(57)【要約】【課題】安定したスイッチング動作が可能なナノギャップ電極を備えるスイッチング素子を提供する。【解決手段】第１電極１０及び第２電極２０と、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられ、第１電極１０と第２電極２０との間への所定電圧の印加により抵抗状態が切り替わるスイッチング現象を生じさせる間隙を有する電極間間隙部３０と、を備え、第１電極１０及び第２電極２０はそれぞれ、土台部１１，２１を備え、第１電極１０側の土台部１１と、第２電極２０側の土台部２１と、はトンネル電流を発生可能な間隔を隔てて対向しており、第１電極１０及び第２電極２０の少なくとも一方は、土台部１１，２１同士の対向部分に、土台部１１，２１を構成する物質よりも融点が低い物質からなる低融点部１２，２２を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間への所定電圧の印加により抵抗状態が切り替わるスイッチング現象を生じさせる間隙を有する電極間間隙部と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、土台部を備え、
前記第１電極側の前記土台部と、前記第２電極側の前記土台部と、はトンネル電流を発生可能な間隔を隔てて対向しており、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記土台部同士の対向部分に低融点部を備え、
前記第１電極が前記低融点部を備える場合、当該低融点部は、前記第１電極側の前記土台部を構成する物質よりも融点が低い物質からなり、
前記第２電極が前記低融点部を備える場合、当該低融点部は、前記第２電極側の前記土台部を構成する物質よりも融点が低い物質からなることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
前記低融点部は、前記第１電極及び前記第２電極のうちの、前記電圧印加の際に相対的に高電位となる電極に少なくとも備えられていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング素子。
【請求項３】
前記低融点部は、前記第１電極及び前記第２電極の双方に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノギャップ電極を備えるスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、デバイスの小型化、高密度化に伴い、電気素子の一層の微細化が望まれている。その一例として、微細な間隙（ナノギャップ）を隔てた２つの電極間への電圧の印加によって、スイッチング動作が可能な素子が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
このようなナノギャップ電極を備えるスイッチング素子においては、書き込み又は消去のために、所定の電圧値の電圧を印加して、高抵抗状態（ＯＦＦ状態）から低抵抗状態（ＯＮ状態）へ移行させたり、低抵抗状態（ＯＮ状態）から高抵抗状態（ＯＦＦ状態）へ移行させたりするようになっている。
具体的には、高抵抗移行電圧の印加に伴いナノギャップ電極間のギャップ幅Ｇが広がることで、ナノギャップ電極間の抵抗状態が、トンネル電流の流れにくい高抵抗状態へと移行し、低抵抗移行電圧の印加に伴いナノギャップ電極間のギャップ幅Ｇが狭まることで、ナノギャップ電極間の抵抗状態が、トンネル電流の流れやすい低抵抗状態へと移行する。
【０００４】
図７に、Ａｕ（金）からなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線と、Ｔａ（タンタル）からなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線と、を示す。
Ａｕ（金）からなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線、すなわち図７において実線で示す曲線は、印加電圧値が０〜約３．０Ｖの範囲では、印加電圧値が高くなるに従って電流値が大きくなり、印加電圧値が約３．０Ｖを上回ると、印加電圧値が高くなるに従って電流値が小さくなっている。これにより、当該スイッチング素子においては、印加電圧値が０〜約３．０Ｖの範囲ではギャップ幅Ｇが変化せず、印加電圧値が約３．０Ｖを上回るとギャップ幅Ｇが広がることが分かる。したがって、当該スイッチング素子の場合は、低抵抗状態から高抵抗状態への移行に、少なくとも約３．０Ｖの電圧印加が必要である。
【０００５】
一方、Ｔａ（タンタル）からなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線、すなわち図７において一点鎖線で示す曲線は、印加電圧値が０〜約７．８Ｖの範囲では、印加電圧値が高くなるに従って電流値が大きくなり、印加電圧値が約７．８Ｖを上回ると、電流値が急激に小さくなっている。これにより、当該スイッチング素子においては、印加電圧値が０〜約７．８Ｖの範囲ではギャップ幅Ｇが変化せず、印加電圧値が約７．８Ｖを上回るとギャップ幅Ｇが広がることが分かる。したがって、当該スイッチング素子の場合は、低抵抗状態から高抵抗状態への移行に、少なくとも約７．８Ｖの電圧印加が必要である。
【０００６】
このように、ナノギャップ電極を構成する物質によって、抵抗状態の切り替わりに必要な電圧値が異なる。
ここで、ナノギャップ電極を構成する物質の融点と、抵抗状態の切り替わりに必要な電圧値と、に相関があることが分かっている。具体的には、ナノギャップ電極を構成する物質の融点が高いほど、低抵抗状態から高抵抗状態への切り替わりに必要な電圧値が高くなることが分かっている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２００４５８号公報
【特許文献２】特表２００９−５３５８３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．３（２００８）１８０６−１８１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ナノギャップ電極は、例えば図８に示すように、高抵抗移行電圧の印加に伴い、パルスの立ち上がり立ち下り時のエッジ部のオーバーシュート、リンギング等のノイズや電圧印加前のナノギャップの状態などによって、ギャップ幅Ｇが過剰に広がって絶縁状態もしくは過剰な高抵抗状態になる場合がある。一度そのような状態になると、ギャップ幅Ｇが狭まらない、もしくは狭まりにくくなるので、次の低抵抗状態への移行動作が行えない、もしくは行いにくくなり、安定したスイッチング動作が困難になることがあった。また、ギャップ幅Ｇが過剰に広がって、ナノギャップ構造自体が破壊されてしまうこともあった。
一方、ナノギャップ電極間のギャップ幅Ｇが過剰に広がらないようにするためには、高抵抗移行電圧の電圧値を低く設定したり、ギャップ幅Ｇが広がりにくい物質（すなわち、高電圧値の電圧を印加しないと高抵抗状態へと移行しない物質）でナノギャップ電極を構成したりすることが考えられる。しかしながら、このような処置をとると、高抵抗状態へと十分に移行しないことがあり、やはり安定したスイッチング動作が困難になることがあった。
【００１０】
本発明の課題は、安定したスイッチング動作が可能なナノギャップ電極を備えるスイッチング素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、スイッチング素子であって、
第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間への所定電圧の印加により抵抗状態が切り替わるスイッチング現象を生じさせる間隙を有する電極間間隙部と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ、土台部を備え、
前記第１電極側の前記土台部と、前記第２電極側の前記土台部と、はトンネル電流を発生可能な間隔を隔てて対向しており、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記土台部同士の対向部分に低融点部を備え、
前記第１電極が前記低融点部を備える場合、当該低融点部は、前記第１電極側の前記土台部を構成する物質よりも融点が低い物質からなり、
前記第２電極が前記低融点部を備える場合、当該低融点部は、前記第２電極側の前記土台部を構成する物質よりも融点が低い物質からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のスイッチング素子であって、
前記低融点部は、前記第１電極及び前記第２電極のうちの、前記電圧印加の際に相対的に高電位となる電極に少なくとも備えられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のスイッチング素子であって、
前記低融点部は、前記第１電極及び前記第２電極の双方に備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、土台部が低融点部の過剰な動きを防止するためのストッパーとして働くので、高抵抗状態への移行時に、低融点部が過剰に動いて電極間間隙部の間隙が過剰に広がってしまうことを防止することができる。よって、次の低抵抗移行動作が行いやすくなるので、安定したスイッチング動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した一実施形態として例示するスイッチング素子の要部を模式的に示す断面図である。
【図２】横型構造のスイッチング素子の一例を模式的に示す図である。
【図３】縦型構造のスイッチング素子の一例を模式的に示す図である。
【図４】図２に示すスイッチング素子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図５】図３に示すスイッチング素子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図６】（ａ）実施例のスイッチング素子に、高抵抗移行電圧と低抵抗移行電圧とを交互に繰り返し印加した場合の、素子の抵抗値変化を示す図、（ｂ）比較例のスイッチング素子に、高抵抗移行電圧と低抵抗移行電圧とを交互に繰り返し印加した場合の、素子の抵抗値変化を示す図である。
【図７】Ａｕからなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線と、Ｔａからなるナノギャップ電極を備えるスイッチング素子の電流−電圧曲線と、を示す図である。
【図８】従来のスイッチング素子の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１７】
スイッチング素子１は、例えば、ナノギャップ電極間（電極間間隙部３０の間隙）の抵抗値をスイッチさせて、データの記憶を行うメモリ素子である。
具体的には、例えば図１に示すように、スイッチング素子１は、主に、ナノギャップ電極としての第１電極１０及び第２電極２０と、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられた電極間間隙部３０と、を備えて構成される。
【００１８】
第１電極１０は、例えば、第２電極２０と対になって、スイッチング素子１のスイッチング動作を行うためのものである。
第１電極１０の形状は、特に限定されるものではなく、適宜任意に変更することができる。
第１電極１０は、例えば図１に示すように、土台部１１と、土台部１１を構成する物質よりも融点が低い物質からなる低融点部１２と、を備えて構成される。すなわち、第１電極１０は、二層構造となっている。
【００１９】
土台部１１の材質、すなわち土台部１１を構成する物質は、導電性を備えていれば特に限定されるものではなく、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、コバルト、クロム、ロジウム、銅、チタン、タングステン、タンタル、炭素又はこれらの合金から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。
低融点部１２は、土台部１１のうちの第２電極２０と対向する部分に設けられている。低融点部１２の材質、すなわち低融点部１２を構成する物質は、土台部１１を構成する物質よりも融点が低く、かつ導電性を備えていれば特に限定されるものではない。
【００２０】
第２電極２０は、例えば、第１電極１０と対になって、スイッチング素子１のスイッチング動作を行うためのものである。
第２電極２０の形状は、特に限定されるものではなく、適宜任意に変更することができる。
第２電極２０は、例えば図１に示すように、土台部２１と、土台部２１を構成する物質よりも融点が低い物質からなる低融点部２２と、を備えて構成される。すなわち、第２電極２０も、二層構造となっている。
【００２１】
土台部２１の材質、すなわち土台部２１を構成する物質は、導電性を備えていれば特に限定されるものではなく、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、コバルト、クロム、ロジウム、銅、チタン、タングステン、タンタル、炭素又はこれらの合金から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。
低融点部２２は、土台部２１のうちの第１電極１０と対向する部分に設けられている。低融点部２２の材質、すなわち低融点部２２を構成する物質は、土台部２１を構成する物質よりも融点が低く、かつ導電性を備えていれば特に限定されるものではない。
【００２２】
電極間間隙部３０は、例えば、第１電極１０と第２電極２０との間に形成され、スイッチング素子１の抵抗値変化現象を発現する役割を具備している。
具体的には、電極間間隙部３０は、例えば、第１電極１０と第２電極２０との間への所定電圧の印加により抵抗のスイッチング現象を生じさせる間隙を有するものである。具体的には、電極間間隙部３０の間隙の幅、すなわち第１電極１０と第２電極２０との間のギャップ幅Ｇは、ナノメートルオーダーとなるよう設定されている。
【００２３】
なお、第１電極１０側の土台部１１を構成する物質と、第２電極２０側の土台部２１を構成する物質と、は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、第１電極１０側の低融点部１２を構成する物質と、第２電極２０側の低融点部２２を構成する物質と、は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
第１電極１０側の土台部１１を構成する物質と、第２電極２０側の土台部２１を構成する物質と、が異なる場合、第１電極１０側の低融点部１２を構成する物質の融点は、土台部１１を構成する物質の融点と、土台部２１を構成する物質の融点と、の双方よりも低いことが好ましい。
また、第１電極１０側の土台部１１を構成する物質と、第２電極２０側の土台部２１を構成する物質と、が異なる場合、第２電極２０側の低融点部２２を構成する物質の融点は、土台部１１を構成する物質の融点と、土台部２１を構成する物質の融点と、の双方よりも低いことが好ましい。
【００２４】
前述したように、ナノギャップ電極を構成する物質の融点が高いほど、低抵抗状態から高抵抗状態への切り替わりに必要な電圧値（以下「切替電圧値」という。）が高くなることが分かっている。すなわち、融点が高い物質ほど動きにくく、融点が低い物質ほど動きやすい。
したがって、例えば、ナノギャップ電極の一方の電極と他方の電極との双方が単層構造である場合であって、これらの電極を構成する物質の融点が低い場合には、これらの電極を構成する物質は動きやすいので、高抵抗移行電圧の印加に伴い、パルスの立ち上がり立ち下り時のエッジ部のオーバーシュート、リンギング等のノイズや電圧印加前のナノギャップの状態などによって、ギャップ幅Ｇが過剰に広がってしまうことがある。ギャップ幅Ｇが過剰に広がると、ナノギャップ電極間が絶縁状態もしくは過剰な高抵抗状態になったり、ナノギャップ構造自体が破壊されたりして、次の低抵抗状態への移行動作が行えない、もしくは行いにくくなり、安定したスイッチング動作が困難になる。
一方、例えば、ナノギャップ電極の一方の電極と他方の電極との双方が単層構造である場合であって、これらの電極を構成する物質の融点が高い場合には、これらの電極を構成する物質は動きにくいので、高抵抗移行電圧を印加しても高抵抗状態へと十分に移行しないことがあり、この場合も、安定したスイッチング動作が困難になる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、比較的低融点の物質、すなわち比較的動きやすい物質からなる低融点部１２，２２で電極間間隙部３０を形成し、その低融点部１２，２２を、比較的高融点の物質、すなわち比較的動きにくい物質からなる土台部１１，２１で挟み込んでいる。これにより、土台部１１，２１が低融点部１２，２２の動きを制限するストッパーとして働くので、高抵抗状態への移行時に、低融点部１２，２２が過剰に動いてギャップ幅Ｇが過剰に広がってしまうことを防止することができる。
【００２６】
したがって、高抵抗移行電圧の印加に伴いギャップ幅Ｇが過剰に広がって、ナノギャップ電極間が絶縁状態もしくは過剰な高抵抗状態になったり、ナノギャップ構造自体が破壊されたりすることがない。
また、高抵抗移行電圧の印加に伴いギャップ幅Ｇが過剰に広がってしまうことがないので、高抵抗移行電圧の電圧値を高く設定することが可能である。そのため、高抵抗移行電圧を印加しても高抵抗状態へと十分に移行しないという不都合の発生を防止することが可能となる。
また、第１電極１０及び第２電極２０の双方に、高抵抗移行電圧や低抵抗移行電圧の印加に伴い動く低融点部１２，２２を備えているので、電圧印加に伴いギャップ幅Ｇがより大きく変化することとなって、より安定したスイッチング動作が可能となる。また、駆動時の極性を考慮することなく素子設計できる。
【００２７】
ここで、ナノメートルオーダーのギャップ幅Ｇを維持するためには、第１電極１０側の土台部１１と、第２電極２０側の土台部２１と、の間の間隔が大きいほど、低融点部１２，２２を厚くする必要がある。しかし、低融点部１２，２２が厚いほど、低融点部１２，２２の可動範囲が広くなるので、ギャップ幅Ｇが過剰に広がる可能性が高くなる。すなわち、土台部１１，２１間の間隔が大きいと、土台部１１，２１はストッパーとしての役割を果たせなくなる可能性が高くなる。
そこで、本実施形態では、土台部１１，２１がストッパーとしての役割を確実に果たすことができるように、土台部１１，２１間の間隔に制限を設けている。具体的には、土台部１１，２１間の間隔は、トンネル電流を発生可能な間隔に設定されている。
【００２８】
「トンネル電流を発生可能な間隔」とは、土台部１１，２１間にトンネル電流が流れる範囲の間隔のことであり、スイッチング素子１への電圧印加時において土台部１１，２１間に直接導通があることを意味するものではない。
例えば、Ａｕ（金）のみからなる一対の電極の場合、当該一対の電極間の間隔が１３ｎｍを上回ると、トンネル電流が流れなくなる。したがって、土台部１１，２１を構成する物質がＡｕである場合、「トンネル電流を発生可能な間隔」は１３ｎｍ以下の間隔であり、当該土台部１１，２１は、１３ｎｍ以下の間隔を隔てて対向するように配設される。そして、その１３ｎｍ以下の間隔内に、Ａｕよりも融点の低い物質からなる低融点部１２，２２がギャップ幅Ｇの間隔を隔てて対向するように配設され、スイッチング素子１への電圧印加時には、低融点部１２，２２間にトンネル電流が流れる。
【００２９】
本実施形態では、高抵抗移行電圧として、土台部１１，２１間の間隔は広がらないが、電極間間隙部３０の間隙は広がる（すなわち、ギャップ幅Ｇは広がる）電圧値の電圧を印加する。
具体的には、本実施形態の場合、高抵抗移行電圧として、土台部１１，２１を構成する物質の切替電圧値未満で、低融点部１２，２２を構成する物質の切替電圧値以上の電圧値の中から、金属配線抵抗の影響等を考慮して決定した電圧値の電圧を印加する。
したがって、土台部１１，２１を構成する物質の切替電圧値と、低融点部１２，２２を構成する物質の切替電圧値と、の差が小さいほど、高抵抗移行電圧の印加に伴い、ノイズ等によって、低融点部１２，２２だけでなく土台部１１，２１も動いて土台部１１，２１間の間隔が広がってしまい、ギャップ幅Ｇが過剰に広がってしまう可能性が高くなる。
よって、土台部１１，２１を構成する物質の切替電圧値と、低融点部１２，２２を構成する物質の切替電圧値と、の差は大きいほど好ましい。すなわち、土台部１１，２１を構成する物質の融点と、低融点部１２，２２を構成する物質の融点と、の差は大きいほど好ましい。これにより、土台部１１，２１がノイズ等の影響を受けにくくなるので、ギャップ幅Ｇが過剰に広がることを効果的に防止することができる。
【００３０】
具体的には、例えば、金（融点：１０６４℃）、銀（融点：９６２℃）、白金（融点：１７６９℃）、パラジウム（融点：１５５２℃）、ニッケル（融点：１４５５℃）、アルミニウム（融点：６６０℃）、コバルト（融点：１４９５℃）、クロム（融点：１８５７℃）、ロジウム（融点：１９６０℃）、銅（融点：１０８５℃）、チタン（融点：１６６６℃）、タングステン（融点：３０４７℃）、タンタル（融点：２９８５℃）、炭素（昇華点：３９００Ｋ、常圧下では融点を持たない）の中から、土台部１１，２１を構成する物質と、低融点部１２，２２を構成する物質と、を選択する場合、土台部１１，２１を構成する物質は、タングステン、タンタル、又は炭素が好ましく、低融点部１２，２２を構成する物質は、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、コバルト、クロム、ロジウム、銅、又はチタンが好ましい。
【００３１】
なお、スイッチング素子１は、例えば図２に示すように、第１電極１０と第２電極２０とが、絶縁性基板１００の上面に対して平行方向に並んで配置された横型構造のスイッチング素子であってもよいし、例えば図３に示すように、第１電極１０と第２電極２０とが、絶縁性基板１００の上面に対して垂直方向に並んで配置された縦型構造のスイッチング素子であってもよい。
【００３２】
ここで、図２に示す横型構造のスイッチング素子１の製造方法の一例を、図４を参照して説明する。
まず、絶縁性基板１００の上面に、第１電極１０側の土台部１１と、第２電極２０側の土台部２１の一部である土台内部２１ａと、を形成する（図４（ａ）参照）。
土台部１１の厚さ、土台内部２１ａの厚さは、例えば３０ｎｍであるが、適宜任意に変更可能である。
【００３３】
なお、絶縁性基板１００の構造及び材質は、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、絶縁性基板１００の表面の形状は、平面であってもよいし、凹凸を有していてもよい。また、絶縁性基板１００は、例えば、Ｓｉ等の半導体基板の表面に酸化膜等を設けたものであってもよいし、基板そのものが絶縁性とされたものであってもよい。また、絶縁性基板１００の材質としては、例えば、ガラス、酸化珪素（ＳｉＯ２）などの酸化物、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの窒化物等が好ましく、このうち、酸化珪素（ＳｉＯ２）が、電極１０，２０との密着性と、その製造において自由度が大きい点で好適となっている。
【００３４】
次いで、土台内部２１ａの外側に、第２電極２０側の土台部２１の一部である土台外部２１ｂを形成する（図４（ｂ）参照）。土台外部２１ｂの形成は、例えば、所定の蒸着装置を用いて傾斜蒸着法で行う。具体的には、絶縁性基板１００は、当該絶縁性基板１００の上面と、蒸着源から蒸散する粒子の飛来方向とのなす角θ１が、０°＜θ１＜９０°となるように配置される。このように傾斜蒸着法で土台外部２１ｂを形成すると、θ１や蒸着時間（膜厚）などを調整することによって、土台部１１，２１間の間隔を所望の間隔にすることができる。
土台外部２１ｂの厚さ（土台内部２１ａの上面に形成された部分の厚さ）は、例えば２０ｎｍであるが、適宜任意に変更可能である。
本製造方法で製造した場合、第２電極２０側の土台部２１は、土台内部２１ａと土台外部２１ｂとからなる。
【００３５】
次いで、低融点部１２，２２を形成する（図４（ｃ）参照）。低融点部１２，２２の形成は、例えば、所定の蒸着装置を用いて傾斜蒸着法で行う。具体的には、絶縁性基板１００は、当該絶縁性基板１００の上面と、蒸着源から蒸散する粒子の飛来方向とのなす角θ１が、９０°＜θ１＜１８０°となるように配置される。このように傾斜蒸着法で低融点部１２，２２を形成すると、θ１や蒸着時間（膜厚）などを調整することによって、低融点部１２，２２間の間隔（すなわち、ギャップ幅Ｇ）を所望の間隔（幅）にすることができる。
低融点部１２，２２の厚さ（土台部１１，２１の上面に形成された部分の厚さ）は、例えば５ｎｍであるが、適宜任意に変更可能である。
このようにして、横型構造のスイッチング素子１を製造することができる。
【００３６】
次に、図３に示す縦型構造のスイッチング素子１の製造方法の一例を、図５を参照して説明する。
まず、絶縁性基板１００の上面に、第１電極１０を形成する。具体的には、絶縁性基板１００の上面に、第１電極１０側の土台部１１を形成し、その後、土台部１１の上面に、第１電極１０側の低融点部１２を形成する（図５（ａ）参照）。
次いで、第１電極１０の上面に、ナノギャップ（電極間間隙部３０の間隙）を形成するための犠牲層２００（例えば、Ａｌ３Ｏ２）を形成し、その後、第２電極２０を支持するための絶縁層３００を形成する（図５（ｂ）参照）。
【００３７】
次いで、犠牲層２００の上面に、第２電極２０を形成する。具体的には、犠牲層２００の上面に、第２電極２０側の低融点部２２を形成し、その後、低融点部２２及び絶縁層３００の上面に、第２電極２０側の土台部２１を形成する（図５（ｃ）参照）。
次いで、犠牲層２００のみを溶解除去可能な溶液を用いて、当該犠牲層２００を選択的に除去し、ナノギャップ（電極間間隙部３０の間隙）を形成する。
このようにして、縦型構造のスイッチング素子１を製造することができる。
【００３８】
＜実施例＞
以下に、具体的な実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
まず、Ｔａ（タンタル）からなる土台部１１，２１と、Ａｕ（金）からなる低融点部１２，２２と、を有するスイッチング素子１（以下、「実施例のスイッチング素子」という）を作製した。すなわち、第１電極１０及び第２電極２０の双方が二層構造であるスイッチング素子１を作製した。
そして、実施例のスイッチング素子に対して、高抵抗移行電圧及び低抵抗移行電圧の印加を繰り返し交互に行い、当該スイッチング素子が有する電極間間隙部３０の間隙の抵抗値を、各電圧の印加後に測定した。
【００４０】
実施例の高抵抗移行電圧の印加では、印加電圧値を９Ｖに設定するとともに、パルス幅（１回のパルス電圧の印加時間）を１μｓに設定して、パルス電圧を印加した。
また、実施例の低抵抗移行電圧の印加では、印加電圧値を０Ｖから１０Ｖまでと設定するとともに、電流のリミット値を２．５μＡに設定して、スイープ電圧を印加した。
その結果を、図６（ａ）に示す。
【００４１】
また、比較のために、第１電極及び第２電極の双方が単層構造であるスイッチング素子を作製した。具体的には、土台部１１，２１がＰｔ（白金）からなる点及び低融点部１２，２２が設けられていない点以外は、実施例のスイッチング素子と同様の構成のスイッチング素子（以下、「比較例のスイッチング素子」という）を作製した。
そして、比較例のスイッチング素子に対して、高抵抗移行電圧及び低抵抗移行電圧の印加を繰り返し交互に行い、当該スイッチング素子が有する電極間間隙部の間隙の抵抗値を、各電圧の印加後に測定した。
【００４２】
比較例の高抵抗移行電圧の印加では、素子の保護も加味し、なるべく低ストレス負荷となるよう、印加電圧値を７Ｖに設定するとともに、パルス幅を２０ｎｓに設定して、パルス電圧を印加した。したがって、比較例の高抵抗移行電圧の印加では、実施例の高抵抗移行電圧の印加よりも、印加電圧値が低く、パルス幅が短いパルス電圧を印加した。
また、比較例の低抵抗移行電圧の印加では、印加電圧値を３Ｖから１０Ｖまでと設定するとともに、電流のリミット値を２μＡに設定して、スイープ電圧を印加した。
その結果を、図６（ｂ）に示す。
【００４３】
図６（ｂ）に示すように、比較例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧として、素子の保護も加味し、なるべく低ストレス負荷となるよう、実施例のスイッチング素子に対する高抵抗移行電圧よりも、印加電圧値が低く、パルス幅が短いパルス電圧を印加したので、高抵抗状態に十分に移行しないことがあった（二点鎖線で囲んだ■プロット参照）。
また、比較例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧として、実施例のスイッチング素子に対する高抵抗移行電圧よりも、印加電圧値が低く、パルス幅が短いパルス電圧を印加したにもかかわらず、過剰な高抵抗状態になることもあった（点線で囲んだ■プロット参照）。
【００４４】
以上の結果から、比較例のスイッチング素子は、安定したスイッチング動作が困難であることが分かった。
また、比較例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧の印加条件（印加電圧値や印加時間など）として、高抵抗状態の抵抗値がばらつかないような条件がない、あるいは高抵抗状態の抵抗値がばらつかないような条件を見つけ出すことが難しいことが分かった。
【００４５】
一方、図６（ａ）に示すように、実施例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧として、比較例のスイッチング素子に対する高抵抗移行電圧よりも、印加電圧値が高く、パルス幅が長いパルス電圧を印加したので、高抵抗状態に十分に移行しないことがなかった。
また、実施例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧として、比較例のスイッチング素子に対する高抵抗移行電圧よりも、印加電圧値が高く、パルス幅が長いパルス電圧を印加したにもかかわらず、過剰な高抵抗状態になることもなかった。
【００４６】
以上の結果から、実施例のスイッチング素子は、安定したスイッチング動作が可能であることが分かった。
また、実施例のスイッチング素子は、高抵抗移行電圧の印加条件（印加電圧値や印加時間等）として、高抵抗状態の抵抗値がばらつかないような条件を容易に設定できることが分かった。
【００４７】
本実施形態のスイッチング素子１によれば、第１電極１０及び第２電極２０と、第１電極１０と第２電極２０との間に設けられ、第１電極１０と第２電極２０との間への所定電圧の印加により抵抗状態が切り替わるスイッチング現象を生じさせる間隙（ナノギャップ）を有する電極間間隙部３０と、を備え、第１電極１０及び第２電極２０はそれぞれ、土台部１１，２１を備え、第１電極１０側の土台部１１と、第２電極２０側の土台部２１と、はトンネル電流を発生可能な間隔を隔てて対向しており、第１電極１０及び第２電極２０はそれぞれ、土台部１１，２１同士の対向部分に低融点部１２，２２を備え、第１電極１０側の低融点部１２は、第１電極１０側の土台部１１を構成する物質よりも融点が低い物質からなり、第２電極２０側の低融点部２２は、第２電極２０側の土台部２１を構成する物質よりも融点が低い物質からなる。
【００４８】
したがって、土台部１１，２１が低融点部１２，２２の過剰な動きを防止するためのストッパーとして働くので、高抵抗状態への移行時に、低融点部１２，２２が過剰に動いて電極間間隙部３０の間隙が過剰に広がってしまうことを防止することができる。よって、次の低抵抗移行動作が行いやすくなるので、安定したスイッチング動作が可能となる。
【００４９】
なお、低融点部は、第１電極１０及び第２電極２０の少なくとも一方に備えられていればよい。すなわち、第１電極１０及び第２電極２０の一方を、土台部及び低融点部を備える二層構造にし、他方を、土台部は備えるが低融点部を備えない単層構造とすることも可能である。
第１電極１０及び第２電極２０の一方のみが低融点部を備える場合、当該低融点部と、他方側の土台部と、の間が電極間間隙部３０の間隙になる。また、この場合、当該低融点部を構成する物質の融点は、少なくとも一方側の土台部を構成する物質よりも融点が低ければよく、一方側の土台部を構成する物質の融点と、他方側の土台部を形成する物質の融点と、の双方よりも低い方が好ましい。
【００５０】
また、第１電極１０及び第２電極２０の一方のみが低融点部を備える場合、当該低融点部は、第１電極１０及び第２電極２０のうちの、電圧印加の際に相対的に高電位となる電極に備えられていることが好ましい。
具体的には、第１電極１０及び第２電極２０の一方のみが低融点部を備える場合であって、例えば、高抵抗移行電圧や低抵抗移行電圧の印加の際に、第１電極１０が相対的に高電位となり、第２電極２０が相対的に低電位となる場合には、低融点部は、第１電極１０に備えられることが好ましい。
【００５１】
すなわち、高抵抗移行電圧や低抵抗移行電圧の印加の際に、第１電極１０が相対的に高電位となり、第２電極２０が相対的に低電位となる場合には、上記実施形態のように、第１電極１０及び第２電極２０の双方を、土台部及び低融点部を備える二層構造としてもよいし、第１電極１０を土台部１１及び低融点部１２を備える二層構造とするとともに、第２電極２０を土台部２１は備えるが低融点部２２は備えない単層構造とすることも可能である。
また、高抵抗移行電圧や低抵抗移行電圧の印加の際に、第２電極２０が相対的に高電位となり、第１電極１０が相対的に低電位となる場合には、上記実施形態のように、第１電極１０及び第２電極２０の双方を、土台部及び低融点部を備える二層構造としてもよいし、第２電極２０を土台部２１及び低融点部２２を備える二層構造とするとともに、第１電極１０を土台部１１は備えるが低融点部１２は備えない単層構造とすることも可能である。
【００５２】
高抵抗移行電圧の印加に伴いギャップ幅Ｇが広がる要因の一つとして、エレクトロマイグレーションによる電極を構成する原子の移動が考えられている。少なくとも相対的に高電位となる電極側に、動きやすい物質からなる低融点部を備えた方が、ギャップ幅Ｇが広がりやすくなり、より安定したスイッチング動作が可能となる。
【００５３】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１  スイッチング素子
１０  第１電極
１１  土台部
１２  低融点部
２０  第２電極
２１  土台部
２２  低融点部
３０  電極間間隙部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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