(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部と、
前記チャネル部の温度を上昇させるように構成されており、発光素子を有する温度上昇生成部と、
前記発光素子からの光を吸収して熱に変換する光熱変換部と、を備えており、
前記光熱変換部は、前記チャネル部に伝熱するように構成されている、電子装置。
【請求項２】
温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部と、
前記チャネル部の温度を上昇させるように構成されている温度上昇生成部と、
前記チャネル部を冷却する冷却器と、を備える電子装置。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に設けられており、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部と、
前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の一部に電気的に接続する第１電極と、
前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する第２電極と、
前記チャネル部の温度を上昇させるように構成されており、前記チャネル部の上面側に配置されている発光素子を有する温度上昇生成部と、
前記チャネル部上に設けられており、前記発光素子からの光を吸収して熱に変換する光熱変換部と、を備える電子装置。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に設けられており、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部と、
前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の一部に電気的に接続する第１電極と、
前記チャネル部上に設けられており、前記チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する第２電極と、
前記チャネル部の温度を上昇させるように構成されている温度上昇生成部と、
前記基板下に設けられており、前記チャネル部を冷却する冷却器と、備える電子装置。
【請求項５】
前記相転移材料は、ｄ−ブロック遷移元素を含む酸化物である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、電子装置に関する。特に、本明細書で開示される技術は、金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含むチャネル部を備える電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を利用した電子装置の開発が進められている。特許文献１は、この種の相転移材料をチャネル部に適用した電子装置を開示する。この電子装置は、チャネル部の相転移材料の相転移を制御可能に構成されており、相転移材料が金属相のときにチャネル部に電流を流し、相転移材料が絶縁体相のときにチャネル部の電流を遮断するように動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電子装置では、チャネル部の相転移材料に相転移を生じさせるために、高濃度の電荷をイオン液体からチャネル部に注入するように構成されている。このため、この電子装置は、チャネル部に接触した状態でイオン液体を封入するための封入構造を必要とする。しかしながら、イオン液体を長期間に亘って安定的に封入できる封入構造を構築することは、技術的に困難である。本明細書は、相転移材料を含むチャネル部を備える電子装置において、信頼性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、チャネル部と温度上昇生成部を備える。チャネル部は、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。温度上昇生成部は、チャネル部の温度を上昇させるように構成されている。
【０００６】
上記実施形態の電子装置では、温度上昇生成部がチャネル部の温度を上昇させることにより、チャネル部の相転移材料に相転移を生じさせることができる。上記実施形態の電子装置では、イオン液体を用いることなく、チャネル部に相転移を生じさせることができる。このため、上記実施形態の電子装置は、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例の電子装置の要部断面図を模式的に示す。
【図２】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【図３】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【図４】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【図５】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【図６】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【図７】第１実施例の電子装置を製造する方法の一工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【０００９】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、チャネル部と温度上昇生成部を備えていてもよい。チャネル部は、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。温度上昇生成部は、チャネル部の温度を上昇させるように構成されている。
【００１０】
チャネル部とは、電流の流れる電流経路をいう。本明細書で開示される電子装置は、チャネル部を流れる電流を制御することにより、特定機能を発揮するように構成されている。典型的には、本明細書で開示される電子装置は、スイッチング機能を発揮するトランジスタとして動作することができる。
【００１１】
チャネル部に含まれる相転移材料は、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移するものであればよく、その種類を特に限定するものではない。例えば、相転移材料は、ｄ−ブロック遷移元素（Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ）を含む酸化物のモット絶縁体であるのが望ましい。このような相転移材料は、温度変化により金属相と絶縁体相の間を効果的に相転移することができる。
【００１２】
温度上昇生成部は、チャネル部の温度を上昇させるように構成されていればよく、その構成を特に限定するものではない。温度上昇生成部は、光学的、電気的、化学的又は機械的な様々な手法を利用してチャネル部の温度を上昇させるように構成されていればよい。
【００１３】
例えば、温度上昇生成部は、発光素子を有していてもよい。この場合、温度上昇生成部は、発光素子からの光の光エネルギーを利用して、チャネル部の温度を上昇させることができる。発光素子の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。
【００１４】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、光熱変換部をさらに備えていてもよい。光熱変換部は、発光素子からの光を吸収して熱に変換する。光熱変換部は、チャネル部に伝熱するように構成されている。光熱変換部の材料は、発光素子からの光を吸収して熱に変換するものであればよく、その種類を特に限定するものではない。ただし、光熱変換部の材料は、発生した熱をチャネル部に急速に伝熱する特性を有するのが望ましく、このため、高い熱伝導度を有するのが望ましい。例えば、光熱変換部の材料には、窒化アルミニウム（AlN）、酸化シリコン(SiO2)又はダイヤモンドを用いることができる。このような光熱変換部が設けられていると、発光素子からの光を効率的に熱に変換し、チャネル部の温度を上昇させることができる。
【００１５】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、チャネル部を冷却する冷却器をさらに備えていてもよい。冷却器は、チャネル部を冷却するものであればよく、その種類は特に限定されない。例えば、冷却器は、水冷式又は空冷式のフィンを有するものであってもよく、ヒートパイプを有するものであってもよい。あるいは、冷却器は、チャネル部の周囲をヘリウムガス（He）で充満させる筐体であってもよい。このような冷却器が設けられていると、チャネル部の温度を下降させることができる。このため、チャネル部に含まれる相転移材料は、温度上昇生成部による温度上昇と冷却器による温度下降によって、金属相と絶縁体相の間を効果的に相転移することができる。
【００１６】
より詳細には、本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、基板、チャネル部、第１電極、第２電極及び温度上昇生成部を備えていてもよい。基板は、チャネル部を支持するものであればよく、その材料は特に制限されるものではない。ただし、基板は、チャネル部を流れる電流が漏洩するのを抑えるために、絶縁体の材料で構成されているのが望ましい。チャネル部は、基板上に設けられており、温度変化により金属相と絶縁体相の間を相転移する相転移材料を含む。チャネル部は、基板の上面に接触するように設けられていてもよく、他の部材を介して基板上に設けられていてもよい。第１電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の一部に電気的に接続する。第２電極は、チャネル部上に設けられており、チャネル部の上面の他の一部に電気的に接続する。即ち、第１電極と第２電極の各々は、チャネル部の上面の異なる位置に接触している。温度上昇生成部は、チャネル部の温度を上昇させるように構成されている。
【００１７】
温度上昇生成部は、発光素子を有していてもよい。この場合、発光素子は、チャネル部の上面側に配置されているのが望ましい。発光素子は、チャネル部の上面に対して空間を介して対向するように配置されていてもよい。あるいは、発光素子は、チャネル部の上面に接触して固定されていてもよく、他の部材を介してチャネル部上に固定されていてもよい。
【００１８】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、光熱変換部をさらに備えていてもよい。光熱変換部は、発光素子からの光を吸収して熱に変換する。光熱変換部は、チャネル部上に設けられていてもよく、チャネル部下に設けられていてもよく、基板下に設けられていてもよい。ただし、光熱変換部は、チャネル部上に設けられているのが望ましい。この場合、光熱変換部は、チャネル部の上面に接触するように設けられていてもよく、他の部材を介してチャネル部上に設けられていてもよい。このような光熱変換部が設けられていると、チャネル部と光熱変換部が近接するので、チャネル部の温度を急速に上昇させることができる。このため、この実施形態の電子装置は、高速な応答性を有することができる。さらに、このような光熱変換部が設けられていると、チャネル部の温度を均一に上昇させることができる。
【００１９】
本明細書で開示される電子装置の一実施形態は、冷却器をさらに備えていてもよい。冷却器は、基板下に設けられており、チャネル部を冷却する。このような冷却器が設けられていると、チャネル部の熱は、基板を介して冷却器に放熱される。これにより、チャネル部の温度を下降させることができる。このため、チャネル部に含まれる相転移材料は、温度上昇生成部温による温度上昇と冷却器による温度下降によって、金属相と絶縁体相の間を効果的に相転移することができる。
【実施例１】
【００２０】
以下、図面を参照して各実施例の電子装置を説明する。なお、実質的に共通する構成要素については共通の符号を付し、繰返しの説明を省略することがある。
【００２１】
図１に示されるように、電子装置１は、冷却器１０、基板２０、チャネル部３０、ドレイン電極４２、ソース電極４４、光熱変換部５０及び発光素子６０を備える。
【００２２】
冷却器１０は、フィンを有する水冷式のヒートシンクである。冷却器１０は、チャネル部３０の熱を外部に放熱し、チャネル部３０を冷却する。冷却器１０の冷却目標温度は、後述するように、チャネル部３０の相転移材料の相転移温度よりも低い値に設定される。
【００２３】
基板２０は、絶縁体の材料で構成されている。後述するように、基板２０は、チャネル部３０を成膜するときの下地として用いられる。このため、基板２０は、チャネル部３０を成膜可能な材料であるのが望ましく、チャネル部３０の結晶構造の格子定数に近い格子定数を有する材料であるのが望ましい。この例では、基板２０の材料には、酸化アルミニウム（Al2O3）が用いられている。
【００２４】
チャネル部３０は、基板２０上に設けられており、基板２０の上面に接する。チャネル部３０は、温度変化により金属相と絶縁体相を相転移する相転移材料で構成されている。この例では、チャネル部３０の材料には、遷移金属酸化物のモット絶縁体が用いられている。具体的には、チャネル部３０の材料には、二酸化バナジウム（VO2）が用いられている。遷移金属酸化物のモット絶縁体は、相転移温度を境に金属相と絶縁体相の間を可逆的に相転移することができる。二酸化バナジウムは、約３４０Ｋを相転移温度とし、その相転移温度よりも低い温度では絶縁体相であり、その相転移温度以上の温度では金属相である。なお、二酸化バナジウムの相転移温度は、酸素欠陥及び不純物を制御することにより、所望の値に設定することができる。
【００２５】
ドレイン電極４２は、チャネル部３０上に設けられており、チャネル部３０の上面の一部にオーミック接触する。この例では、ドレイン電極４２の材料にはチタン又はクロムが用いられる。なお、ドレイン電極４２の表面には、酸化防止用に金が被膜していてもよい。
【００２６】
ソース電極４４は、チャネル部３０上に設けられており、ドレイン電極４２から離れて配置されており、チャネル部３０の上面の一部にオーミック接触する。この例では、ソース電極４４の材料にはチタン又はクロムが用いられる。なお、ソース電極４４の表面には、酸化防止用に金が被膜していてもよい。
【００２７】
光熱変換部５０は、チャネル部３０上に設けられており、チャネル部３０の上面に接する。光熱変換部５０は、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に存在するチャネル部３０の上面の全範囲を被覆するように設けられている。光熱変換部５０は、発光素子６０からの光を吸収して熱に変換する。このため、光熱変換部５０の材料には、発光素子６０が出射する光を吸収可能なものが採用されている。この例では、光熱変換部５０の材料には、窒化アルミニウム（AlN）が用いられている。また、窒化アルミニウムは、熱伝導度が高く、絶縁体であるという特性を有する。このため、光熱変換部５０は、チャネル部３０に熱を効率的に伝熱させることができるとともに、ドレイン電極４２とソース電極４４の間の短絡を抑えることができる。
【００２８】
発光素子６０は、光熱変換部５０の上方に空間を隔てて配置されており、光熱変換部５０の上面に対向する。発光素子６０は、レーザダイオードであり、レーザ光を光熱変換部５０に入射するように構成されている。この例では、発光素子６０は、赤外光を発光するレーザダイオードである。
【００２９】
次に、電子装置１の動作を説明する。電子装置１は、ドレイン電極４２に高い正電圧（例えば、６００Ｖ）が印加され、ソース電極４４に接地電圧が印加されて用いられる。発光素子６０がレーザ光を出射し、そのレーザ光が光熱変換部５０に入射すると、光熱変換部５０は、レーザ光を吸収して発熱する。光熱変換部５０で発生した熱は、チャネル部３０に伝熱される。上記したように、チャネル部３０は、相転移温度以上の温度になると、金属相の性質を有する。このため、発光素子６０がレーザ光を出射してチャネル部３０の温度が相転移温度以上になると、チャネル部３０は金属相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れる。このように、発光素子６０がレーザ光を出射してチャネル部３０の温度が相転移温度以上になると、電子装置１はオン状態である。
【００３０】
次に、発光素子６０がレーザ光の出射を停止すると、冷却器１０の冷却効果によりチャネル部３０の温度が下降する。冷却器１０の冷却目標温度が相転移温度よりも低い温度に設定されているので、チャネル部３０の温度が相転移温度よりも低くなる。チャネル部３０の温度が相転移温度よりも低くなると、チャネル部３０は、絶縁体相の性質を有する。このため、発光素子６０がレーザ光の出射を停止してチャネル部３０の温度が相転移温度よりも低くなると、チャネル部３０は絶縁体相の状態であり、ドレイン電極４２とソース電極４４の間に電流が流れない。このように、発光素子６０がレーザ光の出射を停止してチャネル部３０の温度が相転移温度よりも低くなると、電子装置１はオフ状態である。
【００３１】
上記したように、電子装置１では、発光素子６０のレーザ光に基づいてチャネル部３０の温度が制御され、これにより、チャネル部３０では、金属相と絶縁体相の間の相転移が制御される。この結果、電子装置１は、発光素子６０のレーザ光に基づいてオンとオフが切り換わるトランジスタとして動作することができる。
【００３２】
以下、電子装置１の特徴を整理する。
（１）電子装置１は、発光素子６０がレーザ光を出射していないときにオフ状態である。このため、電子装置１は、ノーマリオフとして動作することができる。
（２）チャネル部３０の耐圧は、チャネル部３０の厚みと距離（ドレイン電極４２とソース電極４４間の距離）に依存する。チャネル部３０の耐圧は、従来の半導体装置のチャネル部のように、不純物濃度に依存しない。このため、電子装置１は、高耐圧で低オン抵抗な特性を有することができる。
（３）チャネル部３０は、温度変化によって金属相と絶縁体相の間を相転移する。即ち、電子装置１は、電界効果を利用するものではないので、外部からの電圧ノイズに対して耐性がある。電子装置１は、外部ノイズに対して高い信頼性を有することができる。
（４）光熱変換部５０がチャネル部３０の上面を被覆して設けられていることにより、チャネル部３０の上面に大気中の水分が吸着することが抑制され、ドレイン電極４２とソース電極４４の間の短絡が抑えられる。光熱変換部５０は、チャネル部３０を保護する保護膜としても機能することができる。
【００３３】
次に、電子装置１の製造方法を説明する。まず、図２に示されるように、基板２０を準備する。基板２０には、酸化アルミニウム（Al2O3）の単結晶基板が用いられる。
【００３４】
次に、図３に示されるように、基板２０の上面にチャネル部３０を成膜する。成膜方法は、ＰＬＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＭＢＥ法又はスピンコート法を利用することができる。
【００３５】
次に、図４に示されるように、チャネル部３０の上面に光熱変換部５０を成膜する。成膜方法は、ＰＬＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＭＢＥ法又はスピンコート法を利用することができる。
【００３６】
次に、図５に示されるように、光熱変換部５０の一部を除去し、チャネル部３０の上面を露出させる。光熱変換部５０の一部除去は、ドライエッチング法を利用することができる。
【００３７】
次に、図６に示されるように、チャネル部３０の上面の一部にドレイン電極４２及びソース電極４４を形成する。形成方法は、ＥＢ蒸着法又はスパッタ法でチャネル部３０の上面に金属膜を被膜した後に、リフトオフ法又はドライエッチング法によってパターニングすることができる。
【００３８】
次に、図７に示されるように、予め準備していた冷却器１０を基板２０の下面に取り付ける。最後に、光熱変換部５０の上方に発光素子６０を取り付ける。これにより、電子装置１が完成する。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：冷却器
２０：基板
３０：チャネル部
４２：ドレイン電極
４４：ソース電極
５０：光熱変換部
６０：発光素子
【図１】
0006398591.tif 000002
【図２】
0006398591.tif 000003
【図３】
0006398591.tif 000004
【図４】
0006398591.tif 000005
【図５】
0006398591.tif 000006
【図６】
0006398591.tif 000007
【図７】
0006398591.tif 000008