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DE3751376T2 - Schaltungselement. - Google Patents

Schaltungselement.

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Publication number
DE3751376T2
DE3751376T2 DE3751376T DE3751376T DE3751376T2 DE 3751376 T2 DE3751376 T2 DE 3751376T2 DE 3751376 T DE3751376 T DE 3751376T DE 3751376 T DE3751376 T DE 3751376T DE 3751376 T2 DE3751376 T2 DE 3751376T2
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DE
Germany
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switching device
compound
formula
organic insulator
backbone represented
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DE3751376T
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Takeshi Hamamoto
Haruki Kawada
Masaki Kuribayashi
Hiroshi Matsuda
Yuko Morikawa
Takeshi Nakagiri
Kunihiro Sakai
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Canon Inc
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Publication date
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Priority claimed from JP61309431A external-priority patent/JPH0748575B2/ja
Priority claimed from JP62133157A external-priority patent/JPS63296273A/ja
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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein MIM-Element mit einer organischen Isolierschicht, nämlich auf eine Schaltvorrichtung mit MIM-Struktur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die organische Isolierschicht eine periodische Schichtstruktur besitzt, und auch auf eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen, die die Schaltvorrichtung mit MIM-Struktur besitzt.
    • Zugehöriger Stand der Technik
  • Seit kurzem besteht ein ansteigendes Interesse an Molekularelektronik, in der versucht wird, die Funktionalität organischer Moleküle in elektronischen Vorrichtungen und dergleichen einzusetzen, und es wurden intensive Untersuchungen über den Langmuir-Blodgett-Film (LB-Film) durchgeführt, der als eines der Aufbauverfahren für Molekularelektronikvorrichtungen angesehen werden kann. Der LB-Film wird gebildet, indem organische Molekülschichten gleichmäßig eine nach der anderen aufeinandergeschichtet werden, und die Filmdicke kann auf dem Niveau der Moleküllänge eingestellt werden. Da deshalb ein einheitlicher und homogener, ultradünner Film gebildet werden kann, wurde häufig versucht, diesen als Isolierfilm zu verwenden. Zum Beispiel gibt es ein Tunnelbindungselement (tunnel bonding element) mit Metall-Isolator-Metall-Struktur (MIM-Struktur) [G. L. Larkins et al, Thin Solid Films, Band 99 (1983)], ein Emissionselement mit Metall-Isolator-Halbleiter-Struktur (MIS-Struktur) [G. C. Roberts et al, Electronics Letters, Band 29, S. 489ff (1984)] und ein Schaltelement [N. J. Thomas et al, Electronics Letters, Band 20, S. 838ff (1984)].
  • Obgleich in einer Reihe dieser Untersuchungen Vorrichtungseigenschaften ermittelt worden sind, wurde nicht die Unzulänglichkeit bei der Reproduzierbarkeit und Stabilität gelöst, wie zum Beispiel die Abweichungen bei den Eigenschaften bei jedem Element und die Änderung im Verlauf der Zeit.
  • Im Stand der Technik wurden bisher Untersuchungen, wie sie vorstehend erwähnt werden, hauptsächlich über einen LB-Film aus Fettsäure vorangetrieben, der verhältnismäßig leicht gehandhabt werden kann. Jedoch wurden kürzlich nacheinander organische Materialien entwickelt, die die Rückschläge bei der unterlegenen Hitzebeständigkeit und mechanischen Festigkeit des Standes der Technik überwunden haben.
  • Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Beispielen sind Anwendungen von LB- Filmen in Vorrichtungen zugänglich durch W. Fulop et al, Electronics Letters, Band 21, Nr. 10, Mai 1985, GB, Stevenage, Herts, S. 439 bis 441; M. Suji, Journal of Molecular Electronics, Band 1, Nr. 1, 1985, GB, Chichester, Sussex, S. 3 bis 17; EP-A 0077135 und H. Nakahara et al, Thin Solid Films, Band 133, Nr. 1 bis 4, 1985, CH, Lousanne, S. 1 bis 10.
  • Der Artikel in Electronics Letters von W. Fulop et al veröffentlicht eine Al/LB/Al- Struktur, in der der LB-Film ein Stearinsäurefilm ist, der durch thermische Verdampfung unter Vakuum aufgebracht wurde, und bei dem eine Änderung der spezifischen Kapazität beobachtet wurde. Die Stearinsäure, die einen Isolatorfilm bildet, besitzt keine π-Elektronen in einem konjugierten System, und obgleich eine Änderung der spezifischen Kapazität gezeigt wird, gibt es keine Angabe über eine Änderung des Widerstandes.
  • Der Artikel im Journal of Molecular Electronics von M. Suji zeigt eine Al/LB/Au- Struktur auf. Jedoch sind die in Verbindung mit der dargestellten Au-Elektrode erwähnten LB-Filme ebenfalls herkömmliche LB-Filme, die aus geradkettigen Fettsäuren und ihren Salzen bestehen. Das erfindungsgemäße Schaltphänomen ist nicht offenbart.
  • Das Patent EP-A 077135 offenbart eine Vorrichtung, die in der Lage ist zum Aufzeichnen von Informationen, indem eine Sprungübertragung (hopping transfer) der Träger verursacht wird, die von einer Fotoinjektorschicht zwischen den Fangbereichen, die in einem LB-Film bereitgestellt sind, ausgesendet werden. Die Fangbereiche im LB-Film sind in schichtförmiger Weise angeordnet. Die Filme können zum Beispiel aus Diacetylen hergestellt werden. Das Verfahren, durch das Informationen aufgezeichnet und festgehalten werden, unterscheidet sich von dem der vorliegenden Erfindung, in der es eine Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen den speicherbaren Zuständen gibt.
  • Der Artikel in Thin Solid Films von H. Nakahara et al veröffentlicht die Existenz von LB-Filmen aus Ferrocenderivaten. Obgleich Vorrichtungen mit MIM- Struktur hergestellt und ihre elektrischen Eigenschaften vermessen werden, setzt die Struktur eine Aluminiumelektrode statt des erfindungsgemäßen Edelmetalls oder Oxidleiters ein und offenbart nicht das erfindungsgemäße Schaltphänomen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Schaltvorrichtung bereitzustellen, die frei von den Rückschlägen bei den herkömmlichen Schaltvorrichtungen mit LB-Film ist.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß Strom-Spannungs-Eigenschaften vom nichtlinearen Typ, die sich von denen des im Stand der Technik bekannten MIM-Elementes unterscheiden, erhalten werden, indem abwechselnd Moleküle, die eine Gruppe mit verhältnismäßig größerem π-Elektronenniveau und eine Gruppe mit -Elektronenniveau besitzen, aufeinandergeschichtet werden und dann Strom in der Richtung parallel zur Wiederholungsrichtung durch einen so hergestellten, organischen Isolator mit einer periodischen Struktur des elektrischen Potentials geleitet wird, und daß ein neues Schaltphänomen der elektrischen Leitfähigkeit beobachtet wird, wenn eine Vorrichtung mit Sandwichstruktur, in der ein LB-Film, der aus den vorstehenden Molekülen gebildet wurde, zwischen leitfähigen Materialien, wie zum Beispiel einem Metall eingebettet ist (wobei die Vorrichtung aufgrund ihrer Struktur MIM-Struktur oder MIM-Element genannt wird), in Bezug auf verschiedene Eigenschaften, wie zum Beispiel Materialeigenschaften, elektrische Eigenschaften und dergleichen, untersucht wird. Aufgrund dessen wurden die vorstehende Aufgabe und weitere Aufgaben der Erfindung erfüllt.
  • Die vorstehenden Aufgaben werden durch die Schaltvorrichtung gelöst, die in den Ansprüchen erläutert wird.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
  • Fig. 2 ist eine grafische Darstellung einer Charakteristik, die die Abgabespannung und den Speicherzustand darstellt, wenn ein Steuersignal an die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung angelegt wird.
  • Fig. 3 und Fig. 4 sind Schnittansichten der in der Erfindung verwendeten Schaltvorrichtung.
  • Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des in der Erfindung verwendeten MIM- Elementes.
  • Fig. 6, Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 14 sind grafische Darstellungen von Charakteristiken, die die elektrischen Eigenschaften (V/I-Charakteristik) der in der Erfindung verwendeten MIM-Elemente darstellen.
  • Fig. 7 und Fig. 13 sind Darstellungen elektrischer Eigenschaften des EIN- Zustandes und des AUS-Zustandes, die in den in der Erfindung verwendeten MIM-Elementen bestätigt werden.
  • Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Bildung der erfindungsgemäßen Isolierschicht aus organischem Farbstoff gemäß dem LB-Verfahren.
  • Fig. 9a und Fig. 9b sind schematische Darstellungen monomolekularer Filme, und Fig. 10a, Fig. 10b und Fig. 10c sind schematische Darstellungen der aufgebauten (built-up) Filme.
    • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Im allgemeinen kann, da die meisten organischen Materialien isolierende oder halbisolierende Eigenschaften zeigen, eine bemerkenswerte Vielfalt organischer Materialien für das organische Material gefunden werden, das eine Gruppe besitzt, die ein für die Erfindung einsetzbares π-Elektronenniveau besitzt.
  • Der Farbstoff mit einem für die Erfindung geeigneten π-Elektronensystem kann als Struktur einschließen Farbstoffe mit Porphyrinstruktur, wie zum Beispiel Phthalocyanin, Tetraphenylporphyrin und dergleichen, Azulenfarbstoffe mit einer Squariliumgruppe und einer Croconmethingruppe als Verbindungskette und cyaninartige Farbstoffe mit zwei stickstoffhaltigen, heterocyclischen Gruppen, wie zum Beispiel Chinolin, Benzothiazol und Benzoxazol, die durch eine Squariliumgruppe und eine Croconmethingruppe verbunden sind, und einen Cyaninfarbstoff, Verbindungen mit einem kondensierten, polycyclischen Aromaten, wie zum Beispiel Anthracen und Pyren, Kettenverbindungen, die ein Polymer aus aromatischen Ringen und heterocyclischen Verbindungen umfassen, Polymere aus diacetylenischen Gruppen, weiter Derivate des Tetrachinodimethans oder des Tetrathiafulvalens und ihre Analogen und Charge-Transfer-Komplexe und weiter Metallkomplexverbindungen, wie zum Beispiel Ferrocen, Trisbipyridyllutetiumkomplexe und dergleichen, einschließen.
  • Zur Bildung der organischen Isolierschicht ist es insbesondere möglich, das Dampfabscheidungsverfahren oder das Clusterionenstrahlverfahren einzusetzen, aber das LB-Verfahren ist unter den bekannten Techniken des Standes der Technik wegen seiner Kontrollierbarkeit, Einfachheit und Reproduzierbarkeit insbesondere geeignet.
  • Gemäß dem LB-Verfahren kann ein monomolekularer Film oder sein aufgebauter (built-up) Film einer organischen Verbindung mit einem hydrophoben Bereich und einem hydrophilen Bereich im gleichen Molekül leicht auf einem Träger gebildet werden, wodurch es möglich ist, organische, ultradünne Filme aufzutragen, die eine Dicke in der Größenordnung eines Moleküls besitzen und auch einheitlich und homogen über eine große Fläche sind.
  • Das LB-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem ein monomolekularer Film oder ein aufgebauter Film hergestellt wird, indem das Phänomen ausgenutzt wird, daß in einem Molekül mit einer Struktur, die einen hydrophilen Bereich und einen hydrophoben Bereich im gleichen Molekül besitzt, wenn das Gleichgewicht zwischen den beiden (amphiphiles Gleichgewicht) ausreichend beibehalten wird, das Molekül einen monomolekularen Film auf der Wasseroberfläche bildet, bei dem die hydrophilen Gruppen nach unten gerichtet sind.
  • Als die Gruppe, die den hydrophoben Bereich ausbildet, können verschiedene hydrophobe Gruppen eingeschlossen sein, wie zum Beispiel gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppen oder kondensierte, polycyclische, aromatische Gruppen und kettenförmige, polycyclische Phenylgruppen, die im allgemeinen in der Technik wohlbekannt sind. Diese können den hydrophoben Molekülteil entweder einzeln oder als eine Kombination einer Vielzahl von ihnen bilden. Auf der anderen Seite kann der typischste Bestandteil des hydrophilen Molekülteils hydrophile Gruppen, wie zum Beispiel eine Carboxylgruppe, eine Estergruppe, eine Säureamidgruppe, eine Imidgruppe, eine Hydroxylgruppe und weiter Aminogruppen (primäre, sekundäre, tertiäre und quaternäre), und dergleichen, einschließen. Diese bilden auch den hydrophilen Molekülteil des vorstehenden Moleküls einzeln oder als eine Kombination einer Vielzahl von ihnen.
  • Farbstoffmoleküle, die diese hydrophoben und hydrophilen Gruppen in Kombination in gutem Gleichgewicht und auch ein π-Elektronensystem einer angemessenen Größe besitzen, können einen monomolekularen Film auf einer Wasseroberfläche bilden und sehr gut geeignete Materialien für die Erfindung sein.
  • Spezifische Beispiele können die im folgenden dargestellten Moleküle einschließen. [I] Croconmethinfarbstoffe:
  • Hierbei entspricht R&sub1; einer Gruppe mit einem -Elektronenniveau und ist auch eine langkettige Alkylgruppe, die eingeführt wurde, um die Bildung eines monomolekularen Filmes auf der Wasseroberfläche zu erleichtern, wobei ihre Kohlenstoffanzahl n geeigneterweise 5≤n≤30 beträgt. Was die Verbindungen betrifft, die als ein spezifisches Beispiel vorstehend erwähnt wurden, werden nur ihre Grundstrukturen dargestellt, und verschiedene substituierte Derivate dieser Verbindungen sind selbstverständlich auch in der Erfindung geeignet.
    • [II] Squariliumfarbstoffe:
  • Die in [I] erwähnten Verbindungen, bei denen die Croconmethingruppen durch eine Squariliumgruppe mit der folgenden Struktur ersetzt wurden. [III] Porphyrinfarbstoffe: oder ein Metallion der Seltenen Erden
  • R wird eingeführt, um die Bildung des monomolekularen Film zu erleichtern und ist nicht auf die hier erwähnten Substituenten begrenzt. Auch R&sub1; bis R&sub4; und R entsprechen den Gruppen mit -Elektronenniveau, wie vorstehend erwähnt. [IV] Kondensierte, polycyclische, aromatische Verbindungen:
    • [V] Diacetylenverbindungen:
  • CH&sub3;(CH&sub2;)nC C-C C(CH&sub2;)mX
  • 0≤n, m≤20 und gleichzeitig n+m > 10
  • X ist eine hydrophile Gruppe, und im allgemeinen wird -COOH verwendet, und -OH, -CONH&sub2; und dergleichen können auch verwendet werden. [VI] Andere: Quinquethienyl
  • Außer den vorstehend erwähnten Materialien sind Farbstoffmaterialien, die für das LB-Verfahren geeignet sind, selbstverständlich auch für die Erfindung geeignet. Zum Beispiel sind biologische Materialien (zum Beispiel Bakteriorhodopsin oder Cytochrom C) oder synthetische Polypeptide (zum Beispiel PBLG und dergleichen), die in den letzten Jahren zunehmend allgemein untersucht wurden, auch einsetzbar. Solche amphiphilen Moleküle bilden eine monomolekulare Schicht auf der Wasseroberfläche, bei der die hydrophilen Gruppen nach unten gerichtet sind. Die monomolekulare Schicht auf der Wasseroberfläche besitzt die Eigenschaften eines zweidimensionalen Systems. Wenn die Moleküle dünn verteilt sind, gilt die folgende Formel des zweidimensionalen, idealen Gases zwischen der Fläche A pro ein Molekül und dem Oberflächendruck π:
  • π A=k T
  • und werden so zu einen "Gasfilm". Hierbei ist k die Boltzmann-Konstante, und T ist die absolute Temperatur. Wenn A ausreichend klein gemacht wird, werden die intermolekularen Wechselwirkungen verstärkt, wodurch die Moleküle zu einem "kondensierten Film" (oder festen Film) eines zweidimensionalen Feststoffes werden. Der kondensierte Film kann Schicht für Schicht auf die Oberfläche eines Trägers, wie zum Beispiel Glas, übertragen werden. Bei Verwendung dieses Verfahrens kann ein monomolekularer Film oder sein aufgebauter Film gebildet werden, der als die Isolierschicht mit einer periodischen Schichtstruktur für die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung verwendet werden kann.
  • Ein spezifisches Herstellungsverfahren kann zum Beispiel durch das folgende Verfahren dargestellt sein.
  • Eine gewünschte, organische Verbindung wird in einem Lösungsmittel, wie zum Beispiel Chloroform, Benzol, Acetonitril und dergleichen, aufgelöst. Dann wird diese Lösung unter Verwendung einer geeigneten Vorrichtung, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, über die wäßrige Phase 81 verteilt, wodurch die organische Verbindung in die Gestalt eines Filmes gebracht wird.
  • Als nächstes wird eine Teilungsplatte (oder ein Schwimmer) bereitgestellt, um eine zu starke Ausbreitung der Spreitschicht 82 durch freie Diffusion auf der wäßrigen Phase 81 zu verhindern, wodurch die Fläche der Spreitschicht 82 eingeschränkt wird, um den Sammlungszustand des Filmmaterials zu steuern und ein Oberflächendruck π proportional zum Sammlungszustand zu erhalten. Durch Bewegen der Teilungsplatte 83 kann der Sammlungszustand der Verbindung, aus der der Film besteht, durch Verringern der Spreitfläche gesteuert werden, wodurch der Oberflächendruck allmählich erhöht werden kann, um den Oberflächendruck π für die Herstellung des Filmes geeignet einzustellen. Bei einem konstant gehaltenen Oberflächendruck werden durch vorsichtiges, vertikales Auf- und Abwärtsbewegen eines sauberen Trägers 84 monomolekulare Filme der organischen Verbindung auf den Träger 84 übertragen. Ein solcher monomolekularer Film 91 ist ein Film, bei dem die Moleküle gleichmäßig angeordnet sind, wie es in Fig. 9a oder 9b dargestellt ist.
  • Der monomolekulare Film 91 kann so hergestellt werden, und ein aufgebauter Film mit einer gewünschten Aufbauzahl von monomolekularen Schichten kann gebildet werden, indem die vorstehenden Verfahrensschritte wiederholt werden. Um den monomolekularen Film 91 auf den Träger 84 zu übertragen, können außer dem vorstehenden Vertikaltauchverfahren Verfahren, wie zum Beispiel das Horizontalhubverfahren, das Verfahren mit rotierendem Zylinder und dergleichen, eingesetzt werden. Das Horizontalhubverfahren ist ein Verfahren, bei dem die Übertragung durchgeführt wird, indem der Träger die Wasseroberfläche horizontal berührt, und das Verfahren mit rotierendem Zylinder ist ein Verfahren, bei dem die monomolekulare Schicht auf die Trägeroberfläche übertragen wird, indem ein zylindrischen Träger auf der Wasseroberfläche rotiert.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Vertikaltauchverfahren wird, wenn ein Träger mit einer hydrophilen Oberfläche in der Richtung quer zur Wasseroberfläche herausgezogen wird, auf dem Träger eine monomolekulare Schicht 91 mit den hydrophilen Bereichen 92 der organischen Verbindung nach unten zur Seite des Trägers 84 hin gebildet (Fig. 9b). Wenn der Träger vertikal auf und ab bewegt wird, werden monomolekulare Filme 91 Schicht für Schicht in den jeweiligen Schritten aufgetragen, wodurch der aufgebaute (built-up) Film 101 gebildet wird. Da die Molekülrichtungen der Filme, die beim Herausziehschritt und beim Eintauchschritt gebildet werden, einander entgegengesetzt ausgerichtet sind, wird gemäß diesem Verfahren ein Film vom Y-Typ gebildet, bei dem sich die hydrophoben Bereiche 93a und 93b der organischen Verbindung in den jeweils benachbarten Schichten des monomolekularen Filmes einander gegenüberstehen (Fig. 10a). Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Horizontalhubverfahren auf dem Träger 84 ein monomolekularer Film 91 mit den hydrophoben Bereichen 93 der organischen Verbindung nach unten zur Seite des Trägers 84 hin gebildet (Fig. 9a). Gemäß diesem Verfahren gibt es, sogar, wenn der monomolekulare Film 91 möglicherweise aufgebaut ist, keine Änderung der Molekülrichtung des gebildeten Filmes, sondern es wird ein Film vom X-Typ gebildet, bei dem die hydrophoben Bereiche 93a und 93b in allen Schichten zur Seite des Trägers 84 hin stehen (Fig. 10b). Im Gegensatz dazu wird ein aufgebauter Film, bei dem die hydrophilen Gruppen 92a und 92b in allen Schichten zur Seite des Trägers 84 hin gerichtet sind, ein Film vom Z-Typ (Fig. 10c) genannt.
  • Das Verfahren zum Übertragen eines monomolekularen Filmes 91 auf den Träger 84 ist nicht auf die vorstehenden Verfahren begrenzt, und es ist auch möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein Träger in eine wäßrige Phase von einer Rolle extrudiert wird, wenn ein großflächiger Träger eingesetzt wird. Auch wird die Richtung der hydrophilen Gruppen und hydrophoben Gruppen gegenüber dem Träger, wie vorstehend beschrieben, als allgemeine Regel angegeben, und sie kann auch durch die Oberflächenbehandlung des Träger und dergleichen modifiziert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird die Potentialgrenzschicht, die den monomolekularen Film 91 oder seinen aufgebauten Film 101 umfaßt, auf dem Träger 84 gebildet.
  • Auch wurde bei einem MIM-Element, das den folgenden Aufbau als das neuartige, erfindungsgemäße MIM-Element umfaßt, festgestellt, daß es eine hervorragende Schaltzustandsspeicherfunktion besitzt.
  • Das heißt, es handelt sich um eine Schaltvorrichtung, die eine Schicht besitzt, in der periodisch gemischte, monomolekulare Filme gebildet werden oder ein gemischter, monomolekularer, aufgebauter Film gebildet wird aus einer amphiphilen Verbindung mit einer Kohlenwasserstoffkette oder aus einer polymeren Verbindung mit einem hydrophoben Bereich und einem hydrophilen Bereich in Kombination und im gleichen Molekül und einem Molekül, das ein konjugiertes π-Elektronensystem besitzt, wobei die Schicht zwischen einem Paar Elektroden eingebettet ist.
  • Im allgemeinen kann, da die meisten organischen Materialien isolierende oder halbisolierende Eigenschaften zeigen, eine bemerkenswerte Vielfalt organischer Materialien für das organische Material gefunden werden, das für das vorstehende MIM-Element anwendbar ist.
  • Das Molekül im vorstehenden MIM-Element mit dem Elektronensystem, wie es erwähnt wird, kann einschließen: Farbstoffe mit Porphyrinstruktur, wie zum Beispiel Phthalocyanin, Tetraphenylporphyrin und dergleichen, Azulenfarbstoffe mit Squariliumgruppe und Croconmethingruppe als eine Verbindungskette und cyaninartige Farbstoffe mit zwei stickstoffhaltigen, heterocyclischen Gruppen, wie zum Beispiel Chinolin, Benzothiazol und Benzoxazol, die durch eine Squariliumgruppe, eine Croconmethingruppe und einen Cyaninfarbstoff gebunden sind, eine kondensierte, polycyclische, aromatische Verbindung, wie zum Beispiel Anthracen und Pyren, Kettenverbindungen, die ein Polymer aus aromatischen Ringen und heterocyclische Verbindungen umfassen, Polymere aus Diacetylengruppen, weiter Tetrachinodimethan oder Tetrathiafulvalenderivate und ihre Analogen und ihre Charge-Transfer-Komplexe, und weiter Metallkomplexverbindungen, wie zum Beispiel Ferrocen, Trisbipyridyllutetiumkomplexe und dergleichen
  • Auch können als die amphiphile Verbindung mit Kohlenwasserstoffkette die folgenden Verbindungen eingeschlossen sein. Der typischste Bestandteil des hydrophoben Molekülteils einer solchen amphiphilen Verbindung ist eine Alkylgruppe, und sowohl geradkettige als auch verzweigte Alkylgruppen können eingesetzt werden. Als andere Gruppen, aus denen der hydrophobe Molekülteil besteht, können olefinische Kohlenwasserstoffgruppen, wie zum Beispiel Vinylen, Vinyliden, Acetylen und dergleichen, und Phenylgruppen und dergleichen eingeschlossen sein. Diese können einzeln oder als eine Kombination einer Vielzahl von Gruppen verwendet werden, aus denen der hydrophobe Molekülteil besteht. Auf der anderen Seite sind der typischste Bestandteil des hydrophilen Molekülteils zum Beispiel hydrophile Gruppen, wie zum Beispiel eine Carboxylgruppe, eine Sulfonsäuregruppe und eine quaternäre Aminogruppe. Eine solche amphiphile Verbindung besitzt diese hydrophobe Gruppen, und Arachinsäure, Stearinsäure, ω-Tricosensäure, Diacetylen und dergleichen können eingeschlossen sein. Auch kann die erfindungsgemäße, amphiphile Verbindung mit einer Kohlenwasserstoffkette eine amphiphile Verbindung mit ungesättigten Bindungen in einem Teil oder dem gesamten Kohlenwasserstoffgrundgerüst sein, das auch insbesondere einen Substituenten, wie zum Beispiel Fluor und dergleichen, im Bereich der ungesättigten Bindung besitzen kann.
  • Die polymere Verbindung mit einer hydrophoben Gruppe und einer hydrophilen Gruppe in Kombination kann nach der Filmbildung polymerisiert werden, um den Film zu stabilisieren. Spezifische Beispiele der polymeren Verbindung können die folgenden Verbindungen einschließen.
  • Auch zur Bildung des vorstehenden MIM-Elementes ist das vorstehend beschriebene LB-Verfahren einsetzbar.
  • Bei dem vorstehenden MIM-Element wird es daher, da ein LB-Film durch Mischen einer amphiphilen Verbindung mit einem Molekül, das ein System mit konjugierten π-Elektronen besitzt, gebildet wird, ermöglicht, ein Molekül mit einem System mit konjugierten π-Elektronen als einzige Substanz in einen LB- Film umzuwandeln, sogar, wenn das Molekül allein nicht in einem LB-Film umgewandelt wurde.
  • Bei der Erfindung kann der Träger 84, der zum Tragen des Dünnfilmes dient, der, wie vorstehend beschrieben, durch Auftragen von anorganischem oder organischem Material gebildet wird, aus irgendeinem der folgenden Materialien, nämlich Metall, Glas, Keramikmaterialien, Kunststoffmaterialien und dergleichen bestehen, und weiter kann ein biologisches Material mit bemerkenswert niedriger Hitzebeständigkeit verwendet werden.
  • Der Träger 84, wie er vorstehend beschrieben wurde, kann jede gewünschte Gestalt, bevorzugt die einer flachen Platte, besitzen, aber sie ist überhaupt nicht auf eine flache Platte begrenzt. Dies ist so, weil es bei dem vorstehend beschriebenen Filmbildungsverfahren den Vorteil gibt, daß der Film nach Maßgabe jeder beliebigen Gestalt der Oberfläche des Trägers gebildet werden kann.
  • Auch kann gemäß dem LB-Verfahren die Schichtdicke der Isolierschicht frei in der Größenordnung der Molekülgröße eingestellt werden. In der vorliegenden Erfindung wird eine Schalteigenschaft auch in dem Produkt mit einer Schichtdicke von einigen Zehntel nm (einigen Å) bis einigen Hundert nm (einigen Tausend Å) gezeigt, und ein solches Produkt mit einer Schichtdicke im Bereich von 1 nm bis 100 nm (10 Å bis 1000 Å) ist bevorzugt.
  • Auf der anderen Seite kann das Elektrodenmaterial, das einen solchen LB-Film dazwischen eingebettet hat, eines mit hoher Leitfähigkeit sein, wie durch eine große Anzahl von Materialien veranschaulicht wird, einschließlich Metallen, wie zum Beispiel Au, Pt, Ag, Pd, Al, In, Sn, Pb und dergleichen oder deren Legierungen, weiter Graphit oder Silicid und weiter elektrisch leitfähige Oxide, wie zum Beispiel ITO und dergleichen. Als das Verfahren zur Bildung von Elektroden unter Verwendung solcher Materialien, können Dünnfilmtechniken, die in der Technik bekannt sind, ausreichend einsetzbar sein. Es sollte hier bemerkt werden, daß ein Herstellungs- oder der Behandlungsschritt, der zum Beispiel eine hohe Temperatur (> 100ºC) benötigt, wünschenswerterweise während der weiteren Bildung von Elektroden auf dem bereits gebildeten LB-Film vermieden werden sollte, so daß die LB-Schicht nicht beschädigt werden kann. Auch sind eine große Anzahl von Metallmaterialien, typischerweise Al und In, im allgemeinen der Bildung eines Oxidfilmes auf der Oberfläche unterworfen, wenn sie der Luft und dergleichen nach der Umwandlung in eine Elektrode ausgesetzt werden. Als das Material für die Elektrode, die in Bezug auf den LB-Film zur Unterschicht wird, wird ein elektrisch leitfähiges Material, das keinen isolierenden Oxidfilm bildet, ein Edelmetall oder ein Oxidhalbleiter, wie zum Beispiel ITO (Indiumzinnoxid), verwendet.
  • Die Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Beispiele ausführlich beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Auf einem Glasträger (#7509, hergestellt von Corning Co.), der einer Hydrophobierbehandlung unterworfen wurde, indem er über Nacht in einer mit Hexamethyldisilandampf gesättigten Atmosphäre (HMDS) stehengelassen wurde, wurde Cr als Unterschicht in einer Dicke von 50 nm (500 Å) gemäß dem Vakuumbedampfungsverfahren aufgebracht, und weiter wurde Au (Filmdicke: 100 nm (1000 Å)) gemäß dem gleichen Verfahren aufgedampft, wodurch Basiselektroden 13 (Fig. 5) in Gestalt eines Streifens mit einer Breite von 1 mm gebildet wurden. Mit einem solchen Träger als Unterstützung wurden monomolekulare Filme aus Squarilium-bis-6-octylazulen (SOAZ) aufgebaut. Die Einzelheiten des Aufbauverfahrens werden im folgenden beschrieben.
  • Der monomolekulare Film wurde gebildet, indem das Filmmaterial auf einer wäßrige Phase mit einer Wassertemperatur von 20ºC und einer CdCl&sub2;-Konzentration von 5 × 10&supmin;&sup4; mol/Liter, die mit KHCO&sub3; auf einen pH-Wert von 6,7 eingestellt war, verteilt wurde. Nach Verdampfen des Lösungsmittels wurde der Oberflächendruck dieser monomolekularen Schicht auf 20 mN/m verstärkt. Dann wurde, während dieser Druck weiter konstant gehalten wurde, der vorstehende Träger in der Richtung quer zur Wasseroberfläche vorsichtig mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min eingetaucht, und anschließend vorsichtig mit 5 mm/min herausgezogen, wodurch zwei Schichten eines monomolekularen Filmes vom Y-Typ aufgebaut wurden. Indem dieser Verfahrensschritt eine entsprechende Anzahl von Malen wiederholt wurde, wurden acht Arten von aufgebauten Filmen 12 (Fig. 5) mit 2, 4, 8, 12, 20, 30, 40 und 60 Schichten auf dem vorstehenden Träger gebildet. Als nächstes wurden Al-Elektroden (Filmdicke: 150 nm (1500 Å)) in Gestalt von Streifen mit einer Breite von 1 mm unter Vakuum so aufgedampft, daß sie die Basiselektroden auf einer solchen Filmoberfläche im rechten Winkel kreuzten, während die Trägertemperatur bei Raumtemperatur oder darunter gehalten wurde, wodurch die oberen Elektroden 11 (Fig. 5) gebildet wurden.
  • Es wurde die Stromcharakteristik (V-I-Charakteristik) gemessen, wenn eine Spannung zwischen den oberen Elektrode und den Basiselektroden der gemäß vorstehender Beschreibung hergestellten Probe mit MIM-Struktur (MIM-Element) angelegt war. In anderen Beispielen wurde eine speicherbare Schalteigenschaft, die bis jetzt nicht in der Technik bekannt ist, beobachtet (Fig. 6).
  • Weiter konnten ein stabiler EIN-Zustand (Widerstandswert einige zig Ω) und ein stabiler AUS-Zustand (Widerstandswert MΩ oder darüber) gebildet werden, und das Schalten EIN T AUS zeigte einen bestimmten Schwellenspannungswert (ungefähr 1 bis 2 V/20 Schichten), und das Schalten AUS T EIN trat bei ungefähr -2 bis 5 V auf, und auch die Schaltgeschwindigkeit betrug 1 us oder darunter, wobei das EIN/AUS-Verhältnis (Verhältnis der Widerstandswerte von EIN- Zustand und AUS-Zustand) eine Zahl mit fünf Nullen oder mehr darstellte.
  • Der Schwellenspannungswert des Schaltens neigte dazu, sich mit steigender Schichtanzahl der Isolierschicht zu erhöhen.
  • Als ein Ergebnis war die Schalteigenschaft bei der zweischichtigen Probe instabil, während bei der Probe mit 60 Schichten das Schalten AUS T EIN mit Schwierigkeiten auftrat.
  • Die Dicke einer Schicht aus SOAZ-Farbstoff besaß, wie durch das Kleinwinkelröntgenstrahlbeugungsverfahren bestimmt wurde, einen Wert von ungefähr 1,5 nm (15 Å).
  • Als nächstes wurde für die Probe mit 20 Schichten, die eine verhältnismäßig gute Schaltcharakteristik zeigte, ein Schaltschaltkreis, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, aufgebaut.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Schaltschaltkreis besitzt eine Gleichstromvorspannungsenergiequelle 14 und einen Widerstand 15, der mit der Schaltvorrichtung 1 verbunden ist, die elektrisch leitfähigen Filme 11 bis 13 und einen isolierenden Film 12, die eine MIM-Struktur bilden, besitzt. Weiter war mit dem Schaltelement ein Widerstandselement (oder ein Kapazitätselement) 16 verbunden. Mit dem Widerstandselement (oder dem Kapazitätselement) war ein Steueranschluß 17 verbunden, um an das Schaltelement Steuersignale anzulegen.
  • In diesem Beispiel wird die Gleichstromvorspannung (2 V), die von der Stromvorspannungsenergiequelle 14 erzeugt wird, über die Schaltvorrichtung 1 zum Widerstand 15 geleitet, und die Schaltcharakteristik einer solchen Schaltvorrichtung wird an einem Spannungsausgabeanschluß 18 als das Potential (Spannungsabfall) ausgegeben, das an beiden Anschlüssen des Widerstandes 15 auftritt. Weiter wurde in diesem Beispiel als der Widerstand 15 ein Widerstand von 100 Ω verwendet.
  • Als nächstes wurden Steuersignale vom Steueranschluß 17 über das Widerstandselement (oder Kapazitätselement) an den elektrisch leitfähigen Film 13 angelegt. In diesem Beispiel wurde als das Widerstandselement (oder das Kapazitätselement) ein Widerstand von 200 Ω verwendet, und die Impulse, die durch Verstärkung (unter Verwendung des BIPOLAR OP AMP, hergestellt von KEPCO Co.) des Impulses (dreieckige Welle), der vom Impulserzeuger (MODEL 164, hergestellt von WAVETEK Co.) erzeugt wurde, erhalten wurden, wurden als Steuersignale am Steueranschluß 17 angelegt. Die Ausgabespannung wurde in diesem Fall mit dem Oszilloskop (2465, hergestellt von TEKTRONIX Co.) beobachtet, das an den Spannungsausgabeanschluß 18 angeschlossen war.
  • Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 ist 21 die Wellenform des Steuersignals, das am Steueranschluß 17 eingegeben wird, 22 ist die Wellenform der Spannung, die am Spannungsausgabeanschluß 18 ausgegeben wird. Das heißt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde festgestellt, daß, wenn eine positive Dreiecksimpulswelle 23 mit einem Wellenhöchstwert von ungefähr 10 bis ungefähr 20 V angelegt wird, wird die Schaltvorrichtung 1 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand umgeschaltet, während, wenn eine negative Dreiecksimpulswelle 24 mit einem Wellenhöchstwert von ungefähr 1 bis 2 V angelegt wird, die Schaltvorrichtung 1 vom EIN-Zustand zum AUS-Zustand umgeschaltet wird. Auch werden, wie in der Zeichnung dargestellt, wenn die Spannung des Steuersignals auf 0 V eingestellt wird, jeweils der EIN-Zustand und AUS-Zustand gespeichert.
  • Die Ausgabespannung betrug beim EIN-Zustand im gespeicherten Zustand in diesem Fall ungefähr 1,4 V, und die Ausgabespannung betrug beim AUS-Zustand 0 V.
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen wird deutlich, daß für das MIM-Element, das die Schaltcharakteristik zeigt, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, ein Steueranschluß bereitgestellt werden kann.
    • Beispiel 2
  • Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde ein MIM-Element (Schaltelement) hergestellt, wodurch der in Fig. 1 dargestellte Schaltkreis gebildet wurde. Jedoch betrug die Anzahl der LB-Filmschichten nur 20 Schichten. Auch wurden, während in Beispiel 1 ein Widerstand als das Widerstandselement (oder Kapazitätselement) 16 verwendet wurde, Kondensatoren (vier Arten mit 10&supmin;¹, 10&supmin;², 10&supmin;³, 10&supmin;&sup5; uF) verwendet.
  • Als ein Ergebnis wurde, obgleich der Wellenlängenhöchstwert der positiven Dreiecksimpulswelle, der in Beispiel 1 verwendet wurde, auf 6 bis 8 V geändert wurde, festgestellt, daß das Schalten vom AUS-Zustand zum EIN-Zustand bei 6 bis 8 V ausreichend auftrat. Auf der anderen Seite war ein Wellenhöchstwert des Dreiecksimpulses von ungefähr 1 V zum Schalten vom EIN-Zustand zum AUS- Zustand notwendig. In diesem Beispiel wurde auch, da die Zeitdauer nach Anlegen des Impulses an den Steueranschluß 17 und vor dem Schalten verlängert wurde, da der Kapazitätswert des Kondensators erhöht wurde, das Ergebnis erhalten, daß die Kapazität bevorzugt kleiner war und wenigstens im Bereich von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹ uF lag.
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen wird auch deutlich, daß eine Vorrichtung, die eine gesteuerte Schaltcharakteristik besitzt, mit einer Vorrichtung mit drei Anschlüssen (2 in Fig. 1) verwirklicht werden kann, die eine Kombination aus einem MIM-Element und einem Kapazitätselement ist.
    • Beispiel 3
  • Eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen 2, die den gesamten Bereich umfaßte, der von der gestrichelten Linie in Fig. 1 eingeschlossen ist, wurde auf dem gleichen Träger hergestellt. Jedoch wurde in diesem Fall ein Kondensator als ein Widerstandselement (oder Kapazitätselement) verwendet, und ein solcher Kondensator wurde aus einem zwischen Al-Elektroden eingebetteten LB-Film gebildet. Der Aufbau ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Auch ein spezifischer Herstellungsschritt ist im folgenden dargestellt.
  • Auf einem Glasträger 84, der einer HMDS-Behandlung ähnlich wie in Beispiel 1 unterworfen wurde, wurden Cr und Au durch Vakuumbedampfung aufgetragen, wodurch eine Basiselektrode 31 gebildet wurde. Dann wurde im angrenzenden Bereich Al in einer Dicke von 100 nm (1000 Å) auch durch Vakuumbedampfung aufgetragen, wodurch eine Al-Elektrode 32 gebildet wurde. Weiter wurde ein Teil der Al-Elektrode in Kontakt mit der Au-Basiselektrode 31 gebracht. Unter Verwendung eines solchen Trägers 84 wurden monomolekulare Filme aus SOAZ aufgebaut (2, 4, 8, 12, 20, 30, 40, 60 Schichten), die einen isolierenden Film 33 ergaben, der aus dem aufgebauten Film des monomolekularen Filmes gebildet wurde. Als nächstes wurde Al als obere Elektroden 34 und 35 (Dicke 150 nm (1500 Å)) auf die entsprechenden Bereiche der Filmoberfläche, die die Basiselektrode 31 und die Al-Elektrode 32 besaßen, durch Vakuumbedampfung aufgetragen, wodurch eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen gebildet wurde, die ein MIM-Element 36 und einen Kondensator 37 umfaßte, die damit verbunden waren.
  • Mit einer solchen Vorrichtung mit drei Anschlüssen wurde ein Meßschaltkreis, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ähnlich wie in Beispiel 1 zusammengebaut, und seine Eigenschaften wurden gemessen, wodurch sich das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 2 ergab. Dies zeigt an, daß eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen verwirklicht wurde, die die Schalteigenschaften eines MIM-Elementes einsetzt.
  • Zu diesem Zeitpunkt neigte die Steuerbarkeit des Schaltens dazu, geringer zu werden, da die Kapazität des Kondensators (wie betrachtet) mit der Erhöhung der Schichtanzahl der LB-Filme verringert wurde. Im Hinblick auf die dem MIM-Element eigenen Eigenschaften (die Schalteigenschaft ist bei Proben mit einer geringen Anzahl von Schichten, wie zum Beispiel 2 bis 4 Schichten, instabil), wurden in diesem Beispiel verhältnismäßig gute Eigenschaften bei Proben mit 8 bis 20 Schichten erhalten. Auch wurde eine gleichzeitige Bildung ermöglicht, da das MIM-Element und der LB-Film, der den Kondensator bildet, so hergestellt wurden, daß sie gleich waren (Aufbaumoleküle, Schichtanzahl, Herstellungsbedingungen),. Als das Ergebnis wurden die Schritte zur Bildung der Vorrichtung außerordentlich einfach.
    • Beispiel 4
  • Es wurde eine Probe hergestellt, die den Kondensatorbereich und das MIM- Element besaß, die durchgehend in vertikaler Richtung zur Filmoberfläche gebildet wurden. Der Aufbau ist in Fig. 4 schematisch dargestellt, und die Herstellungsschritte sind im folgenden dargestellt.
  • Auf einem ausreichend gewaschenen Träger 84 (#7059, hergestellt von Corning) wurde mit dem Vakuumbedampfungsverfahren eine Al-Elektrode 41 (Dicke: 100 nm (1000 Å)) als ein Steueranschluß zum Schalten gebildet, und dann wurden die LB-Filme 42 aus Arachinsäure (C20) auf einem solchen Träger 84 aufgetragen (3, 5, 9, 21, 41 und 81 Schichten). Dann wurde durch Aufdampfen von Au (50 nm (500 Å)) (Au-Elektrode 43) auf der Filmoberfläche ein Kondensator gebildet. Es wurde dafür gesorgt, daß die Fläche des Kondensatorbereiches 2 mm² betrug. Der LB-Film 42 aus C20 wurde erhalten, indem eine Chloroformlösung mit einer Konzentration von 1 mg/ml auf einer wäßrigen Phase, die eine CdCl&sub2;- Konzentration von 4 × 10&supmin;&sup4; mol/l und eine Wassertemperatur von 20ºC besaß und mit KHCO&sub3; auf einen pH-Wert von 6,3 eingestellt war, verteilt wurde, wodurch ein monomolekularer Film gebildet wurde, wonach das Aufbauen des Filmes auf dem vorstehenden Träger 84 gemäß den gleichen Bedingungen und dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 erfolgte. Da jedoch der Glasträger und die Oberfläche des Al naturgemäß einen oxidierten Film tragen, der eine hydrophile Eigenschaft zeigt, war es beim Durchführen der Aufbauoperationen notwendig, zuvor den Träger in Wasser zu tauchen und die Rausziehoperation zu beginnen.
  • Weiter wurde, nachdem 20 Schichten des SOAZ-LB-Filmes auf dem Träger 84 mit der darauf aufgetragenen Schichtfolge
  • [Al-Elektrode 41 (Al-Elektrode 41)]/[C20-LB-Film 42]/[Au (Au-Elektrode 43)]
  • aufgebaut waren, erneut Al (Al-Elektrode 45) auf dieser Filmoberfläche durch Vakuumbedampfung aufgetragen, wodurch ein MIM-Element mit der Schichtfolge
  • [Au (Au-Elektrode 43)]/[SOAZ-LB-Film 44]/[Al (Al-Elektrode 45)]
  • gebildet wurde, wodurch sich eine Probe mit dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau ergab. Das Aufbauverfahren für den SOAZ-LB-Film war das gleiche wie in Beispiel 1.
  • Für die vorstehend erhaltene Probe wurden die Messung und die Beurteilung ähnlich wie in Beispiel 2 durchgeführt, wobei gute Schalteigenschaften für die Proben aus C20 (3 bis 21 Schichten) bestätigt wurden. Bei diesem Beispiel konnte, da das MIM-Element und der Kondensator aufgebracht wurden, die Gestalt des Elementes (bedeckte Fläche) deutlich kleiner gemacht werden. Auch konnten, da die Herstellung des MIM-Elementes und des LB-Filmes, der den Kondensator bildet, in getrennten Schritten durchgeführt wurden, optimale Bedingungen für die jeweiligen Elemente ausgewählt werden. Als Ergebnis konnte eine Schaltvorrichtung mit drei Anschlüssen mit hervorragender Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit verwirklicht werden.
  • In den Beispielen 3 und 4 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der Kondensator, der aus einem LB-Film gebildet wurde, als ein Teil der Vorrichtungen mit drei Anschlüssen hergestellt wurde, aber das Verfahren zur Bildung und das Aufbaumaterial dieser Vorrichtung begrenzt die Erfindung überhaupt nicht. Es ist möglich, einen Kondensator aus einem organischen oder anorganischen, dielektrischen Material durch andere Herstellungsverfahren (zum Beispiel Beschichtungsverfahren oder Vakuumbedampfungsverfahren) zu bilden und bei der vorstehenden Vorrichtung mit drei Anschlüssen einzusetzen. Auch ist ein Hybridtyp möglich, der einen bereits gebildeten Kondensatorchip besitzt und auf einem Träger aufgebracht ist. Auf der anderen Seite ist, ohne sich auf Kondensatoren zu beschränken, klar, daß die Vorrichtung mit drei Anschlüssen auch verwirklicht werden kann, indem ein Widerstand, wie er auch in Beispiel 1 dargestellt ist, gebildet und damit verbunden wird. Natürlich begrenzen seine Bildungsverfahren die Erfindung überhaupt nicht.
    • Beispiel 5
  • Auf einem Träger aus ITO als Träger, der einem Ätzen in einen Streifen von 1 mm Breite gemäß dem bekannten Verfahren unterworfen wurde, wurden monomolekulare Filme aus Lutetiumdiphthalocyanin [LuH(Pc)&sub2;] gemäß dem LB- Verfahren aufgebaut. Eine Lösung aus LuH(Pc)&sub2; in einer Konzentration von 0,5 mg/ml (Lösungsmittel: Lösungsmittelgemisch aus Chloroform/Trimethylbenzol/Aceton im Verhältnis 1/1/2) wurde auf reinem Wasser mit einer Wassertemperatur von 20ºC verteilt, in dem zuvor der vorstehende Träger eingetaucht wurde, wodurch ein monomolekularer Film gebildet wurde. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde der Oberflächendruck dieses monomolekularen Filmes auf 20 mN/m verstärkt, und weiter wurde, während der Druck konstant gehalten wurde, der vorstehende, zuvor eingetauchte Träger in der Richtung quer zur Wasseroberfläche vorsichtig mit einer Geschwindigkeit von 3 mm/min herausgezogen, wodurch eine Schicht des monomolekularen Filmes auf dem Träger aufgebaut wurde. Anschließend wurden Tauchen und Herausziehen wiederholt, um dadurch die Wasseroberfläche vorsichtig bei der gleichen Steig- und Sinkgeschwindigkeit von 3 mm/min zu durchqueren, wodurch 11, 21 und 31 Schichten eines aufgebauten Filmes auf dem ITO gebildet wurden. Als nächstes wurden auf dieser Filmoberfläche gemäß dem Vakuumbedampfungsverfahren eine Au- Elektrode (Filmdicke: 100 nm (1000 Å)) und eine Al-Elektrode (Filmdicke 150 nm (1500 Å) in einem Streifen von 1 mm Breite so gebildet, daß sie die ITO- Elektrode in einem rechtem Winkel kreuzten.
  • Als das Ergebnis der Messung der V-I-Charakteristik der Probe, wie sie vorstehend ähnlich wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurden speicherbare Schalteigenschaften für alle hergestellten Proben beobachtet (Fig. 11).
  • Auf der anderen Seite war bei den Schalteigenschaften, obgleich der Widerstandswert ähnlich wie in Beispiel 1 einige zig Ω betrug, der Widerstandswert im AUS-Zustand im Vergleich zum Fall des Beispiels 1 um ungefähr einen Zehnerpotenz kleiner, aber es wurde ein EIN/AUS-Verhältnis von ungefähr einer Zahl mit vier Nullen erhalten. Der geringere Widerstandswert im AUS-Zustand kann als durch die Halbleitereigenschaften, die das LuH(Pc)&sub2; aufweist, verursacht angesehen werden. Die Schaltgeschwindigkeit betrug 0,1 us.
  • Auch wird, da die Schalteigenschaft abhängig vom verwendeten organischen Farbstoff leicht variiert, eine solche Schwankung nicht durch Kontakt mit den Elektroden verursacht, sondern spiegelt die Eigenschaft der Isolierschicht wieder.
  • Weiter wurde der in Fig. 1 dargestellte Schaltkreis aufgebaut, und die Schalteigenschaft und ihre Steuerbarkeit wurden gemessen. Als das Ergebnis wurden speicherbare Schalteigenschaften für alle hergestellten Proben erhalten.
  • Auch wurde bestätigt, daß zu diesem Zeitpunkt das Schalten von AUS T EIN und EIN T AUS gesteuert wurde, indem Impulse mit Wellenhöchstwerten von 6 V beziehungsweise 1 V angelegt wurden.
  • Der Schwellenspannungswert zeigte unabhängig von Unterschieden bei den oberen Elektroden im wesentlichen konstante Werte.
    • Beispiele 6 bis 15
  • Unter Verwendung der Elektrodenmaterialien, der Isoliermaterialien und ihrer Schichtanzahlen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, wurden Proben mit der gleichen Vorrichtungsstruktur wie in Beispiel 2 hergestellt. Metallelektroden wurden durch Vakuumabscheidung gemäß dem Widerstandsheizverfahren gebildet.
  • Ähnlich wie in den Beispielen 1 und 5 wurden V-I-Charakteristiken gemessen, wodurch die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden. In der Tabelle wurde eine speicherbare Schalteigenschaft für die Proben beobachtet, die durch die Markierung gekennzeichnet sind.
  • Auch wurden, wenn die Schalteigenschaft der Vorrichtung mit drei Anschlüssen ähnlich wie in Beispiel 2 untersucht wurde, die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse erhalten. Wie durch die Markierung in der Tabelle dargestellt, wurde eine gesteuerte, speicherbare Schalteigenschaft für die meisten Proben beobachtet.
  • In Beispiel 7 zeigten trotz der Verwendung von SOAZ als Isoliermaterial mit MIM-Struktur, ähnlich wie in Beispiel 1, alle zwölf Proben, die unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurden, nur einen AUS-Zustand, und es konnte kein Schalten zum EIN-Zustand bestätigt werden. Es kann angenommen werden, daß dies durch die Bildung eines isolierenden Oxidfilmes auf der Sn-Elektrodenoberfläche hervorgerufen wird. Tabelle 1 Herstellungsbedingungen und Meßergebnisse (1 Å = 0,1 nm) Beispiel Basiselektrode obere Elektrode Isoliermaterial (Schichtanzahl) LB-Film-Bildungsbedingungen Auftreten der Schalteigenschaft gesteuerte Schalteigenschaft Erbiumdiphthalocyanin Tetraphenylporphyrinderivat* Anthracenderivat** Docosylpyradintumtetracyanochinodimethan Pentacosen-10,12-disäure Ferrocenderivat (20)*** Octadecyltetracyanochinodimethan Bakteriorodopsin**** die gleichen wie in Beispiel **** Violetter Film, der erhalten wurde, indem ein hochgradig halophiles Bakterium gezüchtet und danach extrahiert wurde.
    • Beispiel 16
  • Auf einem Glasträger (#7059, hergestellt von Corning Co.), der einer Hydrophobierbehandlung unterworfen wurde, indem er über Nacht in einer mit Hexamethyldisilandampf (HMDS) gesättigten Atmosphäre stehengelassen wurde, wurde gemäß dem Vakuumbedampfungsverfahren Cr als die Unterschicht in einer Dikke von 50 nm (500 Å) gebildet, wonach weiter gemäß dem gleichen Verfahren eine Vakuumbedampfung mit Au (Filmdicke: 100 nm (1000 Å)) erfolgte, wodurch eine Basiselektrode in Gestalt eines Streifens mit einer Breite von 1 mm gebildet wurde. Auf dem Träger als Unterstützung wurde ein monomolekularer, gemischter Film mit einem gemischten molaren Verhältnis von Arachinsäure (C20) zu Squarilium-bis-6-octylazulen (SOAZ) von 1:1 aufgebaut.
  • Nach dem Anmischen einer Chloroformlösung, in der C20 in einer Konzentration von 2 × 10&supmin;³ M aufgelöst war, und einer Chloroformlösung, in der SOAZ in einer Konzentration von 4 × 10&supmin;&sup4; M aufgelöst war, wurden die Lösungen in einem molaren Verhältnis von 1:1 gemischt, und die Mischung wurde auf einer wäßrige Phase (pH-Wert 6,5) mit einer Wassertemperatur von 20ºC verteilt, die 4 × 10&supmin;&sup4; M Cd-Ionen enthielt, wodurch ein gemischter, monomolekularer Film auf der Wasseroberfläche gebildet wurde. Nach Verdampfen des Lösungsmittel wurde der Oberflächendruck dieses gemischten, monomolekularen Filmes auf 20 mN/m verstärkt, und weiter wurde, während der Druck konstant gehalten wurde, der vorstehende Träger in die Richtung quer zur Wasseroberfläche vorsichtig bei einer Geschwindigkeit von 10 mm/min eingetaucht, und dann vorsichtig bei einer Geschwindigkeit von 5 mm/min herausgezogen, wodurch zwei Schichten eines gemischten, monomolekularen Filmes vom Y-Typ aufgebaut wurden. Durch Wiederholen der Operationen für eine entsprechende Anzahl von Malen wurden neun Arten von gemischten, aufgebauten Filmen mit 2, 4, 6, 8, 12, 20, 30, 40 und 60 Schichten gebildet. Sofort nach der Filmbildung wurden sie bei 20ºC und 133,3 × 10&supmin;&sup6; Pa (1 × 10&supmin;&sup6; Torr) 20 Minuten lang unter Vakuum getrocknet. Als nächstes wurde auf der Filmoberfläche eine Al-Elektrode (Filmdicke: 150 nm (1500 Å)), die wie ein Streifen von 1 mm Breite gestaltet war, im Vakuum so aufgedampft, daß sie die Basiselektrode in einem rechten Winkel kreuzte, während die Trägertemperatur bei Raumtemperatur oder darunter gehalten wurde, wodurch eine obere Elektrode gebildet wurde.
  • Als die Stromcharakteristik (V-I-Charakteristik) gemessen wurde, wobei eine Spannung zwischen der oberen Elektrode und der Basiselektrode der Probe mit MIM-Struktur (MIM-Element), die wie vorstehend hergestellt wurde, angelegt war, wurde in den anderen Proben eine speicherbare Schalteigenschaft beobachtet, die bisher in der Technik nicht bekannt ist (Fig. 12). Weiter konnten ein stabiler EIN-Zustand (Widerstandswert einige zig Ω) und ein stabiler AUS- Zustand (Widerstandswert MΩ oder darüber) erzielt werden, und ein Schalten von EIN T AUS zeigte einen konstanten Schwellenspannungswert (ungefähr 1 bis 2 V/20 Schichten), ein Schalten von AUS T EIN trat bei -2 bis 5 V auf, und auch die Schaltgeschwindigkeit betrug 1 us oder weniger, wobei das EIN/AUS- Verhältnis (Verhältnis der Widerstandswerte im EIN-Zustand und im AUS- Zustand) eine Zahl mit fünf Nullen oder mehr darstellte.
  • Der Schwellenspannungswert des Schaltens neigte dazu, sich mit steigender Schichtanzahl der Isolierschicht zu erhöhen. Als ein Ergebnis war die Schalteigenschaft bei der zweischichtigen Probe instabil, während bei der Probe mit 60 Schichten das Schalten AUS T EIN mit Schwierigkeiten auftrat.
    • Beispiel 17
  • Auf einem Träger aus ITO als Unterstützung, der einem Ätzen in einen Streifen von 1 mm Breite gemäß dem herkömmlichen Verfahren unterworfen wurde, wurde ein gemischter, monomolekularer Film aus Diacetylen (DA) und Lutetiumdiphthalocyanin (LuH(Pc)&sub2;) gemäß dem LB-Verfahren aufgebaut. Die verwendete Lösung besaß ein gemischtes, molares Verhältnis von 2:1, wobei die DA- Konzentration 1 × 10&supmin;³ M (Lösungsmittel ist Benzol) und die LuH(Pc)&sub2;-Konzentration 3 × 10&supmin;&sup4; M (Lösungsmittel ist eine Lösungsmittelmischung aus Chloroform/Trimethylbenzol/Aceton im Verhältnis 1/1/2) betrug. Die Lösung wurde auf einer wäßrige Phase (pH-Wert 6,8) mit einer Wassertemperatur von 20ºC verteilt, in die zuvor der Träger eingetaucht war und die 4 × 10&supmin;&sup4; M MnCl&sub2; enthielt, wodurch ein gemischter, monomolekularer Film auf der Wasseroberfläche gebildet wurde. Nach Verdampfung des Lösungsmittel wurde der Oberflächendruck des monomolekularen Filmes auf 20 mN/m verbessert und, während weiter der Druck konstant gehalten wurde, wurde der vorstehende, zuvor eingetauchte Träger in Richtung quer zur Wasseroberfläche vorsichtig mit einer Geschwindigkeit von 3 mm/min herausgezogen, wodurch eine Schicht des gemischten, monomolekularen Filmes auf der Elektrodenoberfläche aufgebaut wurde. Anschließend wurden Tauchen und Herausziehen wiederholt, um dadurch die Wasseroberfläche vorsichtig bei der gleichen Steig- und Sinkgeschwindigkeit von 3 mm/min zu durchqueren, wodurch aufgebaute Filme mit 11, 21 und 31 Schichten auf dem ITO gebildet wurden. Als nächstes wurde auf der Filmoberfläche eine Ag-Elektrode (Filmdicke: 100 nm (1000 Å)) in einem Streifen von 1 mm Breite ähnlich wie in Beispiel 1 so gebildet, daß sie die ITO-Elektrode im rechten Winkel kreuzte.
  • Für die Proben, die wie vorstehend hergestellt wurden, wurden die V-I-Charakteristiken ähnlich wie in Beispiel 16 gemessen, wodurch das Ergebnis erhalten wurde, daß die speicherbare Schalteigenschaft für alle hergestellten Proben (Fig. 14) beobachtet wurde. Der Schwellenspannungswert zeigte unabhängig von Unterschieden der oberen Spannung im wesentlichen ein konstanter Wert. Der Widerstandswert im EIN-Zustand betrug ähnlich wie in Beispiel 16 einige zig Ω, aber der Widerstandswert im AUS-Zustand war im Vergleich zum Fall des Beispiels 16 um ungefähr eine Zehnerpotenz kleiner, aber es wurde ein EIN/AUS- Verhältnis von ungefähr einer Zahl mit vier Nullen erhalten. Es kann vermutet werden, daß der geringere Widerstandswert im AUS-Zustand durch die Halbleitereigenschaften verursacht werden, die das LuH(Pc)&sub2; besitzt. Die Schaltgeschwindigkeit betrug ähnlich wie in Beispiel 16 0,1 us.
    • Beispiel 18
  • Es wurde ein MIM-Element ähnlich wie in Beispiel 16 hergestellt. Jedoch umfaßte in diesem Fall der gemischte, monomolekulare, aufgebaute Film zwölf Schichten aus gemischten, monomolekularen Filmen, die in einem Verhältnis von 2:1 aus Polyamidaminsalz (PAAD) und Bis-[3-stearylbenzothiazol-(2)]-trimethincyaniniodid gemischt waren. Die Konzentration betrug 1 × 10&supmin;³ M (das Lösungsmittel war ein Lösungsmittelgemisch aus Benzol/Dimethylacetamid = 1:1), und die Konzentration des Cyaninsalzes betrug auch 1 × 10&supmin;³ M, und das Lösungsmittel war Chloroform. Auch für die Messung der V-I-Charakteristik wurde Beispiel 16 wiederholt, wodurch die speicherbare Schalteigenschaft erhalten wurde.
    • Beispiele 19 bis 29
  • Unter Verwendung der Elektrodenmaterialien, Isoliermaterialien, ihren Schichtzahlen und molaren Verhältnissen, die in Tabelle 2 dargestellt sind, wurden Proben mit der gleichen Vorrichtungsstruktur wie in Beispiel 16 bis 18 hergestellt. Die Metallelektroden wurden durch Vakuumbedampfung gemäß dem Widerstandsheizverfahren gebildet.
  • Als nächsten wurden ähnlich wie in Beispiel 16 bis 18 die V-I-Charakteristiken gemessen, wodurch die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden. Bei Proben, die durch die Markierung gekennzeichnet sind, wurde eine speicherbare Schalteigenschaft beobachtet. Auch wurde die Wiederholstabilität beurteilt durch die Anzahl von Durchgängen, bei denen eine dreieckige Welle mit einem Wellenhöchstwert von ±8 V und einer Wechselfrequenz des elektrischen Feldes von 2 Hz kontinuierlich anlegt war, bis durch Hitzeerzeugung Elektrodenbruch auftrat, wodurch sich die in der Tabelle dargestellten Ergebnisse ergaben.
  • Was das Mischungsverhältnis der Materialien betrifft, aus denen die organische Isolation besteht, so kann es im Bereich von 1:10 bis 100:1 und insbesondere geeignet von 1:10 bis 10:1 liegen. Ein solches, molares Verhältnis ist überhaupt nicht begrenzt.
  • Die zu mischenden, organischen Materialien sind nicht auf zwei Sorten begrenzt, und jede gewünschte Anzahl von Sorten kann verwendet werden. Tabelle 2 Herstellungsbedingungen und Meßergebnisse (1 Å = 0,1 nm) Beispiel Basiselektrode obere Elektrode Isoliermaterial (Schichtanzahl) molares Verhältnis LB-Film Bildungsbedingungen Auftreten der Schalteigenschaft Wiederholstabilität (Male) PAAD + Cyaninsalz die gleichen wie in Beispiel
  • Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde das LB-Verfahren zur Bildung der Farbstoffisolierschicht verwendet, aber ein Filmbildungsverfahren, das zum Herstellen eines sehr dünnen und einheitlichen, isolierenden, organischen Dünnfilmes geeignet ist, kann ohne Einschränkung auf das LB-Verfahren verfügbar sein. Insbesondere können das Vakuumbedampfungsverfahren, das elektrolytische Polymerisationsverfahren, das CVD-Verfahren und dergleichen verwendet werden, wodurch der Bereich der verfügbaren, organischen Materialien erweitert werden kann.
  • Wie bereits erwähnt, ist auch für die Bildung der Elektroden ein Filmbildungsverfahren verfügbar, daß fähig ist, einen einheitlichen Dünnfilm auf einer organischen Dünnfilmschicht zu bilden, und ein solches Verfahren ist nicht auf das Vakuumbedampfungsverfahren und das Zerstäubungsverfahren begrenzt.
  • Weiter ist die Erfindung überhaupt nicht bezüglich des Trägermaterials und seiner Gestalt beschränkt.
  • Die Erfindung besitzt den folgenden Inhalt.
  • (1) Es wurde gezeigt, daß in einer Vorrichtung mit MIM-Struktur unter Verwendung eines Dünnfilmes aus einem monomolekularen Film eines organischen Farbstoffes, der durch das LB-Verfahren aufgebaut wurde, eine speicherbare Schalteigenschaft, die nicht im MIM-Element des Standes der Technik festgestellt wurde, erhalten wird.
  • (2) Es wurde deutlich gemacht, daß eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen mit einer Steuerbarkeit für die vorstehende Schalteigenschaft erhalten werden kann, indem das MIM-Element mit einem Elementbestandteil kombiniert wird, der Widerstand oder Kapazität zeigt.
  • (3) Infolge des Verfahrens, das eine Isolierschicht bildet, indem monomolekulare Filme aufbaut werden, konnte eine Steuerung der Filmdicke in molekularen Größenordnung (einige Zehntel nm bis einige nm (einige Å bis einige zig Å)) leicht verwirklicht werden. Auch ist, hervorgerufen durch eine hervorragende Steuerbarkeit, die Reproduzierbarkeit während der Bildung der Vorrichtung hoch, wodurch sich eine hohe Produktivität ergibt.
  • (4) Da ein gemischter, monomolekularer Film verwendet wird, wurde die LB- Filmbildung sogar mit einem Material möglich, aus dem im Stand der Technik kein Film gebildet werden kann, und als das Ergebnis des erhöhten Freiheitsgrades bei der Wahl der Materialien konnten verschiedene Schalteigenschaften festgestellt werden.
  • (5) Im Vergleich zur Schaltvorrichtung, die nur aus anorganischen Materialien besteht, ist der Freiheitsgrad höher, und auch die Bildung der Vorrichtung bei niedrigerer Temperatur ist möglich, und daher kann eine Vorrichtung mit hoher Affinität zu biologischen Körpern, wie zum Beispiel in der Molekularelektronik der Bioelektronik und dergleichen, in Zukunft bereitgestellt werden.

Claims (52)

1. Schaltvorrichtung, die einen Träger und eine Elektrode-Isolator-Elektrode- Struktur umfaßt, die auf dem Träger getragen wird, wobei:
(a) der Isolator eine periodische Schichtstruktur besitzt und ein isolierendes oder halbleitendes, organisches Material mit einer Dicke von 1 nm bis 100 nm (10 Å bis 1000 Å) darstellt, das folgendes umfaßt:
i) ein Material mit π-Elektronen in einem konjugierten Kohlenstoff- Kohlenstoff-System, oder
ii) einen gemischten, monomolekularen Film oder gemischten, monomolekularen, aufgebauten Film aus einer Mischung aus einem Material mit π-Elektronen in einem konjugierten Kohlenstoff-Kohlenstoff- System mit einer amphiphilen Verbindung mit einer Kohlenwasserstoffkette oder einer polymeren Verbindung mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Bereichen,
(b) die Elektrode, die dem Träger im Vergleich zur anderen Elektrode näher ist, aus einem Edelmetall oder einem Oxidleiter, der keinen isolierenden Oxidfilm bildet, besteht und
(c) die Vorrichtung einen ersten speicherbaren elektrischen Zustand, der eine erste elektrische Leitfähigkeit zeigt, und einen zweiten speicherbaren, elektrischen Zustand, der eine zweite elektrische Leitfähigkeit zeigt, besitzt und zwischen den elektrischen Zuständen durch Anlegen einer Spannung umgeschaltet werden kann, die gleich oder größer als eine Schwellenspannung ist.
2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, worin die periodische Schichtstruktur aus LB-Filmen gebildet ist.
3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, worin der organische Isolator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Farbstoffen, die ein Porphyringrundgerüst besitzen, Azulenfarbstoffen, Cyaninfarbstoffen und Melocyaninfarbstoffen und Verbindungen mit mindestens einem aromatischen Ring oder einem heterocyclischen Ring einschließlich Verbindungen mit kondensierten aromatischen Ringen oder heterocyclischen Ringen und Diacetylenverbindungen.
4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Molekülgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
12. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
13. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
14. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
15. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
16. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
17. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
18. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
19. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
20. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
21. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
22. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
23. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
24. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
25. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1; eine Alkylgruppe darstellt.
26. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig von einander H,
-OC&sub5;H&sub1;&sub1;, -OC(CH&sub3;)&sub3; oder -CH&sub2;NHC&sub3;H&sub7; darstellen, und M H&sub2;, Cu, Ni, Al-Cl oder ein Metallion der seltenen Erden darstellt.
27. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R -OCH(COOH)CnH2n+1 (5 ≤ n ≤ 25) darstellt und M H&sub2;, Cu, Ni, Zn, Al-Cl oder ein Metallion der seltenen Erden darstellt.
28. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R CnH2n+1 (5 ≤ n ≤ 25) darstellt, und M H&sub2;, Cu, Ni, Zn, Al-Cl oder ein Metallion der seltenen Erden darstellt.
29. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R eine Alkylgruppe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt.
30. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
31. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
32. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
33. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
CH&sub3;(CH&sub2;)nC C-C C(CH&sub2;)mX
dargestellt ist, worin X -COOH, -OH oder -CONH&sub2; darstellt und n 0 oder größer und m 20 oder weniger ist, unter der Voraussetzung, daß die Formel (n + m > 10) erfüllt ist.
34. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
35. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
36. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R -CONHC&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7; oder -OCOC&sub1;&sub7;H&sub3;&sub5; darstellt.
37. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
38. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist.
39. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der organische Isolator aus einer Verbindung mit einem Grundgerüst besteht, das durch die Formel:
dargestellt ist, worin R -C&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7; ist.
40. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei der amphiphilen Verbindung mit einer Kohlenwasserstoffkette ein Teil der oder die gesamte Kohlenwasserstoffkette ungesättigte Bindungen besitzt.
41. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin beim gemischten, monomolekularen Film oder gemischten, monomolekularen, aufgebauten Film das molare Verhältnis der amphiphilen Verbindung mit einer Kohlenstoffkette und des Moleküls mit einem konjugierten π-Elektronensystem von 1:100 bis 100:1 beträgt.
42. Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter eine Einrichtung zum Anlegen elektrischer Signale zum Steuern des elektrischen Zustandes der Schaltvorrichtung umfaßt.
43. Schaltvorrichtung nach Anspruch 42, worin die Einrichtung zum Anlegen elektrischer Signale mit einem Widerstandselement oder einem Kapazitätselement verbunden ist.
44. Schaltvorrichtung nach Anspruch 43, worin die Schaltvorrichtung mit einer Elektrode-Isolator-Elektrode-Struktur und das Widerstandselement oder das Kapazitätselement auf dem gleichen Träger gebildet werden.
45. Schaltvorrichtung nach Anspruch 44, worin die organische Schicht und das Widerstandselement oder das Kapazitätselement in getrennten Schichten gebildet werden.
46. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 45, worin die Anzahl der aufgebauten Filme 2 bis 60 beträgt.
47. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 45 oder nach Anspruch 46, soweit er den Ansprüchen 43 bis 45 untergeordnet ist, worin das Widerstandselement oder Kapazitätselement eine organische Materialschicht besitzt, die aus einem LB-Film gebildet ist.
48. Schaltvorrichtung nach Anspruch 47, worin der LB-Film des Widerstandselementes oder Kapazitätselementes aus aufgebauten Filmen gebildet ist.
49. Schaltvorrichtung nach Anspruch 48, worin die Anzahl der aufgebauten Filme 2 bis 60 beträgt.
50. Verfahren zum Schalten, wobei das Verfahren umfaßt:
Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
Anlegen einer Spannung durch die Vorrichtung hindurch,
Schalten der Vorrichtung:
In einen ersten speicherbaren Zustand, der eine erste elektrische Leitfähigkeit zeigt, indem eine erste Polaritätsspannung angelegt wird, die gleich einer ersten Schwellenspannung ist oder darüber liegt, und
aus dem ersten speicherbaren Zustand in einen zweiten speicherbaren Zustand, der eine zweite elektrische Leitfähigkeit zeigt, indem eine zweite Polaritätsspannung angelegt wird, die gleich einer zweiten Schwellenspannung ist oder darunter liegt,
wobei die erste Schwellenspannung größer als die zweite Schwellenspannung ist, die zweite Polarität entgegengesetzt der ersten Polarität ist und die Leitfähigkeit der Vorrichtung im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Schwellenspannung liegt.
51. Verfahren zum Schalten nach Anspruch 50, worin die Größe der Schwellenspannungen in der Größenordnung von einigen Volt liegt.
52. Verfahren zum Schalten nach Anspruch 50 oder Anspruch 51, worin in den zweiten speicherbaren Zustand aus dem ersten speicherbaren Zustand geschaltet wird, indem die zweite Schwellenspannung angelegt wird, wonach eine dritte Spannung mit der gleichen Polarität wie die der ersten Schwellenspannung angelegt wird.
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