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コンダクタンスの制御が可能な電子素子

国内特許コード P06A008991
整理番号 A041P61
掲載日 2006年6月16日
出願番号 特願2000-265344
公開番号 特開2002-076325
登録番号 特許第4119950号
出願日 平成12年9月1日(2000.9.1)
公開日 平成14年3月15日(2002.3.15)
登録日 平成20年5月9日(2008.5.9)
発明者
  • 青野 正和
  • 寺部 一弥
  • 長谷川 剛
  • 中山 知信
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 独立行政法人理化学研究所
発明の名称 コンダクタンスの制御が可能な電子素子
発明の概要 【課題】 電極間でコンダクタンスが量子化を生じる細線あるいはポイントコンタクトを含む架橋を構築する手法を提供するとともに、電極間に構築した架橋、細線、ポイントコンタクトによるコンダクタンスの制御を利用した電子素子を提供する。
【解決手段】 可動イオン14を含む混合導電体材料から成る第一電極11及び導電性物質から成る第二電極12により電子素子を構成する。この混合導電体材料としてはAgS、AgSe、CuS又はCuSeが好ましい。電子素子の第一電極11に対して第二電極13が負となるように電極間に電圧を印加し、可動イオン14を第一電極11から第二電極12方向へ移動させることにより電極間に架橋15を形成する段階、及び電極間の電圧極性を逆にすることによって架橋15を細くし又は切断する段階の少なくとも一つの段階から成る電極間のコンダクタンス制御方法である。
従来技術、競合技術の概要
従来、架橋、細線、ポイントコンタクトを構築することによりコンダクタンスを制御する方法に関していくつか報告されているが(J.K.Gimzewski and R.Moller: Phys.Rev.B36(1987) 1284、J.L.Costa-Kramer, N.Garcia, P.Garcia-Mochales.P.A.Serena.M.I.Marques and A.Corrcia: Phys.Rev.B 55(1997)5416、 H.Ohnishi and Y.Kondo and K.Takayanagi: Nature 395(1998) 780など)これらは、図1に示すように、架橋、細線、ポイントコンタクトの構築が、ピエゾ素子を付けた金属針(金、銀、銅、タングステンなど)と対向する金属基板(金、銀、銅など)との間で行われている。はじめに、ピエゾ素子に電圧を加えることにより、ピエゾ素子を延ばして金属針を対向基板と接触させる。次に、ピエゾ素子に加えた電圧を徐々に小さくすることによりピエゾ素子を収縮させ、金属針と対向基板との間の接触を次第に切り離す。この切り離される過程において、金属針と対向基板との間で、金属原子(金、銀など)から構成される架橋(細線あるいはポイントコンタクトを含む)が構築される。
【0003】
しかし、この手法を用いて電子素子を構築した場合には電極(即ち、金属針)を移動させるピエゾ素子を必要とし、この電極が移動するために電気素子を回路内などに組み入れることは困難である。さらに、ピエゾ素子を駆動させるための電極が余分に必要であるため、高密度に集積化した回路に組み入れるのには適さない。また、量子化されたコンダクタンスを生じる細線あるいはポイントコンタクトを含む架橋を構築するには、ピエゾ素子の移動を複雑かつ精密に制御する必要がある。このような機能を持った電子素子を実用的に作成することは困難である。
産業上の利用分野
この発明は、対向する電極間において架橋、細線及び/又はポイントコンタクトを形成し、細くし又は切断し得る電子素子、並びにこの電子素子を用いてコンダクタンスを制御する方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 イオン伝導性及び電子伝導性を有する混合導電体材料から成る第一電極と、導電性物質から成る第二電極とを備え、第一電極と第二電極との間に該混合導電体材料内の可動イオンから成る架橋の形成又は消滅により、電極間のコンダクタンスを制御することが可能な電子素子。
【請求項2】前記混合導電体材料がAgS、AgSe、CuS又はCuSeである請求項1に記載の電子素子。
【請求項3】前記電極間距離が100nm以下である請求項1又は2に記載の電子素子。
【請求項4】消費電力が10-5W以下である請求項1~3のいずれか一項に記載の電子素子。
【請求項5】0.5V以下の電圧及び50μA以下の電流で用いる請求項1~4のいずれか一項に記載の電子素子。
【請求項6】前記第一電極に対して第二電極が負となるように前記電極間に電圧を印加して可動イオンを前記第一電極から第二電極方向へ移動させることにより、前記電極間に架橋が形成された請求項1~5のいずれか一項に記載の電子素子。
【請求項7】前記電極間のコンダクタンスが量子化されている請求項1~6のいずれか一項に記載の電子素子。
【請求項8】前記コンダクタンス(G)が
【数式1】
(式中、eは電気素量、hはプランク定数、Tiはi番目の伝導に寄与するチャンネルの透過確率である。)で表される請求項7に記載の電子素子。
【請求項9】請求項1~8のいずれか一項に記載の電子素子の第一電極に対して第二電極が負となるように前記電極間に電圧を印加し、可動イオンを前記第一電極から第二電極方向へ移動させることにより前記電極間に架橋を形成する段階、及び前記電極間の電圧極性を逆にすることによって前記架橋を細くし又は切断する段階の少なくとも一つの段階から成る電極間のコンダクタンスを制御する方法。
【請求項10】前記電極間のコンダクタンスが量子化されている請求項9に記載の方法。
【請求項11】前記コンダクタンス(G)が
【数式1】
(式中、eは電気素量、hはプランク定数、Tiはi番目の伝導に寄与するチャンネルの透過確率である。)で表される請求項10に記載の方法。
【請求項12】前記電極間にパルス状電圧を印加することによりコンダクタンスを制御する請求項9~11のいずれか一項に記載の方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 量子効果等の物理現象 領域
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