(57)【要約】【課題】導通時のオン抵抗の値を小さくする。【解決手段】一対の外部電極１０，２０と、一対の外部電極の間に配置された内部電極３０と、内部電極と前記一対の外部電極との間に配置され、内部電極又は一対の外部電極のイオンが伝導可能な固体電解質４０，４５と、を備え、固体電解質は、一対の外部電極と内部電極との何れか少なくとも二つの電極に所定以上の電圧を印加したときに、電圧が印加された電極間にイオンの金属５０，５５が連なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の外部電極と、
前記一対の外部電極の間に配置された内部電極と、
前記内部電極と前記一対の外部電極との間に配置され、前記内部電極又は前記一対の外部電極のイオンが伝導可能な固体電解質と、を備え、
前記固体電解質は、前記一対の外部電極と前記内部電極との何れか少なくとも二つの電極に所定以上の電圧を印加したときに、前記固体電解質の内部で前記イオンの金属が連なり、前記電圧が印加された電極間が導通することを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
前記一対の外部電極と前記内部電極とは互いに略平行な平板電極であ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】
前記一対の外部電極の間に負荷を介して接地された電源が接続され、
前記内部電極と前記電源の接地側との間に制御電圧が印加され、
前記負荷と前記外部電極との接続点の電位が前記制御電圧に基づいて変化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチング素子。
【請求項４】
一の前記外部電極は負荷を介して接地され、
前記内部電極は電源を介して接地され、
他の前記外部電極は制御電圧が印加され、
前記負荷と一の前記外部電極との接続点の電位が前記制御電圧に基づいて変化することを特徴とする請求項１又は請求項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、内部電極と一対の外部電極との間にイオン伝導可能な固体電解質を備えたスイッチング素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両には、駆動用モータが使用され、エンジン車両でもセルモータが使用される。車載モータを駆動する駆動回路に使用されるＦＥＴ等のスイッチング素子は、システムの消費電力低減、素子の発熱低減のため、オン抵抗の値の低減が求められている。
スイッチング素子として、例えば、特許文献１には、電解質を利用したスイッチング素子（メモリ）が開示されている。このスイッチング素子は、ゲート端に印加する電圧を可変することで、イオン伝導体中に金属が析出し、電極間に電流が流れるものである。また、特許文献２には、画像表示装置に使用される薄膜トランジスタが開示されている。この薄膜トランジスタは、ゲート電極の表面に、非晶質珪素薄膜を配置し、この薄膜に隣接するようにソース電極とドレイン電極とを配置している。
【特許文献１】国際公開２００５／００８７８３号パンフレット
【特許文献２】特開平６−３３３９４６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術では、ソース電極とドレイン電極とが同一平面上に離間して設置されているので、電極間で析出した金属の断面積が制限され、ひいてはオン抵抗の値が制限されることになる。また、特許文献２の技術では、大電流時、電極界面をオーミック接触にして電気的接続を良好にしても、非晶質半導体の導電性（ホッピング伝導）が律速となる。このため、スイッチのオン抵抗の値が高くなり、発熱の要因となる。ここで、ホッピング伝導とは、電子がほとんど局在的状態にあり、それらの間を次々に不連続的に飛躍(ホッピング)することによって電気伝導が担われるこという。
なお、特許文献１の技術では、金属を析出させる電極と他の電極との間隔を所定以上に設定しないと、金属が析出する方向性が定まらず、電極間の異常短絡が生じることになる。このため、特許文献１の技術では、形状の自由度を制限して信頼性を確保する必要がある。
【０００４】
そこで、本発明は、導通時のオン抵抗の値が小さいスイッチング素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明のスイッチング素子は、一対の外部電極と、前記一対の外部電極の間に配置された内部電極と、前記内部電極と前記一対の外部電極との間に配置され、前記内部電極又は前記一対の外部電極のイオンが伝導可能な固体電解質と、を備え、前記固体電解質は、前記一対の外部電極と前記内部電極との何れか少なくとも二つの電極に所定以上の電圧を印加したときに、前記固体電解質の内部で前記イオンの金属が連なり、前記電圧が印加された電極間が導通することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、一対の外部電極と内部電極との何れか少なくとも二つの電極に所定以上の電圧を印加したときに、固体電解質に一対の外部電極のイオンが伝導し、固体電解質の内部で伝導したイオンの金属が連なり、電圧が印加された電極間が導通する。すなわち、連なった金属により導通するのでオン抵抗の値が小さい。また、内部電極は一対の外部電極の間に配置される構造であるので、内部電極と外部電極との間で析出する金属の断面積は大きくなるので、オン抵抗の値は小さい。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のスイッチング素子において、前記一対の外部電極と前記内部電極とは互いに略平行な平板電極であることを特徴とする。これによれば、内部電極を介して、外部電極間で電流が流れる。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング素子において、前記一対の外部電極の間に負荷を介して接地された電源が接続され、前記内部電極と前記電源の接地側との間に制御電圧が印加され、前記負荷と前記外部電極との接続点の電位が前記制御電圧に基づいて変化することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、電源が接続された外部電極がソース電極として機能し、負荷が接続された外部電極がドレイン電極として機能し、内部電極がゲート電極として機能する。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング素子において、一の前記外部電極は負荷を介して接地され、前記内部電極は電源を介して接地され、
他の前記外部電極は制御電圧が印加され、前記負荷と一の前記外部電極との接続点の電位が前記制御電圧に基づいて変化することを特徴とする。
【００１１】
これによれば、負荷が接続された外部電極がドレイン電極として機能し、内部電極がソース電極として機能し、制御電圧が印加される外部電極がゲート電極として機能する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導通時のオン抵抗の値が小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態であるスイッチング素子は、例えば、車載モータとバッテリとの間の電流を制御するＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ）や、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用され、特に、オン抵抗の値が小さいことが要求される。ここで、オン抵抗の値とは、チップサイズによらずに素子の特性を表すための抵抗値であり、オン状態における単位電流密度当たりの端子間電圧で定義される。
【００１４】
図１（ａ）の構成図において、スイッチング素子１００は、ソース電極１０と、これに対向するドレイン電極２０と、ソース電極１０とドレイン電極２０との間に介挿されるゲート電極３０と、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間に介挿される固体電解質４０と、ソース電極１０とゲート電極３０との間に介挿される固体電解質４５と、を備える。すなわち、ソース電極１０とドレイン電極２０とが外部電極であり、ゲート電極３０が内部電極である。
【００１５】
ここで、ソース電極１０とドレイン電極２０とゲート電極３０とは、互いに略平行の金属平板であり、例えば、銀（Ａｇ）によって形成される。また、固体電解質４０，４５は、高い体積抵抗率を備え、例えば、硫化銀（Ａｇ２Ｓ）によって形成されている。なお、ソース電極１０とゲート電極３０との間に所定のゲート閾値電圧ＶＧＴＨを印加すると、ソース電極１０からゲート電極３０までＡｇイオンが伝導し、銀金属５０が固体電解質４５の中に析出する（架橋する）。また、Ａｇイオンの伝導と共に逆方向に電子が移動し電流が流れる。
【００１６】
図１（ｂ）は、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間にも電圧Ｅを印加した状態を示し、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間の固体電解質４５にも銀金属５５が析出して、ソース電極１０とドレイン電極２０との間が導通し、ドレイン電流Ｉｄが流れる。このドレイン電流Ｉｄは、銀金属５０，５５がきわめて低抵抗なので、大電流である。
【００１７】
すなわち、図１（ｃ）のように、（ソース電極１０とゲート電極３０との間の電圧である）ゲート電圧ＶＧ（Ｖ）をゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上印加するとドレイン電流Ｉｄが流れ、後記するような飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔが流れる。なお、図１（ｃ）の横軸は、ゲート電圧ＶＧ（Ｖ）であり、縦軸はドレイン電流Ｉｄ（Ａ）である。
【００１８】
図２は、スイッチング素子１００の過渡動作を説明するための図であり、ゲート電極３０に印加する電圧を変化させている。図２（ａ）において、ソース電極１０と接地との間には電圧２Ｅの直流電圧源Ｖ１が接続され、ドレイン電極２０と接地との間には、抵抗値Ｒの回路負荷６０が接続されている。また、ゲート電極３０と接地との間には、可変抵抗器７０と電圧Ｅの直流電圧源Ｖ２との直列回路が接続されている。ここで、直流電圧源Ｖ１，Ｖ２の負極が接地側に接続され、正極がソース電極１０あるいは可変抵抗器７０に接続されている。
【００１９】
ここで、可変抵抗器７０は、Ｖｏｌｕｍｅ＝０％に設定されているので、ゲート電極３０の電位はゼロであり、ソース電極１０とゲート電極３０との間の電位差は２Ｅに設定される。このため、ソース電極１０とゲート電極３０との間の固体電解質４０に銀金属５０が析出する。析出した銀金属５０が連なることにより、ソース電極１０とゲート電極３０との間が接触する。しかしながら、可変抵抗器７０の内部抵抗値が高いので、ソース電極１０とゲート電極３０との間に流れる電流は微少である。
【００２０】
すなわち、ゲート電極３０とドレイン電極２０とはゼロ電位であるので、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間には銀金属が析出しない。このため、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間は電気的に非接触であり、ドレイン電極２０を介してドレイン電流Ｉｄは流れない。
【００２１】
図２（ｂ）においては、可変抵抗器７０は、Ｖｏｌｕｍｅ＝１００％に設定される。この状態では、ゲート電極３０の電位がＥまで増加し、ソース電極１０とゲート電極３０との間が電位差Ｅに減少するが、ゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上であるのでソース電極１０とゲート電極３０との間の銀金属５０は析出した状態が維持される。
【００２２】
一方、ドレイン電極２０は接地電位であり、ゲート電極３０の電位は電圧Ｅまで増加するので、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間は、ゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上である電位差Ｅに増加する。したがって、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間に銀金属５０が析出し、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間も導通する。すなわち、ソース電極１０とドレイン電極２０との間が導通し、直流電圧源Ｖ１の電圧２Ｅを回路負荷６０の抵抗値Ｒで除した２Ｅ／Ｒの飽和ドレイン電流Ｉｄsatが流れる。
【００２３】
このとき、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間に銀金属５０が析出し、電極間が導通しているので、ゲート電極３０あるいはドレイン電極２０と析出した銀金属５０，５５との接触抵抗は小さい。
【００２４】
図３は、ゲート電極３０の電位であるゲート電圧ＶＧと、ドレイン電流Ｉｄとの関係を示した特性図である。記号（ａ）→（ｂ）は、図１（ａ）から図１（ｂ）に遷移する状態を示しており、ゲート電圧ＶＧをゼロから電圧Ｅ（＝ＶＧＴＨ）まで増加させた特性である。すなわち、ゲート電圧ＶＧがゲート閾値電圧ＶＧＴＨまでは、ドレイン電流Ｉｄはゼロに近似している。ゲート電圧ＶＧが、ゲート閾値電圧ＶＧＴＨを超えると、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間との抵抗値が低下する。これにより、飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔが流れる。
【００２５】
図２（ｃ）に戻り、再び可変抵抗器７０がＶｏｌｕｍｅ＝０％に設定される。この場合には、ソース電極１０とゲート電極３０との間は電圧Ｅ＝２Ｅ−Ｅと可変抵抗器７０の内部インピーダンスとが規定する微少電流が流れ、銀金属５０が析出した状態が維持される。また、ゲート電極３０とドレイン電極２０との間は、再び、電位差がゼロに低下するので析出した銀金属５０がイオン化してゲート電極３０に戻る。この状態では、Ａｇイオンによる電流が流れるので、ゲート電極３０の電位が変化しつつ、ソース電極１０とドレイン電極２０との間に流れるドレイン電流Ｉｄが徐々に減少する（図３（ｂ）→（ｃ））。そして、ゲート電極３０の電位をゼロ近傍にしたときにＡｇイオンが移動しなくなり、ドレイン電流Ｉｄがゼロに収束する。すなわち、ドレイン電流Ｉｄはヒステリシス現象を行っている。
【００２６】
図２（ｄ）においては、再び可変抵抗器７０がＶｏｌｕｍｅ＝１００［％］に設定される。再び、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間に銀金属５０が析出し、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間が導通する。すなわち、ソース電極１０とドレイン電極２０との間に２Ｅ／Ｒの飽和ドレイン電流Ｉｄsatが流れる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、ソース電極１０とゲート電極３０との間の電圧がゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上の電圧Ｅが印加されると固体電解質４５に銀金属５０が析出する。さらに、ドレイン電極２０とゲート電極３０との間に電圧Ｅを印加すると固体電解質４０に銀金属５５が析出する。このとき、ソース電極１０とドレイン電極２０との間に負荷である回路負荷６０を介して直流電圧源Ｖ１が接続され、ゲート電極３０と接地との間にゲート電圧ＶＧが印加されると、ゲート電圧ＶＧに基づいたドレイン電流Ｉｄが流れ、回路負荷６０とドレイン電極２０との接続点の電位がゲート電圧ＶＧに基づいて変化する。
【００２８】
（第２実施形態）
前記第１実施形態は、外側電極（ソース電極１０、あるいはドレイン電極２０）と内側電極（ゲート電極３０）との間がゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上であるか否かで銀金属５０，５５を析出させていたが、外側電極同士の電位差がゲート閾値電圧ＶＧＴＨになるか否かで銀金属５０，５５を析出させるようにすることができる。
【００２９】
図４においては、ソース電極１５がゲート電極３５とドレイン電極２５との間に設けられている点で第１実施形態と相違する。また、ドレイン電極２５と接地との間に抵抗値Ｒの回路負荷６０が設けられ、ソース電極１５と接地との間に直流電圧源Ｖ３が接続され、ゲート電極３５と接地との間に可変抵抗器７０及び直流電圧源Ｖ４が接続される点は第１実施形態と類似する。但し、直流電圧源Ｖ３の起電力は電圧０．５Ｅであり、直流電圧源Ｖ４の起電力は電圧Ｅである。
【００３０】
図４（ａ）においては、可変抵抗器７０が０［％］に設定されているので、ゲート電極３５には電圧が印加されない。また、ドレイン電極２５はゼロ電位であるので、ソース電極１５とドレイン電極２５との間には、電圧０．５Ｅが印加されている。電圧がゲート閾値電圧ＶＧＴＨ＝Ｅ以下であるので、銀金属は析出しない。
【００３１】
図４（ｂ）においては、可変抵抗器７０が１００［％］に設定され、ゲート電極３５が電圧Ｅに設定される。このためゲート電極３５とドレイン電極２５との間にゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上の電圧Ｅが印加され、ゲート電極３５とドレイン電極２５との間がソース電極１５を介して銀金属５７が析出して、導通する。これにより、直流電圧源Ｖ３からソース電極１５、銀金属５７、ドレイン電極２５、及び回路負荷６０を介して飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔ２＝０．５Ｅ／Ｒが流れ、直流電圧源Ｖ３の起電力０．５Ｅは回路負荷６０が負担する。このとき、ソース電極１５及びドレイン電極２５は同電位０．５Ｅになる一方、ゲート電極３５は電圧Ｅに維持される。この０．５Ｅの電位差により、ゲート電極３５とソース電極１５との間の銀金属５６の析出が保持される。
【００３２】
図４（ｃ）においては、可変抵抗器７０が再びＶｏｌｕｍｅ＝０［％］に設定され、ゲート電極３５の電位がゼロ電位に遷移し、銀金属５６がイオン化して、ソース電極１５に戻る。これにより、ソース電極１５とドレイン電極２５との間は絶縁され、回路負荷６０に電流は流れない。これにより、ドレイン電極２５はゼロ電位に遷移する。
【００３３】
図４（ｄ）においては、可変抵抗器７０が、再びＶｏｌｕｍｅ＝１００［％］に設定され、ゲート電極３５が電圧Ｅに遷移する。これにより、ドレイン電極２５とゲート電極３５との間がゲート閾値電圧ＶＧＴＨ以上の電圧Ｅになり、ゲート電極３５とソース電極１５との間に銀金属５６が析出し、及びソース電極１５とドレイン電極２５との間に銀金属５７が析出する。これにより、直流電圧源Ｖ３からソース電極１５、銀金属５７、ドレイン電極２５、及び回路負荷６０を介して飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔ２＝０．５Ｅ／Ｒが流れ、直流電圧源Ｖ３の起電力０．５Ｅは回路負荷６０が負担する。
【００３４】
（スイッチング素子の作成方法）
第１実施形態及び第２実施形態で説明したスイッチング素子の作成方法について説明する。この作成方法は、内部電極層を形成する工程と、電気化学的硫化処理を行う工程と、Ａｇメッキ処理を行う工程とを備える。
図５は、内部電極層を形成する工程を説明するための図である。図５（ａ）の斜視図において、絶縁シリンダ２１０は、アルミナ等の絶縁物により形成され、縦×横×厚さ（１ｍｍ×１ｍｍ×０．２ｍｍ）の直方体に０．６ｍｍ角の開口部を設けた中空シリンダである。また、絶縁シリンダ２１０の断面形状は、周囲０．２ｍｍを残した四角形状である。
【００３５】
図５（ｂ）の斜視図及び図５（ｃ）の構造図は、２つの絶縁シリンダ２１０，２１０にＡｇフィルム２２０を狭持した様子を示したものである。Ａｇフィルム２２０が絶縁シリンダ２１０，２１０に加熱圧着され、内部電極層２２０’として機能する。このＡｇフィルム２２０のサイズは、１辺が絶縁シリンダの縦横長さ１ｍｍよりも長く、他の辺は縦横長さ１ｍｍと同一長さの長方形状であり、厚さは０．５ｍｍである。Ａｇフィルム２２０は、絶縁シリンダ２１０からはみ出した部分を用いて、引出部２２０ａが設けられている。なお、この加熱圧着は８００°Ｃで１時間行われる。
【００３６】
図６（ａ）は、電気化学的硫化処理を示す図であり、この処理は固体電解質である硫化銀Ａｇ２Ｓを析出させる。
図６（ａ）においては、内部電極層となるＡｇフィルム２２０を形成した絶縁シリンダ２１０と、内部電極層２２０’の対向電極２３０とを０．０３モル／Ｌの硫化ナトリウム水溶液の中に入れ、両電極間にポテンシオスタット２４０を用いて電圧を印加している。これにより、固体電解質層Ａｇ２Ｓが内部電極層２２０’の両面に析出する。この固体電解質層Ａｇ２Ｓの形状は、０．６ｍｍ角×０．０７ｍｍである。ポテンシオスタット２４０は、内部のフィードバック回路でセル中の２電極間の電位を一定に保持したり、セルに流れる電流を一定に保つ機能がある。
また、ポテンシオスタット２４０は、０．１〜１０［Ａ／ｄｍ２］までの電流密度の範囲で微調整した電流を、約１時間程度、内部電極層２２０’と対向電極２３０との間に通流する。なお、ポテンシオスタット２４０の電圧は溶液の濃度によって定まる。
【００３７】
図６（ｂ）においては、溶液が入れ替えられ、ポテンシオスタット２４０は、０．０５モル／Ｌの硝酸銀溶液中で所定の電流を内部電極層２２０’と対向電極２３０との間で流している。これにより、外部電極となるＡｇ金属２５０が固体電解質層Ａｇ２Ｓの両表面に析出する。
【００３８】
（比較例）
特許文献２に記載されているスイッチング素子（メモリ素子）を比較例として説明する。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ソース電極とドレイン電極との間を適切にドレイン電流が流れる正常状態を示した図であり、図７（ｄ）（ｅ）は、ゲート電極を介して電流が流れる不良状態を示した場合である。特に、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）と図７（ｄ）（ｅ）とは、電極間距離が以下の要件を満たしているか否かが異なる。
【００３９】
すなわち、ソース電極８１とドレイン電極８２との電極間距離をＬ１とし、ソース電極８１とゲート電極８３との電極間距離をＬ２とし、ドレイン電極８２とゲート電極８３との電極間距離をＬ３とすると、少なくとも
Ｌ１＜Ｌ２×２  かつ  Ｌ１＜Ｌ３×２
の要件を満たしているのが図７（ａ）（ｂ）（ｃ）であり、この要件を満たしていないのが図７（ｄ）（ｅ）である。
【００４０】
図７（ａ）の構成図において、ソース電極８１とドレイン電極８２とはイオン伝導体４８の表面に離間して配置されている。ゲート電極８３は、イオン伝導体４８を介してソース電極８１及びドレイン電極８２の対向面に配置されている。
【００４１】
なお、本比較例においては、イオン伝導体４８は硫化銅水溶液であり、ソース電極８１とドレイン電極８２はイオン伝導体４８に溶解しない白金（Ｐｔ）で形成され、ゲート電極８３はイオン伝導体４８と電気化学反応を示す銅（Ｃｕ）で形成されている。
【００４２】
図７（ｂ）においては、ソース電極８１とドレイン電極８２との間に電圧が印加され、金属９１が析出して導通した状態を示している。図７（ｃ）は、析出量が増加した金属９２を介して、大きなドレイン電流が流れ、オン抵抗の値がさらに低下した状態を示している。図７（ｃ）から解るように、金属９２は、幅がソース電極８１、及びドレイン電極８２と略等しく、厚さがイオン伝導体４８よりも薄く、ソース電極８１とドレイン電極８２との間の長さ以上の電流経路を備える。
【００４３】
図７（ｄ）は、ソース電極８１とゲート電極８３との間で金属析出が生じ異常短絡が発生した状態を示す。すなわち、ソース電極８１からゲート電極８３に進む方向とドレイン電極８２に進む方向のベクトル和の方向にゲート電極８３に到達するまで金属９３の析出が生じる。
【００４４】
また、図７（ｅ）は、ドレイン電極８２とゲート電極８３との間で金属析出が生じ異常短絡が生じた状態を示す。すなわち、ゲート電極８３からドレイン電極８２に進む方向とソース電極８１からドレイン電極８２に進む方向のベクトル和の方向にドレイン電極８２に到達するまで金属９４の析出が生じる。すなわち、図７（ｄ）（ｅ）は、金属が析出する方向が定まっていない。なお、図７（ｅ）は図７（ｄ）の状態よりもゲート電圧が高い。すなわち、図７（ｄ）（ｅ）にように、ソース電極８１とドレイン電極８２との間で金属が析出しないので、スイッチ素子として機能しない。
【００４５】
図８は、比較例のゲート電圧とドレイン電流との特性を第１実施形態の特性と対比した図である。ゲート電圧ＶＧがゲート閾値電圧ＶＧＴＨに到達するまではドレイン電流Ｉｄが流れず、ゲート閾値電圧ＶＧＴＨを超えると、ドレイン電流Ｉｄが急峻に増加する点、及びヒステリシス特性を備える点は、比較例と第１実施形態とで一致する。しかしながら、ドレイン電流Ｉｄの増加に対応して、ゲート電圧ＶＧが増加する領域Ａが存在する。また、ゲート閾値電圧ＶＧＴＨのときの飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔ３は第１実施形態の飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔよりも小さい。
【００４６】
以上説明したように、前記各実施形態によれば、ソース電極１０とドレイン電極２０とが対向するように配置されている。このため、スイッチング素子１００は、ソース電極８１とドレイン電極８２とはイオン伝導体４８の表面に離間して同一面上に配置されている比較例よりも、断面積が広い金属が析出するので、より大きな飽和ドレイン電流Ｉｄｓａｔを流すことができる。また、オン抵抗の値が小さいので、大電流を流しても発熱が少なく、ヒートシンク、水冷機器などの冷却システムを省略してもよい。
【００４７】
また、前記各実施形態のスイッチング素子１００は、比較例のようにソース電極８１とドレイン電極８２との間隔Ｌ１とイオン伝導体４８の厚さである電極間距離Ｌ２，Ｌ３とに依存しない。このため、スイッチング素子１００は、ゲート電極８３を介して電流が流れる異常短絡が生じない。
【００４８】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、各電極に銀（Ａｇ）を用い、固体電解質に硫化銀（Ａｇ２Ｓ）を用いたが、電極と電解質には他の組み合わせも考えられる。例えば、Ｃｕ／Ｃｕ２Ｓ、Ａｇ／ＡｇＩ、Ｃｕ／ＣｕＢｒ、Ａｇ／Ａｇ３ＳＩ、Ａｇ／ＲｂＡｇ４Ｉ５、Ａｇ／ＫＡｇ４Ｉ５、Ｃｕ／Ｒｂ４Ｃｕ１６Ｉ７Ｃｌ１３の組み合わせが考えられる。
。なお、Ａｇ３ＳＩを用いた場合の析出した銀金属のオン抵抗の値は、２０°Ｃのとき０．１［ｍΩ・ｃｍ２］であり、これに対するシリコントランジスタ一般のオン抵抗の値は９００［ｍΩ・ｃｍ２］程度である。
（２）前記各実施形態は、ソース電極１０及びゲート電極３０を正極に接続し、接地側を負極に接続したが、ソース電極１０及びゲート電極３０を負極に接続し、接地側を正極に接続することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態のスイッチング素子の構成図、及び電圧電流特性である。
【図２】本発明の第１実施形態のスイッチング素子の過渡動作を説明するための図である。
【図３】ゲート電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態のスイッチング素子の過渡動作を説明するための図である。
【図５】絶縁シリンダと、Ａｇフィルムを狭持した絶縁シリンダとの構造図である。
【図６】電気化学的硫化処理と、Ａｇメッキ処理との工程を説明するための図である。
【図７】比較例のスイッチング素子を説明するための図である。
【図８】比較例と第１実施形態とのスイッチング素子の特性比較図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１５，８１  ソース電極
２０，２５，８２  ドレイン電極
３０，３５，８３  ゲート電極
４０，４５  固体電解質
４８  イオン伝導体
５０，５５，５６，５７  銀金属
６０  回路負荷
７０  可変抵抗器
９１，９２，９３，９４  金属
１００  スイッチング素子
２１０  絶縁シリンダ
２２０  Ａｇフィルム
２２０’内部電極層
２３０  対向電極
２４０  ポテンシオスタット
２５０  Ａｇ金属
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４  直流電圧源
ＶＧＴＨ  ゲート閾値電圧
【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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