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JPH0748575B2 - スイツチング装置 - Google Patents

スイツチング装置

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JPH0748575B2
JPH0748575B2 JP61309431A JP30943186A JPH0748575B2 JP H0748575 B2 JPH0748575 B2 JP H0748575B2 JP 61309431 A JP61309431 A JP 61309431A JP 30943186 A JP30943186 A JP 30943186A JP H0748575 B2 JPH0748575 B2 JP H0748575B2
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switching device
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thin film
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宏 松田
有子 森川
健 江口
敬 浜本
正樹 栗林
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Canon Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は有機絶縁層を有する半導体素子に関し、該有機
絶縁層の周期的な層構造体を有することを特徴とした三
端子構造のスイツチング素子に関する。
〔従来技術〕
最近有機分子の機能性を電子デバイスなどに応用しよう
とする分子エレクトロニクスに対する関心が高まってお
り、分子電子デバイスの構築技術の一つとみられるラン
グミユアーブロジエツト膜（LB膜）についての研究が活
発化してきている。LB膜は有機分子を規則正しく１分子
層ずつ積層したもので、膜厚の制御は分子長の単位で行
うことができ、一様で均質な超薄膜を形成できることか
らこれを絶縁膜として使う多くの試みが行われてきた。
例えば、金属・絶縁体・金属（MIM）構造のトンネル接
合素子〔G.L.Larkinset.al.著「シン・ソリツド・フイ
ルムズ」（Thin Solid Films）第99巻（1983年）〕や
金属・絶縁体・半導体（MIS）構造の発光素子〔G.G.Rob
ertset.al.著「エレクトロニクス・レターズ」（Electr
onics Letters）第20巻、489頁（1984年）〕あるいは
スイツチング素子〔N.J.Thomas et.al.著「エレクトロ
ニクス・レターズ」（Electronics Letters）第20巻,8
38頁（1984年）〕がある。
これら一連の研究によって素子特性の検討がされている
が未だ素子ごとの特性のバラツキ、経時変化など再現性
と安定性の欠如は未解決の問題として残った。
従来、上記の如き検討は取扱いが比較的容易な脂肪酸の
LB膜を中心に進められてきた。しかし最近これまで劣る
とされていた耐熱性、機械強度に対してもこれを克服し
た有機材料が次々に生まれている。
〔発明の目的〕
本発明者らは、これらの材料を用いたLB膜に対して、金
属等の導電性材料で両側から挟んだサンドウイツチ構造
の素子（その構成から一般に、MIM構造もしくはMIM素子
と呼ばれる）を作成し、材料物性あるいは電気的特性を
始めとする諸特性の観察，測定を行った所、電気伝導に
於いて全く新しいスイツチング現象を見出した。更に本
発明者らは、係る素子に対し主たる通電方向と別途の端
子を設け前記スイツチング特性を制御すべく鋭意研究の
結果、極めて信頼性にすぐれたメモリー性のスイツチン
グ特性を示す三端子素子の提供に至った。
〔発明の概要〕
本発明者らは比較的大きいπ（パイ）準位をもつ群とσ
（シグマ）電子準位をもつ群とを有する分子を周期的に
積層し、電気的ポテンシヤルの周期構造を有する有機絶
縁体中において周期方向と平行な方向に電流を流すこと
により、従来公知の素子とは異なる非線型電流電圧特性
の発現を見出し、さらに、制御用端子を別途設け係る特
性を用いたスイツチングメモリー機能を有する新規スイ
ツチング素子を実現した。
〔発明の態様の詳細な説明〕
一般に有機材料のほとんどは絶縁性若しくは半絶縁性を
示すことから係る本発明に於て、適用可能なπ電子準位
をもつ群を有する有機材料は著しく多岐にわたる。
本発明に好適なπ電子系を有する色素の構造としては例
えば、フタロシアニン、テトラフエニルポルフイン等の
ポルフイリン骨格を有する色素、スクアリリウム基及び
クロコニツクメチン基を結合鎖としてもつアズレン系色
素及びキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾー
ル等の２ケの含窒素複素環をスクアリリウム基及びクロ
コニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色
素、またはシアニン色素、アントラセン及びピレン等の
縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環化合物が重合し
た鎖状化合物及びジアセチレン基の重合体、さらにはテ
トラキノジメタンまたはテトラチアフルバレンの誘導体
およびその類縁体およびその電荷移動錯体また更にはフ
エロセン、トリスビピリジンルテニウム錯体等の金属錯
体化合物が挙げられる。
有機絶縁層の形成に関しては、具体的には蒸着法やクラ
スターイオンビーム法等の適用も可能であるが、制御
性，容易性そして再現性から公知の従来技術の中ではLB
法が極めて好適である。
このLB法によれば、１分子中に疎水性部位と親水性部位
とを有する有機化合物の単分子膜またはその累積膜を基
板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚みを
有し、かつ大面積にわたって均一、均質な有機超薄膜を
安定に供給することができる。
LB法は、分子内に親水性部位と疎水性部位とを有する構
造の分子において、両者のバランス（両親媒性のバラン
ス）が適度に保たれている時、分子は水面上で親水性基
を下に向けて単分子の層になることを利用して単分子膜
またはその累積膜を作成する方法である。
疎水性部位を構成する基としては、一般に広く知られて
いる飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環芳香族基及び
鎖状多環フエニル基等の各種疎水基が挙げられる。これ
らは各々単独又はその複数が組み合わされて疎水性部分
を構成する。一方、親水性部分の構成要素として最も代
表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、酸
アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、更にはアミノ基
（1,2,3級及び４級）等の親水性基等が挙げられる。こ
れらも各々単独又はその複数が組み合わされて上記分子
の親水性部分を構成する。
これらの疎水性基と親水性基をバランス良く併有し、か
つ適度な大きさをもつπ電子系を有する色素分子であれ
ば、水面上で単分子膜を形成することが可能であり、本
発明に対して極めて好適な材料となる。
具体例としては、例えば、下記の如き分子等が挙げられ
る。
［Ｉ］クロコニツクメチン色素 ここでR1は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやすくするために
導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５ｎ
30が好適である。以上具体例として挙げた化合物は基本
構造のみであり、これら化合物の種々な置換体も本発明
に於いて好適であることは言うにおよばない。
［II］スクアリリウム色素 ［Ｉ］で挙げた化合物のクロコニツクメチン基を下記の
構造をもつスクアリリウム基でおきかえた化合物。
［III］ポルフイリン系色素化合物 Ｒは単分子膜を形成しやすくするために導入されたもの
で、ここで挙げた置換基にかぎるものではない。又、R1
〜R4,Rは前述したσ電子準位をもつ群に相当している。
［IV］縮合多環芳香族化合物 ［Ｖ］ジアセチレン化合物 CH3CH2 ｎＣ≡Ｃ−Ｃ≡ＣCH2 ｍＸ ０n,m20 但し ｎ＋ｍ＞10 Ｘは親水性で一般的には−COOHが用いられるが−OH,−C
ONH2等も使用できる。
［VI］その他 尚、上記以外でもLB法に適している色素材料であれば、
本発明に好適なのは言うまでもない。例えば近年研究が
盛んになりつつある生体材料（例えばバクデリオロドプ
シンやチトクロームｃ）や合成ポリペプチド（PBLGな
ど）等も適用が可能である。
以上具体例を示してきた両親媒体性の分子は、気液界
面、例えば空気と水の界面（水面）に於いて親水基を下
に向けて単分子の層を形成する。このとき、水面上の単
分子層は二次元系の特徴を有し、分子がまばらに散開し
ているときは、一分子当り面積Ａと表面圧πとの間に二
次元理想気体の式、 πＡ＝ＫＴ が成り立ち、“気体膜”となる。ここに、Ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度である。Ａを十分小さくすれば分
子間相互作用が強まり、二次元固体の“凝縮膜（または
固体膜）”になる。凝縮膜はガラスや樹脂の如き種々の
材質や形状を有する任意の物体の表面へ一層ずつ移すこ
とができる。この方法を用いて、単分子膜またはその累
積膜を形成し、これを本発明が示すスイツチング素子用
の周期的な層構造を有する絶縁層として使用することが
できる。
具体的な製法としては、例えば以下に示す方法を挙げる
ことができる。
所望の有機化合物をクロロホルム、ベンゼン、アセトニ
トリル等の溶剤に溶解させる。次に添付図面の第８図に
示す如き適当な装置を用いて、係る溶液を水相81上に展
開させて有機化合物を膜状に形成させる。
次にこの展開図82が水相81上を自由に拡散して広がりす
ぎないように仕切板（または浮子）83を設け、展開膜82
の展開面積を制限して膜物質の集合状態を制御し、その
集合状態に比例した表面圧πを得る。この仕切板83を動
かし、展開面積を縮小して膜物質の集合状態を制御し、
表面圧を除々に上昇させ、膜の製造に適する表面圧πを
設定することができる。この表面圧を維持しながら、静
かに清浄な基板84を垂直に上昇又は下降させることによ
り有機化合物の単分子膜が基板84上に移し取られる。こ
のような単分子膜91は第9a図または第9b図に模式的に示
す如く分子が秩序正しく配列した膜である。
単分子膜91は以上で製造されるが、前記の操作を繰り返
すことにより所望の累積数の累積膜が形成される。単分
子膜91を基板84上に移すには、上述した垂直浸漬法の
他、水平付着法、回転円筒法等の方法でも可能である。
尚、水平付着法は、基板を水面に水平に接触させて単分
子膜を移し取る方法であり、回転円筒法は円筒形の基板
を水面上を回転させて単分子膜を基板表面に移し取る方
法である。
前述した垂直浸漬法では、表面が親水性である基板を水
面を横切る方向に水中から引き上げると有機化合物の親
水性部位92が基板84側に向いた有機化合物の単分子膜91
が基板84上に形成される（第9b図）。前述のように基板
84を上下させると、各行程ごとに一枚ずつ単分子膜91が
積み重なって累積膜101が形成される。成膜分子の向き
が引上行程と浸漬行程で逆になるので、この方法による
と単分子膜の各層間は有機化合物の疎水性部位93aと93b
が向かいあうＹ型膜が形成される。（第10a図）。これ
に対し、水平付着法は、有機化合物の疎水性部位93が基
板84側に向いた単分子膜91が基板84上に形成される。
（第9a図）。この方法では、単分子膜91を累積しても成
膜分子の向きの交代はなく全ての層において、疎水性部
位93aと93bが基板84側に向いたＸ型膜が形成される（第
10b図）。反対に全ての層において親水性部位92a,92bが
基板84側に向いた累積膜101はＺ型膜と呼ばれる。（第1
0c図）。
単分子膜91を基板84上に移す方法は、上記方法に限定さ
れるわけではなく、大面積基板を用いる時にはロールか
ら水相中に基板を押し出していく方法なども採り得る。
また、前述した親水性基および疎水性基の基板への向き
は原則であり、基板の表面処理等によって変えることも
できる。
以上の如くして有機化合物の単分子膜91またはその累積
膜101からなるポテンシヤル障壁層が基板84上に形成さ
れる。
本発明において、上記の如き無機及び有機材料が積層さ
れた薄膜を支持するための基板84は、金属、ガラス、セ
ラミツクス、プラスチツク材料等いずれの材料でもよ
く、更に耐熱性の著しく低い生体材料も使用できる。
上記の如き基板84は任意の形状でよく平板状であるのが
好ましいが、平板に何ら限定されない。すなわち前記成
膜法においては、基板の表面がいかなる形状あってもそ
の形状通りに膜を形成し得る利点を有するからである。
またLB法によれば分子オーダーで絶縁層の層厚を自由に
制御できる。本発明に於いては数Å〜数1000Åの層厚の
ものにスイツチング特性が発現されているがスイツチン
グ特性上好ましくは10Å〜1000Åの範囲の層厚をもつも
のが良い。
一方、係るLB膜を挟持する電極材料も高い伝導性を有す
るものであれば良く、例えばAu,Pt,Ag,Pd,Al,In,Sn,Pb
などの金属やこれらの合金、さらにはグラフアイトやシ
リサイド、またさらにはITOなどの導電性酸化物を始め
として数多くの材料が挙げられ、これらの本発明への適
用が考えられる。係る材料を用いた電極形成法としても
従来公知の薄膜技術で充分である。ここで任意を要する
のは既に形成したLB膜上に更に電極を形成する際、LB層
に損傷を与えない様、例えば高温（＞100℃）を要する
製造或は処理工程を避けることが望ましい。またAl,In
などをはじめとして多くの金属材料は一般に、電極とし
て形成した後に大気中等にさらされていると表面に酸化
膜を生じる。LB膜に対して下地層となる電極の材緑料と
しては絶縁性の酸化膜をつくらない導電材料、例えば貴
金属やITOなどの酸化物導電体を用いることが好まし
い。
以下実施例により詳細な説明を行う。
〔実施例１〕 ヘキサメチルジシラン（HMDS）の飽和蒸気中に一昼夜放
置して疎水処理したガラス基板（コーニング社製＃750
9）上に下引き層としてCrを真空蒸着法により厚さ500Å
堆積させ、更にAuを同法により蒸着（膜厚1000Å）し、
幅1mmのストライプ状の下地電極を形成した。係る基板
を担体としてLB法によりスクアリリユム・ビス−６−オ
クチル・アズレン（SOAZ）の単分子膜の累積を行った。
累積方法の詳細を記す。
SOAZを濃度0.2mg/mlで溶かしたクロロホルム溶液を、水
温20℃の水相上に展開し、水面上に単分子膜を形成し
た。溶媒の蒸発除去を待って係る単分子膜の表面圧を20
mN/mまで高め、更にこれを一定に保ちながら前記基板を
水面を横切る方向に速度10mm/分で静かに浸漬した後、
続いて5mm/分で静かに引き上げ２層のＹ型単分子膜の累
積を行った。係る操作を適当回数繰り返すことによって
前記基板上に2,4,8,12,20,30,40,60層の８種類の累積膜
を形成した。次に係る膜面上に下地電極と直交するよう
に幅1mmのストライプ状のAl電極（膜厚1500Å）を基板
温度を室温以下に保持し真空蒸着し上部電極とした。
以上に様にして作成したMIM構造を有する試料（MIM素
子）の上下電極間に電圧を印加したときの電流特性（VI
特性）を測定した。その他の試料ではこれまで知られて
いないメモリー性のスイツチング特性を観測した（第６
図）。
更に第７図に示すような安定なON状態（抵抗値数＋Ω）
とOFF状態（抵抗値ＭΩ以上）をつくることができ、ON
→OFFへのスイツチングは一定のシキイ値電圧（１〜2V
程度/20層）を示し、OFF→ONへのスイツチングは−２〜
5V程度でおこり、またスイツチング速度は１μsec以下
でON/OFF比（ON状態とOFF状態の抵抗値の比）が５桁以
上であった。
スイツチングのシキイ値電圧は絶縁層の層数が増すと高
くなる傾向を示した。
その結果２層試料ではスイツチング特性は不安定で、ま
た60層試料ではOFF→ONのスイツチングがおこりにくか
った。
次に、比較的良好なスイツチング特性を示した20層試料
に対して、第１図に示すスイツチング回路を構成した。
第１図に示すスイツチング回路は、MIM構造を形成する
導電膜11と13並びに絶縁膜12を有するスイツチング素子
１に直流バイアス電源14と抵抗体15が接続されている。
さらに、このスイツチング素子には、抵抗素子（又は容
量素子）16が接続されている。この抵抗素子（又は容量
素子）16には、スイツチング素子に制御信号を印加する
制御用端子17が接続されている。
本例では直流バイアス電源14で発生した直流電圧（2V）
をスイツチング素子１を通して抵抗体15に供給し、係る
スイツチング素子のスイツチング特性を、抵抗体15の両
端に生じる電位（電圧降下）として電圧出力端18に出力
するものである。更にこの際、本例では抵抗体15として
100Ωの抵抗を用いた。
次に、導電膜13に抵抗素子（又は容量素子）16を通して
制御用端子17から制御信号を印加した。この際、本例で
は抵抗素子（又は容量素子）16として、200Ωの抵抗体
を用い、パルスジエネレータ（WAVETEK社製のMODEL16
4）で発生したパルス（三角波）を増幅（KEPCO社製のBI
POLAR OPAMP使用）したパルスを制御信号として制御用
端子17に入力した。又、この際の出力電圧は、電圧出力
端18に接続したオシロスコープ（TEKTRONIX社製の246
5）で観察した。
その結果を第２図に示す。第２図中の21は、制御用端子
17に入力する制御信号波形で、22は電圧力端18に出力さ
れた電圧波形である。すなわち、第２図に示す様に、10
〜20V程度の波高値を有する正の三角パルス波23を印加
した時、スイツチング素子１はオフ状態からオン状態に
スイツチし、一方１〜2Vの波高値を有する負の三角パル
ス波24を印加すると、スイツチング素子１はオン状態か
らオフ状態にスイツチすることが判明した。又、図示す
る如く、制御信号の電圧を0Vとした時、オン状態とオフ
状態がそれぞれメモリーされている。この際のメモリー
状態下のオン状態での出力電圧は、約1.4Vで、オフ状態
での出力電圧は0Vであった。
以上の結果から、第６図の様なスイツチング特性を示す
MIM素子に対して、制御用端子を設けることが可能であ
ることが明らかとなった。
〔実施例２〕 実施例１と同様にしてMIM（スイツチング）素子を作成
し第１図の回路を構成した。但し、このときLB膜層数を
20層のみとした。又、この時抵抗素子（又は容量素子）
16として、実施例１では抵抗体を用いたが、本実施例で
はコンデンサ（10-1,10-2,10-4,10-5μＦの４種）を用
いた。
その結果、実施例１で用いた正の三角パルス波の波高値
を６〜8Vに代えたが、６〜8V程度でも充分オフ状態から
オン状態へのスイツチを生じることが確認された。一
方、オン状態からオフ状態へのスイツチには約1Vの三角
パルス波の波高値が必要であった。又、本例ではコンデ
ンサの容量値が増えると制御用端子17からのパルス印加
後のスイツチするまでの時間が増加してしまうことか
ら、少くとも10-5〜10-1μＦの範囲では容量が小さい方
が望ましいという結果を得た。
又、以上の結果からMIM素子と容量素子を組み合わせた
三端子素子（第１図中の２）によって制御されたスイツ
チ特性を示す素子が実現できることが明らかとなった。
〔実施例３〕 第１図中の点線で囲まれた領域全てを同一基板上に有す
る三端子素子２の作成を行った。但し、この際、抵抗素
子（又は容量素子）16にはコンデンサを用い、係るコン
デンサはAl電極によってサンドウイツチされたLB膜によ
って形成した。構成の概略を第３図に示す。又、具体的
な作成手順を以下に示す。
実施例１と同様HMDS処理を施したガラス基板84上にCr及
びAuを蒸着し、下地電極31を形成した後、隣接した領域
にやはり真空蒸着法によりAlを厚さ1000Åに堆積させた
Al電極32を形成した。但しAl電極32の一部はAu下地電極
31とコンタクトさせた。係る基板84を用いて、実施例１
と同様にSOAZの単分子膜の累積（2,4,8,12,20,30,40,60
層）を行った（単分子膜の累積膜で形成した絶縁膜3
3）。次に、上部電極34と35としてのAlをAu下地電極31
とAl電極32を有する膜面上の領域それぞれに真空蒸着
（厚さ1500Å）し、MIM素子36並びにこれと接続するコ
ンデンサ37からなる三端子素子を形成した。
係る三端子素子で、実施例２と同様に第１図に示す測定
回路を組み、その特性を測ったところ、実施例２と同じ
結果が得られた。このことは、MIM素子のスイツチング
特性を利用した三端子素子が実現されたことを示すもの
である。
この時、LB膜の層数が増すに伴って、コンデンサの容量
が減少するため（と考えられるが）、スイツチングの制
御性が低下する傾向にあった。MIM素子本来の特性（層
数が少い、例えば２〜４層試料ではスイツチング特性が
不安定）との兼合いから、本実施例に於いては８〜20層
試料で比較的良好な特性を得た。又、本実施例ではMIM
素子とコンデンサを形成するLB膜を同一（構成分子，層
数，作製条件）とした為、同時形成が可能となった。そ
の結果素子形成プロセスの工程は極めて簡便なものとな
った。
〔実施例４〕 コンデンサ領域とMIM素子が膜面に対して垂直方向に連
続して形成されている試料を作成した。構成の概略を第
４図に、又作成手順を以下に示す。
充分洗浄されたガラス基板84（コーニング＃7059）上に
真空蒸着法によりスイツチング制御用端子としてのAl電
極41（厚さ1000Å）を形成した後、アラキジン酸
（C20）LB膜42を係る基板84上に積層（3,5,9,21,41,81
層）し、更に係る膜面上にAuを500Å蒸着（Au電極43）
してコンデンサを形成した。コンデンサ領域の面積は2m
m2とした。又、C20のLB膜42は濃度1mg/mlで溶かしたク
ロロホルム溶液をKHCO3でPH6.3に調整したCdCl2濃度４
×10-4mol/l,水温20℃の水相上に展開し単分子膜を形成
した後、実施例１と同一の条件，方法によって前記基板
84上にこれを累積することで得た。但し、ガラス基板及
び自然酸化膜を形成したAlの表面は供に親水性を示すこ
とから、累積に際してはあらかじめ基板を水中に没っし
ておき、引き上げる操作から始める必要があった。
更にAl（Al電極41）/C20LB膜42/Au（Au電極43）を積層
した基板84上に、SOAZ LB膜44を20層累積した後、係る
膜面上にAlを再び蒸着（Al電極45）,Au（Au電極43）/SO
AZ LB膜44/Al（Al電極45）によるMIM素子を形成するこ
とで、第４図に示した構成の試料を得た。尚、SOAZ LB
膜42の累積方法は実施例１と同一の方法とした。
以上の様にして得た試料に対し、実施例２同様の測定評
価を行ったところ、C203〜21層試料に於いて良好のスイ
ツチング特性を確認した。本実施例に於いてはMIM素子
とコンデンサを積層した為に、素子形状（占有面積）を
大幅に小さくすることが可能となった。又、MIM素子及
びコンデンサを形成するLB膜の作製を別工程で行う為、
それぞれの素子特性に最適の条件を選択することができ
る。その結果制御性、信頼性に優れた三端子スイツチン
グ素子が実現された。
尚、実施例３及び４に於いてLB膜によって形成したコン
デンサをその三端子素子の一部とした例を示したが、係
る素子の形成法及び構成材料は本発明を何ら制限するも
のではない。他の製法（例えば塗布法や真空蒸着法）で
作製した有機あるいは無機誘電体によってコンデンサを
形成し、上記三端子素子に適用することが可能である。
又、既に形成されたチツプコンデンサを基板上に搭載し
たハイブリツドタイプも可能である。一方、コンデンサ
に限らず実施例１でも示した様に抵抗体を形成し、接続
することによっても、三端子素子は実現されることは明
らかである。無論、その形成法は本発明を何ら制限しな
い。
〔実施例５〕 ITOを従来公知の方法により1mm幅のストライプ状にエツ
チングした基板を担体としてLB法によりルテチウム・ジ
フタロシアニン［LuH（Pc）２］の単分子膜の累積を行
った。LuH（Pc）２を濃度0.5mg/mlで溶かした溶液（溶
媒：クロロホルム／トリメチルベンゼン／アセトンの1/
1/2混合溶媒）を水温20℃の前記基板をあらかじめ浸漬
してある純水上に展開し、水面上の単分子膜を形成し
た。溶媒の蒸発除去を待って係る単分子膜の表面圧を20
mN/mまで高め、更にこれを一定に保ちながらあらかじめ
浸漬しておいた前記基板を水面を横切る方向に速度3mm/
分で静かに引き上げ、１層の単分子膜を電極基板上に累
積した。続いて上下速度が同じく3mm/分で静かに水面を
横切るように浸漬・引き上げを繰り返し行う事によりIT
O上に11層,21,31層の累積膜を形成した。次に係る膜面
上にITO電極と直交する様に幅1mmのストライプ状のAu電
極（膜厚1000Å）及びAl電極（膜厚1500Å）を真空蒸着
法によって形成した。
更に、実施例２と同様に第１図に示す回路を構成し、ス
イツチ特性及びその制御性を測定した。その結果、作成
したすべての試料でメモリー性のスイツチング特性を観
測した。
又、このときOFF→ONとON→OFFはそれぞれ波高値6V,1V
のパルス印加によってスイツチングが制御されることも
確認した。
尚、シキイ値電圧は上部電極の違いによらずほぼ一定の
値を示した。
一方、スイツチング特性に於いて、ON状態の抵抗値は数
十Ωで実施例１と同程度であるがOFF状態の抵抗値は実
施例１の場合と比べ１桁程度小さいが４桁程度のON/OFF
比は得られている。OFF状態の抵抗値が小さくなるのはL
uH（Pc）２が半導体的性質を有しているためと考えられ
る。またスイツチング速度は0.1μsecであった。
また使用する有機色素によりそのスイツチング特性わず
かに変化することから、電極とのコンタクトに起因する
ものではなく絶縁層の性質を反映している。
〔実施例６〜15〕 表１に示した電極材料と絶縁材料及びその層数を用いて
実施例２と同様の素子構造を有する試料を作成した。金
属電極は抵抗加熱法による真空蒸着により行った。
実施例２と同様にして三端子素子のスイツチング特性の
測定を行った所、表に示す結果を得た。表中○印で示し
た様にほとんどの試料に関し制御されたメモリー性のス
イツチング特性が認められた。
実施例７に於いて、実施例１と同様にMIMの構造の絶縁
材料としてSOAZを用いたにもかかわらず、同一条件で作
成した12個の試料すべてOFF状態のみを示し、ON状態へ
のスイツチングは確認できなかった。これはSn電極表面
に絶縁性の酸化膜が生じているためと考えられる。
以上述べてきた実施例中では色素絶縁層の形成にLB法を
使用してきたが、極めて薄く均一な絶縁性の有機薄膜が
作成できる成膜法であればLB法に限らず使用可能であ
る。具体的には真空蒸着法や電解重合法、CVD法等が挙
げられ使用可能な有機材料の範囲が広がる。
電極の形成に関しても既に述べている様に、有機薄膜層
上に均一な薄膜を作成しうる成膜法であれば使用可能で
あり、真空蒸着法やスパツタ法に限られるものではな
い。
更に基板材料やその形状も本発明は何ら限定するもので
はない。
〔本発明による効果〕 有機色素単分子膜をLB法により累積した薄膜を絶縁層
としたMIM構造素子に於いて、従来のMIM素子にはみられ
ないメモリー性のスイツチング特性が得られることを示
した。
係るMIM素子に抵抗性あるいは容量性を示すもしくは
素子構成要素を組み合わせることで前記スイツチング特
性に対して制御性を有する三端子素子が得られることを
明らかにした。
単分子膜の累積によって絶縁層を形成する方法の為、
分子オーダ（数Å〜数十Å）による膜厚制御が容易に実
現できた。また制御性が優れている為、素子を形成する
時再現性が高く生産性に富む。
無機材料のみからなるスイツチング素子に比べ材料の
自由度が高く、又、低温プロセスによる素子形成が可能
であり、将来分子エレクトロニクス，バイオエレクトロ
ニクス等生体との親和性の高い素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のスイツチング装置の概略図である。第
２図は本発明のスイツチング装置に制御信号を印加した
時の出力電圧とメモリー状態を示す特性図である。第３
図及び第４図は本発明で用いたスイツチング装置の断面
図である。第５図は本発明で用いたMIM素子の斜視図で
ある。第６図は本発明で用いたMIM素子の電気的特性
（（V/I特性）を示す特性図である。第７図は本発明で
用いたMIM素子において確認されたON状態及びOFF状態の
電気的特性図である。第８図は本発明の有機色素絶縁層
をLB法によって形成する方法を図解的に示す説明図であ
る。第9a図と第9b図は単分子膜の模式図であり、第10a
図，第10b図と第10c図は累積膜の模式図である。
フロントページの続き (72)発明者 森川 有子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 江口 健 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 浜本 敬 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 栗林 正樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一対の電極と、該電極間に狭持されたπ電
    子準位を有する有機材料の単分子累積膜を含む有機薄膜
    を基板上に設け、基板側の電極が貴金属あるいは酸化物
    導電体からなるスイッチング素子、該素子を駆動するた
    めの電圧印加手段及び制御信号付与手段を有し、該制御
    信号付与手段には抵抗素子あるいは容量素子が接続され
    ていることを特徴とするスイッチング装置。
  2. 【請求項２】前記スイッチング素子は、第１の抵抗値を
    示す第１の電子状態と第２の抵抗値を示す第２の電子状
    態を有し、それぞれ異なる閾値を越える電圧を印加する
    ことによって、第１の電子状態と第２の電子状態との間
    を遷移する特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装
    置。
  3. 【請求項３】前記スイッチング素子がメモリー特性を有
    している特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装
    置。
  4. 【請求項４】前記有機材料が分子中にπ電子準位をもつ
    群とσ電子準位のみをもつ群とを有している特許請求の
    範囲第１項記載のスイッチング装置。
  5. 【請求項５】前記スイッチング素子と抵抗素子あるいは
    容量素子が同一基板上に形成されている特許請求の範囲
    第１項記載のスイッチング装置。
  6. 【請求項６】前記容量素子が、電極間に有機薄膜を狭持
    してなるものである特許請求の範囲第１項記載のスイッ
    チング装置。
  7. 【請求項７】前記スイッチング素子の有機薄膜と容量素
    子の有機薄膜が同一基板上に電極を介して積層されてい
    る特許請求の範囲第６項記載のスイッチング装置。
  8. 【請求項８】前記スイッチング素子の有機薄膜と容量素
    子の有機薄膜が別個の層として形成されている特許請求
    の範囲第６項記載のスイッチング装置。
  9. 【請求項９】前記単分子累積膜がLB膜である特許請求の
    範囲第１項記載のスイッチング装置。
  10. 【請求項１０】前記単分子累積膜の累積数が２〜60であ
    る特許請求の範囲第１項記載のスイッチング装置。
  11. 【請求項１１】前記容量素子に含まれる有機薄膜が、LB
    膜である特許請求の範囲第６項記載のスイッチング装
    置。
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