WO2016059941A1 - 電子装置 - Google Patents

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WO2016059941A1
WO2016059941A1 PCT/JP2015/076529 JP2015076529W WO2016059941A1 WO 2016059941 A1 WO2016059941 A1 WO 2016059941A1 JP 2015076529 W JP2015076529 W JP 2015076529W WO 2016059941 A1 WO2016059941 A1 WO 2016059941A1
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electronic device
channel portion
substrate
electrode
piezoelectric element
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友美 齊藤
高志 勝野
上杉　勉
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株式会社豊田中央研究所
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Publication date
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    • H10N99/03—Devices using Mott metal-insulator transition, e.g. field-effect transistor-like devices

Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to an electronic device.
  • the technology disclosed in this specification relates to an electronic device including a channel portion including a phase change material that causes a phase transition between a metal phase and an insulator phase.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-243632 discloses an electronic device in which this type of phase change material is applied to a channel portion. This electronic device is configured to control the phase transition of the phase transition material in the channel portion.
  • the phase transition material is a metal phase
  • a current is passed through the channel portion
  • the phase transition material is an insulator phase
  • the channel is It operates to cut off the current flowing through the part.
  • the electronic device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-243632 is configured to inject a high-concentration charge from an ionic liquid into the channel portion in order to cause a phase transition in the phase change material of the channel portion. For this reason, this electronic device requires an enclosing structure for enclosing the ionic liquid in contact with the channel portion. However, it is technically difficult to construct a sealing structure that can stably seal an ionic liquid over a long period of time.
  • An object of the present specification is to provide a technique for improving reliability in an electronic device including a channel portion including a phase change material.
  • One embodiment of an electronic device disclosed in the present specification includes a substrate, a channel unit, a first electrode, a second electrode, and a shape change generation unit.
  • the channel portion is provided on the substrate, and includes a phase change material that undergoes a phase change between the metal phase and the insulator phase due to a shape change.
  • the first electrode is provided on the channel portion and is electrically connected to a part of the upper surface of the channel portion.
  • the second electrode is provided on the channel portion and is electrically connected to another part of the upper surface of the channel portion.
  • the shape change generation unit is configured to cause a shape change in the channel portion.
  • the shape change generation unit causes a shape change in the channel portion, and thus a phase transition can be caused in the phase change material of the channel portion.
  • phase transition can be caused in the channel portion without using an ionic liquid. For this reason, the electronic device of the said embodiment can have high reliability.
  • the principal part sectional drawing of the electronic device of 1st Example is typically shown.
  • One process of the method for manufacturing the electronic device of the first embodiment is shown.
  • One process of the method for manufacturing the electronic device of the first embodiment is shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the electronic device of 2nd Example is shown typically.
  • One process of the manufacturing method of the electronic device of 2nd Example is shown.
  • One process of the manufacturing method of the electronic device of 2nd Example is shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the modification of the electronic device of 2nd Example is typically shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the modification of the electronic device of 2nd Example is typically shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the modification of the electronic device of 2nd Example is typically shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the modification of the electronic device of 2nd Example is typically shown.
  • Sectional drawing of the principal part of the electronic device of 3rd Example is shown typically.
  • One process of the manufacturing method of the electronic device of 3rd Example is shown.
  • One process of the manufacturing method of the electronic device of 3rd Example is shown.
  • One process of the manufacturing method of the electronic device of 3rd Example is shown.
  • One embodiment of the electronic device disclosed in this specification may include a substrate, a channel unit, a first electrode, a second electrode, and a shape change generation unit.
  • the substrate may be any material as long as it supports the channel portion, and the material is not particularly limited. However, the substrate is preferably made of an insulating material in order to suppress leakage of current flowing through the channel portion.
  • the channel portion is provided on the substrate, and includes a phase change material that undergoes a phase change between the metal phase and the insulator phase due to a shape change.
  • the channel part may be provided so as to be in contact with the upper surface of the substrate, or may be provided on the substrate via another member.
  • the first electrode is provided on the channel portion and is electrically connected to a part of the upper surface of the channel portion.
  • the second electrode is provided on the channel portion and is electrically connected to another part of the upper surface of the channel portion. That is, each of the first electrode and the second electrode is in contact with a different position on the upper surface of the channel portion.
  • the shape change generation unit is configured to cause a shape change in the channel portion.
  • the electronic device of the above embodiment can operate as a transistor that exhibits a switching function by controlling the current flowing through the channel portion by the shape change generation unit.
  • the electronic device of the above embodiment does not require an insulated gate structure, it can have a high breakdown voltage characteristic.
  • the phase change material contained in the channel part is not particularly limited as long as it is capable of phase transition between the metal phase and the insulator phase due to shape change.
  • the phase change material is desirably a Mott insulator having a perovskite structure.
  • Such a phase change material can effectively phase change between the metal phase and the insulator phase due to a shape change.
  • the phase transition material includes d-block transition elements (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf. , Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au) are preferable.
  • Such a phase change material can more effectively phase change between the metal phase and the insulator phase due to a shape change.
  • the shape change generation unit is not particularly limited as long as it is configured to cause a shape change in the channel portion.
  • the shape change generation part should just be comprised so that a shape change may be caused to occur in a channel part using various electric, chemical, or mechanical methods.
  • the shape change generation unit may include a piezoelectric element.
  • the shape change generation unit can change the shape of the channel portion by causing the shape of the channel portion to follow the shape change of the piezoelectric element.
  • the material of the piezoelectric body of the piezoelectric element is not particularly limited.
  • PZT, BaTiO 3 , BNT, Bi layered, tantalum bronze, or Nb acid can be used as the piezoelectric material of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric element may be fixed under the substrate.
  • the piezoelectric element may be fixed in contact with the lower surface of the substrate, or may be fixed under the substrate via another member.
  • the electronic device of the embodiment in which the piezoelectric element is fixed under the substrate can have a high withstand voltage characteristic by adjusting the thickness of the substrate.
  • the piezoelectric element may be fixed on the channel portion.
  • the piezoelectric element may be fixed in contact with the upper surface of the channel part, or may be fixed on the channel part via another member.
  • the piezoelectric element and the channel portion are arranged close to each other, so that the channel portion changes its shape following the shape change of the piezoelectric element at high speed. can do. For this reason, the electronic device of this embodiment can have high-speed responsiveness.
  • the electronic device of the embodiment in which the piezoelectric element is fixed on the channel portion further includes an insulating film provided between the channel portion and the piezoelectric element.
  • the electronic device of this embodiment can have a high withstand voltage characteristic by adjusting the thickness of the insulating film.
  • the shape change generation unit may have an air pressure adjusting means configured to cause a shape change in the channel portion using a pressure difference.
  • the atmospheric pressure adjusting means may be configured to generate an atmospheric pressure difference between the atmospheric pressure on the upper surface side of the channel portion and the atmospheric pressure on the lower surface side of the substrate.
  • the electronic device can use the channel portion as a diaphragm.
  • the air pressure adjusting means may be configured to make the air pressure on the lower surface side of the substrate lower than the air pressure on the upper surface side of the channel portion, and make the air pressure on the lower surface side of the substrate higher than the air pressure on the upper surface side of the channel portion. It may be configured as follows.
  • the air pressure adjusting means may be configured to cause a shape change in the channel portion using a negative pressure generated by driving the pump, and to cause a shape change in the channel portion using an attractive force between the electrode plates of the capacitor. It may be configured.
  • the piezoelectric element is fixed on the channel portion or the embodiment in which the channel portion is used as a diaphragm, it is desirable that a groove is formed on the lower surface of the substrate.
  • the groove is preferably arranged between the first electrode and the second electrode when observed from the upper surface of the substrate.
  • the electronic device 1 includes a substrate 20, a channel part 30, a drain electrode 42, and a source electrode 44.
  • the substrate 20 is made of an insulating material. As will be described later, the substrate 20 is used as a base when the channel portion 30 is formed. Therefore, the substrate 20 is desirably a material that can form the channel portion 30, and is desirably a material having a lattice constant close to the lattice constant of the crystal structure of the channel portion 30.
  • the material of the substrate 20 is desirably a material having a perovskite structure.
  • SrTiO 3 sinrontium titanate
  • the channel unit 30 is provided on the substrate 20 and is in contact with the upper surface of the substrate 20.
  • the channel portion 30 is made of a phase change material that changes phase between a metal phase and an insulator phase by a shape change.
  • the channel portion 30 is made of an oxide Mott insulator having a perovskite structure. Specifically, (La, Sr) MnO 3 is used as the material of the channel portion 30.
  • An oxide Mott insulator having a perovskite structure is an insulator phase when the crystal structure is not distorted, and is compressed in the c-axis direction (BO—B—B angle is reduced) to a crystal structure. When distortion occurs, it becomes a metal phase.
  • the drain electrode 42 is provided on the channel part 30 and is in ohmic contact with a part of the upper surface of the channel part 30.
  • the material of the drain electrode 42 is titanium or chromium.
  • the surface of the drain electrode 42 may be coated with gold for preventing oxidation.
  • the source electrode 44 is provided on the channel part 30, is disposed away from the drain electrode 42, and makes ohmic contact with a part of the upper surface of the channel part 30.
  • the source electrode 44 is made of titanium or chromium.
  • the surface of the source electrode 44 may be coated with gold for preventing oxidation.
  • the electronic device 1 further includes a piezoelectric element 10.
  • the piezoelectric element 10 is fixed under the substrate 20 and is in contact with the lower surface of the substrate 20.
  • the piezoelectric element 10 includes an anode electrode 12, a piezoelectric layer 14, and a cathode electrode 16.
  • the anode electrode 12 is in contact with one main surface of the piezoelectric layer 14, that is, the main surface far from the substrate 20.
  • the anode electrode 12 is made of a conductive material. In this example, Au or Ag is used as the material of the anode electrode 12.
  • the piezoelectric layer 14 is interposed between the anode electrode 12 and the cathode electrode 16.
  • the piezoelectric layer 14 is made of a material having a piezoelectric effect.
  • the material of the piezoelectric layer 14 is lead zirconate titanate (PZT).
  • the cathode electrode 16 is in contact with the other main surface of the piezoelectric layer 14, that is, the main surface closer to the substrate 20.
  • the cathode electrode 16 is made of a conductive material. In this example, Au or Ag is used as the material of the cathode electrode 16.
  • the electronic device 1 is used with a high positive voltage (for example, 600 V) applied to the drain electrode 42 and a ground voltage applied to the source electrode 44.
  • a positive voltage for example, 600 V
  • a ground voltage is applied to the cathode electrode 16
  • an electric field is generated between the anode electrode 12 and the cathode electrode 16
  • the piezoelectric layer 14 warps due to the piezoelectric effect. It deforms as follows. Since the piezoelectric element 10 and the substrate 20 are firmly fixed, the substrate 20 and the channel part 30 are also deformed following the deformation of the piezoelectric layer 14.
  • the channel portion 30 has the property of a metal phase when distortion occurs in the crystal structure. For this reason, when the piezoelectric element 10 is deformed, the channel portion 30 is in a metal phase, and a current flows between the drain electrode 42 and the source electrode 44. As described above, when a voltage is applied between the anode electrode 12 and the cathode electrode 16 of the piezoelectric element 10, the electronic device 1 is in the on state.
  • the distortion of the channel part 30 is controlled based on the voltage applied to the piezoelectric element 10, and thereby the phase transition between the metal phase and the insulator phase is controlled in the channel part 30. Is done.
  • the electronic device 1 can operate as a transistor that is switched on and off based on the voltage applied to the piezoelectric element 10.
  • the electronic apparatus 1 is in an off state when no voltage is applied between the anode electrode 12 and the cathode electrode 16 of the piezoelectric element 10. For this reason, the electronic device 1 can operate as normally-off.
  • the channel part 30 Since the channel part 30 has high hardness, it can instantaneously switch from a deformed state to a non-deformed state. For this reason, the electronic device 1 can have a fast turn-off characteristic.
  • the breakdown voltage of the channel part 30 depends on the thickness and distance of the channel part 30 (the distance between the drain electrode 42 and the source electrode 44). The breakdown voltage of the channel part 30 does not depend on the impurity concentration as in the channel part of the conventional semiconductor device.
  • the electronic device 1 can have a high breakdown voltage and a low on-resistance characteristic.
  • the conventional semiconductor device requires an insulated gate structure having a thin gate insulating film in order to exert an electric field effect on the channel portion.
  • the conventional semiconductor device has a problem that when it is turned off, the electric field concentrates on the drain side end portion of the gate insulating film of the insulated gate structure, causing dielectric breakdown.
  • the electronic device 1 since the electronic device 1 does not need to exert an electric field effect on the channel part 30, such an insulated gate structure is not required. In the electronic device 1, distortion may be generated in the channel unit 30 in order to control the phase transition of the channel unit 30.
  • the channel portion 30 can be sufficiently distorted.
  • the electronic device 1 since the electronic device 1 does not require an insulated gate structure, it can have a high breakdown voltage characteristic.
  • the channel portion 30 undergoes phase transition between the metal phase and the insulator phase due to a shape change. That is, since the electronic device 1 does not use the field effect, it is resistant to external voltage noise. The electronic device 1 can have high reliability against external noise.
  • a substrate 20 is prepared.
  • a single crystal substrate of SrTiO 3 (strontium titanate) is used for the substrate 20.
  • a channel portion 30 is formed on the upper surface of the substrate 20.
  • a film formation method a PLD method, a sputtering method, a CVD method, an ALD method, an MBE method, or a spin coating method can be used.
  • the drain electrode 42 and the source electrode 44 are formed on a part of the upper surface of the channel portion 30.
  • patterning can be performed by a lift-off method or a dry etching method.
  • the piezoelectric element 10 prepared in advance is bonded to the lower surface of the substrate 20 using welding or a bonding method using a metal paste. Thereby, the electronic device 1 is completed.
  • the electronic device 2 is characterized in that the piezoelectric element 10 is fixed on the channel portion 30 and is disposed between the drain electrode 42 and the source electrode 44.
  • the electronic device 2 further includes an insulating film 50 interposed between the channel portion 30 and the piezoelectric element 10.
  • the insulating film 50 prevents the current flowing through the channel portion 30 from leaking to the anode electrode 12 of the piezoelectric element 10. When the electrical resistance of the channel part 30 is sufficiently small, the insulating film 50 may not be provided as necessary.
  • the piezoelectric element 10 When the piezoelectric element 10 is fixed to the upper surface of the channel part 30, the piezoelectric element 10 and the channel part 30 are arranged close to each other. For this reason, the channel portion 30 can be deformed following the deformation of the piezoelectric element 10 at high speed. Therefore, the electronic device 2 can have high-speed response.
  • the electronic device 2 since the electronic device 2 does not need to exert an electric field effect on the channel portion 30, an insulated gate structure is not required. In the electronic device 2, distortion may be generated in the channel unit 30 in order to control the phase transition of the channel unit 30. For this reason, in the electronic device 2, even when the insulating film 50 interposed between the channel portion 30 and the piezoelectric element 10 is relatively thick, the channel portion 30 can be sufficiently distorted. Thus, since the electronic device 2 does not require an insulated gate structure, it can have a high breakdown voltage characteristic.
  • an insulating film 50 is formed on the upper surface of the channel portion 30.
  • a CVD method or a PVD method can be used.
  • the anode electrode 12, the piezoelectric layer 14, and the cathode electrode 16 are sequentially formed on the upper surface of the insulating film 50.
  • a PLD method, an AD method, or a spin coating method can be used.
  • a part of the laminated body of the insulating film 50, the anode electrode 12, the piezoelectric layer 14, and the cathode electrode 16 is removed, and a part of the upper surface of the channel part 30 is exposed.
  • the drain electrode 42 and the source electrode 44 are formed on a part of the upper surface of the exposed channel portion 30.
  • patterning can be performed by a lift-off method or a dry etching method. Thereby, the electronic device 2 is completed.
  • FIG. 8 shows a modified electronic device 3.
  • a groove 20 a is formed on the lower surface of the substrate 20.
  • the groove 20 a is arranged so as to include a range between the drain electrode 42 and the source electrode 44 and overlapping the piezoelectric element 10 when observed from the upper surface of the substrate 20.
  • the rigidity of the laminated portion of the channel portion 30 and the substrate 20 under the piezoelectric element 10 is reduced between the drain electrode 42 and the source electrode 44. For this reason, the channel portion 30 can be deformed following the deformation of the piezoelectric element 10 at high speed.
  • the electronic device 3 can have high-speed response.
  • FIG. 9 shows a modified electronic device 4.
  • the anode electrode 112 and the cathode electrode 116 of the piezoelectric element 100 are arranged side by side in the lateral direction with respect to the piezoelectric layer 114.
  • the direction of voltage application for effectively deforming the piezoelectric layer 114 may be unique.
  • the anode electrode 112 and the cathode electrode 116 can be appropriately disposed depending on the material of the piezoelectric layer 114.
  • FIG. 10 shows a modified electronic device 5.
  • This example is a modification of the electronic device 4 described above, and is characterized in that one end of the piezoelectric layer 114 is in contact with the source electrode 44.
  • the cathode electrode 116 of the piezoelectric element 100 is removed, and the source electrode 44 also serves as the cathode electrode 116.
  • the structure of the electronic device 5 is simplified.
  • the piezoelectric layer 114 when a positive voltage is applied to the anode electrode 112, the piezoelectric layer 114 is deformed so that the channel portion 30 becomes a metal phase, and when the ground voltage is applied to the anode electrode 112, the piezoelectric layer 114 is initialized. Returning to the state (non-deformed state), the channel portion 30 becomes an insulator phase.
  • the electronic device 5 can also operate as a transistor that switches on and off based on the voltage applied to the piezoelectric element 100.
  • the electronic device 6 includes an insulating layer 60 provided on the lower surface of the substrate 20 and having a through hole 60 a formed therein, and a pump 70 that communicates with the through hole 60 a of the insulating layer 60. It is characterized by providing.
  • a groove 20 a is formed on the lower surface of the substrate 20.
  • the substrate 20 and the insulating layer 60 define the negative pressure chamber 22.
  • the pump 70 is configured to communicate with the negative pressure chamber 22 through the through hole 60 a of the insulating layer 60.
  • the upper surface of the channel part 30 is exposed to atmospheric pressure.
  • the atmospheric pressure in the negative pressure chamber 22 is maintained at the same level as the atmospheric pressure (atmospheric pressure) on the upper surface side of the channel portion 30. For this reason, there is no pressure difference between the air pressure on the upper surface side of the channel portion 30 and the lower surface side of the substrate 20, so the channel portion 30 is not deformed. At this time, the channel portion 30 is in an insulator phase, and no current flows between the drain electrode 42 and the source electrode 44. Thus, when the pump 70 is stopped, the electronic device 6 is in an off state.
  • the pump 70 when the pump 70 is driven, the atmospheric pressure in the negative pressure chamber 22 is reduced, and a pressure difference is generated between the atmospheric pressure on the upper surface side of the channel portion 30 (atmospheric pressure) and the atmospheric pressure on the lower surface side of the substrate 20. Deforms to warp. For this reason, the channel portion 30 is in a metal phase, and a current flows between the drain electrode 42 and the source electrode 44. Thus, when the pump 70 is driven, the electronic device 5 is in an on state.
  • the distortion of the channel portion 30 is controlled based on the driving of the pump 70, and thereby the phase transition between the metal phase and the insulator phase is controlled in the channel portion 30.
  • the electronic device 6 can operate as a transistor that is switched on and off based on the driving of the pump 70.
  • the electronic device 6 does not need to have an electric field effect on the channel portion 30, and therefore does not require an insulated gate structure.
  • the electronic device 6 does not require an insulated gate structure, it can have a high breakdown voltage characteristic.
  • a substrate 20 having a groove 20a formed on the lower surface is prepared.
  • the groove 20a of the substrate 20 can be formed using an etching technique.
  • a channel portion 30 is formed on the upper surface of the substrate 20.
  • a film formation method a PLD method, a sputtering method, a CVD method, an ALD method, an MBE method, or a spin coating method can be used.
  • the drain electrode 42 and the source electrode 44 are formed on a part of the upper surface of the channel portion 30.
  • patterning can be performed by a lift-off method or a dry etching method.
  • the insulating layer 60 prepared in advance is bonded to the lower surface of the substrate 20.
  • the pump 70 is attached so as to communicate with the through hole 60 a of the insulating layer 60. Thereby, the electronic device 6 is completed.

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Abstract

　電子装置は、基板、チャネル部、第１電極、第２電極及び形状変化生成部を備える。チャネル部は、基板上に設けられており、形状変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。第１電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の一部に電気的に接続する。第２電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する。形状変化生成部は、チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている。

Description

電子装置
　本明細書で開示される技術は、電子装置に関する。特に、本明細書で開示される技術は、金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部を備える電子装置に関する。
　金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を利用した電子装置の開発が進められている。特開２０１１－２４３６３２号公報は、この種の相転移材料をチャネル部に適用した電子装置を開示する。この電子装置は、チャネル部の相転移材料の相転移を制御可能に構成されており、相転移材料が金属相のときにチャネル部に電流を流し、相転移材料が絶縁体相のときにチャネル部を流れる電流を遮断するように動作する。
　特開２０１１－２４３６３２号公報の電子装置では、チャネル部の相転移材料に相転移を生じさせるために、高濃度の電荷をイオン液体からチャネル部に注入するように構成されている。このため、この電子装置は、チャネル部に接触した状態のイオン液体を封入するための封入構造を必要とする。しかしながら、イオン液体を長期間に亘って安定的に封入できる封入構造を構築することは、技術的に困難である。本明細書は、相転移材料を含むチャネル部を備える電子装置において、信頼性を向上させる技術を提供することを目的とする。
　本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、基板、チャネル部、第１電極、第２電極及び形状変化生成部を備える。チャネル部は、基板上に設けられており、形状変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。第１電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の一部に電気的に接続する。第２電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する。形状変化生成部は、チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている。
　上記実施形態の電子装置では、形状変化生成部がチャネル部に形状変化を起こさせることにより、チャネル部の相転移材料に相転移を生じさせることができる。上記実施形態の電子装置では、イオン液体を用いることなく、チャネル部に相転移を生じさせることができる。このため、上記実施形態の電子装置は、高い信頼性を有することができる。
第１実施例の電子装置の要部断面図を模式的に示す。 第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第２実施例の電子装置の要部断面図を模式的に示す。 第２実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第２実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第２実施例の電子装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。 第２実施例の電子装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。 第２実施例の電子装置の変形例の要部断面図を模式的に示す。 第３実施例の電子装置の要部断面図を模式的に示す。 第３実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第３実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。 第３実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
　以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
　本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、基板、チャネル部、第１電極、第２電極及び形状変化生成部を備えていてもよい。基板は、チャネル部を支持するものであればよく、その材料は特に制限されるものではない。ただし、基板は、チャネル部を流れる電流の漏洩を抑えるために、絶縁体の材料で構成されているのが望ましい。チャネル部は、基板上に設けられており、形状変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。チャネル部は、基板の上面に接触するように設けられていてもよく、他の部材を介して基板上に設けられていてもよい。第１電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の一部に電気的に接続する。第２電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する。即ち、第１電極と第２電極の各々は、チャネル部の上面の異なる位置に接触している。形状変化生成部は、チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている。上記実施形態の電子装置は、形状変化生成部によってチャネル部を流れる電流を制御することにより、スイッチング機能を発揮するトランジスタとして動作することができる。また、上記実施形態の電子装置は、絶縁ゲート構造を必要としないので、高耐圧な特性を有することができる。
　チャネル部に含まれる相転移材料は、形状変化により金属相と絶縁体相の間を相転移するものであればよく、その種類を特に限定するものではない。例えば、相転移材料は、ペロブスカイト構造を有するモット絶縁体であるのが望ましい。このような相転移材料は、形状変化により金属相と絶縁体相の間を効果的に相転移することができる。さらに、相転移材料は、ｄ－ブロック遷移元素（Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ）を含む酸化物であるのが望ましい。このような相転移材料は、形状変化により金属相と絶縁体相の間をさらに効果的に相転移することができる。
　形状変化生成部は、チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されていればよく、その構成を特に限定するものではない。形状変化生成部は、電気的、化学的又は機械的な様々な手法を利用してチャネル部に形状変化を起こさせるように構成されていればよい。
　例えば、形状変化生成部は、圧電素子を有していてもよい。この場合、形状変化生成部は、チャネル部の形状を圧電素子の形状変化に追随させることで、チャネル部の形状を変化させることができる。圧電素子の圧電体の材料は、特に限定されるものではない。例えば、圧電素子の圧電体の材料には、ＰＺＴ系、ＢａＴｉＯ３系、ＢＮＴ系、Ｂｉ層状系、タンステンブロンズ系又はＮｂ酸系を用いることができる。また、圧電素子は、基板下に固定されていてもよい。圧電素子は、基板の下面に接触して固定されていてもよく、他の部材を介して基板下に固定されていてもよい。圧電素子が基板下に固定されている実施形態の電子装置は、基板の厚みを調整することで、高耐圧な特性を有することができる。あるいは、圧電素子は、チャネル部上に固定されていてもよい。圧電素子は、チャネル部の上面に接触して固定されていてもよく、他の部材を介してチャネル部上に固定されていてもよい。圧電素子がチャネル部上に固定されている実施形態の電子装置では、圧電素子とチャネル部が近接して配置されるので、チャネル部は、圧電素子の形状変化に高速に追随して形状を変化することができる。このため、この実施形態の電子装置は、高速な応答性を有することができる。また、圧電素子がチャネル部上に固定されている実施形態の電子装置は、チャネル部と圧電素子の間に設けられている絶縁膜をさらに備えるのが望ましい。この実施形態の電子装置は、絶縁膜の厚みを調整することで、高耐圧な特性を有することができる。
　例えば、形状変化生成部は、気圧差を利用してチャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている気圧調整手段を有していてもよい。この場合、気圧調整手段は、チャネル部の上面側の気圧と基板の下面側の気圧の間に気圧差を生じさせるように構成されていてもよい。この場合、電子装置は、チャネル部をダイアフラムとして利用することができる。気圧調整手段は、チャネル部の上面側の気圧よりも基板の下面側の気圧を低くするように構成されていてもよく、チャネル部の上面側の気圧よりも基板の下面側の気圧を高くするように構成されていてもよい。気圧調整手段は、ポンプ駆動による負圧を利用してチャネル部に形状変化を起こさせるように構成されていてもよく、コンデンサの極板間引力を利用してチャネル部に形状変化を起こさせるように構成されていてもよい。
　圧電素子がチャネル部上に固定されている実施形態又はチャネル部がダイアフラムとして利用される実施形態の電子装置では、基板の下面に溝が形成されているのが望ましい。溝は、基板の上面から観測したときに、第１電極と第２電極の間に配置されているのが望ましい。この実施形態によると、チャネル部と基板の積層部の剛性が小さくなるので、チャネル部は、圧電素子の形状変化又は気圧差に高速に応答して変形することができる。このため、これらの実施形態の電子装置は、高速な応答性を有することができる。
　以下、図面を参照して各実施例の電子装置を説明する。なお、実質的に共通する構成要素については共通の符号を付し、繰返しの説明を省略することがある。
　図１に示されるように、電子装置１は、基板２０、チャネル部３０、ドレイン電極４２及びソース電極４４を備える。
　基板２０は、絶縁体の材料で構成されている。後述するように、基板２０は、チャネル部３０を成膜するときの下地として用いられる。このため、基板２０は、チャネル部３０を成膜可能な材料であるのが望ましく、チャネル部３０の結晶構造の格子定数に近い格子定数を有する材料であるのが望ましい。例えば、基板２０の材料は、ペロブスカイト構造を有する材料であるのが望ましい。この例では、基板２０の材料には、SrTiO３（チタン酸ストロンチウム）が用いられている。
　チャネル部３０は、基板２０上に設けられており、基板２０の上面に接する。チャネル部３０は、形状変化により金属相と絶縁体相を相転移する相転移材料で構成されている。この例では、チャネル部３０の材料には、ペロブスカイト構造を有する酸化物のモット絶縁体が用いられている。具体的には、チャネル部３０の材料には、(La,Sr)MnO3が用いられている。ペロブスカイト構造を有する酸化物のモット絶縁体は、結晶構造に歪が生じていないときに絶縁体相であり、ｃ軸方向に圧縮されて（Ｂ－Ｏ－Ｂ角が小さくなって）結晶構造に歪が生じたときに金属相となる。
　ドレイン電極４２は、チャネル部３０上に設けられており、チャネル部３０の上面の一部にオーミック接触する。この例では、ドレイン電極４２の材料にはチタン又はクロムが用いられる。なお、ドレイン電極４２の表面には、酸化防止用に金が被膜していてもよい。
　ソース電極４４は、チャネル部３０上に設けられており、ドレイン電極４２から離れて配置されており、チャネル部３０の上面の一部にオーミック接触する。この例では、ソース電極４４の材料にはチタン又はクロムが用いられる。なお、ソース電極４４の表面には、酸化防止用に金が被膜していてもよい。
　電子装置１はさらに、圧電素子１０を有する。圧電素子１０は、基板２０下に固定されており、基板２０の下面に接する。圧電素子１０は、アノード電極１２、圧電体層１４及びカソード電極１６を含む。
　アノード電極１２は、圧電体層１４の一方の主面、即ち、基板２０に対して遠い側の主面に接する。アノード電極１２は、導電性の材料で構成されている。この例では、アノード電極１２の材料にはＡｕ又はＡｇが用いられている。
　圧電体層１４は、アノード電極１２とカソード電極１６の間に介在する。圧電体層１４は、圧電効果を有する材料で構成されている。この例では、圧電体層１４の材料にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。
　カソード電極１６は、圧電体層１４の他方の主面、即ち、基板２０に対して近い側の主面に接する。カソード電極１６は、導電性の材料で構成されている。この例では、カソード電極１６の材料にはＡｕ又はＡｇが用いられている。
　次に、電子装置１の動作を説明する。電子装置１は、ドレイン電極４２に高い正電圧（例えば、６００Ｖ）が印加され、ソース電極４４に接地電圧が印加されて用いられる。圧電素子１０のアノード電極１２に正電圧が印加され、カソード電極１６に接地電圧が印加されると、アノード電極１２とカソード電極１６の間に電界が生じ、圧電効果によって圧電体層１４が反るように変形する。圧電素子１０と基板２０は強固に固定されているので、圧電体層１４の変形に追随して、基板２０及びチャネル部３０も変形する。上記したように、チャネル部３０は、結晶構造に歪が生じたときに、金属相の性質を有する。このため、圧電素子１０が変形しているとき、チャネル部３０は金属相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れる。このように、圧電素子１０のアノード電極１２とカソード電極１６の間に電圧が印加されていると、電子装置１はオン状態である。
　次に、圧電素子１０のアノード電極１２及びカソード電極１６に接地電圧が印加されると、アノード電極１２とカソード電極１６の間に電界が生じないので、圧電効果が消失し圧電体層１４が初期状態（非変形状態）に戻る。このため、チャネル部３０も初期状態（非変形状態）に戻る。したがって、圧電素子１０が変形していないとき、チャネル部３０は絶縁体相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れない。このように、圧電素子１０のアノード電極１２及びカソード電極１６の間に電圧が印加されていないとき、電子装置１はオフ状態である。
　上記したように、電子装置１では、圧電素子１０に印加する電圧に基づいてチャネル部３０の歪が制御され、これにより、チャネル部３０では、金属相と絶縁体相の間の相転移が制御される。この結果、電子装置１は、圧電素子１０に印加する電圧に基づいてオンとオフが切り換わるトランジスタとして動作することができる。
　以下、電子装置１の特徴を整理する。
（１）電子装置１は、圧電素子１０のアノード電極１２とカソード電極１６の間に電圧が印加されていないときにオフ状態である。このため、電子装置１は、ノーマリオフとして動作することができる。
（２）チャネル部３０は、硬度が高いので、変形状態から非変形状態に瞬時に切換ることができる。このため、電子装置１は、高速ターンオフの特性を有することができる。
（３）チャネル部３０の耐圧は、チャネル部３０の厚みと距離（ドレイン電極４２とソース電極４４間の距離）に依存する。チャネル部３０の耐圧は、従来の半導体装置のチャネル部のように、不純物濃度に依存しない。このため、電子装置１は、高耐圧で低オン抵抗な特性を有することができる。
（４）また、従来の半導体装置は、チャネル部に対して電界効果を及ぼすために、膜厚の薄いゲート絶縁膜を有する絶縁ゲート構造を必要とする。このため、従来の半導体装置では、オフ時において、絶縁ゲート構造のゲート絶縁膜のうちのドレイン側端部に電界が集中し、絶縁破壊が生じるという問題がある。一方、電子装置１は、チャネル部３０に対して電界効果を及ぼす必要がないので、そのような絶縁ゲート構造を必要としない。電子装置１では、チャネル部３０の相転移を制御するためにチャネル部３０に対して歪を生じさせればよい。このため、電子装置１では、チャネル部３０と圧電素子１０の間に介挿される基板２０の厚みが比較的に厚くても、チャネル部３０に対して十分に歪を生じさせることができる。このように、電子装置１は、絶縁ゲート構造を必要としないことから、高耐圧な特性を有することができる。
（５）チャネル部３０は、形状変化によって金属相と絶縁体相の間を相転移する。即ち、電子装置１は、電界効果を利用するものではないので、外部からの電圧ノイズに対して耐性がある。電子装置１は、外部ノイズに対して高い信頼性を有することができる。
　次に、電子装置１の製造方法を説明する。まず、図２に示されるように、基板２０を準備する。基板２０には、SrTiO３（チタン酸ストロンチウム）の単結晶基板が用いられる。
　次に、図３に示されるように、基板２０の上面にチャネル部３０を成膜する。成膜方法は、ＰＬＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＭＢＥ法又はスピンコート法を利用することができる。
　次に、図４に示されるように、チャネル部３０の上面の一部にドレイン電極４２及びソース電極４４を形成する。形成方法は、ＥＢ蒸着法又はスパッタ法でチャネル部３０の上面に金属膜を被膜した後に、リフトオフ法又はドライエッチング法によってパターニングすることができる。
　最後に、予め準備していた圧電素子１０を、溶接又は金属ペーストを用いた接合法を利用して、基板２０の下面に接合する。これにより、電子装置１が完成する。
　図５に示されるように、電子装置２は、圧電素子１０がチャネル部３０上に固定されているとともにドレイン電極４２とソース電極４４の間に配置されていることを特徴とする。電子装置２はさらに、チャネル部３０と圧電素子１０の間に介在する絶縁膜５０を備える。絶縁膜５０は、チャネル部３０を流れる電流が圧電素子１０のアノード電極１２に漏洩するのを防止する。なお、チャネル部３０の電気抵抗が十分に小さいときは、必要に応じて、絶縁膜５０が設けられていなくてもよい。
　圧電素子１０がチャネル部３０の上面に固定されていると、圧電素子１０とチャネル部３０が近接して配置される。このため、チャネル部３０は、圧電素子１０の変形に高速に追随して変形することができる。したがって、電子装置２は、高速な応答性を有することができる。
　また、電子装置２は、チャネル部３０に対して電界効果を及ぼす必要がないので、絶縁ゲート構造を必要としない。電子装置２では、チャネル部３０の相転移を制御するためにチャネル部３０に対して歪を生じさせればよい。このため、電子装置２では、チャネル部３０と圧電素子１０の間に介挿される絶縁膜５０の厚みが比較的に厚くても、チャネル部３０に対して十分に歪を生じさせることができる。このように、電子装置２は、絶縁ゲート構造を必要としないことから、高耐圧な特性を有することができる。
　次に、電子装置２の製造方法を説明する。基板２０の上面にチャネル部３０を成膜するまでの工程は、電子装置１の製造方法と同様である（図２及び図３参照）。
　次に、図６に示されるように、チャネル部３０の上面に絶縁膜５０を成膜する。成膜方法は、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法を利用することができる。次に、絶縁膜５０の上面に、アノード電極１２、圧電体層１４及びカソード電極１６を順に成膜する。成膜方法は、ＰＬＤ法、ＡＤ法又はスピンコート法を利用することができる。
　次に、図７に示されるように、絶縁膜５０、アノード電極１２、圧電体層１４及びカソード電極１６の積層体の一部を除去し、チャネル部３０の上面の一部を露出させる。最後に、露出するチャネル部３０の上面の一部にドレイン電極４２及びソース電極４４を形成する。形成方法は、ＥＢ蒸着法又はスパッタ法でチャネル部３０の上面に金属膜を被膜した後に、リフトオフ法又はドライエッチング法によってパターニングすることができる。これにより、電子装置２が完成する。
　図８に、変形例の電子装置３を示す。この例では、基板２０の下面に溝２０ａが形成されていることを特徴とする。溝２０ａは、基板２０の上面から観測したときに、ドレイン電極４２とソース電極４４の間であって、且つ、圧電素子１０と重複する範囲を含むように配置されている。このような溝２０ａが形成されていると、ドレイン電極４２とソース電極４４の間において、圧電素子１０下のチャネル部３０と基板２０の積層部の剛性が小さくなる。このため、チャネル部３０は、圧電素子１０の変形に高速に追随して変形することができる。電子装置３は、高速な応答性を有することができる。
　図９に、変形例の電子装置４を示す。この例では、圧電素子１００のアノード電極１１２及びカソード電極１１６が、圧電体層１１４に対して横方向に並んで配置されていることを特徴とする。圧電体層１１４の材料によっては、圧電体層１１４を効果的に変形させるための電圧印加方向に特異性があることがある。そのような場合、圧電体層１１４の材料に応じて、アノード電極１１２及びカソード電極１１６を適宜に配置することができる。
　図１０に、変形例の電子装置５を示す。この例は、上記した電子装置４の変形であり、圧電体層１１４の一端がソース電極４４に接することを特徴とする。換言すると、圧電素子１００のカソード電極１１６が除去されており、ソース電極４４がカソード電極１１６を兼用することを特徴とする。これにより、電子装置５の構造が簡単化される。この電子装置５でも、アノード電極１１２に正電圧を印加したときに圧電体層１１４が変形してチャネル部３０が金属相となり、アノード電極１１２に接地電圧を印加したときに圧電体層１１４が初期状態（非変形状態）に戻ってチャネル部３０が絶縁体相となる。電子装置５も、圧電素子１００に印加する電圧に基づいてオンとオフが切り換わるトランジスタとして動作することができる。
　図１１に示されるように、電子装置６は、基板２０の下面に設けられているとともに貫通孔６０ａが形成されている絶縁層６０、及び、絶縁層６０の貫通孔６０ａに連通するポンプ７０を備えることを特徴とする。電子装置６では、基板２０の下面に溝２０ａが形成されている。基板２０と絶縁層６０が、負圧室２２を画定する。ポンプ７０は、絶縁層６０の貫通孔６０ａを介して負圧室２２に連通するように構成されている。電子装置６では、チャネル部３０の上面が大気圧に曝されている。
　次に、電子装置６の動作を説明する。ポンプ７０が停止していると、負圧室２２の気圧は、チャネル部３０の上面側の気圧（大気圧）と同程度に維持される。このため、チャネル部３０の上面側の気圧と基板２０の下面側の間に圧力差が生じないので、チャネル部３０は変形しない。このとき、チャネル部３０は、絶縁体相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れない。このように、ポンプ７０が停止しているとき、電子装置６はオフ状態である。
　次に、ポンプ７０が駆動すると、負圧室２２の気圧が減圧され、チャネル部３０の上面側の気圧（大気圧）と基板２０の下面側の気圧の間に圧力差が生じ、チャネル部３０が反るように変形する。このため、チャネル部３０は、金属相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れる。このように、ポンプ７０が駆動しているとき、電子装置５はオン状態である。
　上記したように、電子装置６では、ポンプ７０の駆動に基づいてチャネル部３０の歪が制御され、これにより、チャネル部３０では、金属相と絶縁体相の間の相転移が制御される。この結果、電子装置６は、ポンプ７０の駆動に基づいてオンとオフが切り換わるトランジスタとして動作することができる。
　また、電子装置６は、チャネル部３０に対して電界効果を及ぼす必要がないので、絶縁ゲート構造を必要としない。このように、電子装置６は、絶縁ゲート構造を必要としないことから、高耐圧な特性を有することができる。
　次に、電子装置６の製造方法を説明する。まず、図１２に示されるように、下面に溝２０ａが形成されている基板２０を準備する。基板２０の溝２０ａは、エッチング技術を利用して形成することができる。
　次に、図１３に示されるように、基板２０の上面にチャネル部３０を成膜する。成膜方法は、ＰＬＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＭＢＥ法又はスピンコート法を利用することができる。
　次に、図１４に示されるように、チャネル部３０の上面の一部にドレイン電極４２及びソース電極４４を形成する。形成方法は、ＥＢ蒸着法又はスパッタ法でチャネル部３０の上面に金属膜を被膜した後に、リフトオフ法又はドライエッチング法によってパターニングすることができる。
　次に、予め準備していた絶縁層６０を基板２０の下面に接合する。最後に、絶縁層６０の貫通孔６０ａに連通するように、ポンプ７０を取り付ける。これにより、電子装置６が完成する。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (8)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に設けられており、形状変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部と、
    　前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の一部に電気的に接続する第１電極と、
    　前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する第２電極と、
    　前記チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている形状変化生成部と、を備える電子装置。
  2. 　前記形状変化生成部は、圧電素子を有し、
    　前記圧電素子は、前記基板下に固定されている、請求項１に記載の電子装置。
  3. 　前記形状変化生成部は、圧電素子を有し、
    　前記圧電素子は、前記チャネル部上に固定されている、請求項１に記載の電子装置。
  4. 　前記チャネル部と前記圧電素子の間に設けられている絶縁膜をさらに備える、請求項３に記載の電子装置。
  5. 　前記形状変化生成部は、気圧差を利用して前記チャネル部に形状変化を起こさせるように構成されている気圧調整手段を有し、
    　前記気圧調整手段は、前記チャネル部の上面側の気圧と前記基板の下面側の気圧の間に気圧差を生じさせるように構成されている、請求項１に記載の電子装置。
  6. 　前記基板の下面に溝が形成されており、
    　前記溝は、前記基板の上面に直交する方向から観測したときに、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されている、請求項３～５のいずれか一項に記載の電子装置。
  7. 　前記相転移材料は、ペロブスカイト構造を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電子装置。
  8. 　前記相転移材料は、ｄ－ブロック遷移元素を含む酸化物である、請求項７に記載の電子装置。
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