(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気又は電子構成部品、特に、電気又は電子回路、あるいは、不揮発性メモリにおいて、少なくとも一つの強誘電性材料の層（11）、及び強誘電性材料の上述の層（11）の少なくとも一つの第１の面と密着した、少なくとも一つの半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜、並びに、強誘電性材料の上述の層（11）の分極の局所的変化を生成するための、すなわち、ナノメートルからマイクロメートルの範囲で、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜の領域の電気密度を局所的に変化させるために、その領域が強誘電性材料の上述の層（11）の上述の第１の面に近く、すなわち、強誘電性材料の上述の層（11）の局所的変形を生じさせて、表面音波を生成するための手段で構成された複合構造物（10）を備えることを特徴とする電気又は論理電子回路。
【請求項２】
強誘電性材料の層（11）の分極の局所的変化を生成するための上述の手段が、半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜で構成された面と向き合った上述の複合構造物（10）の第２の面を選択的に走査するために配置された少なくとも一つの規則的な電極（13）と、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜との間に電圧を印加するための装置を備えている請求項１の回路。
【請求項３】
強誘電性材料の少なくとも一つの層（11）、強誘電性材料の上述の層（11）の第１の面と密着した少なくとも一つの半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜、及び、非常に薄い半導体、あるいは、金属又は超伝導体（14）の薄膜から成る複合構造物（10）を備え、後者が、第１の面と向き合った強誘電性材料の層（11）の第２の面と密着しており、また、強誘電性材料の上述の層（11）の分極の局所的変化を生成するための、すなわち、ナノメートルからマイクロメートルの範囲で、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜の領域の電子密度を局所的に変化させるために、この領域が、強誘電性材料の上述の層（11）の上述の第１の面の近くにあり、すなわち、強誘電性材料の上述の層（11）の局所的変形を生じさせ、表面音波を発生させるための手段を備えていることを特徴とする電気又は電子回路。
【請求項４】
強誘電性材料の層（11）の分極の局所的変化を生成するための上述の手段が、非常に薄い半導体、あるいは、金属又は超伝導体（14）の薄膜を持つ複合構造物（10）の上述の第２の面を選択的に走査するために配置された少なくとも一つの規則的な電極（13）との間に電圧を印加するための装置を備え、規則的な電極（13）と上述の非常に薄い薄膜（14）との間に電圧が印加される請求項３の回路。
【請求項５】
規則的な電極（13）と、強誘電性材料の上述の層（11）の第１の面と密着した、半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）との間に電圧を印加する請求項３若しくは４の回路。
【請求項６】
半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜と、非常に薄い半導体、金属又は超伝導体（14）の薄膜との間に電圧を印加する請求項３の回路。
【請求項７】
上述の規則的な電極が、局所短針顕微鏡のチップで構成されている請求項２若しくは４の回路。
【請求項８】
上述の規則的な電極（13）が、粒子源で構成されている請求項２若しくは４の回路。
【請求項９】
電子ビームを生成するために、上述の粒子源が配置されている請求項８の回路。
【請求項１０】
イオン・ビームを生成するために、上述の粒子源が配置されている請求項８の回路。
【請求項１１】
上述の規則的な電極（13）が、放射源によって構成されている請求項２若しくは４の回路。
【請求項１２】
強誘電性材料の上述の層（11）の分極状態が、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の電子密度の局所的変化に敏感な特性によって示されている請求項３の回路。
【請求項１３】
上述の特性が、半導体、あるいは、金属又は超伝導体（12）の薄膜で構成された面と向き合った上述の複合構造物（10）の第２の面を走査する上述の規則的な電極（13）と、上述の半導体、あるいは、非常に薄い金属又は超伝導体（14）の薄膜との間のトンネル・コンダクタンスである請求項１２の回路。
【請求項１４】
前記請求項のいずれかの一つに記載された回路の表面音波装置としての使用方法。
【請求項１５】
請求項３〜１３のいずれか一つに記載された回路の不揮発性メモリとしての応用。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電気又は電子回路、すなわち、電気回路、あるいは、論理電子回路、及び表面音波装置としての本回路の用途に関するものである。
本発明は、また、電気及び電子回路、及び表面音波装置として及び不揮発性メモリとしての本回路の用途に関するものである。
過去１０年間に、酸化物を主成分とするエピタキシャル複合構造薄膜析出物の領域で、急速な進歩があり、それは、例えば、銅酸化物の超伝導の領域における大きな進歩の源となり、磁気抵抗マンガン酸化物といった材料のエピタキシャル薄膜を作成することを可能にした。このエピタキシャルという取り組み方によって、最近実現された別の数多くの同類の材料の一つは、強誘電性酸化物である。この材料の魅力のある特性の一つは、不揮発性の可逆性分極場である。他方、二次元電子ガスといったナノシステム・モデルでのランダム・アクセス・ダイナミック・メモリ（DRAM）になる数多くのフィールド効果装置が開発された。
これらすべての装置は、電界を生成、維持するために永久金属電極を利用する必要があり、その製造で、金属電極を作成するために、重要で、微妙なリトグラフィー作業が必要なので、極めて不都合である。
発明、米国特許第5 206 525号明細書には、フィールド効果トランジスタにほぼ等しい装置が記載されており、その誘電体は、強誘電性材料に混合されたパイ共役高分子材料によって置換される。その目的は、電界によって導電性を改善することである。この装置は、電子的性質を局所的に変化させることはできない。
発明、米国特許第5 371 729号明細書には、半導体上に配置された強誘電性薄膜の分極の局所的切り替えに基づいたデータの保存装置が記載されている。この発明の目的は、アバランチ現象を発生させる高電圧を利用することによって、作業速度増大させることである。
特願平7−335772号明細書においては、強誘電性メモリの状態を読み取ることができる表面音波装置を目的としている。本発明は、メモリの不破壊読み取りを行うことを可能にする。
ヨーロッパ特許公開第0 275 881号公報においては、主として高分子製の電気分極薄膜上に情報を書き込み、読み取りするために、トンネル効果顕微鏡を利用する装置が記載されている。この装置は、電流パルスで情報を書き込み、電子密度の局所的変化を検知することによって、その情報を読み取ることが想定されていない。
米国第5 168 420号明細書には、情報の保存の用途のための超伝導体の強誘電性酸化物のエピタキシーが記載されている。
米国特許第3 170 083号明細書には、強誘電性材料の分極を制御し、メモリ装置の中への情報の保存を可能にするための電子ビームが記載されているが、材料の電子的性質を変化させることはできない。
米国特許第2 922 986号明細書は、同様に、材料の電子的性質を変化させる事なく、強誘電性分極に基づいたメモリ装置への情報の保存の方法が記載されており、ピロ電気的方法で情報の読み取りを行う。
米国特許第4 410 823号明細書には、表面音波のリフレクタとしての強誘電体の分域壁を利用する可能性が記載されている。しかし、こうした利用法は、表面音波装置標準的技術に限定されている。
本発明の目的は、強誘電フィールド効果を利用することによって、新しい複合電気又は電子回路を提供することにある。フィールド効果を利用すれば、永久電気接点なしに、電子的性質の局所的変化を誘発し、そこで、通常製造に必要とされるリトグラフィー手順がより単純になるか、あるいは、完全に不要になる。
強誘電性材料の上述の層の少なくとも一つの第１の面と密着した、強誘電性材料の少なくとも一つの層、及び少なくとも一つの半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜から成る複合構造物、並びに、強誘電性材料の上述の層の分極の局所的変化を生成するための、すなわち、ナノメートルからマイクロメートルまでの範囲で、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜の領域の電子密度を局所的に変化させるために、その領域が、強誘電性材料の上述の層の上述の第１の面に近く、すなわち、強誘電性材料の上述の層の局所的変形を生じさせ、表面音波を発生させるための手段で構成されるということを特徴とする本発明による回路によって、この目的が達成される。
好適実施例によれば、強誘電性材料の層の分極の局所的変化を生成するための上述の手段は、半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜で構成された面と向き合った上述の複合構造物の第２の面を選択的に走査するために配置された規則的な電極と、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜との間に電圧を印加するための装置を備えている。
強誘電性材料の少なくとも一つの層、強誘電性材料の上述の層の第１の面と密着した、少なくとも一つの半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜、及び非常に薄い半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜から成り、後者が第１の面と向き合った強誘電性材料の層の第２の面と密着し、また、強誘電性材料の上述の層の分極の局所的変化を生成して、すなわち、ナノメートルからマイクロメートルの範囲で、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜の領域の電子密度を局所的に変化させ、この領域が強誘電性材料の上述の層の上述の第１の面の近くにあり、すなわち、強誘電性材料の上述の層の局所的変形を生じさせ、表面音波を発生させるための手段から成る複合構造物で構成される、ということを特徴とする電気又は電子回路によって、同様にこの目的は達成される。
好適実施例では、強誘電性材料の層の分極の局所的変化を生成するための上述の手段は、非常に薄い半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜を持つ上述の複合構造物の上述の第２の面を選択的に走査するために配置された少なくとも一つの規則的な電極との間に電圧を印加するための装置で構成され、規則的な電極と上述の非常に薄い薄膜との間に電圧が印加される。
変形例においては、規則的な電極と、強誘電性材料の層の第１の面と密着した、半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜との間に電圧を印加することができる。同様に、半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜と、半導体、金属又は超伝導体の非常に薄い薄膜との間に電圧を印加することができる。
有利な方法で、局所短針顕微鏡のチップによって、上述の規則的な電極を構成することができる。また、同様に粒子源によって、電極を構成することができる。
第１の実施方法に従って、電子ビームを生成するために上述の粒子源を配置する。
第２の実施方法に従って、イオン・ビームを生成するために上述の粒子源を配置する。
変形例では、放射源によって上述の規則的な電極を構成することができる。
特に有利な方法で、上述の強誘電性材料の層の分極状態は、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜の電子密度の局所的変化に敏感な特性によって示される。
好ましい方法で、上述の特性は、半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜によって構成される面と向き合った複合構造物の第２の面を走査する規則的な電極と、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体の薄膜との間のトンネル・コンダクタンスである。
回路の特に有利な用途の一つは、表面音波装置を作成することである。
本発明を図面に示された好適実施例に基づき、詳しく説明する。
図１及び図２は、本発明に従った電子、あるいは、電気構成部品の２つの実施例を示す斜視図である。
図３は、表面音響波装置としての構成部品の用途を示している。
図１によって示されたような本発明による回路は、主として、薄膜の形での強誘電性材料の層11を含む複合構造物10、強誘電性材料の層11の面の一つと密着した半導体、あるいは、金属又は超伝導体12の薄膜で構成されている。他方、この回路は、強誘電性材料の上述の層11の分極の局所的変化を発生させるための手段を含んでいる。本発明の目的は、上述の半導体、あるいは、強誘電性材料の層11の面に近い金属、又は超伝導体12の薄膜の領域の電子密度を局所的に変化させるか、あるいは、強誘電性材料の層の局所的変形を発生させ、表面音響波を生成することである。
この手段は、上述の半導体、あるいは、金属又は超伝導体12製の薄膜と、薄膜12を持つ面と向き合った強誘電性材料の上述の層11の面を選択的に走査するために配置された少なくとも一つの規則的な電極13との間に電圧を印加するための装置を備えている。この規則的な電極は、例えば、局所短針顕微鏡のチップで構成されている。同様に、粒子源でこの電極を構成することができる。同様に、電子ビーム、あるいは、イオン・ビームを生成するために、この粒子源を配置することができる。同様に、電極を放射源とすることができる。
本発明の特に有利な用途は、局所短針顕微鏡のチップ、あるいは、強誘電性材料の分極の局所的変化を起こさせることができる粒子源を用いてナノメートルの範囲で書かれた電気回路である。強誘電性層の材料の分極（±）が、表面に近い金属、あるいは、半導体の電子密度を変化させ、その変化が、電子回路、あるいは、メモリ・ユニットを定義する。
この目的で、第１の理想的な環境では、電圧が、チップと半導体、あるいは、金属又は超伝導体薄膜との間に印加されている間に、導電チップを備えた原子力顕微鏡（AFM）は、複合構造物の表面を走査し、上述の強誘電性エピタキシャル異種構造物は、この場合、Pb(Zr0.52Ti0.48)03(PZT)/SrRu03のような材料で構成される。チップと半導体薄膜との間の電界が強誘電性材料の層11の保磁磁界よりも大きい場合、この層の分極は、局所的にチップの下に傾き、金属、あるいは、半導体の層の中にシールドの電荷束を誘導し、担体の全密度を変化させ、従って、導電体の固有抵抗も変化させ、それを導電測定の標準的方法で測定することができる。理想的な環境では、半導体、あるいは、金属薄膜、あるいは、超伝導体は、低担体密度及び電子的状態密度に敏感な電気的、あるいは、電子的特性を有する。
図２に示された第２の好適実施例によれば、構造物10は、金属薄膜12と向き合った強誘電性材料の層11の第２の面に置かれた半導体、金属、あるいは、超伝導体14の材料によって完全なものにされる。この材料は、有利に、強誘電性材料11と密着する非常に薄い薄膜の形である。この材料は、連続的、あるいは、島状薄膜の形を取ることができる。同時に、この薄膜は、金属薄膜12と組み合わせて強誘電性材料の層11に電圧を印加するための手段、及び分極した強誘電性材料の表面の不動態化の手段となる。
分極の局所的変化を発生させるための手段は、選択的に強誘電性材料の層11、あるいは、薄膜14を走査するために配置された少なくとも一つの規則的な電極13と、上述の非常に薄い薄膜14、あるいは、上述の薄膜14との間に電圧を印加するための装置を具備している。同様に、同時に上述の非常に薄い薄膜14と上述の薄膜12との間に電圧を印加することができる。規則的な電極にパルス電圧を印加して、場合によっては、保磁電圧より低い値の強誘電性材料の層を通して電圧を加えることによって、強誘電性材料の分極を得ることができる。
この回路は、非侵襲性の方法で局所的なフィールド効果を発生させることができ、また、通常のリトグラフィー手順によって行う電気的接触なしに電子的ナノ構造物を製造することができる。本発明の関心は、フィールド効果の装置及び小型の電子構造物を製造するための取り組み方及び完全に新しい見通しを提供することである。垂直方向近くで、顕微鏡と共に領域を転動させて、不動態化の影響を受けない電子的コントラストを生成することが、特に有利である。
この取り組み方の主要な利点は、化学的な置換を行うことなく、リトグラフィー手順、及び／あるいは、永久電極を用いることなく、サブミクロンの電子的構造物に直接書き込みが行えることである。フィールド効果は、局所的、可逆的、不揮発性、及び非侵襲性である。この技術は、別の利点を提供し、静電不動態化によるコントラストの劣化に影響されない強誘電性領域の読み取り／書き込みのための検知メカニズムを得ることができる。そのために、不揮発性メモリとして回路のこの実現形態を利用することができる。
実際には、強誘電性材料の分極を転動することができるすべての局所短針を利用することができる。例えば、後者が十分薄い導電層によって覆われている場合、この強誘電性材料を分極させるためにトンネル効果顕微鏡を利用することができる。また、例えば、トンネル・コンダクタンス（状態密度）の変化を測定することによって、電界によって生成された担体の密度の変化を測定し、読み取るために、このトンネル効果顕微鏡を利用することができる。
小さい強誘電性領域を読み取るために、ピエゾ電気的及び強誘電性熱電気的性質に基づいた別のコントラスト・メカニズムを検討することができる。前述のものと類似した方法で、この取り組み方は、不動態化の影響を受けない。
図３は、表面音波装置として上記で定義した回路の応用を概略的に示している。その場合、例えば、複合構造物10は、例えば定期的に局所的に分極された強誘電性材料の層11、及び半導体、あるいは、金属又は近い12の薄膜を備えている。ピエゾ電気効果によって交代信号は変形を誘発し、その符号は分極に依存し、その信号の周波数を波の長さで割った表面波の速度に等しいならば、表面音波を誘発する。
既知の装置の場合、リトグラフィー技術によって導かれた限界により、1GHzに近い周波数限界が得られる。
複合構造物10の表面の唯一の接点22によって、それぞれ、励起装置20及び検知器21により、20GHz及びそれ以上の周波数を生成、検知することができる。
その装置は、非常に高い空間分解能を持ち、リトグラフィー手順で作成された従来の接点装置を用いたのでは達成できない高い周波数を達成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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