JP3142005B2 - 分子分散型負性抵抗素子とその製造方法 - Google Patents
分子分散型負性抵抗素子とその製造方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/20—Organic diodes
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- H—ELECTRICITY
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
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- H10K85/141—Organic polymers or oligomers comprising aliphatic or olefinic chains, e.g. poly N-vinylcarbazol, PVC or PTFE
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- H—ELECTRICITY
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- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、有機分子エレクトロニクス分野において、
負性抵抗特性、スイッチング特性及び整流性を備えた分
子分散型負性抵抗素子とその製造方法に関し、特に、電
気絶縁性の有機高分子と、低分子有機化合物とを用いて
形成された、負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子
とその製造方法に関する。
負性抵抗特性、スイッチング特性及び整流性を備えた分
子分散型負性抵抗素子とその製造方法に関し、特に、電
気絶縁性の有機高分子と、低分子有機化合物とを用いて
形成された、負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子
とその製造方法に関する。
背景技術 従来、負性抵抗素子としてGaAs、AlAsなどの無機材料
の単結晶同士、無機物の単結晶と無機物のアモルファス
又は電気絶縁性の有機高分子の組み合わせによる超格子
素子を形成したものが提案されてきた。これらの大半
は、分子線エピタキシー法（以下、MBE法という。）に
よって薄膜を形成するものであり、超高真空や高温など
極端な条件下での処理を必要とし、製膜装置自体も極め
て高価で大がかりなものとなっている。また、厳密な制
御を必要とし、広い面積にわたって均一に素子を形成す
ることが難しいため、工業的量産が困難であった。さら
に、使用可能な半導体も限定されている。
の単結晶同士、無機物の単結晶と無機物のアモルファス
又は電気絶縁性の有機高分子の組み合わせによる超格子
素子を形成したものが提案されてきた。これらの大半
は、分子線エピタキシー法（以下、MBE法という。）に
よって薄膜を形成するものであり、超高真空や高温など
極端な条件下での処理を必要とし、製膜装置自体も極め
て高価で大がかりなものとなっている。また、厳密な制
御を必要とし、広い面積にわたって均一に素子を形成す
ることが難しいため、工業的量産が困難であった。さら
に、使用可能な半導体も限定されている。
また、有機物のカーボンクラスタで形成されるフラー
レン薄膜と金属酸化物を用いた電気絶縁性薄膜を電極で
挟んだ負性抵抗特性を有する共鳴トンネルダイオードが
日本国特許公開平成６年29556号公報において提案され
ている。当該公報によれば、電気絶縁性の有機化合物や
電気絶縁性の有機高分子をも電気絶縁層に使用すること
ができると指摘している。しかしながら、電気絶縁層を
負性抵抗特性を得るのに必要な３〜15nmの厚さに薄膜形
成するのが難しく、電気絶縁層をこれら有機電気絶縁材
料で作製したトンネルダイオードの実施例は示されなか
った。
レン薄膜と金属酸化物を用いた電気絶縁性薄膜を電極で
挟んだ負性抵抗特性を有する共鳴トンネルダイオードが
日本国特許公開平成６年29556号公報において提案され
ている。当該公報によれば、電気絶縁性の有機化合物や
電気絶縁性の有機高分子をも電気絶縁層に使用すること
ができると指摘している。しかしながら、電気絶縁層を
負性抵抗特性を得るのに必要な３〜15nmの厚さに薄膜形
成するのが難しく、電気絶縁層をこれら有機電気絶縁材
料で作製したトンネルダイオードの実施例は示されなか
った。
最近、有機分子線蒸着法により有機色素の超薄膜を交
互に蒸着することで量子井戸構造を形成した電界発光素
子が、例えば、従来技術文献１「大森裕ほか，“．有機
量子井戸構造EL素子",応用物理学会論文誌,Vol.64,No.
3,pp.246−249,1995年」において提案されている。しか
しながら、この素子に負性抵抗特性は現れていない。
互に蒸着することで量子井戸構造を形成した電界発光素
子が、例えば、従来技術文献１「大森裕ほか，“．有機
量子井戸構造EL素子",応用物理学会論文誌,Vol.64,No.
3,pp.246−249,1995年」において提案されている。しか
しながら、この素子に負性抵抗特性は現れていない。
負性抵抗素子は、室温動作時に、電圧対電流特性にお
いて大きなピーク／バレー比（以下、ピークとバレー
（谷部）との比をPV比という。）が必要とされる。しか
しながら、GaAsを用いた共鳴トンネルダイオードのPV比
は、温度77Kで7.7程度である（例えば、従来技術文献２
「中川隆之ほか，“InGaAs/AlAs/InAs共鳴トンネルダイ
オードにおけるプレウェル挿入の効果",1995年応用物理
学会秋季大会論文集,29a−ZM−8,1995年」参照。）。
いて大きなピーク／バレー比（以下、ピークとバレー
（谷部）との比をPV比という。）が必要とされる。しか
しながら、GaAsを用いた共鳴トンネルダイオードのPV比
は、温度77Kで7.7程度である（例えば、従来技術文献２
「中川隆之ほか，“InGaAs/AlAs/InAs共鳴トンネルダイ
オードにおけるプレウェル挿入の効果",1995年応用物理
学会秋季大会論文集,29a−ZM−8,1995年」参照。）。
無機物の単結晶を用いた負性抵抗素子の接合界面に
は、結晶特有の結合できないダングリングボンドによる
表面準位が存在する。こうした接合界面での表面準位の
生成並びに結晶性の劣化は、界面電界の減少によるキャ
リアの注入効率の低下をもたらすなど共鳴トンネル現象
に大きな影響を及ぼす。
は、結晶特有の結合できないダングリングボンドによる
表面準位が存在する。こうした接合界面での表面準位の
生成並びに結晶性の劣化は、界面電界の減少によるキャ
リアの注入効率の低下をもたらすなど共鳴トンネル現象
に大きな影響を及ぼす。
電気絶縁性の有機高分子と無機物の単結晶を切み合わ
せた素子は、有機物と無機物の熱膨張係数が１桁以上違
うために、熱的な不安定性は免れず、機械的に脆い。ま
た、無機物の単結晶には、GaAs、Siといった限られた素
材しかなく、これらを用いた負性抵抗素子は、材料選択
の自由度が低い。さらに、組成の異なる結晶を交互に積
み重ねた従来の層構造では、構成が複雑で加工性に劣
る。これまで負性抵抗素子の作製に主として用いられて
きたMBE法は、構成元素の結晶成長を超高真空中でしか
も厳密な制御下で行うため生産性が低く、製膜装置も極
めて高価であるという問題点があった。
せた素子は、有機物と無機物の熱膨張係数が１桁以上違
うために、熱的な不安定性は免れず、機械的に脆い。ま
た、無機物の単結晶には、GaAs、Siといった限られた素
材しかなく、これらを用いた負性抵抗素子は、材料選択
の自由度が低い。さらに、組成の異なる結晶を交互に積
み重ねた従来の層構造では、構成が複雑で加工性に劣
る。これまで負性抵抗素子の作製に主として用いられて
きたMBE法は、構成元素の結晶成長を超高真空中でしか
も厳密な制御下で行うため生産性が低く、製膜装置も極
めて高価であるという問題点があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較
して製造方法が簡単であって製造コストを安価にするこ
とができ、しかも比較的大きなPV比を有する負性抵抗素
子とその製造方法を提供することにある。
して製造方法が簡単であって製造コストを安価にするこ
とができ、しかも比較的大きなPV比を有する負性抵抗素
子とその製造方法を提供することにある。
発明の開示 本発明に係る分子分散型負性抵抗素子は、ホール輸送
性又は電子輸送性の低分子有機化合物の各分子間を電気
絶縁性の有機高分子にて隔てた分子分散層を、２つの電
極で挟設することにより形成してなり、負性抵抗を有す
ることを特徴とする。
性又は電子輸送性の低分子有機化合物の各分子間を電気
絶縁性の有機高分子にて隔てた分子分散層を、２つの電
極で挟設することにより形成してなり、負性抵抗を有す
ることを特徴とする。
また、上記分子分散型負性抵抗素子において、上記分
子分散層は、好ましくは、低分子有機化合物を電気絶縁
性の有機高分子中に分散することにより、有機高分子と
低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り返される
多重障壁型の分子分散構造を有する。
子分散層は、好ましくは、低分子有機化合物を電気絶縁
性の有機高分子中に分散することにより、有機高分子と
低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り返される
多重障壁型の分子分散構造を有する。
さらに、上記分子分散型負性抵抗素子において、上記
低分子有機化合物は、好ましくは、トリフェニルジアミ
ン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯体であ
り、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール又はポ
リスチレンである。
低分子有機化合物は、好ましくは、トリフェニルジアミ
ン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯体であ
り、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール又はポ
リスチレンである。
また、本発明に係る分子分散型負性抵抗素子の製造方
法は、基板上に第１の電極を形成することと、 電気絶縁性の有機高分子中に電子性キャリアを輸送す
る低分子有機化合物を分散することにより、有機高分子
と低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り返され
る多重障壁型の分子分散構造を有する負性抵抗材料を形
成することと、 上記形成された負性抵抗材料を、ディップ・コーティ
ング法又はスピン・コーティング法により上記第１の電
極上に形成することにより、分子分散層を形成すること
と、 上記分子分散層上に第２の電極を形成することとを含
むことを特徴とする。
法は、基板上に第１の電極を形成することと、 電気絶縁性の有機高分子中に電子性キャリアを輸送す
る低分子有機化合物を分散することにより、有機高分子
と低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り返され
る多重障壁型の分子分散構造を有する負性抵抗材料を形
成することと、 上記形成された負性抵抗材料を、ディップ・コーティ
ング法又はスピン・コーティング法により上記第１の電
極上に形成することにより、分子分散層を形成すること
と、 上記分子分散層上に第２の電極を形成することとを含
むことを特徴とする。
また、上記分子分散型負性抵抗素子の製造方法におい
て、上記低分子有機化合物は、好ましくは、トリフェニ
ルジアミン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯
体であり、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール
又はポリスチレンである。
て、上記低分子有機化合物は、好ましくは、トリフェニ
ルジアミン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯
体であり、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール
又はポリスチレンである。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る一実施形態である分子分散型負
性抵抗素子の構造を示す平面図である。
性抵抗素子の構造を示す平面図である。
図２は、図１の分子分散型負性抵抗素子の構造を示
す、Ａ−Ａ′線に沿って切断された断面図である。
す、Ａ−Ａ′線に沿って切断された断面図である。
図３は、図１の分子分散型負性抵抗素子において用い
る有機分子材料であるトリフェニルジアミン誘導体の化
学構造を示す図である。
る有機分子材料であるトリフェニルジアミン誘導体の化
学構造を示す図である。
図４は、図１の分子分散型負性抵抗素子において用い
る有機分子材料であるアルミニウム８−キノリノール錯
体（Alq3）の化学構造を示す図である。
る有機分子材料であるアルミニウム８−キノリノール錯
体（Alq3）の化学構造を示す図である。
図５は、図１の分子分散型負性抵抗素子において用い
る有機分子材料であるポリビニルカルバゾール（PVCz）
の化学構造を示す図である。
る有機分子材料であるポリビニルカルバゾール（PVCz）
の化学構造を示す図である。
図６は、図１の分子分散型負性抵抗素子において用い
る有機分子材料であるポリスチレン（PS）の化学構造を
示す図である。
る有機分子材料であるポリスチレン（PS）の化学構造を
示す図である。
図７は、図１の分子分散型負性抵抗素子におけるトン
ネリング電子による負性抵抗素子の動作原理を示す印加
電界Ｆ＝０のときのエネルギー準位図である。
ネリング電子による負性抵抗素子の動作原理を示す印加
電界Ｆ＝０のときのエネルギー準位図である。
図８は、図１の分子分散型負性抵抗素子におけるトン
ネリング電子による負性抵抗素子の動作原理を示す印加
電界Ｆ≠０のときのエネルギー準位図である。
ネリング電子による負性抵抗素子の動作原理を示す印加
電界Ｆ≠０のときのエネルギー準位図である。
図９は、図１の分子分散型負性抵抗素子におけるトン
ネリングホールによる負性抵抗素子の動作原理を示す印
加電界Ｆ＝０のときのエネルギー準位図である。
ネリングホールによる負性抵抗素子の動作原理を示す印
加電界Ｆ＝０のときのエネルギー準位図である。
図10は、図１の分子分散型負性抵抗素子におけるトン
ネリングホールによる負性抵抗素子の動作原理を示す印
加電界Ｆ≠０のときのエネルギー準位図である。
ネリングホールによる負性抵抗素子の動作原理を示す印
加電界Ｆ≠０のときのエネルギー準位図である。
図11は、図１の分子分散型負性抵抗素子において電極
からのトンネル注入過程を示すエネルギー準位図であっ
て、ホールの注入時のエネルギー準位図である。
からのトンネル注入過程を示すエネルギー準位図であっ
て、ホールの注入時のエネルギー準位図である。
図12は、図１の分子分散型負性抵抗素子において電極
からのトンネル注入過程を示すエネルギー準位図であっ
て、電子の注入時のエネルギー準位図である。
からのトンネル注入過程を示すエネルギー準位図であっ
て、電子の注入時のエネルギー準位図である。
図13は、図１の分子分散型負性抵抗素子において、TP
DとPVCzとPSのホールに対する障壁高さを示すエネルギ
ー準位図である。
DとPVCzとPSのホールに対する障壁高さを示すエネルギ
ー準位図である。
図14は、図１の分子分散型負性抵抗素子において、Al
q3とPVCzの電子に対する障壁高さを示すエネルギー準位
図である。
q3とPVCzの電子に対する障壁高さを示すエネルギー準位
図である。
図15は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第１の実施
例であるTPD分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
例であるTPD分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
図16は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第１の実施
例であるTPD分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子のスイッチング特性を示すグラフである。
例であるTPD分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子のスイッチング特性を示すグラフである。
図17は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第２の実施
例であるTPD分散PSの分子分散層を有する分子分散型負
性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
例であるTPD分散PSの分子分散層を有する分子分散型負
性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
図18は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第３の実施
例であるAlq3分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
例であるAlq3分散PVCzの分子分散層を有する分子分散型
負性抵抗素子の電圧対電流特性を示すグラフである。
図19は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第１の応用
例である同調型発振回路の回路構成を示す回路図であ
る。
例である同調型発振回路の回路構成を示す回路図であ
る。
図20は、図19の同調型発振回路の等価回路を示す回路
図である。
図である。
図21は、図19の同調型発振回路の動作点と振動の成長
を示すグラフである。
を示すグラフである。
図22は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第２の応用
例であるパルス発生回路の回路構成を示す回路図であ
る。
例であるパルス発生回路の回路構成を示す回路図であ
る。
図23は、図22のパルス発生回路の動作点と直流負荷線
を示すグラフである。
を示すグラフである。
図24は、図22のパルス発生回路において正のトリガー
パルス電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パ
ルス電圧とを示す信号波形図である。
パルス電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パ
ルス電圧とを示す信号波形図である。
図25は、図22のパルス発生回路において負のトリガー
パルス電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パ
ルス電圧とを示す信号波形図である。
パルス電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パ
ルス電圧とを示す信号波形図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について
説明する。
説明する。
本発明者は、従来の負性抵抗素子の欠点を根本的に解
決するため、有機分子の機能を利用した負性抵抗素子い
わゆる分子素子について検討した。その結果、電荷移動
を起こす分子長の短い低分子有機化合物を電気絶縁性の
有機高分子中に分散することでポテンシャル障壁として
の電気絶縁性の有機高分子と最低空準位（以下、LUMOと
いう。）と最高被占準位（以下、HOMOという。）を有す
る低分子有機化合物で構成される分子分散構造が形成さ
れること、また、これを２つの電極で挟んだ素子が負性
抵抗特性を示すことを見い出し、本発明を完成するに至
った。
決するため、有機分子の機能を利用した負性抵抗素子い
わゆる分子素子について検討した。その結果、電荷移動
を起こす分子長の短い低分子有機化合物を電気絶縁性の
有機高分子中に分散することでポテンシャル障壁として
の電気絶縁性の有機高分子と最低空準位（以下、LUMOと
いう。）と最高被占準位（以下、HOMOという。）を有す
る低分子有機化合物で構成される分子分散構造が形成さ
れること、また、これを２つの電極で挟んだ素子が負性
抵抗特性を示すことを見い出し、本発明を完成するに至
った。
図１は、本発明に係る一実施形態である分子分散型負
性抵抗素子の構造を示す平面図であり、図２は、図１の
分子分散型負性抵抗素子の構造を示す、Ａ−Ａ′線に沿
って切断された断面図である。本発明に係る実施形態の
分子分散型負性抵抗素子は、以下のように製造される。
性抵抗素子の構造を示す平面図であり、図２は、図１の
分子分散型負性抵抗素子の構造を示す、Ａ−Ａ′線に沿
って切断された断面図である。本発明に係る実施形態の
分子分散型負性抵抗素子は、以下のように製造される。
図１に示すように、まず、例えばガラス基板などの電
気絶縁性基板にてなる基板１上に第１の電極である陽極
２を形成した後、電気絶縁性の有機高分子中に電子性キ
ャリアを輸送する低分子有機化合物を分散することによ
り、有機高分子と低分子有機化合物の分子との接合が交
互に繰り返される多重障壁型の分子分散構造を有する負
性抵抗材料を形成する。次いで、上記形成された負性抵
抗材料を、ディップ・コーティング法又はスピン・コー
ティング法により上記陽極２上に形成することにより、
分子分散層３を形成する。さらに、上記分子分散層３上
に第２の電極である陰極４を形成する。そして、バイア
ス直流電源10の正極は陽極２に接続される一方、バイア
ス直流電源10の負極は陰極４に接続される。
気絶縁性基板にてなる基板１上に第１の電極である陽極
２を形成した後、電気絶縁性の有機高分子中に電子性キ
ャリアを輸送する低分子有機化合物を分散することによ
り、有機高分子と低分子有機化合物の分子との接合が交
互に繰り返される多重障壁型の分子分散構造を有する負
性抵抗材料を形成する。次いで、上記形成された負性抵
抗材料を、ディップ・コーティング法又はスピン・コー
ティング法により上記陽極２上に形成することにより、
分子分散層３を形成する。さらに、上記分子分散層３上
に第２の電極である陰極４を形成する。そして、バイア
ス直流電源10の正極は陽極２に接続される一方、バイア
ス直流電源10の負極は陰極４に接続される。
これによって、ホール輸送性又は電子輸送性の低分子
有機化合物の単分子と、電気絶縁性の有機高分子とを交
互に繰り返してなる分子分散層３を、２つの電極である
陽極２及び陰極４で挟設することにより形成してなり、
負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子が構成され
る。ここで、上記分子分散層３は、低分子有機化合物を
電気絶縁性の有機高分子中に分散することにより、有機
高分子と低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り
返される多重障壁型の分子分散構造を有する。ここで、
好ましい実施例において、上記低分子有機化合物は、好
ましくは、トリフェニルジアミン誘導体（以下、TPDと
いう。）又はアルミニウム８−キノリノール錯体（以
下、Alq3という。）であり、上記有機高分子は、好まし
くは、ポリビニルカルバゾール（以下、PVCzという。）
又はポリスチレン（以下、PSという。）である。
有機化合物の単分子と、電気絶縁性の有機高分子とを交
互に繰り返してなる分子分散層３を、２つの電極である
陽極２及び陰極４で挟設することにより形成してなり、
負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子が構成され
る。ここで、上記分子分散層３は、低分子有機化合物を
電気絶縁性の有機高分子中に分散することにより、有機
高分子と低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り
返される多重障壁型の分子分散構造を有する。ここで、
好ましい実施例において、上記低分子有機化合物は、好
ましくは、トリフェニルジアミン誘導体（以下、TPDと
いう。）又はアルミニウム８−キノリノール錯体（以
下、Alq3という。）であり、上記有機高分子は、好まし
くは、ポリビニルカルバゾール（以下、PVCzという。）
又はポリスチレン（以下、PSという。）である。
従って、本発明に係る実施形態の分子分散型負性抵抗
素子は、従来の素子と異なり、キャリア輸送性の分子と
分子の間がnmオーダーの電気絶縁体で隔てられた多重障
壁の分子分散構造になっている。ここで、ポリマーマト
リクスであるポリビニルカルバゾール（PVCz）、ポリス
チレン（PS）などの電気絶縁性の有機高分子中にトリフ
ェニルジアミン誘導体（TPD）、アルミニウム８−キノ
リノール金属錯体（Alq3）などのホール輸送性又は電子
輸送性の低分子有機化合物を分散させて分子分散構造を
形成し、分散濃度を変えることにより、低分子有機化合
物の分子間距離を変化させる。ここで、低分子有機化合
物の分子の配列の仕方によっては超格子構造になりう
る。こうした低分子有機化合物を分散させた高分子薄膜
（以下、分子分散高分子薄膜といい、この記述方法を一
般化して、Ａを分散したＢ薄膜をＡ分散Ｂ薄膜とい
う。）を、仕事関数の大きな陽極２の金属と仕事関数の
小さな陰極、又は仕事関数の大きな陰極４の金属とで挟
設して負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子を形成
する。
素子は、従来の素子と異なり、キャリア輸送性の分子と
分子の間がnmオーダーの電気絶縁体で隔てられた多重障
壁の分子分散構造になっている。ここで、ポリマーマト
リクスであるポリビニルカルバゾール（PVCz）、ポリス
チレン（PS）などの電気絶縁性の有機高分子中にトリフ
ェニルジアミン誘導体（TPD）、アルミニウム８−キノ
リノール金属錯体（Alq3）などのホール輸送性又は電子
輸送性の低分子有機化合物を分散させて分子分散構造を
形成し、分散濃度を変えることにより、低分子有機化合
物の分子間距離を変化させる。ここで、低分子有機化合
物の分子の配列の仕方によっては超格子構造になりう
る。こうした低分子有機化合物を分散させた高分子薄膜
（以下、分子分散高分子薄膜といい、この記述方法を一
般化して、Ａを分散したＢ薄膜をＡ分散Ｂ薄膜とい
う。）を、仕事関数の大きな陽極２の金属と仕事関数の
小さな陰極、又は仕事関数の大きな陰極４の金属とで挟
設して負性抵抗を有する分子分散型負性抵抗素子を形成
する。
上記分子分散層３の分子分散高分子薄膜は電子性のキ
ャリアを輸送する低分子有機化合物と電気絶縁性の有機
高分子材料を有機溶剤に溶かした分散液から、真空蒸着
した陽極基板上にディップ・コーティング法又はスピン
・コーティング法により形成される。そして、低分子有
機化合物を分散した有機高分子薄膜を、仕事関数の大き
なITO又はAuなどの陽極２の金属と、仕事関数の小さなM
g、Alなどの陰極４の金属で挟設して負性抵抗トンネル
素子である分子分散型負性抵抗素子を作製する。
ャリアを輸送する低分子有機化合物と電気絶縁性の有機
高分子材料を有機溶剤に溶かした分散液から、真空蒸着
した陽極基板上にディップ・コーティング法又はスピン
・コーティング法により形成される。そして、低分子有
機化合物を分散した有機高分子薄膜を、仕事関数の大き
なITO又はAuなどの陽極２の金属と、仕事関数の小さなM
g、Alなどの陰極４の金属で挟設して負性抵抗トンネル
素子である分子分散型負性抵抗素子を作製する。
本実施形態の分子分散型負性抵抗素子の負性抵抗は、
従来例の共鳴トンネルダイオードと異なって電極金属と
低分子有機化合物との界面でのトンネル効果と、低分子
のLUMO及びHOMOにトラップされた電子あるいはホールに
よって形成される分極現象により得られる。陽極２から
低分子有機化合物のHOMOにトンネル注入したホールは有
機高分子中に分散した低分子有機化合物間をトンネル伝
導する。すなわち、陽極２から注入したホールは低分子
のHOMOにトラップされるとその電界で周囲を分極する。
ホールをトラップしたHOMO（以下、占有HOMOという。）
は分極することによりエネルギーを失い、そのエネルギ
ーレベルが下がる。一方、占有HOMOに近いHOMO（以下、
空のHOMOという。）が外部電界によって占有HOMOと同レ
ベルになるとホールが低分子間の電気絶縁性高分子をト
ンネルする。外部電界の増大につれ、電極界面に近い空
のHOMOが電極金属のフェルミレベルに接近し、かつバル
ク中の占有HOMOが空のHOMOのレベルに近づくとき電流は
増大し、離れると減少していき、いわゆる負性抵抗が生
じる。一方、電子輸送性の有機化合物を電気絶縁性の有
機高分子に分散すれば、陰極４からトンネル注入した電
子は低分子有機化合物間をトンネル伝導する。この電気
絶縁性高分子を通過して低分子有機化合物間を伝導する
電子性キャリアは電子でもホール（正孔）でもよい。こ
こで、陽極２又は陰極４からトンネル注入するホール及
び電子の注入過程は温度に依存しない。しかしながら、
ポテンシャル障壁は電極材料と低分子有機化合物のエネ
ルギー準位差に依存する。
従来例の共鳴トンネルダイオードと異なって電極金属と
低分子有機化合物との界面でのトンネル効果と、低分子
のLUMO及びHOMOにトラップされた電子あるいはホールに
よって形成される分極現象により得られる。陽極２から
低分子有機化合物のHOMOにトンネル注入したホールは有
機高分子中に分散した低分子有機化合物間をトンネル伝
導する。すなわち、陽極２から注入したホールは低分子
のHOMOにトラップされるとその電界で周囲を分極する。
ホールをトラップしたHOMO（以下、占有HOMOという。）
は分極することによりエネルギーを失い、そのエネルギ
ーレベルが下がる。一方、占有HOMOに近いHOMO（以下、
空のHOMOという。）が外部電界によって占有HOMOと同レ
ベルになるとホールが低分子間の電気絶縁性高分子をト
ンネルする。外部電界の増大につれ、電極界面に近い空
のHOMOが電極金属のフェルミレベルに接近し、かつバル
ク中の占有HOMOが空のHOMOのレベルに近づくとき電流は
増大し、離れると減少していき、いわゆる負性抵抗が生
じる。一方、電子輸送性の有機化合物を電気絶縁性の有
機高分子に分散すれば、陰極４からトンネル注入した電
子は低分子有機化合物間をトンネル伝導する。この電気
絶縁性高分子を通過して低分子有機化合物間を伝導する
電子性キャリアは電子でもホール（正孔）でもよい。こ
こで、陽極２又は陰極４からトンネル注入するホール及
び電子の注入過程は温度に依存しない。しかしながら、
ポテンシャル障壁は電極材料と低分子有機化合物のエネ
ルギー準位差に依存する。
本実施形態の分子分散型負性抵抗素子に用いられる電
気絶縁性の有機高分子は、PVCz、PSなど、クロロホルム
や1,2−ジクロロエタン等の有機溶剤に溶解するもので
あれば何でもよい。一方、低分子有機化合物としては、
TPD、Alq3など分子長が2nm程度でホール輸送性又は電子
輸送性を有する材料であって、有機溶媒に溶けるもので
あれば何でも利用できる。分子分散濃度は、好ましく
は、平均分子間距離が2nm程度になるように決める。本
実施形態の分子分散型負性抵抗素子に使用できる有機材
料は種類が多く、材料選択の自由度が極めて大きい。し
かしながら、実際に電気絶縁性の有機高分子とキャリア
輸送性の低分子有機化合物を組み合わせるには、各材料
のエネルギーバンド図が必要である。
気絶縁性の有機高分子は、PVCz、PSなど、クロロホルム
や1,2−ジクロロエタン等の有機溶剤に溶解するもので
あれば何でもよい。一方、低分子有機化合物としては、
TPD、Alq3など分子長が2nm程度でホール輸送性又は電子
輸送性を有する材料であって、有機溶媒に溶けるもので
あれば何でも利用できる。分子分散濃度は、好ましく
は、平均分子間距離が2nm程度になるように決める。本
実施形態の分子分散型負性抵抗素子に使用できる有機材
料は種類が多く、材料選択の自由度が極めて大きい。し
かしながら、実際に電気絶縁性の有機高分子とキャリア
輸送性の低分子有機化合物を組み合わせるには、各材料
のエネルギーバンド図が必要である。
より大きなPV比を得るためには、トンネリングによら
ない熱的な電流成分を減らせばよい。そのために、電気
絶縁性の有機高分子と、電子性のキャリア輸送性を有す
る低分子有機化合物とのそれぞれのHOMOの差又はLUMOの
差を大きくしてポテンシャル障壁が高くなるように材料
を組み合わせる。因に、本発明者により製造された本実
施形態の当該素子のPV比は室温動作で30以上ある。陽極
２と陰極４の電極材料の仕事関数差を大きくすれば、整
流性を生じる。しかしながら、陽極２と陰極４の電極材
料の仕事関数を同一のレベルにすれば整流性がなくな
り、順方向と逆方向の両方の電圧−電流特性にピーク／
バレーを生じるようになる。
ない熱的な電流成分を減らせばよい。そのために、電気
絶縁性の有機高分子と、電子性のキャリア輸送性を有す
る低分子有機化合物とのそれぞれのHOMOの差又はLUMOの
差を大きくしてポテンシャル障壁が高くなるように材料
を組み合わせる。因に、本発明者により製造された本実
施形態の当該素子のPV比は室温動作で30以上ある。陽極
２と陰極４の電極材料の仕事関数差を大きくすれば、整
流性を生じる。しかしながら、陽極２と陰極４の電極材
料の仕事関数を同一のレベルにすれば整流性がなくな
り、順方向と逆方向の両方の電圧−電流特性にピーク／
バレーを生じるようになる。
電子性のキャリア輸送性を有する低分子有機化合物と
電気絶縁性を有する有機高分子は閉殻構造であるため、
表面準位がほとんど存在しない。また、本発明の分子分
散型負性抵抗素子は全て有機物で構成されているので各
分子の熱膨張係数に差がなく、熱的に安定であるだけで
なく、ポリマーマトリクスが有機高分子であるため、そ
の機械的強度は大きい。
電気絶縁性を有する有機高分子は閉殻構造であるため、
表面準位がほとんど存在しない。また、本発明の分子分
散型負性抵抗素子は全て有機物で構成されているので各
分子の熱膨張係数に差がなく、熱的に安定であるだけで
なく、ポリマーマトリクスが有機高分子であるため、そ
の機械的強度は大きい。
本実施形態の分子分散型負性抵抗素子は、超高真空中
で組成の異なる結晶を交互に積み重ねる必要がなく、構
成が極めて簡単で、微細化、加工性に優れている。ま
た、MBE法のような超高真空やMOCVD法のように減圧容器
又は有機ガスを用いることもなく、高価な製膜装置を必
要としない。さらに、単一素子であるため分散膜と電極
の作製のみで済み、分子分散型負製抵抗の製造コストは
極めて低いという特有の効果を有する。
で組成の異なる結晶を交互に積み重ねる必要がなく、構
成が極めて簡単で、微細化、加工性に優れている。ま
た、MBE法のような超高真空やMOCVD法のように減圧容器
又は有機ガスを用いることもなく、高価な製膜装置を必
要としない。さらに、単一素子であるため分散膜と電極
の作製のみで済み、分子分散型負製抵抗の製造コストは
極めて低いという特有の効果を有する。
実施例 第１の実施例 図１及び図２に示すように、ITO（インジウム・スズ
酸化物）にてなる陽極２をガラス基板１上に形成した
後、陽極２上に分子分散層３を形成するTPD分散PVCz薄
膜を形成し、さらに、分子分散層３上にMgにてなる陰極
４の薄膜を形成する。分子分散層３において用いるTPD
は非晶質でホール輸送性の有機化合物であり、PVCzは非
晶質の電気絶縁性の有機高分子である。図３及び図５に
それぞれ、本実施例で使用したTPDとPVCzの分子構造を
示す。
酸化物）にてなる陽極２をガラス基板１上に形成した
後、陽極２上に分子分散層３を形成するTPD分散PVCz薄
膜を形成し、さらに、分子分散層３上にMgにてなる陰極
４の薄膜を形成する。分子分散層３において用いるTPD
は非晶質でホール輸送性の有機化合物であり、PVCzは非
晶質の電気絶縁性の有機高分子である。図３及び図５に
それぞれ、本実施例で使用したTPDとPVCzの分子構造を
示す。
図７、図８、図９及び図10に、負性抵抗を有する分子
分散型負性抵抗素子の動作原理を示し、また、図11及び
図12にそれぞれ、陽極２及び陰極４からの電子性キャリ
アのトンネル注入過程を示す。ここで、図11は陽極２の
ITO電極と、陰極４のMg電極との間に、当該素子に対し
て正のバイアス電圧を印加したときのエネルギー準位図
である。
分散型負性抵抗素子の動作原理を示し、また、図11及び
図12にそれぞれ、陽極２及び陰極４からの電子性キャリ
アのトンネル注入過程を示す。ここで、図11は陽極２の
ITO電極と、陰極４のMg電極との間に、当該素子に対し
て正のバイアス電圧を印加したときのエネルギー準位図
である。
図11に示すように、室温でITOのフェルミレベル付近
からホールがTPD分散PVCzの分子分散層３内のTPD分子に
トンネル注入される。図９に示すようにTPDの電導度はP
VCzの電導度より高いため、TPDの電位勾配はPVCzのそれ
より低い。ITO電極である陽極２からTPDにトンネル注入
されたホールは周囲を分極する。その結果、占有HOMOの
エネルギーレベルは深くなり、外部電界に影響され、近
づいた空のHOMOにトンネルする。印加電圧が3.5Vになる
とITO電極のフェルミレベルと空のHOMO、また、占有HOM
Oと空のHOMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピ
ークを生じる。
からホールがTPD分散PVCzの分子分散層３内のTPD分子に
トンネル注入される。図９に示すようにTPDの電導度はP
VCzの電導度より高いため、TPDの電位勾配はPVCzのそれ
より低い。ITO電極である陽極２からTPDにトンネル注入
されたホールは周囲を分極する。その結果、占有HOMOの
エネルギーレベルは深くなり、外部電界に影響され、近
づいた空のHOMOにトンネルする。印加電圧が3.5Vになる
とITO電極のフェルミレベルと空のHOMO、また、占有HOM
Oと空のHOMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピ
ークを生じる。
図13及び図14は本発明の実施例に示す各種負性抵抗素
子を構成する材料のエネルギー準位差を読みとるための
エネルギーバンド構造図である。本実施例の場合、PVCz
とTPDの間のホール注入に対する障壁高さは約0.5eVであ
る。
子を構成する材料のエネルギー準位差を読みとるための
エネルギーバンド構造図である。本実施例の場合、PVCz
とTPDの間のホール注入に対する障壁高さは約0.5eVであ
る。
次いで、本発明に係る実施例の分子分散型負性抵抗素
子の製造方法は、以下の通りである。図１のガラス基板
１上にスパッタリング蒸着した厚さ約150nmのITO電極で
ある陽極２上に、TPDを分子分散したPVCzの薄膜を約50n
mの厚さにディップ・コーティング法により形成する。
次いで、薄膜中にピンホールができないように溶剤の飽
和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属４、即ちMg
（厚さ50nm）Ag（厚さ200nm）の順に真空蒸着して当該
素子が完成する。このAgの蒸着はMgの酸化防止のためで
ある。なお、MgとAgを共蒸着すれば、さらに対劣化特性
をより向上させることができる。各層の膜厚はエリプソ
メータで測定した。本実施例のTPDの分散濃度はポリマ
ーマトリクスであるPVCzに対して約29Wt％で、平均分子
間距離は約0.91nmであり、TPDの分子長は最大1.8nmであ
る。以上述べた分子分散層３の薄膜の作製はスピン・コ
ーティング法で行ってもよい。なお、分散濃度は29Wt％
に限定されるものではない。
子の製造方法は、以下の通りである。図１のガラス基板
１上にスパッタリング蒸着した厚さ約150nmのITO電極で
ある陽極２上に、TPDを分子分散したPVCzの薄膜を約50n
mの厚さにディップ・コーティング法により形成する。
次いで、薄膜中にピンホールができないように溶剤の飽
和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属４、即ちMg
（厚さ50nm）Ag（厚さ200nm）の順に真空蒸着して当該
素子が完成する。このAgの蒸着はMgの酸化防止のためで
ある。なお、MgとAgを共蒸着すれば、さらに対劣化特性
をより向上させることができる。各層の膜厚はエリプソ
メータで測定した。本実施例のTPDの分散濃度はポリマ
ーマトリクスであるPVCzに対して約29Wt％で、平均分子
間距離は約0.91nmであり、TPDの分子長は最大1.8nmであ
る。以上述べた分子分散層３の薄膜の作製はスピン・コ
ーティング法で行ってもよい。なお、分散濃度は29Wt％
に限定されるものではない。
本素子に室温で0Vから＋10Vまで直流電圧を印加した
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ、図15に示す順
方向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタン
ス）特性が得られた。1V付近からバイアス電圧の増大に
伴って電流が増大し、3.5V付近に極大値を示した。この
ピーク電流の密度は約150mA/cm2である。次いで、負性
抵抗によって電流が減少し、7V付近から電流が増大する
ことが認められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上あ
る。ピーク電圧と谷電圧の差は、エキサダイオードに比
較して約１桁大きい。逆方向電流は１μA/cm2程度と比
較的小さく、±6Vのときの整流比は300と優れた整流性
が示された。これら電圧−電流特性の再現性は非常に良
好であった。ここで使用する陽極２の材料はその仕事関
数がTPDのHOMOに近い値のものであれば、陽極２の材料
はITOに限定されず、例えばAu、Ag、Ｃであってもよ
い。また、陰極４の材料もその仕事関数がTPDのHOMOと
大きく離れておれば、Mgに限定されず、例えばAl、Li、
あるいは化学的安定性の高いMgとAg、又はAlとLiの合金
であってもよい。
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ、図15に示す順
方向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタン
ス）特性が得られた。1V付近からバイアス電圧の増大に
伴って電流が増大し、3.5V付近に極大値を示した。この
ピーク電流の密度は約150mA/cm2である。次いで、負性
抵抗によって電流が減少し、7V付近から電流が増大する
ことが認められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上あ
る。ピーク電圧と谷電圧の差は、エキサダイオードに比
較して約１桁大きい。逆方向電流は１μA/cm2程度と比
較的小さく、±6Vのときの整流比は300と優れた整流性
が示された。これら電圧−電流特性の再現性は非常に良
好であった。ここで使用する陽極２の材料はその仕事関
数がTPDのHOMOに近い値のものであれば、陽極２の材料
はITOに限定されず、例えばAu、Ag、Ｃであってもよ
い。また、陰極４の材料もその仕事関数がTPDのHOMOと
大きく離れておれば、Mgに限定されず、例えばAl、Li、
あるいは化学的安定性の高いMgとAg、又はAlとLiの合金
であってもよい。
次に、電流駆動したときのスイッチング特性を図16に
示す。駆動電流を零から上昇させると75mA/cm2で2V程度
の電圧が発生し、さらに電流を上昇させると同じ電流密
度で9V程度の電圧が急に発生する。逆に、駆動電流を下
げていくと6V付近から一気に零ボルトに戻る。図16のス
イッチング特性から明らかなように、ヒステリシス特性
を得ることができる。
示す。駆動電流を零から上昇させると75mA/cm2で2V程度
の電圧が発生し、さらに電流を上昇させると同じ電流密
度で9V程度の電圧が急に発生する。逆に、駆動電流を下
げていくと6V付近から一気に零ボルトに戻る。図16のス
イッチング特性から明らかなように、ヒステリシス特性
を得ることができる。
第２の実施例 第１の実施例において、電気絶縁性の有機高分子とし
てPVCz（ポリビニルカルバゾール）を用いた場合につい
て述べたが、これを非晶質のPS（ポリスチレン）に変え
てもPVCzの場合と同様の負性抵抗特性が得られる。本実
施例の素子構造は、図１の構成において、陽極２がITO
にてなり、分子分散層３がTPD分散PSにてなり、陰極４
はAuにてなる。分子分散層３におけるTPDはホール輸送
性の非晶質で、電気絶縁性のPS（ポリスチレン）に分散
することにより多重障壁型の分子分散構造が形成され
る。図３及び図６にそれぞれ、本実施例で使用したTPD
及びPSの分子構造を示す。
てPVCz（ポリビニルカルバゾール）を用いた場合につい
て述べたが、これを非晶質のPS（ポリスチレン）に変え
てもPVCzの場合と同様の負性抵抗特性が得られる。本実
施例の素子構造は、図１の構成において、陽極２がITO
にてなり、分子分散層３がTPD分散PSにてなり、陰極４
はAuにてなる。分子分散層３におけるTPDはホール輸送
性の非晶質で、電気絶縁性のPS（ポリスチレン）に分散
することにより多重障壁型の分子分散構造が形成され
る。図３及び図６にそれぞれ、本実施例で使用したTPD
及びPSの分子構造を示す。
ITO、Auのような仕事関数の大きな電極材料でホール
輸送性の低分子分散高分子薄膜を挟むと、図17に示され
るように逆方向にもピーク／バレー即ち負性抵抗が観測
される。逆方向の電流波形が小さいのは、Auの仕事関数
がITOの仕事関数より小さく、ホールの電極からの注入
量が少ないためである。
輸送性の低分子分散高分子薄膜を挟むと、図17に示され
るように逆方向にもピーク／バレー即ち負性抵抗が観測
される。逆方向の電流波形が小さいのは、Auの仕事関数
がITOの仕事関数より小さく、ホールの電極からの注入
量が少ないためである。
図11は、陽極２のITO電極と、陽極４のAu電極との間
の当該素子に対して正のバイアス電圧を印加したときの
エネルギー準位図であり、ITOのフェルミレベル付近か
らホールがTPD分散PSのTPDにトンネル注入される様子が
図11に図示される。図９及び図10に示すように、TPDの
電導度はPSの電導度より高いため、TPDの電位勾配はPS
のそれより低い。ITO電極の陽極２からTPDトンネル注入
されたホールは周囲を分極する。その結果、占有HOMOの
エネルギーレベルは深くなり、外部電界に影響されて近
づいた空のHOMOにトンネルする。印加電圧が3.6Vになる
とITOのフェルミレベルと空のHOMO、また、占有HOMOと
空のHOMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピーク
を生じる。図13及び図14のITO、TPD、PS、Auのエネルギ
ーバンド構造図より、PSとTPDの間のホール注入に対す
る障壁高さは約1.5eVで、PV比は約30である。
の当該素子に対して正のバイアス電圧を印加したときの
エネルギー準位図であり、ITOのフェルミレベル付近か
らホールがTPD分散PSのTPDにトンネル注入される様子が
図11に図示される。図９及び図10に示すように、TPDの
電導度はPSの電導度より高いため、TPDの電位勾配はPS
のそれより低い。ITO電極の陽極２からTPDトンネル注入
されたホールは周囲を分極する。その結果、占有HOMOの
エネルギーレベルは深くなり、外部電界に影響されて近
づいた空のHOMOにトンネルする。印加電圧が3.6Vになる
とITOのフェルミレベルと空のHOMO、また、占有HOMOと
空のHOMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピーク
を生じる。図13及び図14のITO、TPD、PS、Auのエネルギ
ーバンド構造図より、PSとTPDの間のホール注入に対す
る障壁高さは約1.5eVで、PV比は約30である。
本実施例に示す素子の製造方法は以下の通りである。
図１のガラス基板１上にスパッタリング蒸着した厚さ約
150nmのITO電極の陽極２上にTPDを分子分散したPSの薄
膜を約50nmの厚さにディップ・コーティング法により形
成する。次いで、薄膜中にピンホールができないように
溶剤の飽和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属
４、即ちAu（厚さ50nm）を真空蒸着して素子が完成す
る。本実施例のTPDの分散濃度はバインダーのPSに対し
て約29Wt％であって、平均分子間距離は約0.94nm、TPD
の分子長は最大1.8nmである。薄膜の作製はスピン・コ
ーティングで行ってもよい。なお、分散濃度は29Wt％に
限定されるものではない。
図１のガラス基板１上にスパッタリング蒸着した厚さ約
150nmのITO電極の陽極２上にTPDを分子分散したPSの薄
膜を約50nmの厚さにディップ・コーティング法により形
成する。次いで、薄膜中にピンホールができないように
溶剤の飽和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属
４、即ちAu（厚さ50nm）を真空蒸着して素子が完成す
る。本実施例のTPDの分散濃度はバインダーのPSに対し
て約29Wt％であって、平均分子間距離は約0.94nm、TPD
の分子長は最大1.8nmである。薄膜の作製はスピン・コ
ーティングで行ってもよい。なお、分散濃度は29Wt％に
限定されるものではない。
本素子に室温で0Vから＋10Vまで直流電圧を印加した
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ、図17に示す順
方向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタン
ス）特性が得られた。0V付近からバイアス電圧の増大に
伴って電流が増大し、3.6V付近に極大値を示した。この
ピーク電流の密度は約225mA/cm2である。次いで、負性
抵抗によって電流が減少し、7V付近から電流が増大する
ことが認められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上あ
る。これら電圧−電流特性の再現性は非常に良好であっ
た。本実施例に示すように、有機高分子に分散する低分
子有機化合物がホール輸送性材料であって、そのHOMOが
陽極と陰極の仕事関数に近ければ順方向と逆方向の両方
に負性抵抗を生じる。また、この両方向の負性抵抗は有
機高分子に分散する低分子有機化合物が電子輸送性材料
であって、そのLUMOが陽極と陰極の仕事関数に近い場合
にも生じる。
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ、図17に示す順
方向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタン
ス）特性が得られた。0V付近からバイアス電圧の増大に
伴って電流が増大し、3.6V付近に極大値を示した。この
ピーク電流の密度は約225mA/cm2である。次いで、負性
抵抗によって電流が減少し、7V付近から電流が増大する
ことが認められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上あ
る。これら電圧−電流特性の再現性は非常に良好であっ
た。本実施例に示すように、有機高分子に分散する低分
子有機化合物がホール輸送性材料であって、そのHOMOが
陽極と陰極の仕事関数に近ければ順方向と逆方向の両方
に負性抵抗を生じる。また、この両方向の負性抵抗は有
機高分子に分散する低分子有機化合物が電子輸送性材料
であって、そのLUMOが陽極と陰極の仕事関数に近い場合
にも生じる。
第３の実施例 本実施例の素子構成は、図１において、陽極２はITO
にてなり、分子分散層３はAlq3分散PVCzにてなり、陰極
４はMg/Agにてなる。分子分散層３におけるAlq3（アル
ミニウム８−キノリノール錯体）は電子輸送性の非晶質
であって、電気絶縁性のPVCz（ポリビニルカルバゾー
ル）に分散することにより多重障壁型の分子分散構造が
形成される。図４に本実施例で使用したAlq3の分子構造
を示す。
にてなり、分子分散層３はAlq3分散PVCzにてなり、陰極
４はMg/Agにてなる。分子分散層３におけるAlq3（アル
ミニウム８−キノリノール錯体）は電子輸送性の非晶質
であって、電気絶縁性のPVCz（ポリビニルカルバゾー
ル）に分散することにより多重障壁型の分子分散構造が
形成される。図４に本実施例で使用したAlq3の分子構造
を示す。
図12は陰極４のMg電極と陽極２のITO電極との間の当
該素子に対して、負のバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギー準位図であって、Mg電極のフェルミレベル付近
から電子がAlq3分散PVCzのAlq3にトンネル注入される様
子を示す。図７及び図８に示すようにAlq3の電導度はPV
Czの電導度より高いため、Alq3の電位勾配はPVCzのそれ
より低い。Mg電極の陰極４からAlq3にトンネル注入され
た電子はAlq3の周囲を分極する。その結果、電子をトラ
ップした占有LUMOレベルは深くなり、外部電界に影響さ
れ、近づいた空のLUMOにトンネルする。印加電圧が4Vに
なると、Mgのフェルミレベルと空のLUMO、占有LUMOと空
のLUMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピークを
生じる。図13及び図14はITO、Alq3、PVCz、Mgのエネル
ギーバンド構造図である。PVCzとAlq3の間の電子注入に
対する障壁高さは約1.6eVで、PV比は約11である。
該素子に対して、負のバイアス電圧を印加したときのエ
ネルギー準位図であって、Mg電極のフェルミレベル付近
から電子がAlq3分散PVCzのAlq3にトンネル注入される様
子を示す。図７及び図８に示すようにAlq3の電導度はPV
Czの電導度より高いため、Alq3の電位勾配はPVCzのそれ
より低い。Mg電極の陰極４からAlq3にトンネル注入され
た電子はAlq3の周囲を分極する。その結果、電子をトラ
ップした占有LUMOレベルは深くなり、外部電界に影響さ
れ、近づいた空のLUMOにトンネルする。印加電圧が4Vに
なると、Mgのフェルミレベルと空のLUMO、占有LUMOと空
のLUMOがそれぞれ同レベルになり、大きな電流ピークを
生じる。図13及び図14はITO、Alq3、PVCz、Mgのエネル
ギーバンド構造図である。PVCzとAlq3の間の電子注入に
対する障壁高さは約1.6eVで、PV比は約11である。
本実施例に示す素子の製造方法は以下の通りである。
図１のガラス基板１上にスパッタリング蒸着した厚さ約
150nmのITO電極の陽極２上にAlq3を分子分散したPVCzの
薄膜を約50nmの厚さにディップ・コーティング法により
形成する。次いで、薄膜中にピンホールができないよう
に溶剤の飽和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属
４、即ちMg（厚さ50nm）及びAg（厚さ200nm）を真空蒸
着して当該素子が完成する。なお、MgとAgを共重合すれ
ば、対劣化特性をより向上させることができる。本実施
例のAlq3の分散濃度はポリマーマトリクスのAlq3に対し
約29Wt％で、平均分子間距離は約1.01nmであって、Alq3
の分子長は最大0.75nmである。薄膜の作製はスピン・コ
ーティングで行ってもよい。
図１のガラス基板１上にスパッタリング蒸着した厚さ約
150nmのITO電極の陽極２上にAlq3を分子分散したPVCzの
薄膜を約50nmの厚さにディップ・コーティング法により
形成する。次いで、薄膜中にピンホールができないよう
に溶剤の飽和蒸気圧下で乾燥させる。その後、陰極金属
４、即ちMg（厚さ50nm）及びAg（厚さ200nm）を真空蒸
着して当該素子が完成する。なお、MgとAgを共重合すれ
ば、対劣化特性をより向上させることができる。本実施
例のAlq3の分散濃度はポリマーマトリクスのAlq3に対し
約29Wt％で、平均分子間距離は約1.01nmであって、Alq3
の分子長は最大0.75nmである。薄膜の作製はスピン・コ
ーティングで行ってもよい。
本素子に室温で0Vから＋12Vまで直流電圧を印加した
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ図18に示す順方
向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタンス）
特性が得られた。0V付近からバイアス電圧の増大に伴っ
て電流が増大し、4V付近に極大値を示した。このピーク
電流の密度は約50mA/cm2である。次いで、負性抵抗によ
って電流が減少し、7V付近から電流が増大することが認
められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上ある。これ
ら電圧−電流特性の再現性は非常に良好であった。ここ
で使用する陽極２の材料はその仕事関数がAlq3のHOMOよ
り小さく、その差が大きければITOに限定されず、例え
ばAl、Cuであってもよい。また、陰極４の材料はその仕
事関数がAlq3のLUMOに近ければ、Mgに限定されず、例え
ばAl、Li、もしくは、化学的安定性の高いMgとAg又はLi
とAlの合金であってもよい。
（スキャンスピード:20mV/sec）ところ図18に示す順方
向電圧−電流特性に負性抵抗（又は負コンダクタンス）
特性が得られた。0V付近からバイアス電圧の増大に伴っ
て電流が増大し、4V付近に極大値を示した。このピーク
電流の密度は約50mA/cm2である。次いで、負性抵抗によ
って電流が減少し、7V付近から電流が増大することが認
められた。ピーク電圧と谷電圧の差は2V以上ある。これ
ら電圧−電流特性の再現性は非常に良好であった。ここ
で使用する陽極２の材料はその仕事関数がAlq3のHOMOよ
り小さく、その差が大きければITOに限定されず、例え
ばAl、Cuであってもよい。また、陰極４の材料はその仕
事関数がAlq3のLUMOに近ければ、Mgに限定されず、例え
ばAl、Li、もしくは、化学的安定性の高いMgとAg又はLi
とAlの合金であってもよい。
以上の実施例ではポリマーマトリクスとしてポリビニ
ルカルバゾール、ポリスチレンを使用しているが、これ
以外にも有機溶剤に溶解し、低分子有機化合物との相溶
性が良好で、電子性キャリアの移動に悪影響を及ぼさな
い有機高分子であれば使用に制限はない。例えば、好ま
しい高分子としてポリカーボネイト（PC）、ポリ塩化ビ
ニル（PVC）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリメ
チルメタクリレート（PMMA）などがある。また、低分子
有機化合物としては、分子長さがnmオーダで、キャリア
輸送性があればTPD、Alq3に限定されない。例えば、ホ
ール輸送材料としてトリフェニルアミン誘導体（TP
A）、キナクリドン（QA）、ジアミン誘導体（NSD）、ビ
ストリフェニルアミンスチル誘導体（BTAS）、ブタジエ
ン誘導体（DEAB）、ペンタフェニルシクロペン（PPC
P）、ジスチリルビフェニル誘導体（DPVBi）、などの有
機色素が挙げられる。電子輸送材料としては、スチリル
誘導体（ST−１）、9,10−ビススチリルアントラセン誘
導体（BSA）、オキサジアゾール誘導体（OXD）、ジスチ
リルベンゼン誘導体（DSB）、ペリレン誘導体（PV）、
1,2,4−トリアゾール誘導体（TAZ）などの有機色素、Be
−ベンゾキノリノール錯体（Beq2）、ガリウム８−キノ
レート（GaQ）などのキノリノール系金属錯体がある。
ルカルバゾール、ポリスチレンを使用しているが、これ
以外にも有機溶剤に溶解し、低分子有機化合物との相溶
性が良好で、電子性キャリアの移動に悪影響を及ぼさな
い有機高分子であれば使用に制限はない。例えば、好ま
しい高分子としてポリカーボネイト（PC）、ポリ塩化ビ
ニル（PVC）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリメ
チルメタクリレート（PMMA）などがある。また、低分子
有機化合物としては、分子長さがnmオーダで、キャリア
輸送性があればTPD、Alq3に限定されない。例えば、ホ
ール輸送材料としてトリフェニルアミン誘導体（TP
A）、キナクリドン（QA）、ジアミン誘導体（NSD）、ビ
ストリフェニルアミンスチル誘導体（BTAS）、ブタジエ
ン誘導体（DEAB）、ペンタフェニルシクロペン（PPC
P）、ジスチリルビフェニル誘導体（DPVBi）、などの有
機色素が挙げられる。電子輸送材料としては、スチリル
誘導体（ST−１）、9,10−ビススチリルアントラセン誘
導体（BSA）、オキサジアゾール誘導体（OXD）、ジスチ
リルベンゼン誘導体（DSB）、ペリレン誘導体（PV）、
1,2,4−トリアゾール誘導体（TAZ）などの有機色素、Be
−ベンゾキノリノール錯体（Beq2）、ガリウム８−キノ
レート（GaQ）などのキノリノール系金属錯体がある。
高分子中への低分子の分散は溶剤を使用しなくてもポ
リビニルカルバゾールのように真空蒸着、又はイオン化
蒸着といった乾式法を用いてもできる。
リビニルカルバゾールのように真空蒸着、又はイオン化
蒸着といった乾式法を用いてもできる。
第１の応用例 図19は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第１の応用
例である同調型発振回路の回路構成を示す回路図であ
り、図20はその等価回路を示す回路図である。また、図
21は、その同調型発振回路の動作点と振動の成長を示す
グラフである。
例である同調型発振回路の回路構成を示す回路図であ
り、図20はその等価回路を示す回路図である。また、図
21は、その同調型発振回路の動作点と振動の成長を示す
グラフである。
図19において、分子分散型負性抵抗素子TDと並列にキ
ャパシタＣが接続され、さらに、当該キャパシタと、イ
ンダクタＬと、負荷抵抗RLと、直流バイアス電源20とが
直列接続されて同調型発振回路が構成される。そして、
図20の等価回路においては、分子分散型負性抵抗素子TD
は、負コンダクタンス−Gdと、キャパシタCdとの並列回
路で表わすことができる。
ャパシタＣが接続され、さらに、当該キャパシタと、イ
ンダクタＬと、負荷抵抗RLと、直流バイアス電源20とが
直列接続されて同調型発振回路が構成される。そして、
図20の等価回路においては、分子分散型負性抵抗素子TD
は、負コンダクタンス−Gdと、キャパシタCdとの並列回
路で表わすことができる。
当該第１の応用例において、発振させるには、負性抵
抗（又は負コンダクタンス）領域のP0点に動作点を持
ち、負荷抵抗RLは、図21に示すように、1/RL＞|Gd|、す
なわちRL＜1/|Gd|であることが必要である。これは、1/
RL＜|Gd|であると、動作点が３つになり、クランプされ
て発振動作が起きなくなるからである。そこで、図19の
ように、インダクタＬに対して直列に負荷抵抗RLが接続
され、接続されたキャパシタＣに並列に分子分散型負性
抵抗素子TDが接続される並列共振型の回路構成としてい
る。図20の等価回路においては、分子分散型負性抵抗素
子TDの直列抵抗を無視されて図示されている。なお、分
子分散型負性抵抗素子TDの等価回路はCd（障壁容量）と
−Gd（直線ABの傾き）の並列回路で示され、当該分子分
散型負性抵抗素子TDを用いたLC発振器が負性抵抗領域で
動作するように、並列共振回路に電源電圧Ｅを加える
と、発振条件は以下のようになる。
抗（又は負コンダクタンス）領域のP0点に動作点を持
ち、負荷抵抗RLは、図21に示すように、1/RL＞|Gd|、す
なわちRL＜1/|Gd|であることが必要である。これは、1/
RL＜|Gd|であると、動作点が３つになり、クランプされ
て発振動作が起きなくなるからである。そこで、図19の
ように、インダクタＬに対して直列に負荷抵抗RLが接続
され、接続されたキャパシタＣに並列に分子分散型負性
抵抗素子TDが接続される並列共振型の回路構成としてい
る。図20の等価回路においては、分子分散型負性抵抗素
子TDの直列抵抗を無視されて図示されている。なお、分
子分散型負性抵抗素子TDの等価回路はCd（障壁容量）と
−Gd（直線ABの傾き）の並列回路で示され、当該分子分
散型負性抵抗素子TDを用いたLC発振器が負性抵抗領域で
動作するように、並列共振回路に電源電圧Ｅを加える
と、発振条件は以下のようになる。
−Gd＋ｊω（Ｃ＋Cd）＋1/（RL＋ｊωＬ）＝０…（１） 上記（１）式において、次の（２）式のようにおく。
Ｑ＝（ωＬ）/RL …（２） 1/（RL＋ｊωＬ）＝1/R＋1/jωＬ′ …（３） ここで、Ｑ≫１とすると、次式を得る。
Ｒ＝RL（１＋Q2）≒RLQ2 …（４） Ｌ′＝Ｌ（１＋1/Q2）≒Ｌ …（５） 発振条件は（１）式乃至（５）式から次式となる。
ω＝1/（Ｌ′（Ｃ＋Cd））1/2 …（６） Ｒ≧1/|Gd| …（７） 従って、発振周波数ｆと電力条件は次式で表される。
ｆ＝1/｛２π（Ｌ（Ｃ＋Cd））1/2｝ …（８） RL≦|Gd|L/（Ｃ＋Cd） …（９） 上記（９）式において、条件「RL＝L|Gd|/（Ｃ＋C
d）」が電力条件の理想であるが、実際には、条件「RL
＜|Gd|L/（Ｃ＋Cd）」で設計する。
d）」が電力条件の理想であるが、実際には、条件「RL
＜|Gd|L/（Ｃ＋Cd）」で設計する。
次に、本応用例の当該素子の発振動作について、図21
を参照して説明する。発振の初期には、特性曲線の傾斜
Gd′（直線QQ′の傾き）の絶対値が共振回路のコンダク
タンス1/RLより大きく、失われるエネルギーより供給エ
ネルギーが大きいため、振動は成長していく。その後、
電圧及び電流のスイングの幅が大きくなるに従って、G
d′の値は次第に小さくなっていく。そして、特性曲線
上のABの範囲でスイングするようになったとき、特性曲
線の傾斜はGd（直線ABの傾き）となり、当該傾斜Gdの絶
対値がちょうど1/RLに等しくなると、失われるエネルギ
ーと供給エネルギーとがバランスして、振幅は一定し、
定常状態に入る。発振振幅の大きさは、図21の負性抵抗
領域のピーク電圧と谷電圧の間の電圧範囲で決まる。当
該素子の発振振幅は約2Vで、エサキ・ダイオードに比
べ、１桁大きくとれる。ここで、発振回路としてインダ
クタンスＬと負荷抵抗RLを並列に接続する回路も考えら
れる。
を参照して説明する。発振の初期には、特性曲線の傾斜
Gd′（直線QQ′の傾き）の絶対値が共振回路のコンダク
タンス1/RLより大きく、失われるエネルギーより供給エ
ネルギーが大きいため、振動は成長していく。その後、
電圧及び電流のスイングの幅が大きくなるに従って、G
d′の値は次第に小さくなっていく。そして、特性曲線
上のABの範囲でスイングするようになったとき、特性曲
線の傾斜はGd（直線ABの傾き）となり、当該傾斜Gdの絶
対値がちょうど1/RLに等しくなると、失われるエネルギ
ーと供給エネルギーとがバランスして、振幅は一定し、
定常状態に入る。発振振幅の大きさは、図21の負性抵抗
領域のピーク電圧と谷電圧の間の電圧範囲で決まる。当
該素子の発振振幅は約2Vで、エサキ・ダイオードに比
べ、１桁大きくとれる。ここで、発振回路としてインダ
クタンスＬと負荷抵抗RLを並列に接続する回路も考えら
れる。
第２の応用例 図22は、図１の分子分散型負性抵抗素子の第２の応用
例であるパルス発生回路の回路構成を示す回路図であ
り、図23はその発生回路の動作点と直流負荷線を示すグ
ラフである。また、図24は、当該パルス発生回路におい
て正のトリガーパルス電流を流したときのトリガーパル
ス電流と発生パルス電圧とを示す信号波形図であり、図
25は、当該パルス発生回路において負のトリガーパルス
電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パルス電
圧とを示す信号波形図である。
例であるパルス発生回路の回路構成を示す回路図であ
り、図23はその発生回路の動作点と直流負荷線を示すグ
ラフである。また、図24は、当該パルス発生回路におい
て正のトリガーパルス電流を流したときのトリガーパル
ス電流と発生パルス電圧とを示す信号波形図であり、図
25は、当該パルス発生回路において負のトリガーパルス
電流を流したときのトリガーパルス電流と発生パルス電
圧とを示す信号波形図である。
図22の回路においては、分子分散型負性抵抗素子TDと
並列に、スイッチSWと負荷抵抗RLの直列回路を接続し、
スイッチSWと分子分散型負性抵抗素子TDのアノードとの
接続点を、トリガーパルス電流の入力点とする。そし
て、スイッチSWと負荷抵抗RLの直列回路と並列に、イン
ダクタＬと、直列抵抗Rbと、直流バイアス電源30との直
列回路を接続する。
並列に、スイッチSWと負荷抵抗RLの直列回路を接続し、
スイッチSWと分子分散型負性抵抗素子TDのアノードとの
接続点を、トリガーパルス電流の入力点とする。そし
て、スイッチSWと負荷抵抗RLの直列回路と並列に、イン
ダクタＬと、直列抵抗Rbと、直流バイアス電源30との直
列回路を接続する。
このパルス発生回路は、分子分散型負性抵抗素子TDに
直列にインダクタＬと負性抵抗値（1/|Gd|）より小さい
直列抵抗Rbが接続された回路構成となっている。図23に
示すように、印加するバイアス電圧Ｅが電圧E1より低い
と交点P1は安定な動作点となる。また、バイアス電圧Ｅ
が電圧E2より高いと点P2が安定な動作点となる。今、動
作点P1の状態にある分子分散型負性抵抗素子TDに、振幅
がdI1以上の入力パルス電流を印加すると分子分散型負
性抵抗素子TDは負性抵抗（コンダクタンス）領域に入っ
て不安定になる。しかしながら、直列インダクタＬのイ
ンダクタンスがあるため、電流は急に減少することがで
きず、動作点は図23に破線で示したように、P1からP2に
移動する。これに伴って分子分散型負性抵抗素子TDの電
圧Ｖは急に増大する。しかしながら、バイアス電圧Ｅは
動作点がこの点に止まるほど高くないため、分子分散型
負性抵抗素子TDを流れる電流Ｉは次第に減少する。その
ため、動作点はP2からP3に移動した後、再び負性抵抗の
領域を通過して動作点P4にスイッチする。これに伴っ
て、出力電圧は減少し、最初の動作点P1の状態に戻り安
定する。このようにトリガーパルスが加わる度に図24に
示すように、正の出力パルスが得られる。
直列にインダクタＬと負性抵抗値（1/|Gd|）より小さい
直列抵抗Rbが接続された回路構成となっている。図23に
示すように、印加するバイアス電圧Ｅが電圧E1より低い
と交点P1は安定な動作点となる。また、バイアス電圧Ｅ
が電圧E2より高いと点P2が安定な動作点となる。今、動
作点P1の状態にある分子分散型負性抵抗素子TDに、振幅
がdI1以上の入力パルス電流を印加すると分子分散型負
性抵抗素子TDは負性抵抗（コンダクタンス）領域に入っ
て不安定になる。しかしながら、直列インダクタＬのイ
ンダクタンスがあるため、電流は急に減少することがで
きず、動作点は図23に破線で示したように、P1からP2に
移動する。これに伴って分子分散型負性抵抗素子TDの電
圧Ｖは急に増大する。しかしながら、バイアス電圧Ｅは
動作点がこの点に止まるほど高くないため、分子分散型
負性抵抗素子TDを流れる電流Ｉは次第に減少する。その
ため、動作点はP2からP3に移動した後、再び負性抵抗の
領域を通過して動作点P4にスイッチする。これに伴っ
て、出力電圧は減少し、最初の動作点P1の状態に戻り安
定する。このようにトリガーパルスが加わる度に図24に
示すように、正の出力パルスが得られる。
一方、安定点が図23の点P3にある場合も同様に、振幅
がdI2以上の負のトリガーパルスを印加すると動作点がP
3→P4→P1→P2の順に移動し、動作点P3で安定する。こ
の場合、図25に示すように、負のパルス電圧を発生する
ことができる。
がdI2以上の負のトリガーパルスを印加すると動作点がP
3→P4→P1→P2の順に移動し、動作点P3で安定する。こ
の場合、図25に示すように、負のパルス電圧を発生する
ことができる。
出力パルスの幅は主として直列インダクタＬのインダ
クタンス値によって定まり、当該インダクタンス値を大
きくするとパルス幅が広くなる。パルス電圧の立ち上が
り時間はP1からP2にスイッチする時間に対応して、ピー
ク電流と谷電流の差、すなわちPV比が大きく、障壁容量
が小さい程短い。一方、立ち下がり時間はP3からP4にス
イッチする時間に対応して、谷電圧と谷電流の比で定義
される谷抵抗、障壁容量ともに小さい程短い。また、分
子分散型負性抵抗素子TDに並列に負荷抵抗RLを接続する
と、出力パルス電圧はRLの低下に伴って減少するように
なる。
クタンス値によって定まり、当該インダクタンス値を大
きくするとパルス幅が広くなる。パルス電圧の立ち上が
り時間はP1からP2にスイッチする時間に対応して、ピー
ク電流と谷電流の差、すなわちPV比が大きく、障壁容量
が小さい程短い。一方、立ち下がり時間はP3からP4にス
イッチする時間に対応して、谷電圧と谷電流の比で定義
される谷抵抗、障壁容量ともに小さい程短い。また、分
子分散型負性抵抗素子TDに並列に負荷抵抗RLを接続する
と、出力パルス電圧はRLの低下に伴って減少するように
なる。
パルス発生回路として使用する上記以外に、分子分散
型負性抵抗素子TDに並列に負荷抵抗RLを接続した回路に
ピーク電流より比較的低い定電流を流しながらトリガー
パルス電流を定電流に重畳して動作させるフリップ・フ
ロップ回路も考えられる。
型負性抵抗素子TDに並列に負荷抵抗RLを接続した回路に
ピーク電流より比較的低い定電流を流しながらトリガー
パルス電流を定電流に重畳して動作させるフリップ・フ
ロップ回路も考えられる。
以上の実施形態及び実施例においては、陽極２及び陰
極４は、図１に示すように、それぞれ帯形状で形成され
て、互いに直角に交差するように形成されているが、本
発明はこれに限らず、陽極２及び陰極４を全面に形成し
てもよいし、格子形状で形成してもよい。
極４は、図１に示すように、それぞれ帯形状で形成され
て、互いに直角に交差するように形成されているが、本
発明はこれに限らず、陽極２及び陰極４を全面に形成し
てもよいし、格子形状で形成してもよい。
産業上の利用可能性 以上詳述したように、本発明に係る分子分散型負性抵
抗素子によれば、ホール輸送性又は電子輸送性の低分子
有機化合物の各分子間を電気絶縁性の有機高分子にて隔
てた分子分散層を、２つの電極で挟設することにより形
成してなり、負性抵抗を有する。
抗素子によれば、ホール輸送性又は電子輸送性の低分子
有機化合物の各分子間を電気絶縁性の有機高分子にて隔
てた分子分散層を、２つの電極で挟設することにより形
成してなり、負性抵抗を有する。
従って、電子性のキャリア輸送性を有する低分子有機
化合物を分散した電気絶縁性の有機高分子とそれを挟設
する仕事関数の大きい陽極金属ならびに仕事関数の小さ
な陰極金属、又は仕事関数の大きな陰極金属で構成され
ている。電気絶縁性の有機高分子と低分子有機化合物
は、それぞれポテンシャル障壁、キャリア輸送分子とし
て機能する。整流性は、電極と低分子有機化合物との界
面でのトンネル注入障壁を制御して、ホール、電子のい
ずれか一方のキャリアのみを注入させることにより得ら
れ、負性抵抗は電極界面でのトンネル注入過程、及び、
トンネル注入されたホール又は電子をバルク中をトンネ
ル伝導させる過程において低分子有機化合物のキャリア
トラップによる分極現象と外部電界により変動するLUMO
レベル、HOMOレベル、電極金属のフェルミレベル、それ
ぞれの位置関係により実現される。本発明の分子分散型
負性抵抗素子は室温下で優れた負性抵抗特性、スイッチ
ング特性、整流特性を示すため、これを用いてスイッチ
ング素子や論理素子を構成できる。
化合物を分散した電気絶縁性の有機高分子とそれを挟設
する仕事関数の大きい陽極金属ならびに仕事関数の小さ
な陰極金属、又は仕事関数の大きな陰極金属で構成され
ている。電気絶縁性の有機高分子と低分子有機化合物
は、それぞれポテンシャル障壁、キャリア輸送分子とし
て機能する。整流性は、電極と低分子有機化合物との界
面でのトンネル注入障壁を制御して、ホール、電子のい
ずれか一方のキャリアのみを注入させることにより得ら
れ、負性抵抗は電極界面でのトンネル注入過程、及び、
トンネル注入されたホール又は電子をバルク中をトンネ
ル伝導させる過程において低分子有機化合物のキャリア
トラップによる分極現象と外部電界により変動するLUMO
レベル、HOMOレベル、電極金属のフェルミレベル、それ
ぞれの位置関係により実現される。本発明の分子分散型
負性抵抗素子は室温下で優れた負性抵抗特性、スイッチ
ング特性、整流特性を示すため、これを用いてスイッチ
ング素子や論理素子を構成できる。
本発明に係る分子分散型負性抵抗素子の場合、電気絶
縁性の有機高分子と低分子有機化合物の界面に表面準位
がほとんど形成されないため、それによる劣化はほとん
ど生じない。材料選択の自由度は、使用できる有機材料
の種類が多いため、極めて大きい。また、本発明の分子
素子は、有機高分子の使用により機械的強度のみならず
熱的安定性に優れている。さらに、電気絶縁性の有機高
分子中へのTPDなどの低分子有機化合物の分子分散は、
それら低分子の凝集化を抑制することにより、キャリア
輸送性分子間の相互作用を小さくして素子の劣化を防止
する効果がある。
縁性の有機高分子と低分子有機化合物の界面に表面準位
がほとんど形成されないため、それによる劣化はほとん
ど生じない。材料選択の自由度は、使用できる有機材料
の種類が多いため、極めて大きい。また、本発明の分子
素子は、有機高分子の使用により機械的強度のみならず
熱的安定性に優れている。さらに、電気絶縁性の有機高
分子中へのTPDなどの低分子有機化合物の分子分散は、
それら低分子の凝集化を抑制することにより、キャリア
輸送性分子間の相互作用を小さくして素子の劣化を防止
する効果がある。
電気絶縁性の有機高分子と低分子有機化合物の界面は
水分による影響を受けるため、素子全体を樹脂等で保護
コートすれば、それによる劣化を防止できる。本発明に
係る分子分散型負性抵抗素子は発振器、スイッチング素
子、論理素子など幅広く応用できる。さらに、当該素子
は構成が極めて簡単で大気中で薄膜形成できるため、加
工性に優れている。ただし、製膜過程で湿度とダストの
管理には十分に注意を払う必要がある。また、高価な超
高真空装置を使用しないので、低い製造コストで工業的
量産が可能であるという特有の効果がある。
水分による影響を受けるため、素子全体を樹脂等で保護
コートすれば、それによる劣化を防止できる。本発明に
係る分子分散型負性抵抗素子は発振器、スイッチング素
子、論理素子など幅広く応用できる。さらに、当該素子
は構成が極めて簡単で大気中で薄膜形成できるため、加
工性に優れている。ただし、製膜過程で湿度とダストの
管理には十分に注意を払う必要がある。また、高価な超
高真空装置を使用しないので、低い製造コストで工業的
量産が可能であるという特有の効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/88 H01L 51/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (5)
- 【請求項１】電子輸送性の低分子有機化合物の各分子間
を電気絶縁性の有機高分子で隔てた分子分散層（２）
を、２つの電極（2,4）で挟設することにより形成して
なり、負性抵抗を有することを特徴とする分子分散型負
性抵抗素子。 - 【請求項２】上記分子分散層（２）は、低分子有機化合
物を電気絶縁性の有機高分子中に分散することにより、
有機高分子と低分子有機化合物の分子との接合が交互に
繰り返される多重障壁型の分子分散構造を有することを
特徴とする請求項１記載の分子分散型負性抵抗素子。 - 【請求項３】上記低分子有機化合物は、トリフェニルジ
アミン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯体で
あり、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール又は
ポリスチレンであることを特徴とする請求項１又は２記
載の分子分散型負性抵抗素子。 - 【請求項４】基板（１）上に第１の電極（２）を形成す
ることと、 電気絶縁性の有機高分子中に電子性キャリアを輸送する
低分子有機化合物を分散することにより、有機高分子と
低分子有機化合物の分子との接合が交互に繰り返される
多重障壁型の分子分散構造を有する負性抵抗材料を形成
することと、 上記形成された負性抵抗材料を、ディップ・コーティン
グ法又はスピン・コーティング法により上記第１の電極
（２）上に形成することにより、分子分散層（３）を形
成することと、 上記分子分散層（３）上に第２の電極（４）を形成する
ことを含むことを特徴とする分子分散型負性抵抗素子の
製造方法。 - 【請求項５】上記低分子有機化合物は、トリフェニルジ
アミン誘導体又はアルミニウム８−キノリノール錯体で
あり、上記有機高分子は、ポリビニルカルバゾール又は
ポリスチレンであることを特徴とする請求項４記載の分
子分散型負性抵抗素子の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12698096 | 1996-05-22 | ||
| JP8-126980 | 1996-05-22 | ||
| PCT/JP1997/001615 WO1997044829A1 (en) | 1996-05-22 | 1997-05-14 | Molecule dispersion type negative resistance element and method for manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO1997044829A1 JPWO1997044829A1 (ja) | 1998-10-06 |
| JP3142005B2 true JP3142005B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=14948674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09541990A Expired - Fee Related JP3142005B2 (ja) | 1996-05-22 | 1997-05-14 | 分子分散型負性抵抗素子とその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0844672B1 (ja) |
| JP (1) | JP3142005B2 (ja) |
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| JP2007529906A (ja) * | 2004-03-15 | 2007-10-25 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 有機双安定電気デバイス及び有機ｌｅｄディスプレーのための駆動器並びにそれらのための駆動方法 |
| KR101030008B1 (ko) * | 2004-12-31 | 2011-04-20 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 유기 전계 발광 소자 |
| JP2008124360A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Sony Corp | 機能性分子素子及びその製造方法、並びに機能性分子装置 |
| JP2009032897A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Sony Corp | 機能性分子素子の製造方法及び機能性分子装置の製造方法、並びに集積素子の製造方法 |
| US9704780B2 (en) * | 2012-12-11 | 2017-07-11 | STATS ChipPAC, Pte. Ltd. | Semiconductor device and method of forming low profile fan-out package with vertical interconnection units |
| US12232342B2 (en) * | 2020-12-29 | 2025-02-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Organic semiconductor device, organic el device, photodiode sensor, display device, light-emitting apparatus, electronic device, and lighting device |
Family Cites Families (13)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0770708B2 (ja) * | 1986-03-25 | 1995-07-31 | 株式会社東芝 | 電界効果トランジスタ |
| US4939556A (en) * | 1986-07-10 | 1990-07-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Conductor device |
| DE3751376T2 (de) * | 1986-10-13 | 1995-11-16 | Canon Kk | Schaltungselement. |
| US5185208A (en) * | 1987-03-06 | 1993-02-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Functional devices comprising a charge transfer complex layer |
| EP0390551B1 (en) * | 1989-03-31 | 1996-07-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Organic electroluminescent device |
| FR2666092B1 (fr) * | 1990-08-23 | 1993-12-03 | Commissariat A Energie Atomique | Membranes organiques bidimensionnelles et leurs procedes de preparation. |
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| JPH05259533A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-08 | Ion Kogaku Kenkyusho:Kk | 共鳴トンネル効果特性を有する電子素子 |
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-
1997
- 1997-05-14 JP JP09541990A patent/JP3142005B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1997-05-14 EP EP97922040A patent/EP0844672B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-14 DE DE69728113T patent/DE69728113T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-14 US US09/000,082 patent/US6043510A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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| EP0844672A1 (en) | 1998-05-27 |
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| DE69728113T2 (de) | 2005-02-10 |
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