(57)【要約】【課題】低抵抗特性の抵抗値を安定化したスイッチング素子を提供する。【解決手段】付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有し、複数の金属中間層３４ａ〜３４ｄで分割された複数の双安定材料層３３ａ〜３３ｅと、該双安定材料層３３ａ〜３３ｅを挟持する２つの金属電極３２ａ，３２ｂとを備えた。フィラメント状に形成された欠陥部分３５の影響を受けずに、低抵抗特性の抵抗値を安定化することができる。【選択図】　　　　図３
2004039817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有し、複数の金属中間層で分割された複数の双安定材料層と、
該双安定材料層を挟持する２つの金属電極と
を備えたことを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
前記双安定材料層はＣｕＴＣＮＱ錯体であり、前記金属中間層はアルミニウム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】
２端子素子を用いたスイッチング素子の製造方法であって、
基板上に金属電極を形成し、
該金属電極上に、付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有する双安定材料層と金属中間層とを交互に複数回形成し、
最後に形成した前記金属中間層の上に金属電極を形成する
ことを特徴とするスイッチング素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子およびその製造方法に関し、より詳細には、２つの金属電極と、付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有する双安定材料とからなる２端子素子を用いたスイッチング素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機電子材料の特性は、目覚ましい進展をみせている。特に、電荷移動錯体などの低次元導体の中には、金属−絶縁体遷移などの特徴的な性質を有する材料があり、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）ディスプレイパネルの駆動用スイッチング素子、高密度メモリなどへの適用が検討されている。例えば、Ｒ．Ｓ．Ｐｏｔｅｍｂｅｒ，　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　Ｖｏｌ．３４　（１９７９）　ｐｐ．４０５には、ＣｕＴＣＮＱ（ＴｅｔｒａＣｙａＮｏＱｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）錯体に付加される電圧に対して、２つの安定な抵抗値を有するスイッチング素子が記載されている。また、熊井他、固体物理、Ｖｏｌ．３５　（２０００）　ｐｐ．３５には、ＫＥＣＮＱ錯体について開示されている。
【０００３】
例えば、Ｌ．Ｍａ　ｅｔ．ａｌ，　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　Ｖｏｌ．８０　（２００２）　ｐｐ．３６２には、アミノイミダゾールジカーボネイト（ＡＩＤＣＮ）を用いたスイッチング素子により、有機ＥＬパネルを２値で駆動するためのメモリへの応用が記載されている。特に、ＡＩＤＣＮ層の中間にアルミニウム層を１層形成し、ゼロ電界でのメモリ性の改善を行っている。すなわち、ｏｎ状態とｏｆｆ状態との間を遷移するスイッチング素子において、ゼロ電界においてもｏｎ状態を維持するようにしている。
【０００４】
また、安達他、応用物理学会予稿集、第３分冊、（２００２）　ｐｐ．１２３６には、ＣｕＴＣＮＱ錯体でスイッチング素子を作製し、有機ＥＬパネルへの適用を示唆している。これら素子の有機電荷移動錯体は、ある電圧に対して２つの抵抗値を有し、適切なパルスを付加することにより、抵抗値を切り替えることができる。抵抗値の変化は、６桁のオーダーに及ぶ。また、抵抗値の切替に要する時間は、１０ｍｓ程度であり、通常のディスプレイとして充分な応答性を有している。
【０００５】
図１に、従来のスイッチング素子の電圧電流特性を示す。スイッチング素子は、高抵抗特性５１（ｏｆｆ状態）と低抵抗特性５２（ｏｎ状態）の２つの電圧電流特性を有している。電圧Ｖｂのバイアス電圧を付加し、しきい値電圧Ｖｔｈ２以上にすると、ｏｆｆ状態からｏｎ状態に遷移し、しきい値電圧Ｖｔｈ１以下にすると、ｏｎ状態からｏｆｆ状態に遷移する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に、従来のスイッチング素子の構造を示す。スイッチング素子は、ガラス基板２１上に金属電極２２ａを形成し、さらに双安定材料層２３形成する。双安定材料層２３上に金属電極２２ｂを形成して、２端子素子を作製する。
【０００７】
しかしながら、従来のスイッチング素子の構造においては、ｏｆｆ状態からｏｎ状態に遷移する場合に、各膜に微細な欠陥や膜厚にむらがあると、その欠陥部分の電界が他の部分より高くなり、欠陥部分が先行してｏｎ状態に遷移する。その結果、欠陥部分を通して電流が流れ、金属電極間の電位が低下するために、欠陥部分に状態遷移が起きないという問題があった。すなわち、双安定材料のうち一部分は、低抵抗特性に遷移するが、他の部分は高抵抗特性のままとなる。
【０００８】
このような現象が生ずると、ｏｎ状態での抵抗値は、低抵抗特性に遷移した材料の比率で決定される。極端な場合には、フィラメント状に形成された欠陥部分２５は、材料の比率が１％以下となり、抵抗値が１／１００以下となる場合もある。このような低抵抗特性が変動することは、実用上の障害となり、安定化することが望まれている。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低抵抗特性の抵抗値を安定化したスイッチング素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有し、複数の金属中間層で分割された複数の双安定材料層と、該双安定材料層を挟持する２つの金属電極とを備えたことを特徴とするスイッチング素子。
【００１１】
この構成によれば、複数の金属中間層で分割された複数の双安定材料層を備えたので、フィラメント状に形成された欠陥部分の影響を受けずに、低抵抗特性の抵抗値を安定化することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記双安定材料層はＣｕＴＣＮＱ錯体であり、前記金属中間層はアルミニウムであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、２端子素子を用いたスイッチング素子の製造方法であって、基板上に金属電極を形成し、該金属電極上に、付加される電圧に対して２つの安定な抵抗値を有する双安定材料層と金属中間層とを交互に複数回形成し、最後に形成した前記金属中間層の上に金属電極を形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図３は、本発明の一実施形態にかかるスイッチング素子の構造を示す。スイッチング素子は、ガラス基板３１上に金属電極３２ａを形成し、双安定材料層３３ａ〜３３ｅと金属中間層３４ａ〜３４ｄとを交互に形成する。双安定材料層３３ｅ上に金属電極３２ｂを形成して、２端子素子を作製する。
【００１６】
ｏｆｆ状態からｏｎ状態に遷移する場合に、フィラメント状に形成された欠陥部分３５がどれだけ生ずるかは、製造プロセスの精度、材料特性により異なり、ランダムな現象であるので、定量的に予見することは困難である。そこで、図２に示したフィラメント状に形成された欠陥部分２５の材料比率が低くなる、すなわち１０％となる確率をｐ、双安定材料の大部分、すなわち９０％となる確率を１−ｐとする。
【００１７】
確率ｐは、双安定材料の各膜の欠陥や膜厚のむらの存在確率で決定されるので、図３に示した双安定材料でも同じ値になると考えられる。中間金属層３４で分割された双安定材料層３３の数をｎとすると、ｏｎ状態での抵抗値は、二項分布で表される。
【００１８】
【表１】
2004039817.tif 000003
【００１９】
次に、確率ｐ＝３０％とした場合に、ｎの値を変えたときの抵抗値と確率の試算値を表２〜４に示す。
【００２０】
【表２】
2004039817.tif 000004
【００２１】
【表３】
2004039817.tif 000005
【００２２】
【表４】
2004039817.tif 000006
【００２３】
各層の抵抗値は、低抵抗の材料比率に等しいと仮定した。各々の場合の抵抗値の期待値はいずれも６６％（相対値）であるが、標準偏差は、ｎ＝１，３，５でそれぞれ３７％、２１％、１６％となる。従って、双安定材料層を分割することにより、抵抗値のばらつきを小さくすることができる。双安定材料層の分割数ｎは、大きいほど抵抗値のばらつきが小さくなるが、製造上の工数が増加することから、ｎ＝３〜５が望ましい。
【００２４】
（実施例１）
ガラス基板上にアルミニウムを１００ｎｍの厚さで形成した後、双安定材料層としてＣｕＴＣＮＱ錯体
【００２５】
【化１】
2004039817.tif 000007
【００２６】
と、中間金属層としてアルミニウムとを、それぞれ２０ｎｍの厚さで交互に５層形成した。ただし、最後のアルミニウム層は、１００ｎｍの厚さまで形成した。これら成膜は、真空蒸着によった。
【００２７】
（実施例２）
ガラス基板上にアルミニウムを１００ｎｍの厚さで形成した後、双安定材料層として厚さ３３ｎｍのＣｕＴＣＮＱ錯体と、中間金属層として厚さ２０ｎｍのアルミニウムとを、交互に３層形成した。ただし、最後のアルミニウム層は、１００ｎｍの厚さまで形成した。これら成膜は、真空蒸着によった。
【００２８】
（比較例）
ガラス基板上にアルミニウムを１００ｎｍの厚さで形成した後、双安定材料層として厚さ１００ｎｍのＣｕＴＣＮＱ錯体と、金属電極として厚さ１００ｎｍのアルミニウムとを形成した。これら成膜は、真空蒸着によった。
【００２９】
実施例１，２と比較例の資料を５０個作製し、図１に示したしきい値電圧Ｖｔｈ２とｏｎ状態での抵抗値とを測定した。結果を表５に示す。
【００３０】
【表５】
2004039817.tif 000008
【００３１】
実施例１，２におけるしきい値電圧と抵抗値のばらつきが小さいことがわかる。本実施形態によれば、複数の双安定材料層３３ａ〜３３ｅのうちの１層にフィラメント状に形成された欠陥部分３５が生じても、高抵抗特性の部分が残り、スイッチング素子全体としては、ｏｆｆ状態を保っている。全ての双安定材料層が、低抵抗特性に遷移することにより、スイッチング素子全体としてｏｎ状態に遷移するので、安定した特性を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の金属中間層で分割された複数の双安定材料層を備えたので、フィラメント状に形成された欠陥部分の影響を受けずに、低抵抗特性の抵抗値を安定化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスイッチング素子の電圧電流特性を示す図である。
【図２】従来のスイッチング素子の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスイッチング素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２１，３１　　ガラス基板
２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ　　金属電極
２３，３３ａ〜３３ｅ　　双安定材料層
２５，３５　　フィラメント状に形成された欠陥部分
３４ａ〜３４ｄ　　金属中間層
【図１】
2004039817.tif 000009
【図２】
2004039817.tif 000010
【図３】
2004039817.tif 000011