摻雜之氧化鋅(AZO)或氟摻雜之氧化錫(FTO)。較佳係使用結晶矽作為基板，其中具有(100)表面之矽晶圓係特佳。其表面於(100)定向之矽晶圓係用作微電子中之習知基板及可以高品質及低比例表面缺陷獲得。
絕緣體14可係(例如)氧化物，其中其可(例如)藉由氧離子至該基板之離子植入方式在使用矽基板時獲得。在圖1實施例中以其垂直於圖面伸展的導體軌道形式顯示之第一電極20係配置於絕緣體上。在圖1中描述之實施例中，第一電極20係呈金屬電極之形式。二極體(例如以齊納(Zener)二極體之形式及各者包括高度p型摻雜層26及高度n型摻雜層24)係配置於第一電極20上。二極體22之p-n接面從p型摻雜層26至n型摻雜層24之轉變時形成。
分子層18配置於二極體22之側面，其在本發明之此實施例中形成背離第一電極20的本發明基板。分子層18較佳地係以分子單層形式及由此精確地係一層分子厚。
如同第一電極20，第二電極16(相對電極)係以導體軌道之形式，配置於背離二極體22之分子層18側面。然而，第二電極16相對於第一電極20旋轉90°，使得產生交叉形排列。該排列亦稱為縱橫陣列，其中此處選擇90°角作為實例及其中第二電極16及第一電極20於由直角衍生之角度交叉之排列亦係可設想。由具有(以此順序)第二電極16、分子層18及第一電極20的層系統形成之切換元件1配置於在第二電極16與第一電極20間的各交叉點處。在圖1描述之實施例中，二極體22亦指派給各個切換元件1。
該縱橫陣列使得藉由在對應第一電極20與第二電極16間施加電壓電定址各切換元件1。經由二極體22，防止泄漏電流能流經此處相鄰切換元件1。
由於切換元件1之雙極切換特徵，二極體22必須具有對於兩個極性之非線性特徵。為此，二極體22係(例如)以齊納二極體之形式，其中出於此目的p型摻雜層26亦及n型摻雜層24均係高度摻雜。
可藉由熟習微電子技術者熟知之結構化方法製備電極16、20之結構。例如，微影法可用於製備第一電極20。其中，藉由氣相沉積之方式將金屬層施加至絕緣體14。該金屬層隨後經光阻劑塗佈，其以待製備之結構暴露。在顯影及(在需要的情況下)烘烤該光阻劑後，(例如)藉由濕化學蝕刻移除不需要之金屬層部分。隨後(例如)使用溶劑移除餘留之光阻劑。
亦可使用印刷方法製備第二電極16之結構，其中，以與習知印刷相似之方式，將導電材料施加至組件10或至分子層18。導電聚合物，諸如聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT：PSS)(例如)係適宜用於此目的。
製備電極16、20(特定言之第二電極16)之又一可能係藉助遮蔽罩之氣相沉積。在此方法中，其開口對應待製備電極16、20形狀之遮罩係置於組件10上，及隨後藉由氣相沉積施加金屬。該金屬蒸氣僅能在組件10上未經遮罩覆蓋之區域沉澱並形成電極16、20。
圖2顯示電子組件10之又一實施例。在圖2實施例中，第一電極20由經摻雜以同時作為二極體22一部分的半導體材料組成。特定言之，此實施例在使用絕緣體上矽晶圓作為外基板12的情況下係有利的。絕緣體上矽晶圓具有其中(以此順序)排列矽、二氧化矽及強摻雜矽層的層結構。可(例如)藉由首先在該矽基板中於介於100nm與10μm之深度處藉由離子植入之方式植入氧離子來製備此類型基板。可 在表面附近植入摻雜原子以建立p型傳導或n型傳導。在隨後加熱處理之後，隨後由於植入之氧離子結合至矽，於某一深度處形成二氧化矽層。該矽係用作基板10，而該二氧化矽層充當絕緣體14。藉由自微電子原理已知之習知結構化方法由摻雜之矽層製備第一電極20。在繼續此過程時，p-n接面亦可直接於絕緣體上矽晶圓表面產生。為此，進行複數個離子植入步驟，其中，在第一步驟中，(例如)藉由體積植入製備p型摻雜層且隨後藉由平坦表面植入製備n-摻雜層。
在圖2實施例中，n型摻雜層24配置於第一電極20上，其亦作為二極體22一部分。由此第一電極20係p型摻雜以連同n型摻雜層24形成具有p-n接面之二極體22。在此實施例中，n型摻雜層24形成本發明基板。
其他層如已在圖1中描述配置，其中在各個情況下切換元件1繼而在第一電極20與第二電極16之交叉點處形成。
本發明並非受限於本文描述之闡明性實施例及其中強調之態樣。反之，在熟習此項技術者作用範圍內之多種改良在由申請專利範圍指定之範圍內係可能的。
本發明藉由實例更詳細闡明，而非由此限制本發明。
採用之材料
a)氰基烯烴(諸如1-氰基己-5-烯)係市售，例如獲自Sigma-Aldrich。
b)三氟甲基磺醯亞胺N-烯丙基-N'-甲基咪唑鎓(amim-NTf2)係市售，例如獲自Merck KGaA或Sigma-Aldrich。
c)四苯硼酸N-烯丙基-N'-甲基咪唑鎓(amim-BPh4)：
Figure 105100313-A0305-02-0020-6
將含amim-Cl(490mg，3.0mmol)之水(10ml)溶液逐滴添加至含四苯基硼酸鈉(1.0g，2.9mmol)之水(12ml)溶液中。於室溫攪拌形成之無色懸浮液2小時並隨後過濾。使用冷水及甲醇徹底清洗該無色固體殘留物，獲得3g粗產物，使其從THF/H2O 1：2(40ml)結晶：amim-BPh4無色晶體(1.0g，77%)。M.p.151℃；1H NMR(400MHz,THF-d 8,298 K)：δ=3.21(s,3H,im+-CH 3),4.19(dt,J=6.1Hz,J=1.4Hz,2H,im+-CH 2),5.17(d,J=17.0Hz,1H,=CH-H),5.32(d,J=10.2Hz,1H,=CH-H),5.65-5.86(m,1H,-CH=CH2),6.35(d,J=1.7Hz,1H,im+-H),6.67-6.79(m,4H,ar-4-H),6.89-6.93(m,9H,ar-2-H,im+-H),6.97(t,J=1.9Hz,1H,im+-H),7.42(m,8H,ar-3-H)；13C NMR(100MHz,THF-d 8,298 K)：δ=35.2,51.2,120.1,121.2,121.6,123.3,125.2,130.7,135.7,136.0,164.2(quart,J CB=49.3Hz,BPh4 --1-C)；11B NMR(128MHz,THF-d 8,298 K)：δ=-6.41(d,J=3.9Hz)。
d)(3,4,5-三氟苯基)三苯基硼酸N-烯丙基-N'-甲基咪唑鎓(amim-B(PhF3)Ph3)：
Figure 105100313-A0305-02-0020-7
3,4,5-三氟苯硼酸二乙酯：在加入0.4nm分子篩(2mm
Figure 105100313-A0305-02-0021-8
珠粒，72g)的索司勒(Soxhlet)萃取器上在氬氣氛圍下於回流下加熱3,4,5-三氟苯硼酸(17.9g，0.1mol)、CHCl3(250ml)及乙醇(130ml)之混合物48小時。在真空中蒸發該溶液至乾燥，及在球形管中於約90℃及0.02mbar下蒸餾形成之油。以此方式獲得之無色油(15g，65%)無需進一步純化即可用於下一步驟。MS(EI)：m/e(%)=232[M+](40),159(100),145(35),100(50),73(65),45(90)。
(3,4,5-三氟苯基)三苯基硼酸鈉(Na+ B(PhF3)Ph3 -)：將含1M溴化苯鎂之THF(100ml，100mmol)逐滴添加至含3,4,5-三氟苯硼酸二乙酯(6.5g，28mmol)之THF(250mL)溶液中。於60℃攪拌該混合物5小時。在冷卻至室溫後，逐滴添加2M Na2CO3水溶液(200ml)。在添加THF(450ml)後，分離除去有機層。再次使用THF(100ml)萃取餘留之水相。蒸發已合併之有機相至乾燥，及將以此方式獲得之黃色油置於乙醚(500ml)中，經Na2SO4乾燥並過濾。在添加甲苯(500ml)後，將該溶液蒸發至50ml，其後沉澱出無色晶體。在冷卻至5℃後，過濾除去該晶體並首先使用冷甲苯，隨後使用正戊烷清洗並乾燥：呈無色晶體之Na+ B(PhF3)Ph3 -(8.8g，79%)；1H NMR(400MHz,THF-d 8,298 K)：δ=6.73-6.77(mc,3H,ar-H),6.83-6.90(m,8H,ar-H),7.20(br.m,6H,ar-H)；19F NMR(376MHz,THF-d 8,298 K)：δ=-143.67(dd,J=20.4Hz,J=11.7Hz,2F),-174.81(tt,J=20.4,J=7.8Hz,1F)；11B NMR(128MHz,THF-d 8,298 K)：δ=-6.56(s)；MS(FIA-APCI，負離子模式)：m/e(%)=373[C24H17BF3 -](100%)。
(3,4,5-三氟苯基)三苯基硼酸N-烯丙基-N'-甲基咪唑鎓(amim+ B(PhF3)Ph3 -)：在攪拌下將含amim-Cl(4.00g，25.2mmol)之水(100ml)溶液逐滴添加至含Na+ B(PhF3)Ph3 -(8.80g，22.2mmol)之水(200ml)溶液中。在攪拌該混合物1小時之後，白色乳液在攪拌器上形成黏性塗 層。倒出含水上清液，及在MTBE(甲基第三丁基醚)(100ml)中消化該殘留物。過濾除去現為固體之殘留物並使用冰冷MTBE清洗。藉由與甲苯共沸乾燥移除水殘留物。將粗產物(9g)分散在MTBE(50ml)中，於室溫攪拌10min，過濾除去並於38℃在真空中乾燥，獲得7.0g(63%)白色粉末(純度99.1%；HPLC：RP-18 Purospher 250-4 1x 52a,CH3CN/0.1M KH2PO4水溶液60：40).M.p.105℃；1H NMR(400MHz,THF-d 8)：δ=3.38(s,3H,im+-CH 3),4.34(dt,J=6.1Hz,J=1.4Hz,2H,im+-CH 2CH=),5.18(dq,J=17.0Hz,J=1.3Hz,1H,=CH-H),5.31(dq,J=10.3Hz,J=1.2Hz,1H,=CH-H),5.79(ddt,J=16.5Hz,J=10.2Hz,J=6.1Hz,1H,CH=CH2),6.71-6.79(m,3H),6.81-6.97(m,8H),7.01(mc,1H,im+-H),7.07(mc,1H,im+-H),7.28(mc,6H,ar-H),7.36(mc,1H,im+-H)；19F NMR(376MHz,THF-d 8)：δ=-142.87(dd,J=20.4Hz,J=11.5Hz,2F,ar-3-F),-174.2(tt,J=20.3Hz,J=7.7Hz,1F,ar-4-F)；11B NMR(128MHz,THF-d 8)：δ=-6.54；MS(FIA-APCI，負離子模式)：m/e(%)=373[C24H17BF3 -](100%)。
製備經塗覆基板之一般衍生說明
原則上，與O.Seitz等人，Langmuir 22(2006)，6915-6922類似地進行矽表面之衍生化。首先，在超音波浴中使用丙酮從該矽基板移除有機雜質，並隨後使用食人魚洗液(piranha)(濃H2SO4/30% H2O2 70：30)處理該基板。在使用水沖洗後，使用NH4F水溶液在排除氧氣下處理該基板並隨後使用無氧水清洗。現為氫封端之基板經純衍生試劑或其在1,2-二氯苯中之10%溶液於120℃處理12小時並嚴格排除氧氣。隨後在超音波浴中使用丙酮清洗衍生之基板，使用異丙醇沖洗並使用氮氣噴射流在無塵環境中乾燥。
a)不使用溶劑直接衍生： 使用脫氣衍生試劑(例如6氰基己-1-烯)在經氬氣沖洗之希莱克(Schlenk)容器中於110℃處理新鮮製備之具有 氫封端之晶片(8mm x 8mm x 575±25μm，100定向，高度硼摻雜)18小時。從該反應容器移除現經有機修飾之晶片，在超音波浴中使用丙酮沖洗5min，使用丙酮及異丙醇沖洗，並在氮氣流中乾燥。衍生之晶片存儲於Eppendorf容器。
b)使用溶液衍生： 類似於a)，使用10%(w/w)衍生試劑之1,2-二氯苯溶液。此變型適用於於室溫下不係液體的全部衍生試劑。
地形與電學特徵分析
測量若干偶極單層系統之憶阻切換行為使得其可如本發明闡明性實施例證實。在p+Si(100)基板上製備全部層。在第二欄中表明之有機基團達成為單層，其中出於此目的(前驅體)採用在第三欄中表明之前驅體化合物。
Figure 105100313-A0305-02-0023-10
在進行電學測量前，就構形特性(層厚度、粗糙度等等)而言詳細表徵多種層。橢圓偏光計量測得出以下本文層厚度：C8：1.3至1.4nm，C6CN：2.0至2.3nm。此等係大於理論分子長度1.2至2.1之因子。離子雙層系統之厚度係1.3至1.4nm(Si-IL-1)或1.8至2.1nm(Si-IL-3)。其由此係大於理論值1.3至1.5之因子。獲得之過大(與單層期望值相比)兩層厚度均可藉由局部粗糙度、較低聚集或形成多層來解釋。藉由原子力顯微鏡(AFM)方式測定層系統之粗糙度(均方根(rms)，在5 x 5μm2上)。對於全部所研究之層而言其係在0.3至2.8nm之範圍內。此等粗糙度值之下限係與經拋光Si基板粗糙度相當，即單層一般構形 再現該表面。相比之下，局部出現之具有在低至數10nm範圍內尺寸的粒子(可能係分子簇)導致相應較高rms值，此係由於其係基於全部掃描區域之平均值。
下文參考圖3至10描述各種樣品之電學測量。
圖3顯示用於在基板上分子層電學性質之特徵分析之實驗設置。
圖3概略地顯示如何測定樣品40之電學性質。樣品40包括分子層18在其上施加之基板10。基板10係導電及本文充當電極以提供分子層18之電連接。本文經由可移動銅板30建立至測量儀器34之電連接。為此，將樣品40置於銅板30上及可藉由移動銅板30來相對於又一電極移動。用於電連接分子層18頂側之又一電極係懸浮汞滴32，其同樣經由其懸浮液連接至測量儀器34。汞滴32之直徑通常係約150μm。
在將樣品40置於銅板30上後，以汞滴32接觸分子層18表面之方式相對於汞滴32移動後者。此使得非破壞性及無交互作用下測試樣品40之導電性質。
對於電學測量而言，較佳地將測量儀器34設計為源測量單元，即測量儀器34經由電壓源38提供輸出電壓且同時經由電流測量單元36測量所得電流。
對於測量而言，將電壓施加在銅板30與汞滴32間及可變，同時測量經由樣品40之電流。如在圖4中顯示，電壓在預指定最大值Vmax及預指定最小值Vmin間週期性變化。使用Keithley 2635型源測量單元進行該實驗。
圖4顯示例如若干循環，其中施加電壓週期性地在Vmax與Vmin間變化，其中形成鋸齒狀電壓曲線。
經由測量儀器34將直流電壓施加至兩個電極(基板10及汞滴32，參見圖3)及以週期順序以恆定速率(例如5mV/s)在最大負電壓值及最大正電壓值間隨時間變化。在圖4中顯示三個此等循環41。測量並記 錄待表徵之流經樣品10的所得電流。
在下文圖中顯示各種樣品之記錄電流且在相關描述中更詳細闡明。
圖5顯示流經具有單層系統C6CN之樣品的記錄電流。
該樣品之電阻於特徵切換電壓VHRS下突然從低電阻態(LRS)切換至高電阻態(HRS)。對於特徵(負)第一切換電壓VLRS而言，該系統同樣突然切換及可逆返回至LRS。此切換行為在圖6a中參考選定循環之電阻值之時序顯示。
圖6a顯示針對選定循環41之具有單層系統C6CN之樣品電阻值之時序。圖6b顯示針對此循環41施加之電壓曲線。
如在圖6a及6b中觀察到，樣品之電阻於(正)第二切換電壓VHRS下從低電阻態LRS切換(其在圖6a中由元件符號48表示)至高電阻態HRS(其在圖6a中由元件符號46表示)。在圖6b中顯示針對循環41之相關電壓曲線。
可能再現七個測試循環之切換行為而不出現效果或樣品降解。該兩電阻值之OFF-ON比RHRS：RLRS係約6500(於0.1V之讀取電壓下)。藉由保持電壓於0V(針對LRS)及於-1.5V(針對HRS)一次且保持時間15min來測試隨時間推移兩種狀態之穩定性。在各情況下，該系統在各自狀態保持穩定。
圖7顯示流經具有層系統Si-IL-1之樣品的記錄電流。
該單層系統Si-IL-1顯示品質上與C6CN相似之切換行為。在於負基板電壓從HRS至LRS之初始切換後，通過重複之切換循環。然而，與C6CN相反，對於從低電阻態(LRS)至高電阻態(HRS)之第一切換而言較大正電壓係必需；對於一些樣品而言，在持續循環下此切換電壓VHRS不斷變化至較低值。圖7顯示具有實質上未改變之穩定切換行為之樣品的循環7至10。在圖7中循環7至10由元件符號57、58、59及60 表示。在穩定保持電壓期間亦針對此不具有可測量電阻值變化的單層系統進行保持測量(例如在HRS中於-1.2V，在第八個循環之後)。於0.1V之讀取電壓下電阻比RHRS/RLRS通常達到>1000之值。
對於測量之可再現切換行為而言製備均勻薄度、較佳地單分子層係關鍵。此已藉助在相同系統(Si-IL-1)但由於不同製備方法具有較大層厚度(2.5nm)及明顯形成多層或簇結構的樣品上對照測量來證實。儘管對於此系統而言於約VLRS=-2.8V觀察到從HRS至LRS之切換行為，於高達+3.0V未達成切換回HRS。相反，該特徵線具有顯著不穩定(多次跳躍)電流值。
圖8顯示流經具有層系統Si-IL-3之樣品的記錄電流。
亦測量具有層系統Si-IL-3之樣品之切換行為，其品質上相似於薄(即約單分子)Si-IL-1層。顯示其中觀察到於電壓VHRS及VLRS下電阻之切換行為例如選擇之循環70。研究層之層厚度在1.8至2.1nm範圍內略變化。在此處，亦證實層厚度在切換過程之臨限行為方面明顯存在之影響：儘管在具有1.8nm厚度之層的情況下，在測試晶片上研究位置之約40%之產率顯示品質上與圖8相似之切換行為，僅可在較厚分子層(2.1nm)之幾個選定位置觀察到的一種切換行為(其亦係不穩定)。總之，系統Si-IL-3之再現性及穩定性係低於兩種系統C6CN及Si-IL-1。
對照測量
圖9顯示辛基-官能化(「C8」)Si樣品I/U特徵之兩個循環的記錄電流。
已藉由在不具有有機塗層或僅經單一辛基單層塗覆(不具有CN端基)的矽基板上對照測量來證實本發明核心先決條件為單層分子之明顯偶極矩：在兩種情況下，未觀察到測量電阻之切換或遲滯行為。就此而言，圖9藉由實例方式顯示C8-烷烴單層的兩個循環81及82。未證 實在循環81及82任一者中之電阻切換行為。
具有永久第二電極之電學測量
藉由遮蔽氣相沉積技術將包括Pb(250nm)之永久薄金屬膜接著包括Ag之永久薄金屬膜(60nm)替代Hg電極施加至Si-IL-3樣品。以此方式製備之上電極設有測量針型觸點。另外，與上文描述之配置或程序類似進行電學測量。於1V低電壓下之測量未顯示切換行為。該系統維持在初始狀態(OFF)，及測量之電流隨金屬電極變化區域適當縮放。對於較高電壓而言，僅於~2000電阻比及0.1V讀取電壓下觀察到切換至ON狀態一次(參見圖10)。具有僅一次此類型切換行為之系統與在PROM(可程式化唯讀記憶體)領域之應用相關。
1:切換元件
10:電子組件(具有縱橫陣列)
12:外基板
14:絕緣體
16:第二電極
18:分子層
20:第一電極
22:二極體
24:n+層
26:p+層
30:銅板
32:Hg滴
34:測量儀器
36:電流測量單元
38:電壓源
40:樣品
41:測量循環
42:第二循環
43:第三循環
44:第四循環
46:高電阻
48:低電阻
57:循環7
58:循環8
59:循環9
60:循環10
70:循環
81:第1循環
82:第2循環
圖1顯示電子組件之第一實施例，圖2顯示電子組件之第二實施例，圖3顯示針對電特徵分析之實驗設定之概略表示，圖4顯示表示週期性變化電壓之圖解，圖5顯示流經具有單層系統C6CN之樣品的記錄電流，圖6a顯示具有單層系統C6CN之樣品之電阻值的時序，圖6b顯示用於圖6a循環之施加電壓曲線，圖7顯示流經具有層系統Si-IL-1之樣品的記錄電流，圖8顯示流經具有層系統Si-IL-3之樣品的記錄電流，圖9顯示辛基-官能化(「C8」)Si樣品之I/U特徵之兩個循環的記錄電流， 圖10顯示流經具有層系統Si-IL-3之樣品的記錄電流，其中永久第二電極包括Pb/Ag。
1:切換元件
10:電子組件(具有縱橫陣列)
12:外基板
14:絕緣體
16:第二電極
18:分子層
20:第一電極
22:二極體
24:n+層
26:p+層

Claims (26)

  1. 一種包括複數個切換元件(1)之電子組件(10)，該切換元件包括(以此順序)，第一電極(16)，結合至基板之分子層(18)，及第二電極(20)，其中該分子層基本上由含有連接基團(V)及具有極性或離子官能的端基(E)之分子(M)組成，其中該連接基團(V)係撓性構形及該等分子(M)具有構形撓性分子偶極矩，其中該連接基團(V)係C1至C25-伸烷基，其可在該鏈中含有一或多個官能團及/或一或多個3至6員飽和或部分不飽和環、脂環或雜環及其中一或多個H原子可由鹵素置換，其中除該連接基團(V)及該端基(E)外，該等分子(M)含有該連接基團經由其結合至該基板的錨定基團(A)，其中該等分子(M)含有下式之中間基團(D)[Y 1 -(Z 1 -Y 2 ) m ] (D)其中Y1及Y2各者彼此獨立地係較佳地具有4至25個C原子之碳環芳族、脂環或雜脂環基團，其亦可含有稠環及其可經基團RL單或多取代；RL在各個情況下獨立地係OH、SH、SRo、-(CH2)n-OH、F、Cl、Br、I、-CN、-NO2、-NCO、-NCS、-OCN、-SCN、-C(=O)N(Ro)2、-C(=O)Ro、-N(Ro)2、-(CH2)n-N(Ro)2、視情況經取 代之矽基、視情況經取代之具有6至20個C原子之芳基或環烷基或具有1至25個C原子之直鏈或分支鏈烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基或烷氧基羰氧基，其中一或多個H原子可由F或Cl置換及其中兩個鄰位基團RL一起可視情況係=O；n係1、2、3或4；Z1在各個情況下獨立地係單鍵、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-OCH2、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-(CH2)n-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-(CF2)n-、-CH=CH-、-CF=CF-、-C=C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或-CRo 2，較佳地單鍵或-CH2CH2-；Ro在各個情況下彼此獨立地係H或C1至C12-烷基，且m係0、1、2、3、4或5，較佳係0、1或2；該中間基團(D)在該連接基團(V)與該端基(E)間，及其中該等分子(M)表示一或多種式(I)化合物~(A) s -(V)-[Y 1 -(Z 1 -Y 2 ) m ] t -(E) (I)其中s及t彼此獨立地表示0或1，~表示與該基板之結合且(A)、(V)、(Y1)、(Y2)、(Z1)、(E)及m具有如上指示之含義。
  2. 如請求項1之電子組件(10)，其中該連接基團(V)係直鏈或分支鏈C1至C25-伸烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團各者可由-C=C-、-CH=CH-、-NR'-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-或3至6員-飽和或部分不飽和脂環或雜環環置換，其中N、O及/或S彼此不直接鍵連，其中一或多個第三碳原子(CH基團)可由N置換及其中一或多個氫原子可由鹵素置換，其中R'在各個情況中 彼此獨立地表示H或C1至C12-烷基。
  3. 如請求項2之電子組件(10)，其中該連接基團(V)係直鏈或分支鏈C1至C10-伸烷基，其中一或多個不相鄰CH2基團各者可由-O-、-S-或3至6-員飽和脂環環置換，其中O及/或S彼此不直接鍵連，及其中一或多個氫原子可由F及/或Cl置換。
  4. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該端基(E)係具有至少一其中在所涉及原子間之電負度差係至少0.5的鍵之極性端基。
  5. 如請求項4之電子組件(10)，其中該端基(E)係選自以下的極性端基：CN、SCN、NO2、(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地CF3、(C1至C4)-鹵代烷氧基，較佳地OCF3、-S-(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地SCF3、S(O)2-(C1至C4)-鹵代烷基，較佳地SO2CF3、SF5、OSF5、N(C1至C4-鹵代烷基)2，較佳地N(CF3)2、N(CN)2及(C6至C12)-鹵代芳基，較佳地單、雙或三氟苯基。
  6. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該端基(E)係氧化還原非活性陽離子或陰離子基團。
  7. 如請求項6之電子組件(10)，其中該端基(E)係氧化還原非活性、弱配位陽離子或陰離子基團。
  8. 如請求項6之電子組件(10)，其中該端基(E)係選自以下的陽離子或陰離子基團：咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯啶鎓、鈲、脲鎓、硫脲鎓、哌啶鎓、嗎啉鎓、銨及鏻基團或鹵離子、硼酸根、磺酸根、羧酸根、磷酸根、亞膦酸根、全氟烷基磺酸根與-羧酸根、醯亞胺陰離子及醯胺陰離子，較佳地視情況經取代之四苯基硼酸根、四氟硼酸根、三氟乙酸根、三氟甲磺酸根、六氟磷酸根、亞膦酸根及視情況經取代之甲苯磺酸根。
  9. 如請求項8之電子組件(10)，其中該陽離子或陰離子基團之抗衡 離子係選自分別在請求項8中指出的陰離子或陽離子基團。
  10. 如請求項1之電子組件(10)，其中該錨定基團(A)係經由共價鍵結合至該基板。
  11. 如請求項1之電子組件(10)，其中該錨定基團(A)係藉由物理吸附結合至該基板。
  12. 如請求項10或11之電子組件(10)，其中該錨定基團(A)係選自羧酸酯、磷酸酯、醇鹽、芳基化物，較佳地酚鹽、硫醇鹽及磺酸酯基團或富勒烯衍生物，較佳地[60]PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)及[70]PCBM([6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯)。
  13. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該分子層係分子單層。
  14. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該第一電極(16)表示用於該分子層之基板。
  15. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該第一電極(16)由選自元素半導體(較佳地Si、Ge、C(金剛石、石墨、石墨烯)、Sn(α修飾)及Se)、第III-V族之化合物半導體(較佳地GaAs、InAs、InP、GaSb及GaN)、及第II-VI族之化合物半導體(較佳地CdSe及ZnS)、以各種摻雜之金屬(較佳地Au、Ag、Cu、Al及Mg)及導電氧化材料(較佳地ITO、IGO、IGZO、AZO及FTO)之材料組成。
  16. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該分子層結合至氧化或氟化夾層。
  17. 如請求項16之電子組件(10)，其中該氧化或氟化夾層係由TiO2、Al2O3、HfO2、SiO2或LiF形成。
  18. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該相對電極由導體或半導體材料或複數個此等材料之組合組成，該等材料選自 Hg、In、Ga、InGa、Ag、Au、Cr、Pt、PdAu、Pb、Al、Mg、CNT、石墨烯及導電聚合物。
  19. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該第一電極(16)及第二電極(20)係金屬導體或其中該第一電極(16)係金屬導體而該第二電極(20)係半導體。
  20. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中二極體(22)係配置於該第一電極(16)與該分子層(18)間或該第二電極(20)與該分子層(18)間。
  21. 如請求項20之電子組件(10)，其中該二極體(22)包括n+摻雜層(24)及p+摻雜層(26)，其中該n+摻雜層(24)或該p+摻雜層(26)係以與半導體第二電極(20)一起之合併電極的形式。
  22. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中夾層係配置於該第二電極(20)與該分子層(18)間或該該二極體(22)與該分子層(18)間，其中該夾層係選自氧化或氟化材料。
  23. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中該組件(10)具有多個切換元件(1)，其中該切換元件(1)之第一電極(16)與第二電極(20)形成縱橫陣列。
  24. 如請求項1至3中任一項之電子組件(10)，其中設定該等切換元件以在具有高電阻之狀態與具有低電阻之狀態間變化，其中該在高電阻與低電阻間之商數係介於10與100,000之間。
  25. 如請求項1至3中任一項之電子組件，其中將其設計為憶阻組件(memristive component)。
  26. 一種操作如請求項1至25中任一項之電子組件(10)之方法，其中藉由將對應第一電極(20)設定至第一電位並將對應第二電極(16)設定至第二電位使該電子組件(10)之切換元件(1)切換至高電阻狀態，其中在該兩個電極(16、20)間之電壓值係大於該第一切換電 壓且該第一電位係大於該第二電位，藉由將對應第一電極(20)設定至第三電位並將對應第二電極(16)設定至第四電位使該電子組件(10)之切換元件(1)切換至低電阻狀態，其中在該兩個電極(16、20)間之電壓值係大於該第二切換電壓且該第四電位係大於該第三電位，及藉由在對應電極(16、20)間施加其值係小於該第一及第二切換電壓的讀取電壓並測量該電流來測定切換元件之狀態。
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