JPH0383291A - スイッチング・メモリ複合機能素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、特に光信号によるスイッチングおよびメモ
リが可能な素子、例えば、メモリ素子、スイッチング素
子、視覚擬似素子、電子写真感光体等を始めとして広く
情報産業分野において用い得るスイッチング・メモリ複
合機能素子に関するものである。

従来の技術 光信号によるスイッチング機能を有する素子としては、
フォトトランジスタが良く知られているが、メモリ機能
は有していない。

また、最近では、絶縁性有機薄膜層で導電層（または半
導体層）をサンドイッチし、一対の電極間に設けた構成
の光スイツチング素子が提案されている（特開昭８３−
１６０３８５号公報）。しかし、この素子も、メモリ機
能を有しておらず、しかも、構造が複雑であり、製造コ
ストが高く、製造自体も困難であり、実用性に乏しい。

一方、従来、電子写真用感光体として、ポリビニルカル
バゾール／トリニトロフルオレノン、フタロシアニンな
どの有機系感光体が知られている。

これらの感光体は、光照射（画像投影）している間だけ
光の当たっている領域が低抵抗状態になることを利用し
たものである。ただ、光照射を止めれば、低抵抗状態が
解除されるので、潜像がメモリされる訳ではない、ｍ像
がメモリできれば、１回の複写を行う毎に画像投影セす
る必要がなく、１回の画像投影で何度も繰り返し複写す
ることが可能になる。最近、上記の電子写真感光体にお
いて、Ｃｕ　／　Ｔ　ＣＮ　Ｑのもつメモリ機能を組み
合わせ潜像をメモリするようにし、１回の画像投影で複
数回の複写が行えるようにする方法が提案されている（
電子写真学会誌第２４巻第８６頁　１９８６年）。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、この提案されている電子写真感光体は、
構成が複雑で製造が難しく、また、コストも高いことか
ら実用性に乏しい。

この発明は、上記の事情に鑑み、光信号によるスイッチ
ングおよびメモリの両機能を有するとともに、単純な材
料構成であり、かつ、単純な構造であって、しかも、製
造自体が容易で製造コストも低いスイッチング・メモリ
複合機能素子を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するため、請求項１記載のスイッチング
・メモリ複合素子は、スイッチング機能とメモ１１機能
を有する薄膜が対向する一対の電極により挾まれてなり
、前記スイッチング機能は、前記電極に閾値電圧以上の
電圧が印加されると、前記薄膜が高抵抗状態から低抵抗
状態へと変化することで発揮され、前記閾値電圧は、光
照射状態では非光照射状態より低くなるようになってい
るとともに、前記メモリ機能は、前記薄膜が低抵抗状態
を少なくとも一定期間持続することで発揮され、前記低
抵抗状態を逆電圧印加により高抵抗状態に復帰すること
で解除されろようになっている。

このような特性をもつ薄膜としては、例えば有機物薄膜
、具体的には、請求項２の発明の如く、鉛フタロシアニ
ンからなる薄膜であって、特に単斜晶系を多く含む結晶
構造を有するとともに、Ｃ軸が電極表面に平行な向きに
配向しているものが適している。

上記の有機物薄膜は、基本的に光導電性をもつとともに
結晶軸が特定の方向に揃って（配向し）いて、電気電導
に異方性をもっている。薄膜は電極（この電極が基材を
兼ねることもある）表面上に形成されるが、高導電結晶
軸を主として電極表面に平行となる向きに配向するよう
にするのである。もちろん、電圧（電界）は高導電結晶
軸と垂直の方向に印加することになる。

作用 この発明において、機構は十分に詳かではないが、光信
号によるスイッチングおよびスイッチ状態のメモリがで
き、しかもメモリ状態の解除も可能である。

実施例 以下に本発明の実施例を鉛フタロシアニン薄膜の場合を
例にとって、スイッチング機能およびメモリ機能に関し
詳しく説明する。

光照射しない状態（暗状態）では、第１図に実線で示す
ように、印加電圧Ｖく閾値電圧ｖｔｈである場合、薄膜
は高抵抗Ｒ，１状態を維持するが、印加電圧≧閾値電圧
ｖｔｈとなった場合、薄膜は高抵抗Ｒ，状態から低抵抗
Ｒ３状態に変化する。つまりスイッチング機能が発揮さ
れるのである。−且、低抵抗Ｒ１３状態に変化すると、
この状態が少なくとも一定期間持続する。つまりメモリ
機能が発揮されるのである。しかし、第１図にみるよう
に、逆電圧を印加すれば、低抵抗Ｒ３状態を元の高抵抗
凡ｌ状態に強制的に復帰させられる。メモリ状態が解除
されるのである。

光照射状態では、薄膜が高抵抗状態から低抵抗状態に変
化する閾値電圧の値が非光照射状態の場合に比べて低い
。第１図に破線で示すように、印加電圧ｖく閾値電圧Ｖ
　ｔｈ’である場合、薄膜は高抵抗Ｒ２状態にある。た
だ、この高抵抗凡２状態は先の高抵抗Ｒ，状態に比べ抵
抗値は低くなっている。これは、光照射に伴いキャリア
発生があるからである。そして、光照射状態において、
印加電圧Ｖ≧閾値電圧Ｖ　１．ｈ’となると、薄膜（の
光の当たっている領域）は高抵抗Ｒ２状態から低抵抗孔
４状態に変化する。−旦、低抵抗Ｒ４状態に変化すると
、この状態が一定期間持続する。しかし、第１図にみる
ように、逆電圧印加により、低抵抗Ｒ４状態を高抵抗状
態に強制的に復帰させることができる。勿論、ここで、
閾値電圧Ｖ　ｉｈ’は閾値電圧Ｖｔｈよりも低い電圧で
ある。

上のことから分かるように、この発明のスイッチング・
メモリ素子では、一対の電極にｖ　ｔｈ’以上〜ｖｔｈ
未満の電圧を印加し光信号を与えれば、高抵抗状態から
低抵抗状態への変化が起こると同時にこの変化が持続す
るという機能、すなわち、光スイツチ機能およびメモリ
機能が発揮される。

なお、低抵抗Ｒ４状態における抵抗値は、低抵抗Ｒ３状
態のそれに比べれば同じか低くなる。

このような特性の薄膜は、例えば、低次元導電異方性を
有する金属錯体、電荷移動錯体等でもって形成された薄
膜のうちに見られるが、勿論、これに限らないことはい
うまでもない。より具体的には、有機物は、フタロシア
ニンの金属錯体やポルフィリンの金属錯体等のような高
分子化合物の金属錯体、各種ドナーとアクセプターの組
み合わせ等で形成されるが、これに限らない。

薄膜厚みは、０．０１〜１０μｍ程度、好ましくは０．
１〜６μｍ程度の範囲であるが、これに限らない。

この発明における有機物薄膜は、真空蒸着法、スパッタ
リング等の通常の薄膜形状により作ることができるが、
低次元（好ましくは一次元）導電方向が電極方面に対し
平行の方向となるように結晶が配向するよう膜形成の制
御を行う。

この発明のスイッチング・メモリ複合機能素子は、例え
ば、第３図にみるように、基板４上に有機物薄膜１の表
面側に上電極２が裏面側に下電極３がくるように配設さ
れている。８．９はリード線である。

基板４は、ガラス、セラミックス、プラスチック、金属
等からなる。勿論、これらに限らない。

電極２．３は、Ａｕ、ｉ　Ａｇ、Ｃ’ｕ、Ｃｒ５Ｐｔｓ
　Ｎｉ。

Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、あるいは、Ｉ’ｒＯの如き透明導電
体、半導体等の単独物、あるいは、複数併用の合金また
は積層構造物からなる。勿論、これらに限らない。また
、電極２．３は同一材料で形成してもよいし、それぞれ
異なる材料で形成してもよい。なお、光信号を薄膜に照
射するために、例えば、電極２．３の少なくとも一方を
透明導電材からなる電圧とするか、あるいは、実効的に
透明となる薄さの電極とする。

この発明において、上記のように高抵抗状態から低抵抗
状態に変化する機構は十分に詳かではないが、例えば、
以下のような機構であると推察している。もちろん、こ
の発明は、この機構説明により何ら制限を受けるもので
はない。

第２図（ａ）にみるように、低次元導電有機物薄膜１は
、基板４表面に平行に高導電カラム７を有しており、例
えば、ＡがアクセプターでＢがドナーであれば、これら
は交互積層形の電荷移動錯体であるが、Ａが金属錯体で
Ｂが軸配位子であったり、Ａ、Ｂ共に金属錯体であった
りしてもよい。もちろん、カラム７と垂直の方向は十分
に電気絶縁（高抵抗）状態にある。なお、薄Ｍ１の両面
には電極（図示省略）が形成されている。

しかしながら、カラム７に欠陥が存在したり、あるいは
、カラム７間に相互作用が存在し得る場合には、カラム
７と垂直の方向に電圧が印加されれば、電界の存在領域
Ｅには、第２図（ｂ）にみるように、カラム７の相互作
用が誘起され、この領域の抵抗値が低くなる。相互作用
は、電界による電荷移動に伴って新たな電荷移動錯体が
形成される場合、あるいは、電界による分子回転でカラ
ム間に低次元カラムが新たに形成される場合等に基づく
ものと推察される。

これらの状態は一定の緩和時間（例えば、数時間〜１日
、あるいはそれ以上）の間は保たれ、低抵抗状態がメモ
リされることとなる。緩和時間が過ぎるか、逆電界（逆
電圧）をかければ元の高抵抗状態に戻る。

また、光照射を行う場合、光により生じたキャリアの存
在により、絶縁方向の抵抗値が低くなり、これに伴い、
閾値電圧の低下がもたらされるのであろつと推察される
。

以下、更に詳しく説明する。

〈実施例１〉 洗浄処理したガラス基板を用い、これに、幅１間のスト
ライブ状下電極を形成した。この下電極は、２層積層構
成であって、下層が真空蒸着法により形成された厚み３
００大のＯｒ層、上層が蒸着法により形成された厚み約
ｅｏｏＸのＡ、ｕ層である。

そして、この下電極上に厚み約５０００’ｈの鉛フタロ
シアニン薄膜を積層形成した。この薄膜形成は、ガラス
基板を略常温状態にし、１０　　Ｔｏｒｒの真空雰囲気
下、１’ｈ７ＳＥｃの蒸着速度で行った。っいで、鉛フ
タロシアニン薄膜の上に幅１　ｍｍのストライブ状上電
極を下電極に交差するようにして形成１〜だ。この上電
極は蒸着法により形成された厚み約６００大のＡｕ層の
単層構成である。

このようにして完成したスイッチング・メモリ複合機能
素子の鉛フタロシアニン薄膜をＸ線回折分析したところ
、Ｃ軸が電極表面と平行の向きに配向していることが確
認された。

続いて、このスイッチング・メモリ複合機能素子の上下
電極に電圧を印加して動作を調べたところ以下の通った
なった。

スイッチング機能に関しては、非光照射状態（暗状態）
では高抵抗状態におけろ比抵抗が約１０９Ω−α、閾値
電圧が約２０Ｖ、低抵抗状態におｔ：ｌる比抵抗が約１
０Ω−硼となり、光照射下では第１図６に示すように閾
値電圧約１０Ｖで低抵抗状態（ＯＮ状態）になった。こ
の低抵抗状態継続時間は２４時間以上あり、逆バイアス
をかけると元のＯＦＦ　（高抵抗）状態に復帰した。

〈実施例２〉 続いて、他の実施例について説明する。

実施例１と同様、洗浄処理したガラス基板を用い、これ
に、幅１１１１０ストライプ状下電極を形成した。この
下電極は２層積層構戊であって、下層が真空蒸着法によ
り形成された厚み３００大の０「層、上層が蒸着法によ
り形成された厚み約６ｏｏＸのＡ　ｕ層である。

そして、この下電極付ガラス基板を、直径１０（１ｍの
）ｌ型ガラス管上部に設置するとともに、Ｈ型ガラス管
の底部にそれぞれｐ−クロラニル粉末、テトラチオフル
バレン粉末を入れ、ロータリーポンプで減圧雰囲気とす
るとともに、窒素ガスを導入した状態で５０〜１００℃
に加熱した。目視で基板表面を観察しつつ、窒素ガスお
よび加熱温度の調整を行い、電極表面に厚み１μｍの薄
膜を形成した。この後、真空ペルジャー中に基板を置い
て、実施例１と同様、上電極を形成した。

このスイッチング・メモリ複合機能素子の上下電極に実
施例１と同様に直流電圧を印加して動作を調べたところ
、非光照射状態（暗状態）においては、高抵抗状態にお
ける比抵抗が約１ｏ　Ω−１、閾値電圧が約６６ｖ、低
抵抗状態におけろ比抵抗が約１０Ω−備を示し、た。ま
た光照射状態では高抵抗状態における比抵抗が約１０Ω
−α、閾値電圧が約６０Ｖでスイッチ１〜た。この場合
も低抵抗状態継続時間は２４時間以上であり、逆バイア
スをかけることにより元の高抵抗の状態に復帰した。

く参考例〉 続いて、参考例について説明する。この発明のスイッチ
ング・メモリ複合機能素子では、一対の電極が薄膜を挾
むかたちとなっている。この参考例は、電極が薄膜を両
側から挾むかたちでなく、薄膜の同じ一側に並んだ状態
となっている。

実施例１と同様の洗浄処理済ガラス基板を用い、表面に
幅１關の櫛歯状に入り組むストライブ状電極２本を間隔
０．０２ｍｍをあけて形成した。この電極は実施例１と
同様、Ｃ「下層とＡ、ｕ上層からなる。ついで、実施例
１と同様にして鉛フタロシアニン薄膜を積層形成した。

この鉛フタロシアニン薄膜も、実施例１と同様、電極表
面と平行の向きにＣ軸が配向していた。

しかしながら、このスイッチング・メモリ複合機能素子
は、１００Ｖの電圧を印加しても低抵抗状態へ変化しな
かった。１００ｖの電圧を印加した状態で光照射したが
、やはり１桁程度導電性が高く九り、光照射を止めると
直ちにもとの抵抗値に戻った。単なる光導電性を示すた
けであり、スイッチング機能もメモリ機能も有していな
いのであるＯ 発明の効果 この発明のスイッチング・メモリ複合機能素子は、光信
号によるスイッチングおよびスイッチ状態のメモリがで
き、しかも、メモリ状態の解除も可能であり、優れた高
機能素子である。しかも、例えば、鉛フタロシアニン薄
膜を一対の電極で挾んでなるという単純な材料構成と単
純な構造で事足るとともに、通常の薄膜形成技術で容易
かつ低コストで製造することができるため、極めて実用
性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のスイッチング・メモリ複合機能素
子における印加電圧−電流特性をあられすグラフ、第２
図（ａ）、（ｂ）は、このスイッチング・メモリ複合機
能素子の薄膜における導電機構を説明するための模式的
断面図、第３図は、この発明のスイッチング・メモリ複
合機能素子の一実施例をあられす断面図である。 １・・・有機物薄膜、２・・・上電極、３・・・下電極
、４・・・基材、 １１ Ｒ２・・・高抵抗、 Ｒ３、 Ｒ４・・・低抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチング機能とメモリ機能を有する薄膜が対
   向する一対の電極により挾まれてなり、前記スイッチン
   グ機能は、前記電極に閾値電圧以上の電圧が印加される
   と、前記薄膜が高抵抗状態から低抵抗状態へと変化する
   ことで発揮され、前記閾値電圧は、光照射状態では非光
   照射状態より低くなるようになつているとともに、前記
   メモリ機能は、前記薄膜が低抵抗状態を少なくとも一定
   期間持続することで発揮され、前記低抵抗状態を逆電圧
   印加により高抵抗状態に復帰することで解除されるスイ
   ッチング・メモリ複合機能素子。（２）薄膜が鉛フタロ
   シアニン薄膜である請求項１記載のスイッチング・メモ
   リ複合機能素子。