(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一面に設けられた第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のスイッチング現象が生じるナノメートルオーダーの間隙を有する電極間間隙部と、
を備え、
前記電極間間隙部は、前記絶縁性基板の前記一面に形成されており、
前記絶縁性基板は、前記一面に窒素が含有されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング素子において、
前記絶縁性基板は、前記一面が、所定の窒化処理が施された酸化シリコンで形成されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチング素子において、
前記所定の窒化処理は、プラズマ窒化処理であることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項４】
請求項１に記載のスイッチング素子において、
前記絶縁性基板は、前記一面が、窒化シリコンで形成されていることを特徴とするスイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、微細な間隙を隔てた２つの電極間（ナノギャップ電極間）に電圧を印加することにより、スイッチング動作が可能なスイッチング素子が知られている。
具体的には、例えば、酸化シリコンと金という安定な材料からなり、傾斜蒸着という簡便な製造方法により製造され、スイッチング動作を安定的に繰り返し行うことができるスイッチング素子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、酸化シリコンに加えて、又は、酸化シリコンに代えて、窒化シリコンを用いた素子が知られている。具体的には、窒化シリコン膜を絶縁膜としたＭＥＭＳ（Micro Electron Mechanical Systems）素子（例えば、特許文献２参照）や、窒化シリコン層を絶縁層とした分子素子（例えば、特許文献３参照）などがある。特許文献２及び３の素子では、窒化シリコンは、単に絶縁体としてのみ機能している。
【特許文献１】特開２００５−７９３３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６２０８号公報
【特許文献３】特開２００６−２３４７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のスイッチング素子においては、動作電圧の更なる低下が望まれている。
【０００５】
本発明の課題は、スイッチング素子の動作電圧を更に低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の一面に設けられた第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のスイッチング現象が生じるナノメートルオーダーの間隙を有する電極間間隙部と、
を備え、
前記電極間間隙部は、前記絶縁性基板の前記一面に形成されており、
前記絶縁性基板は、前記一面に窒素が含有されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のスイッチング素子において、
前記絶縁性基板は、前記一面が、所定の窒化処理が施された酸化シリコンで形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載のスイッチング素子において、
前記所定の窒化処理は、プラズマ窒化処理であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載のスイッチング素子において、
前記絶縁性基板は、前記一面が、窒化シリコンで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スイッチング素子において、絶縁性基板と、絶縁性基板の一面に設けられた第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられ、第１電極と第２電極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が生じるナノメートルオーダーの間隙を有する電極間間隙部と、を備え、電極間間隙部は、絶縁性基板の当該一面に形成されており、絶縁性基板は、当該一面に窒素が含有されている。
すなわち、本発明のスイッチング素子は、絶縁性基板における電極間間隙部が形成された面に窒素が含有されているため、電極間間隙部が形成された面に窒素を含有していない絶縁性基板を用いたスイッチング素子と比較して、動作電圧を更に低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜スイッチング素子の構成＞
まず、本発明にかかるスイッチング素子１００の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
スイッチング素子１００は、例えば、図１に示すように、絶縁性基板１０と、絶縁性基板１０の上面（一面）に設けられた第１電極２０及び第２電極３０と、第１電極２０と第２電極３０との間に設けられた電極間間隙部４０と、などを備えて構成される。
【００１４】
絶縁性基板１０は、例えば、スイッチング素子１００の２つの電極（第１電極２０と第２電極３０）を隔てて設けるための支持体を構成している。
【００１５】
絶縁性基板１０は、第１電極２０及び第２電極３０が設けられた一面が窒素含有領域１０ａとなっている。
具体的には、絶縁性基板１０は、例えば、所定の基板に所定の窒化処理を施して窒素含有領域１０ａを形成したものや、所定の基板に窒素含有領域１０ａとして窒化シリコン膜を形成したものなどである。
ここで、所定の基板は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）基板等であっても良いし、Ｓｉ等の半導体基板の表面に酸化シリコン等の酸化膜を設けたものであっても良い。
また、窒化シリコン膜は、窒素を含むシリコン系の絶縁体であれば特に限定されるものではなく、例えば、ＳｉxＮｙ、ＳｉxＯyＮz等である。
また、所定の窒化処理は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの化学的窒化処理、プラズマ窒化処理等の物理的窒化処理、スパッタリング法による窒素含有膜の成膜処理等である。
【００１６】
絶縁性基板１０の構造は、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１０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。
【００１７】
第１電極２０は、例えば、第２電極３０と対になってスイッチング素子１００のスイッチング動作を行うためのものである。
【００１８】
第１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１電極２０の材質は、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、タングステン、タンタル、カーボン及び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。ここで、絶縁性基板１０との接着性を強化するために、例えば、異なる金属を２層以上重ねて用いても良い。具体的には、例えば、第１電極２０は、クロム及び金の積層構造としても良い。
なお、図１〜図３にあっては、後述の工程説明の便宜上、第１電極２０は第１電極下部２１と第１電極上部２２とをあわせたものとして表している。
【００１９】
第２電極３０は、例えば、第１電極２０と対になって当該スイッチング素子１００のスイッチング動作を可能にする。
【００２０】
第２電極３０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３０の材質は、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、タングステン、タンタル、カーボン及び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。ここで、絶縁性基板１０との接着性を強化するために、異なる金属を２層以上重ねて用いても良い。具体的には、例えば、第２電極３０は、クロム及び金の積層（多層）構造としても良い。
【００２１】
電極間間隙部４０は、例えば、第１電極２０と第２電極３０との間にナノメートルオーダーの間隙を有するものであり、当該スイッチング素子１００のスイッチング現象を発現する役割を具備している。
【００２２】
第１電極２０と第２電極３０間（ナノギャップ電極間）の距離（間隔）Ｇは、例えば、０ｎｍ＜Ｇ≦１３ｎｍであるのが好ましく、０．８ｎｍ＜Ｇ＜２．２ｎｍであるのがより好ましい。
ここで、距離Ｇの上限値を１３ｎｍとしたのは、例えば、二回の傾斜蒸着で作成する場合には、ギャップ間隔が１３ｎｍより大きくなるとスイッチングが起きなくなるためである。
一方、距離Ｇの下限値は、０ｎｍとすると第１電極２０と第２電極３０とが短絡していることになるからである。なお、下限値を顕微鏡測定によって決定することは困難であるが、トンネル電流が生じうる最小距離であるということができる。すなわち、下限値は、スイッチング素子が動作したときに、電流−電圧特性がオームの法則に従わずに量子力学的なトンネル効果が観測される距離の理論値である。
ここで、トンネル電流の理論式に抵抗値を代入すると、ギャップ幅の計算結果として０．８ｎｍ＜Ｇ＜２．２ｎｍの範囲が求められる。
【００２３】
また、電極間間隙部４０（第１電極２０と第２電極３０との間）の直流電気抵抗は、例えば、１ｋΩより大きく１０ＴΩ未満であるのが好ましく、１００ｋΩより大きいのがより好ましい。
ここで、抵抗の上限値を１０ＴΩとしたのは、１０ＴΩ以上とすると、スイッチングが起きなくなるためである。一方、抵抗の下限値を１ｋΩとしたのは、現状では１ｋΩ以下に下がったことがないため、これを下限としている。
なお、スイッチとして考えると、ＯＦＦ状態での抵抗は高いほど良いため、上限値はより高い値となるのが好ましいが、ＯＮ状態での抵抗が１ｋΩであると、ｍＡオーダーの電流が簡単に流れてしまい、他の素子を破壊する可能性があるため、下限値は１００ｋΩ程度とするのが好ましい。
【００２４】
なお、第１電極２０と第２電極３０との間の最近接部位は、例えば、第１電極２０と第２電極３０とが対向する領域に１若しくは複数箇所形成されていても良い。
また、第１電極２０と第２電極３０との間には、例えば、当該第１電極２０及び第２電極３０の構成材料等からなる島部分（中州部分）が形成されていても良い。この場合には、例えば、第１電極２０と島部分との間、第２電極３０と島部分との間に所定の間隙が形成されて、第１電極２０と第２電極３０とが短絡していなければ良い。
【００２５】
次に、スイッチング素子１００の製造方法について説明する。
スイッチング素子１００は、例えば、（１）絶縁性基板１０の準備工程、（２）第１のレジストパターン形成工程、（３）第１の蒸着工程、（４）第１のリフトオフ工程、（５）第２のレジストパターン形成工程、（６）第２の蒸着工程、（７）第２のリフトオフ工程、（８）電界破断工程を行うことにより製造される。
【００２６】
（１）絶縁性基板１０の準備工程
絶縁性基板１０としては、例えば、窒素含有領域１０ａが形成された酸化シリコン基板や、窒素含有領域１０ａが形成された酸化シリコン膜付きＳｉ基板などが用いられる。
具体的には、絶縁性基板１０は、例えば、酸化シリコン基板や酸化シリコン膜付きＳｉ基板などの所定の基板に、プラズマ窒化処理等の所定の窒化処理を施して窒素含有領域１０ａを形成したものとする。また、絶縁性基板１０は、例えば、酸化シリコン基板や酸化シリコン膜付きＳｉ基板などの所定の基板に、蒸着やスパッタなどの公知の方法によって窒化シリコン膜（窒素含有領域１０ａ）を形成したものとする。
【００２７】
（２）第１のレジストパターン形成工程
第１のレジストパターン形成工程は、例えば、フォトリソグラフィー等を用いて行われ、絶縁性基板１０に第１電極下部２１を形成するためのレジストパターン６０を形成する（図２参照）。
なお、レジストパターン６０の厚さは、例えば、適宜任意に変更することができ、具体的には、１μｍとされている。
【００２８】
（３）第１の蒸着工程
第１の蒸着工程は、例えば、所定の蒸着装置を用いて行われ、第１電極下部２１を形成する。
絶縁性基板１０の被蒸着面は、例えば、蒸着源から被蒸着面を臨むとき傾斜するように配置される。すなわち、絶縁性基板１０は、例えば、図２に示すように、被蒸着面と、蒸着源から蒸散する粒子の飛来方向とのなす角をθ１としたとき、０°＜θ１＜９０°となるように配置される（当該蒸着方法を、以下、「傾斜蒸着」と言う）。この結果、第１電極下部２１は、その先端部が絶縁性基板１０（被蒸着面）に対して傾斜した形状に形成される。
なお、第１電極下部２１の先端部の傾斜方向と、絶縁性基板１０表面とのなす角度θ１ａは、例えば、レジストパターン６０の形状、絶縁性基板１０表面の金属が堆積する特性及び角度θ１の大きさなどによって変更することができる。
【００２９】
また、第１の蒸着工程は、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、タングステン、タンタル、カーボン及びこれらの合金から選ばれる少なくとも何れか一つの物質を１回又は複数回蒸着するようになっている。具体的には、複数回の蒸着としては、例えば、クロムを蒸着後、金を蒸着することにより、２層構造の第１電極下部２１を形成するようにしても良い。
ここで、第１電極下部２１の厚さは、例えば、適宜任意に変更することができ、材質に金を選んだ場合には、５ｎｍ以上とされている。
【００３０】
（４）第１のリフトオフ工程
第１のリフトオフ工程は、例えば、レジストパターン６０の材質に適合する剥離液を用い行われ、当該工程の結果、第１電極下部２１が形成されるとともに、レジストパターン６０上に形成された犠牲電極２１ａが除去される。
【００３１】
（５）第２のレジストパターン形成工程
第２のレジストパターン形成方法は、例えば、フォトリソグラフィー等を用いて行われ、第２電極３０及び第１電極上部２２を形成するためのレジストパターン（図示略）を形成する。
【００３２】
（６）第２の蒸着工程
第２の蒸着工程は、例えば、所定の蒸着装置を用いて行われ、第２電極３０を形成するとともに、付随的に第１電極上部２２を形成する（図３参照）。
また、第２の蒸着工程は、例えば、傾斜蒸着により行われ、例えば、図３に示すように、被蒸着面と、蒸着源から蒸散する粒子の飛来方向とのなす角をθ２としたとき、θ１ａ＜９０°のときは、０°＜θ２＜θ１ａ＜９０°となるように、また、９０°≦θ１ａのときは、０°＜θ２＜９０°となるように絶縁性基板１０が配置される。
さらに、第２の蒸着工程は、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、タングステン、タンタル、カーボン、及びこれらの合金から選ばれる少なくとも何れか一つの物質を１回又は複数回蒸着するようになっている。
【００３３】
また、第２の蒸着工程により、第１電極２０と第２電極３０との間にナノメートルオーダーの間隙を有する電極間間隙部４０が形成される。
すなわち、電極間間隙部４０の形成は、例えば、第２の蒸着工程の傾斜蒸着における、蒸着粒子により形成される第１電極下部２１の影を利用している。したがって、第１電極下部２１の厚さ及び第２の蒸着工程における傾斜蒸着の角度θ２のうち、少なくとも何れか一方を調整することにより、所望の電極間距離Ｇを有する電極間間隙部４０を得ることができる。
【００３４】
（７）第２のリフトオフ工程
第２のリフトオフ工程は、例えば、レジストパターンの材質に適合する剥離液を用い行われ、当該工程の結果、第１電極２０及び第２電極３０が形成され、ナノギャップ電極が得られる。
【００３５】
（８）電界破断工程
ナノギャップ電極は短絡している場合があるため、必要に応じて、当該電界破断工程を行うことが好ましい。
電界破断工程は、例えば、短絡している電極と直列に可変抵抗、固定抵抗及び電源（何れも図示略）を接続して電圧を印加する。そして、可変抵抗の抵抗値を初期値（抵抗大）からゆっくり抵抗が小さくなるように調節して、電流が流れなくなる時点で止めることにより、所望の電極間距離Ｇを有するナノギャップ電極を得ることができる。
【００３６】
このようにして製造されたスイッチング素子１００は、例えば、所定の気密封止技術を利用して所定の封止部材により内包（封止）されることによって、スイッチングデバイスを形成するようになっている。
なお、スイッチングデバイスにおいては、第１電極２０及び第２電極３０の各々にリード線が接続され、当該リード線は封止部材の外側に延出されるようになっている。
【００３７】
なお、上記のスイッチング素子１００の製造方法は、一例であって、これに限られるものではない。
【実施例】
【００３８】
＜スイッチング素子の特性＞
次に、本発明にかかるスイッチング素子１００の特性について、図４〜図８を参照して説明する。
【００３９】
まず、絶縁性基板１０が有する窒素含有領域１０ａの有効性について、図４を参照して説明する。
【００４０】
図４は、電極間間隙部４０（ナノギャップ電極間）に電圧を印加した場合のナノギャップ電極間の電流−電圧曲線を示す。横軸はナノギャップ電極間に印加された電圧に対応し、縦軸はナノギャップ電極間を流れた電流に対応する。
【００４１】
実線で、本発明にかかるスイッチング素子１００の測定結果を示す。絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：０．２５ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間）を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いた。
比較のため、破線で、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板として用いたスイッチング素子の測定結果を示す。なお、破線で測定結果を示すスイッチング素子の構成は、実線で測定結果を示す本発明のスイッチング素子１００の構成と比較して、絶縁性基板１０が窒素含有領域１０ａを有していない点のみが異なる。
【００４２】
図４にあっては、電圧が正の部分のみを示すが、電流−電圧曲線は、実際には０点について略点対称となっており、ナノギャップ電極間に印加される電圧及びナノギャップ電極間を流れる電流は、ナノギャップ電極の極性に依存しない。また、以下の図４についての説明にあっては、電圧が負の部分について省略するものとする。
すなわち、図４は、電流−電圧曲線のうちの、ナノギャップ電極間に印加する電圧を０Ｖから１０Ｖまで掃印した部分を抜き出したものを示す。
【００４３】
図４によれば、実線、破線ともに、印加する電圧が大きくなると、流れる電流が大きくなっていき、さらに、印加する電圧が大きくなると、流れる電流が小さくなっていくことが分かった。
そして、電流値が最大となる電圧値は、実線が約２．３Ｖであり、破線が約３Ｖであった。したがって、本発明にかかるスイッチング素子１００（すなわち、プラズマ窒化処理で窒素含有領域１０ａを形成した酸化シリコン基板を絶縁性基板１０に用いたスイッチング素子１００）の方が、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板に用いたスイッチング素子よりも、動作電圧が低く、窒素含有領域１０ａが有効であることが分かった。
【００４４】
次に、本発明にかかるスイッチング素子１００の電気特性について、図５〜図７を参照して説明する。
【００４５】
図５は、絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：０．２５ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間）を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いたスイッチング素子１００の測定結果である。
図６は、絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：１ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間）を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いたスイッチング素子１００の測定結果である。
図７は、絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：１ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：６時間）を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いたスイッチング素子１００の測定結果である。
【００４６】
図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）は、電極間間隙部４０（ナノギャップ電極間）に電圧を印加した場合のナノギャップ電極間の電流−電圧曲線（実線）と抵抗−電圧曲線（破線）を示す。横軸はナノギャップ電極間に印加された電圧に対応し、左の縦軸はナノギャップ電極間に流れた電流に対応し、右の縦軸はナノギャップ電極間に生じた抵抗に対応する。
なお、図５（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）は、ナノギャップ電極間に印加する電圧を、測定開始時において０Ｖとし、その後、＋１０Ｖまで掃印し、次いで、−１０Ｖまで掃印し、次いで、０Ｖまで掃印した測定結果である。
【００４７】
図５（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、電極間間隙部４０（ナノギャップ電極間）に繰り返し電圧を印加して得た複数の抵抗−電圧曲線から求めた抵抗極小値の分布を示す。横軸は抵抗極小値を示したときの電圧の値（絶対値）であり、縦軸は対応する電圧値で抵抗極小値を示した回数である。ここで、抵抗極小値は、抵抗−電圧曲線の中で極小を示した抵抗値のことである。
具体的には、例えば、図５（ａ）の破線で示す抵抗−電圧曲線を１回分の抵抗−電圧曲線とすると、図５（ｂ）は、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して得た８０回分の抵抗−電圧曲線から求めた抵抗極小値の分布である。例えば、図５（ｂ）によれば、電圧が「３．０Ｖ」のとき、回数が「４回」となっているが、これは、電圧が「３．０Ｖ」のときに抵抗極小値を示した回数が８０回のうち「４回」であったことを示す。
また、例えば、図６（ａ）に破線で示す抵抗−電圧曲線を１回分の抵抗−電圧曲線とすると、図６（ｂ）は、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して得た８７回分の抵抗−電圧曲線から求めた抵抗極小値の分布である。例えば、図６（ｂ）によれば、電圧が「３．０Ｖ」のとき、回数が「３回」となっているが、これは、電圧が「３．０Ｖ」のときに抵抗極小値を示した回数が８７回のうち「３回」であったことを示す。
また、例えば、図７（ａ）に破線で示す抵抗−電圧曲線を１回分の抵抗−電圧曲線とすると、図７（ｂ）は、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して得た１９１回分の抵抗−電圧曲線から求めた抵抗極小値の分布である。例えば、図７（ｂ）によれば、電圧が「３．０Ｖ」のとき、回数が「３回」となっているが、これは、電圧が「３．０Ｖ」のときに抵抗極小値を示した回数が１９１回のうち「３回」であったことを示す。
【００４８】
図５（ａ）の電流−電圧曲線（実線）によれば、電圧が２．２Ｖ付近で電流値が最大となり、電圧が−２．１Ｖ付近で電流値が最小となることが分かった。
図５（ａ）の抵抗−電圧曲線（破線）によれば、電流−電圧曲線（実線）における電流値が大きく変化したときに、抵抗値が大きく減少することが分かった。
また、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して、複数の電流−電圧曲線及び抵抗−電圧曲線を得た結果、曲線の形に再現性があることが分かった。すなわち、スイッチング動作を安定的に繰り返すことができることが分かった。
図５（ｂ）の抵抗極小値の分布によれば、分布のピークに対応する電圧値が２．２２Ｖ（図８参照）であることが分かった。
【００４９】
図６（ａ）の電流−電圧曲線（実線）によれば、電圧が２．５Ｖ付近で電流値が最大となり、電圧が−２．８Ｖ付近で電流値が最小となることが分かった。
図６（ａ）の抵抗−電圧曲線（破線）によれば、電流−電圧曲線（実線）における電流値が大きく変化したときに、抵抗値が大きく減少することが分かった。
また、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して、複数の電流−電圧曲線及び抵抗−電圧曲線を得た結果、曲線の形に再現性があることが分かった。すなわち、スイッチング動作を安定的に繰り返すことができることが分かった。
図６（ｂ）の抵抗極小値の分布によれば、分布のピークに対応する電圧値が２．５６Ｖ（図８参照）であることが分かった。また、図６（ｂ）の抵抗極小値の分布によれば、図５（ｂ）及び図７（ｂ）の抵抗極小値の分布よりも、分布の形がブロードであることが分かった。
【００５０】
図７（ａ）の電流−電圧曲線（実線）によれば、電圧が２．７Ｖ付近で電流値が最大となり、電圧が−２．６Ｖ付近で電流値が最小となることが分かった。
図７（ａ）の抵抗−電圧曲線（破線）によれば、電流−電圧曲線（実線）における電流値が大きく変化したときに、抵抗値が大きく減少することが分かった。
また、ナノギャップ電極間に繰り返し電圧を印加して、複数の電流−電圧曲線及び抵抗−電圧曲線を得た結果、曲線の形に再現性があることが分かった。すなわち、スイッチング動作を安定的に繰り返すことができることが分かった。
図７（ｂ）の抵抗極小値の分布によれば、分布のピークに対応する電圧値が２．４５Ｖ（図８参照）であることが分かった。
【００５１】
すなわち、図５〜図７によれば、絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いたスイッチング素子１００は、スイッチング動作を安定的に繰り返すことができることが分かった。
【００５２】
次に、本発明にかかるスイッチング素子１００（絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理を施して窒素含有領域１０ａを形成したものを用いたスイッチング素子１００）の特性について、図８を参照して説明する。
図８には、プラズマ窒化処理の条件に対応付けて、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron spectroscopy）による窒素検出量と、図５（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）から得た抵抗極小値の分布のピークに対応する電圧値と、を示す。
【００５３】
図８に示す窒素検出量によれば、酸化シリコン基板にプラズマ窒化処理を施すと、酸化シリコン基板に窒素が含有されることが分かった。そして、処理時間が同じ場合には、窒素圧力が小さい方が窒素検出量（窒素含有量）が多く、窒素圧力が同じ場合には、処理時間が長い方が窒素検出量（窒素含有量）が多いことが分かった。
ちなみに、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板は、ＸＰＳにより窒素を検出することができなかった。
【００５４】
図８に示す分布のピークに対応する電圧値によれば、プラズマ窒化処理の条件が、窒素圧力：０．２５ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間のものが最小値を示し、窒素圧力：１ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間のものが最大値を示すことが分かった。これにより、プラズマ窒化処理の条件を選択することで、スイッチング素子１００の動作電圧を制御することができることが分かった。
ちなみに、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板として用いたスイッチング素子について、分布のピークに対応する電圧値を求めたところ、２．６±０．１Ｖであった。したがって、本発明にかかるスイッチング素子１００（すなわち、プラズマ窒化処理で窒素含有領域１０ａを形成した酸化シリコン基板を絶縁性基板１０に用いたスイッチング素子１００）の方が、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板に用いたスイッチング素子よりも、動作電圧が低く、窒素含有領域１０ａが有効であることが分かった。
【００５５】
また、絶縁性基板１０として、酸化シリコン基板に、窒化シリコン膜（窒素含有領域１０ａ）を形成したものを用いたスイッチング素子１００についても測定を行って、ナノギャップ電極間の電流−電圧曲線及び抵抗−電圧曲線を得た。そして、抵抗極小値の分布のピークに対応する電圧値を求めたところ、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板として用いたスイッチング素子の電圧値（２．６±０．１Ｖ）よりも低いことが分かった。したがって、本発明にかかるスイッチング素子１００（すなわち、窒素含有領域１０ａとして窒化シリコン膜を形成した酸化シリコン基板を絶縁性基板１０に用いたスイッチング素子１００）の方が、窒素含有領域１０ａが形成されていない酸化シリコン基板を絶縁性基板に用いたスイッチング素子よりも、動作電圧が低く、窒素含有領域１０ａが有効であることが分かった。
【００５６】
以上説明した本発明にかかるスイッチング素子１００によれば、絶縁性基板１０と、絶縁性基板１０の一面に設けられた第１電極２０及び第２電極３０と、第１電極２０と第２電極３０との間に設けられ、第１電極２０と第２電極３０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が生じるナノメートルオーダーの間隙を有する電極間間隙部４０と、を備え、絶縁性基板１０は、当該一面に窒素が含有された窒素含有領域１０ａを有している。
具体的には、絶縁性基板１０としては、窒素含有領域１０ａが、プラズマ窒化処理が施された酸化シリコンで形成されているものや、窒化シリコンで形成されているものなどである。
すなわち、スイッチング素子１００は、絶縁性基板１０における電極間間隙部４０が形成された面に窒素が含有されているため、例えば、図４に示すように、電極間間隙部４０が形成された面に窒素を含有していない絶縁性基板を用いたスイッチング素子よりも、動作電圧を低下させることができる。
これにより、省電力化が可能となるとともに、シリコンとの親和性を向上させることができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００５８】
上記実施形態では、所定の窒化処理をプラズマ窒化処理としたが、酸化シリコン基板等の所定の基板を窒化できる処理であれば、窒化処理の種類は任意である。
【００５９】
また、上記実施形態では、第１電極２０及び第２電極３０を絶縁性基板１０の上面に設けるようにしたが、これに限るものではなく、少なくとも電極間間隙部４０が窒素含有領域１０ａに設けられていれば良く、例えば、第１電極２０及び第２電極３０を絶縁性基板１０の下面に設けても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、絶縁性基板１０の上面に、第１電極２０と第２電極３０とを横方向に並ぶように配設したが、これに限るものではなく、少なくとも電極間間隙部４０が窒素含有領域１０ａに設けられていれば良く、例えば、第１電極２０と第２電極３０とを縦方向に並ぶように配設しても良い。
具体的には、例えば、図９に示すスイッチング素子１００Ａのように、側面に窒素含有領域１０ａＡが形成された凸部を有する絶縁性基板１０Ａと、第１電極２０Ａと、第１電極２０Ａの上方に設けられた第２電極３０Ａと、第１電極２０Ａと第２電極３０Ａとの間に設けられた電極間間隙部４０Ａと、を備える構成であっても良い。より具体的には、スイッチング素子１００Ａによれば、第１電極２０Ａは、絶縁性基板１０Ａの凸部でない部分の上面から凸部の側面（窒素含有領域１０ａＡ）に亘って設けられ、第２電極３０Ａは、絶縁性基板１０Ａの凸部の上面から凸部の側面（窒素含有領域１０ａＡ）に亘って設けられ、電極間間隙部４０Ａは、窒素含有領域１０ａＡが形成された凸部の側面における第１電極２０Ａと第２電極３０Ａとの間に設けられている。この場合、少なくとも電極間間隙部４０Ａが窒素含有領域１０ａＡに設けられていれば良く、絶縁性基板１０Ａにおける第１電極２０Ａや第２電極３０Ａの下面と接する面に窒素含有領域１０ａＡが形成されていても良い。また、この場合、絶縁性基板１０Ａが有する凸部は、絶縁性基板上に設けられた絶縁体であっても良い。
【００６１】
加えて、スイッチング素子１００，１００Ａの構成や各部の形状などについて、上記に例示したものは一例であり、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【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】図１のスイッチング素子の製造工程における第１の蒸着工程を模式的に示す断面図である。
【図３】図１のスイッチング素子の要部を模式的に示す要部拡大断面図である。
【図４】絶縁性基板が有する窒素含有領域の有効性について説明するための図である。
【図５】絶縁性基板として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：０．２５ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間）を施して窒素含有領域を形成したものを用いたスイッチング素子の、電流−電圧曲線（実線）と抵抗−電圧曲線（破線）を示す図（ａ）と、抵抗極小値の分布を示す図（ｂ）と、である。
【図６】絶縁性基板として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：１ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：１時間）を施して窒素含有領域を形成したものを用いたスイッチング素子の、電流−電圧曲線（実線）と抵抗−電圧曲線（破線）を示す図（ａ）と、抵抗極小値の分布を示す図（ｂ）と、である。
【図７】絶縁性基板として、酸化シリコン基板に、プラズマ窒化処理（窒素圧力：１ｍｂａｒ、プラズマ周波数：２．４５ＧＨｚ、処理時間：６時間）を施して窒素含有領域を形成したものを用いたスイッチング素子の、電流−電圧曲線（実線）と抵抗−電圧曲線（破線）を示す図（ａ）と、抵抗極小値の分布を示す図（ｂ）と、である。
【図８】プラズマ窒化処理の条件と、ＸＰＳによる窒素検出量と、抵抗極小値の分布のピークに対応する電圧値と、の関係を示す図である。
【図９】本発明を適用した一変形例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。
【符号の説明】
【００６３】
１０，１０Ａ  絶縁性基板
２０，２０Ａ  第１電極
３０，３０Ａ  第２電極
４０，４０Ａ  電極間間隙部
１００，１００Ａ  スイッチング素子
【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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