(57)【要約】【課題】最近のメモリーは、より極小化への要求は高い。しかしながら、従来の技術はその限界に近づいている。さらに、より低温製作が要求されているが、その対応はできていない。本発明は、これまでにない新しい読み出し・書き込み自由なメモリーを提供することを目的とする。【構成】二つの電極界面間に生じた永久接触電圧差（ΔＶｃ）を利用したことを特徴とする金属接触電位差メモリー。二つの電極は表面に自己集合単分子膜を付けることにより、電極界面に双極子をつくり出したものである。両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存する電気伝導率の変化（ΔＩ）として読み出す。また、両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存するエレクトロルミネッセンス（ΔＬ）として読み出す。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの電極界面間に生じた永久接触電圧差（ΔＶｃ）を利用したことを特徴とする金属接触電位差メモリー。
【請求項２】
二つの電極は表面に自己集合単分子膜を付けることにより、電極界面に双極子をつくり出したものであることを特徴とする請求項１記載のメモリー。
【請求項３】
両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存する電気伝導率の変化（ΔＩ）として読み出すことを特徴とする請求項１又は２記載のメモリーの読み出し方法。
【請求項４】
両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存するエレクトロルミネッセンス（ΔＬ）として読み出すことを特徴とする請求項１又は２記載のメモリーの読み出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの電極界面間に生じた永久接触電位差を利用したスイッチング特性を有する金属接触電位差メモリーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの情報記憶は光学的又は磁気的な読み出し、書き込み可能な媒体を用いるものであった。メモリーとして使用できる新たな材料として誘電体材料が開発されている。本発明者らは、先に、３次元の中性・イオン性相転移現象を利用した有機強誘電体薄膜からなるメモリデバイスを開発した（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４５４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
メモリーなどの電子デバイスは極小化の一途であり、最近では極小化がナノメータスケールに近づいている。メモリーの極小化に関する従来の技術はホトリソグラフィーによるものであり、感光層の厚みに伴うエッチングや光の色収差などによるボケにより、領域選択技術の極小化に原理的にその限界がある。
【０００５】
最近のメモリーは、より極小化への要求は高い。しかしながら、従来の技術はその限界に近づいている。さらに、より低温製作が要求されているが、その対応はできていない。本発明は、これまでにない新しい読み出し・書き込み自由なメモリーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の技術とは異なり、永久接触電圧差（ΔＶｃ）を利用する新たな原理に基づくメモリーを提供するものであり、領域選択技術に自己集合単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）の光化学反応を利用できることから、従来の技術の極小化におけるホトリソグラフィーの限界を超えることができる。特に、レーザを用いた２光子吸収による光化学反応を利用すると、その非線形性からより微細なホトリソグラフィーが期待される。
【０００７】
すなわち、本発明は、（１）二つの電極界面間に生じた永久接触電圧差（ΔＶｃ）を利用した金属接触電位差メモリー、である。
また、本発明は、（２）  二つの電極は表面に自己集合単分子膜を付けることにより、電極界面に永久電気双極子をつくり出したものであることを特徴とする上記（１）のメモリー、である。
【０００８】
また、本発明は、（３）両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存する電気伝導率の変化（ΔＩ）として読み出すことを特徴とする上記（１）又は（２）のメモリーの読み出し方法、である。
【０００９】
また、本発明は、（４）両電極界面間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存するエレクトロルミネッセンス（ΔＬ）として読み出すことを特徴とする上記（１）又は（２）のメモリーの読み出し方法、である。
【００１０】
【作用】
片方または両方の電極表面に自己集合単分子膜などを付けることにより、電極界面に永久電気双極子をつくり出し、電極界面間に永久電圧差をつける。この永久電圧差は電極間に電圧を印加することによりヒステリシスを持って変化（ΔＶｃ）する。つまり、２つの状態を与える永久電圧差（ΔＶｃ）ができる。この状態を永久電位差に依存するエレクトロルミネッセンス（ΔＬ）や電気伝導率の変化（ΔＩ）  として読み出す。
【００１１】
メモリーの書き込みは、両電極間に逆電圧を印加することにより永久電気双極子を消去させる。透明電極（ＩＴＯなど）の場合は光照射により書き込みが可能である。上記の読み出しと書き込みを逆転させることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、図１に示すように、Ｓｉなどの基板をＳＡＭの溶液に漬けて取り出し、自己集合単分子膜を基板表面に形成する。ＳＡＭとしてはチオールなどが挙げられる。電極基板としては、Ａｕ、Ｐｔ、ＩＴＯなどの酸化物、キャリヤードープしたＳｉなどの導体を使用できる。ＳＡＭ溶液としては、水溶液や有機溶剤などのＳＡＭ素材を溶かす溶剤を使用できる。自己集合単分子膜は常温、数時間で一分子層を形成し、自然乾燥で十分である。
【００１３】
図２は、フェロセン終端チオール（１１−フェロセニール−１−ウンデカンチオール）のエタノール溶液に電極を浸漬することにより自己集合単分子膜を形成し、これに他の分子を添加した状態を示す概念図である。
【００１４】
図２に示すように、自己集合単分子膜が電子供与体；ドナー分子の場合は、アクセプター分子（Ｂｒ）を添加する。アクセプター分子を添加することにより、ドナー分子からアクセプター分子に電子の移動が生じる。この電荷の移動量に比例した電気双極子（Ｐ）が生じる。自己集合単分子膜がアクセプター分子の場合は、ドナー分子を添加する。また、アクセプター分子とドナー分子を有する自己集合単分子膜では、他の分子を添加する必要のない場合もある。このＰの存在は、この基板の表面の仕事関数が変化したことに相当する。単分子膜に他の分子を添加すると分子間に電子の移動が生じて、基板表面に電気双極子（Ｐ）が生じ、電極界面に双極子をつくり出す。
【００１５】
図３は、一方の電極（Ａｕ：マイナス）の界面に矢印で示すように、電気双極子（Ｐ）が生じると、他方の電極（Ａｕ：＋）との仕事関数の違いから、両電極界面間に永久接触電圧差（ΔＶｃ）ができ、両電極間には電場（Ｅｃ）が生まれることを示している。
【００１６】
図４は、自己集合単分子膜の真空紫外光による領域選択法を示す概念図である。領域選択技術に自己集合単分子膜の光化学反応が利用できることから、従来の技術のホトリソグラフィーの限界を超えることができる。
【００１７】
図５は、上記の工程で修飾をした基板を電極として用いた本発明のメモリーの構造を原理的に示す説明図である。上下の２枚の電極基板ａ，ｂで構成される素子を形成し電気双極子を付加すると、２枚の電極基板表面の仕事関数φａと−φａ´の違いから、図示のように、２枚の電極基板間に接触電位差（Ｖｃ）＝φａ−φａ´が生じる。この電位差（Ｖｃ）が１ｅＶとすると、両電極間が１０ナノメータの場合には、１０６Ｖ／ｃｍという非常に大きな電場（Ｅｃ）が生じる。
【００１８】
図６のように、この仕事関数の変化又は接触電位差（Ｖｃ）は二つの電極間に印加する外部電圧（Ｖ）がＶ０を超えると、Ａの状態（永久接触電圧差あり）からＢの状態（永久接触電圧差なし）に変化する。このように、外部電圧（Ｖ）により二つの状態（Ａ，Ｂ）を制御することができる。
【００１９】
図３において、物質（ａ）が非線形伝導体の場合には、ＡおよびＢ状態での印加電圧に対する電流値は異なり、状態を識別することができる（読み出しの一例）。このＡからＢへの転移現象は、界面での２次元の中性・イオン性相転移現象であり、この界面での相転移を接触電位差として利用したのが本発明のメモリーの機構である。
【００２０】
図７は、自己集合単分子膜に電気双極子の付加の例であり、電極がＡｕ、自己集合単分子膜がアクセプター分子（両極性分子）、添加分子がドナー分子（Ｋ原子）の例である。
【００２１】
図８は、このスイッチング特性を利用して構成した金属接触電位差メモリーの読み出しについての第一の例を示す概念図である。この例では、半導体が電場依存の伝導性を示すことを利用している。すなわち、両電極間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存する電気伝導率の変化（ΔＩ）として読み出す方法である。
【００２２】
図９は、本発明の金属接触電位差メモリーの読み出しについての第二の例を示す概念図である。すなわち、両電極間に電圧を印加することにより永久接触電圧差（ΔＶｃ）をヒステリシスを持って変化させ、この状態を永久電位差に依存するエレクトロルミネッセンス（ΔＬ）として読み出す方法である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の金属接触電位差メモリーは、シリコン半導体（ＦＥＴ）に搭載可能なメモリーである。その特徴は、常温、且つ超微細加工（０．１ミクロン以下）のメモリーができることである。本発明は、これまでにない新しい読み出し・書き込み自由なメモリーを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、自己集合単分子膜の形成方法を示す概念図である。
【図２】図２は、自己集合単分子膜に他の分子を添加した状態を示す概念図である。
【図３】図３は、自己集合単分子膜を用いた電極改質による永久接触電圧差（ΔＶｃ）及び内部電場（Ｅｃ）の生成を示す原理的に示す説明図である。
【図４】図４は、自己集合単分子膜の真空紫外光による領域選択法を示す概念図である。
【図５】図５は、本発明のメモリー構造における永久接触電圧差（ΔＶｃ）を原理的に示す説明図である。
【図６】図６は、本発明のメモリーの機能を原理的に示す説明図である。
【図７】図７は、自己集合単分子膜に電気双極子の付加の例を示す概念図である。
【図８】図８は、本発明の金属接触電位差メモリーの読み出しの第一の例を示す概念図である。
【図９】図９は、本発明の金属接触電位差メモリーの読み出しの第二の例を示す概念図である。
【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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【図９】
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