TW201811718A - 電子切換元件 - Google Patents

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安卓雅斯 羅爾
馬克 托橈
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Abstract

本發明揭示電子切換元件(1)，其按以下順序包含 第一電極(20)， 接合至基板之分子層(18)，及 第二電極(16)， 其中該分子層基本上由技術方案1中所指示之式I化合物組成，其中液晶原基團係經由間隔基團(Sp)藉助錨定基團(G)接合至該基板，該電子切換元件(1)適於產生作為憶阻裝置用於數位資訊儲存之組件(10)。

Description

電子切換元件
本發明係關於含有具有負性介電各向異性之液晶原化合物之分子層之電子切換元件，且關於基於此切換元件之電子組件。本發明之其他態樣係關於用於分子層中之化合物，關於分子層之用途，且關於產生及操作電子切換元件及基於其之組件之製程。
在電腦技術中，需要容許對其中所儲存之資訊進行快速寫入及讀取存取之儲存媒體。固態記憶體或半導體記憶體容許達成尤其快速且可靠的儲存媒體，此乃因絕對不需要移動部件。目前，主要使用動態隨機存取記憶體(DRAM)。DRAM容許快速存取所儲存資訊，但此資訊必需定期地刷新，意味著所儲存資訊在電源切斷時會丟失。 先前技術亦揭示非易失性半導體記憶體，例如快閃記憶體或磁電阻隨機存取記憶體(MRAM)，其中資訊即使在切斷電源之後亦可保留。快閃記憶體之缺點為寫入存取之發生相對較慢且快閃記憶體之記憶單元無法無限地擦除。快閃記憶體之壽命通常限於100萬次讀取/寫入週期之最大值。MRAM可以與DRAM類似之方式使用且具有長壽命，但此類型之記憶體由於產生製程較難而一直無法確立自身地位。 另一替代係基於憶阻器起作用之記憶體。術語憶阻器係詞語「記憶體」及「電阻器」之縮寫且表示能在高電阻與低電阻之間可重現性地改變其電阻之組件。各別狀態(高電阻或低電阻)即使在無供應電壓之情況下亦可保留，意味著非易失性記憶體可利用憶阻器來達成。 電可切換組件之重要替代應用出現在神經形態或突觸計算之領域。在其中所追求之電腦架構中，資訊不再意欲以古典方式依序處理。而是，旨在以高度三維互連之方式建立電路，以便能達成類似於大腦之資訊處理。在此類型之人工神經元網絡中，神經細胞(突觸)之間之生物連接則由憶阻切換元件代表。在某些情形下，其他中間狀態(在數位狀態「1」與「0」之間)在此處亦可能尤其有益。 例如，WO 2012/127542 A1及US 2014/008601 A1揭示有機分子記憶體，其具有兩個電極及佈置在該兩個電極之間之作用區。作用區具有導電芳香族炔烴之分子層，該分子層之導電率在電場之影響下可能有所改變。在US 2005/0099209 A1中提出基於氧化還原活性聯吡啶鎓化合物之類似組件。 基於導電率或電阻變化之已知記憶體之缺點在於，藉由電流經過單層分子之流動所形成之自由基中間體原則上易受降解製程之影響，此對組件之壽命具有不良效應。 因此目標係尋找適用於憶阻裝置且具體而言在以下性質中之一或多者方面帶來改良之新穎電子組件： ● 在電場或電流之輔助下，在電阻方面十分不同之兩個狀態(「0」，「1」)之可選擇性及可讀性； ● 切換電壓應在幾百mV至幾V之範圍內； ● 讀取電壓應顯著低於寫入電壓(典型比率1:10 [V])； ● 在狀態「1」中讀取電流應為至少100 nA； ● 高電阻狀態(HRS) (對應於「0」)與低電阻狀態(LRS) (對應於「1」)之間之電阻比率：RHRS : RLRS 應為10或更大，該電阻比率尤佳應為1000或更大； ● 寫入及讀取操作之存取時間應為100 ns或更短； ● 在室溫下在所選狀態下具有長期穩定性而無需對其進行定期刷新，且因此維持連續電源應大於10年，即便在連續讀取之情形下； ● 操作及儲存之寬廣溫度範圍同時維持所儲存資訊係合意的； ● 切換操作之高度可逆性而無「疲勞現象」 (＞ 1.0 . 106 切換週期)係合意的(「耐久性」)； ● 應存在由高積體密度降至分子級尺度(＜ 10 nm)之潛能； ● 與矽電子器件(CMOS)之標準方法、製程、切換參數及設計規則之相容性應係可能的； ● 簡單且因此廉價的裝置架構應係可能的。 現已發現若相應組件之切換元件含有包含具有負性介電各向異性之液晶原化合物之分子層，則該等目標可至少在部分區域達成，該等化合物係藉由切換元件之表面與液晶原化合物之末端雙鍵反應來固定，或該等化合物係藉由該表面與液晶原化合物之末端極性錨定基團之相互作用來固定。 具有負性介電各向異性之液晶原化合物(包括在側鏈中含有末端雙鍵之彼等)已為熟習此項技術者習知。因此，例如DE 199 27 627 B4揭示以下化合物：其中R尤其表示烷基。 自DE 10 2008 006875 A1已知相關化合物：其中R尤其表示烷基。 DE 10157674 A1揭示以下化合物：。 另一類別具有負性介電各向異性之液晶係藉由(例如)下文所顯示結構之二氟二苯并呋喃形成，其係揭示於DE 10 2015 002298 A1中，在其中同樣闡述了具有末端C-C雙鍵之化合物：原則上自先前技術同樣已知含有末端極性錨定基團之液晶原化合物。JP 2007 177051 A闡述具有正性介電各向異性之液晶原化合物，其係針對氧化鐵奈米粒子之衍生提出；與粒子之接合在此處係藉助位於側鏈末端之磷酸根基、膦酸根基或羧酸根基進行。WO 2013/004372 A1及WO 2014/169988 A1揭示攜載末端羥基且用於液晶顯示器用基板之衍生之液晶原化合物，目的係液晶之垂直配向。含有極性錨定基團之介電中性及正性液晶原化合物之相應用途揭示於JP2005/002164 A中。 Angew. Chem. Int. Ed. 51 (2012), 4658 (H.J. Yoon等人)及J. Am. Chem. Soc. 136 (2014) 16 - 19 (H.J. Yoon等人)闡述其中在含有極性末端基團之烷基化合物之單層上量測電子勢能之佈置。該等層用於憶阻電子組件之切換元件中之適合性無法從中獲得；其中既未提及液晶原化合物或具有負性介電各向異性之化合物，亦未表明其適合性。
因此，本發明係關於電子切換元件，其按以下順序包含： 第一電極， 接合至基板之分子層，及 第二電極， 其中分子層基本上由一或多種式I之化合物組成： R1 -(A1 -Z1 )r -B1 -(Z2 -A2 )s -Sp-G (I) 其中 R1 表示H、具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，另外其中該等基團中之一或多個CH2 基團可各自彼此獨立地以O原子並不直接彼此連接之方式經-CºC-、-CH=CH-、、-O-、-S-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CO-O-、-O-CO-、-SiR0 R00 -、-NH-、-NR0 -或-SO2 -替代，且另外其中一或多個H原子可經鹵素、CN、SCN或SF5 替代， R0 、R00 相同或不同地表示具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，另外其中一或多個H原子可經鹵素替代， A1 、A2 在每次出現時相同或不同地表示具有4至25個環原子之芳香族、雜芳香族、脂環族或雜脂肪族環，其亦可含有稠環且其可經Y單取代或多取代， Y 在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、CN、SCN、SF5 或具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈且在每一情形下視情況經氟化之烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，較佳地F或Cl， L1 至L5 彼此獨立地表示F、Cl、Br、I、CN、SF5 、CF3 或OCF3 ，較佳地Cl或F，其中L3 另一選擇為亦可表示H， Z1 、Z2 在每次出現時相同或不同地表示單鍵、-CF2 O-、-OCF2 -、-CF2 S-、-SCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-C(O)O-、-OC(O)-、-C(O)S-、-SC(O)-、-CH2 -、-(CH2 )2 -、-(CH2 )3 -、-(CH2 )4 -、-CF2 -、-CF2 -CF2 -、-CF2 -CH2 -、-CH2 -CF2 -、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-(CH2 )3 O-、-O(CH2 )3 -、-CºC-、-O-、-S-、-C=N-、-N=C-、-N=N-、-N=N(O)-、-N(O)=N-或-N=C-C=N-， Sp 表示間隔基團或單鍵， G 表示-CH=CH2 、-OH、-SH、-SO2 OH、-OP(O)(OH)2 、-PO(OH)2 、-C(OH)(PO(OH)2 )2 、-COOH、-Si(ORx )3 或-SiCl3 ， Rx 表示具有1至6個C原子之直鏈或具支鏈烷基，且 r及s， 彼此獨立地表示0、1、2或3， 其中 r + s ≤ 4。 切換元件經設置具體而言以在具有高電阻之狀態與具有低電阻之狀態之間變化，其中高電阻與低電阻之間之商數較佳地在10與100,000之間。電阻係藉由將讀取電壓施加至切換元件並量測流經切換元件之電流來量測。該等狀態之間之變化係藉由施加切換電壓而發生。讀取電壓之值低於切換電壓之值，其中讀取電壓之值較佳地為所用最小切換電壓值之十分之一之最大值。尤佳係讀取電壓為10至300 mV。 本發明進一步係關於包含複數個本發明切換元件之電子組件，例如憶阻組件，具體而言已設計為縱橫式陣列者。 本發明進一步係關於產生本發明切換元件之製程，其包含至少以下步驟： i. 產生第一電極(20) ii. 沈積包含一或多種式I化合物之單層(18) iii. 施加第二電極(16)。 單層之沈積係借助於純物質或自溶液實施，較佳地自溶液實施。適宜沈積方法及溶劑已為熟習此項技術者習知；實例係旋塗或浸塗。 在較佳實施例中，在沈積單層之後對基板實施退火。退火係在大於20℃且小於300℃之溫度下、較佳地在大於50℃且小於200℃下、尤佳在大於90℃且小於150℃下實施。退火之持續時間為1 h至48 h，較佳地4 h至24 h，尤佳8 h至16 h。 電極之產生及結構化係藉助熟習此項技術者已知之製程來實施且在下文參考工作實例來更詳細地解釋。 本發明進一步係關於操作本發明電子組件之方法，其特徵在於藉由將相應第一電極設置成第一電位並將相應第二電極設置成第二電位來將電子組件之切換元件切換成高電阻之狀態，其中兩個電極之間之電壓值大於第一切換電壓且第一電位大於第二電位，藉由將相應第一電極設置成第三電位並將相應第二電極設置成第四電位來將電子組件之切換元件切換成低電阻之狀態，其中兩個電極之間之電壓之值大於第二切換電壓且第四電位大於第三電位，且藉由在相應電極之間施加值小於第一及第二切換電壓之讀取電壓並量測電流流動來確定切換元件之狀態。 本發明同樣係關於本發明切換元件在憶阻電子組件中之用途。 本發明進一步係關於式I化合物作為憶阻電子組件之切換元件中之分子層之用途。 本發明進一步係關於如上文所指示之式I化合物，其中 G 表示-OH、-SH、-SO2 OH、-OP(O)(OH)2 、-P(O)(OH)2 、-C(OH)(PO(OH)2 )2 、-COOH、-Si(ORx )3 或-SiCl3 ， 較佳地-OP(O)(OH)2 、-P(O)(OH)2 或-C(OH)(P(O)(OH)2 )2 ， 且其他取代基及參數具有上文在式I下所指示之含義。 具體而言，本發明另外係關於如上文所指示之式I化合物，其中 Sp 表示-O(CF2 )p1 -或-(CF2 )p1 -，且 p1 表示1至12之整數 且其他取代基及參數具有上文所指示之含義。
本發明之切換元件適用於電子組件，具體而言憶阻組件，其展現上文所指示之有利性質。 術語「液晶原基團」為熟習此項技術者習知且係根據C. Tschierske、G. Pelzl、S. Diele、Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368來定義，其係作為由於吸引及排斥相互作用之各向異性而對形成液晶中間相之低分子量或聚合物質作出顯著貢獻之分子或巨分子之一部分。大多數液晶原基團由剛性棒型或盤型單元組成。 液晶原化合物(簡稱「液晶原」)之特徵在於其含有一或多個液晶原基團。此處液晶原化合物本身不一定必須具有液晶相。 單軸液晶原化合物之介電各向異性Δε定義為相對於分子縱軸平行之介電常數(ε‖ )與垂直之介電常數(ε⊥ )之間之差異。在介電負性化合物之情形下，由此可見Δε = (ε‖ - ε⊥ ) ＜0。 本發明意義上之錨定基團係藉以藉由物理吸附、化學吸附或藉由化學反應將液晶原化合物吸附至基板表面上或接合至該基板表面之官能基。 本發明意義上之間隔基團係在液晶原基團與錨定基團之間之撓性鏈，其由於其撓性引起該等子結構之間之分離，同時改良了在接合至基板之後液晶原基團之遷移率。 若R1 代表烷基，則此為直鏈或具支鏈且具有1至15個C原子。R1 較佳為直鏈，且除非另有指示，否則具有1個、2個、3個、4個、5個、6個或7個C原子且因此較佳為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基或庚基。 若R1 代表烷氧基，則此為直鏈或具支鏈且含有1至15個C原子。R1 較佳為直鏈，且除非另有指示，否則具有1個、2個、3個、4個、5個、6個或7個C原子且因此較佳為甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基。 式I中之R1 另外可為具有2至15個C原子之烯基，其為直鏈或具支鏈且含有至少一個C-C雙鍵。其較佳係直鏈且具有2至7個C原子。因此，其較佳為乙烯基、丙-1-或-2-烯基、丁-1-、-2-或-3-烯基、戊-1-、-2-、-3-或-4-烯基、己-1-、-2-、-3-、-4-或-5-烯基、庚-1-、-2-、-3-、-4-、-5-或-6-烯基。若C-C雙鍵之兩個C原子經取代，則烯基可呈E及/或Z異構物(反式/順式)之形式。一般而言，各別E異構物較佳。在烯基中，丙-2-烯基、丁-2-及-3-烯基及戊-3-及-4-烯基尤佳。 式I中之R1 亦可為具有2至15個C原子之炔基，其為直鏈或具支鏈且含有至少一個C-C三鍵。1-及2-丙炔基及1-、2-及3-丁炔基較佳。 較佳芳基衍生自(例如)母體結構苯、萘、四氫萘、9,10-二氫菲、茀、茚及二氫茚。 較佳雜芳基為(例如)5員環，例如呋喃、噻吩、硒吩、噁唑、異噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑及1,3,4-噻二唑；6員環，例如吡啶、嗒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪及1,2,3-三嗪；或稠環，例如吲哚、異吲哚、吲嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并***、嘌呤、萘并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、異苯并呋喃、二苯并呋喃、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]噻吩、二噻吩并噻吩、異苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑噻吩、2H-𠳭烯(2H-1-苯并吡喃)、4H-𠳭烯(4H-1-苯并吡喃)及香豆素(2H-𠳭烯-2-酮)或該等基團之組合。 較佳環脂肪族基團為環丁烷、環戊烷、環己烷、環己烯、環庚烷、十氫萘、二環[1.1.1]戊烷、二環[2.2.2]辛烷、螺[3.3]庚烷及八氫-4,7-橋亞甲基二氫茚。 較佳雜脂肪族基團為四氫呋喃、二氧雜環戊烷、四氫硫呋喃、吡喃、二噁烷、二噻烷、矽雜環己烷、六氫吡啶及吡咯啶。 A1 及A2 在每次出現時彼此獨立地且相同或不同地尤佳選自以下基團： a) 1,4--伸苯基，另外其中一或兩個CH基團可經N替代且另外其中一或多個H原子可經Y替代， b)由反式-1,4-伸環己基及1,4-伸環己烯基組成之群，另外其中一或多個非毗鄰CH2 基團可經-O-及/或-S-替代且另外其中一或多個H原子可經Y替代，及 c)由以下組成之群：1,3-二氧雜環戊烷-2,4-二基、四氫呋喃-2,5-二基、環丁烷-1,3-二基、1,4-二環[2.2.2]辛烷二基、六氫吡啶-1,5-二基及噻吩-2,5-二基，另外其中一或多個H原子可經Y替代， 其中Y具有上文在式I下所指示之含義且較佳地表示F、Cl、CN或CF3 。 在式I中，Sp較佳地表示間隔基團。 較佳間隔基團Sp係選自式Sp’-X’，使得基團G-Sp-對應於式G-Sp'-X'-，其中 Sp' 表示具有1至20個、較佳地1至12個C原子之直鏈或具支鏈伸烷基，其視情況經F、Cl、Br、I或CN單取代或多取代且另外其中一或多個非毗鄰CH2 基團可以O及/或S原子彼此不直接連接之方式各自彼此獨立地經以下替代：-O-、-S-、-NH-、-NR0 -、-SiR00 R000 -、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-NR00 -CO-O-、-O-CO-NR00 -、-NR00 -CO-NR00 -、-CH=CH-或-CºC-， X' 表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR00 -、-NR00 -CO-、-NR00 -CO-NR00 -、-OCH2 -、-CH2 O-、-SCH2 -、-CH2 S-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CF2 S-、-SCF2 -、-CF2 CH2 -、-CH2 CF2 -、-CF2 CF2 -、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CR00 -、-CYx =CYx ’ -、-CºC-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵， R00 及R000 各自彼此獨立地表示H或具有1至12個C原子之烷基，且 Yx 及Yx ’ 各自彼此獨立地表示H、F、Cl或CN。 X'較佳為-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR0 -、-NR0 -CO-、-NR0 -CO-NR0 -或單鍵。 典型間隔基團Sp'為(例如) -(CH2 )p1 -、-(CF2 )p1 -、-(CH2 CH2 O)q1 -CH2 CH2 -、-(CF2 CF2 O)q1 -CF2 CF2 -、-CH2 CH2 -S-CH2 CH2 -、-CH2 CH2 -NH-CH2 CH2 -或-(SiR00 R000 -O)p1 -，其中p1係1至12之整數，q1係1至3之整數，且R00 及R000 具有上文所指示之含義。 尤佳基團X'-Sp'-為-(CH2 )p1 -、-O-(CH2 )p1 -、-(CF2 )p1 -、-O(CF2 )p1 -、-OCO-(CH2 )p1 -及-OC(O)O-(CH2 )p1 -，其中p1具有上文所指示之含義。 尤佳基團Sp'在每一情形下為(例如)直鏈伸乙基、伸丙基、伸丁基、伸戊基、伸己基、伸庚基、伸辛基、伸壬基、伸癸基、伸十一烷基、伸十二烷基、伸十八烷基、伸全氟乙基、伸全氟丙基、伸全氟丁基、伸全氟戊基、伸全氟己基、伸全氟庚基、伸全氟辛基、伸全氟壬基、伸全氟癸基、伸全氟十一烷基、伸全氟十二烷基、伸全氟十八烷基、伸乙基氧基伸乙基、亞甲基氧基伸丁基、伸乙基伸硫代乙基、伸乙基-N-甲基亞胺基伸乙基、1-甲基伸烷基、伸乙烯基、伸丙烯基及伸丁烯基。 式I之尤佳子式為下文所顯示之子式Ia至If： 其中R1 、A1 、A2 、B1 、Z1 、Z2 、Sp及G具有上文所指示之含義且較佳地 R1 表示具有1-15個C原子、較佳地具有1-7個C原子之烷基，具體而言CH3 、C2 H5 、n-C3 H7 、n-C4 H9 、n-C5 H11 、n-C6 H13 或n-C7 H15 。 L1 及L2 彼此獨立地表示Cl或F，其中基團L1 及L2 中之至少一者表示F， L3 表示F， Y1 及Y2 ， 彼此獨立地表示H、Cl或F， Z1 , Z2 ， 彼此獨立地表示單鍵、-CF2 O-、-OCF2 -、-CH2 O-、OCH2 -或-CH2 CH2 -， Sp 表示具有1至12個C原子之不具支鏈1,ω-伸烷基， G 表示-CH=CH2 、-OH、-SH、-SO2 OH、-OP(O)(OH)2 、-PO(OH)2 、-COH(PO(OH)2 )2 、-COOH、-Si(OR)3 或-SiCl3 。 在另一較佳實施例中，在式Ia至If之化合物中， Sp 表示具有1至12個C原子之不具支鏈1,ω-伸全氟烷基， 其中R1 、A1 、A2 、B1 、Z1 、Z2 及G具有上文所指示之含義。 式I之極佳子式為子式Ia、Ib及Id。 式Ia至If之較佳化合物之實例係如下文所顯示： 其中R1 及G具有上文所給出之含義且較佳地 R1 表示具有1至7個C原子之烷基，且 G 表示-CH=CH2 、-P(O)(OH)2 或-COH(P(O)(OH)2 )2 ， 且 v 表示1至12、較佳地2至7之整數。 闡述亦涵蓋其中基團-Cv H2v -已經子式Ia-1至Ia-12、Ib-1至Ib-32、Ic-1至Ic-42、Id-1至Id-34、Ie-1至Ie-42及If-1至If-18中之-Cv F2v -替代之式I化合物。 根據本發明用於電子組件中之切換元件包括包含一或多種式I化合物之分子層。 本發明之分子層係電絕緣、非導電及非半導電有機化合物之層。 分子層較佳地包含式I之分子，尤佳地，由式I之分子組成。 層之厚度較佳地為10 nm或更少，尤佳5 nm或更少，極尤佳2 nm或更少。 分子層可由一個、兩個、三個或更多個包含式I化合物之分子層組成。 根據本發明所使用之分子層較佳地為分子單層。 在實施例中，其係自組裝單層(SAM)。 自組裝單層之產生為熟習此項技術者已知；綜述係在(例如) A. Ulman,Chem. Rev. 1996 ,96 , 1533-1554中給出。 在另一實施例中，分子層係藉由化學吸附、具體而言藉由加成反應或縮合反應接合至基板。 在另一實施例中，分子層係藉由物理吸附接合至基板。 基板之覆蓋度較佳地為90%或更大至100%，尤佳95%或更大至100%，極尤佳98%或更大至100%。 在另一實施例中，分子層係經1至10個、較佳地1至5個、尤佳地1至3個有機或無機吸附物之其他層覆蓋。適宜層包含(例如)介電質，例如氧化、氟化或氮化材料，例如TiO2 、Al2 O3 、HfO2 、SiO2 、LiF及Si3 N4 ，或金屬，例如Pt、Pd、Pb、Au、Ag、Cu、Al及Mg及其共熔化合物，例如PdAu 20:80。該等層可藉由定義及高精密度沈積、例如藉由ALD (原子層沈積)製程以幾奈米之厚度建立。 分子層之分子較佳地共價接合至基板。接合係藉由熟習此項技術者熟知之已知方法來實施，例如藉由式I化合物之加成反應或藉由用位於基板之表面上之羥基酯化來實施。 對於加成反應，例如可在用NH4 F水溶液進行相應預處理之後處理適宜基板、較佳地矽表面，以便獲得氫封端之表面。然後可在升高之溫度下在逐出氧之情況下直接用適宜的液體式I化合物或式I化合物於適宜溶劑中之溶液來處理以此方式處理之表面。 對於縮合反應，可利用(例如)氧電漿來處理適宜基板、較佳地矽表面，以便獲得聚集有羥基之親水性氧化表面。然後可在升高之溫度下使以此方式處理之表面直接與適宜的液體式I化合物或式I化合物於適宜溶劑中之溶液反應。顯而易見，此類型之氧化表面僅用於表面改質，旨在經由縮合反應進行可能的衍生化且不代表真正意義上之絕緣體層(14)。由於約1 nm之低厚度，經過此氧化表面之足夠大的隧道電流係可能的。 在本發明之切換元件中，分子層之分子係接合至基板或位於分子單層與基板之間之夾層。本發明之基板可實施各種功能，此端視切換元件之結構而定。舉例而言，導電基板可用作第一電極。同樣，該基板可為二極體之層。 適宜基板為熟習此項技術者已知。尤其適宜基板係選自： - 元素半導體，例如Si、Ge、C (金剛石、石墨、石墨烯、富勒烯)、α -Sn、B、Se及Te； - 化合物半導體，較佳地 - 第III族至第V族半導體，具體而言GaAs、GaP、InP、InSb、InAs、GaSb、GaN、TaN、TiN、MoN、WN、AlN、InN、Alx Ga1-x As及Inx Ga1-x Ni， - 第II族至第VI族半導體，具體而言ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、Hg(1-x) Cd(x) Te、BeSe、BeTex 及HgS； - 第III族至第VI族半導體，具體而言GaS、GaSe、GaTe、InS、InSex 及InTe， - 第I族至第III族至第VI族半導體，具體而言CuInSe2 、CuInGaSe2 、CuInS2 及CuInGaS2 ， -第IV族至第IV族半導體，具體而言SiC及SiGe， -第IV族至第VI族半導體，具體而言SeTe； - 有機半導體，具體而言聚噻吩、稠四苯、稠五苯、酞青素、PTCDA、MePTCDI、喹吖啶酮、吖啶酮、陰丹士林、黃士酮、芘酮、AlQ3 及混合系統，具體而言PEDOT:PSS及聚乙烯基咔唑/TLNQ複合物； - 金屬，具體而言Ta、Ti、Co、Mo、Pt、Ru、Au、Ag、Cu、Al、W及Mg； - 導電氧化材料，具體而言銦錫氧化物(ITO)、銦鎵氧化物(IGO)、InGa-α-ZnO(IGZO)、鋁摻雜之氧化鋅(AZO)、錫摻雜之氧化鋅(TZO)、氟摻雜之錫氧化物(FTO)及銻錫氧化物。 分子層亦可視情況接合至位於基板上之薄(較佳地0.5 - 5 nm厚)的氧化或氟化夾層，例如TiO2 、Al2 O3 、HfO2 、SiO2 或LiF。 相對電極或第二電極由導電或半導電材料或複數種該等材料之組合(層堆疊)組成。實例係作為基板材料提及之材料。較佳者係Hg、In、Ga、InGa、Ag、Au、Cr、Pt、PdAu、Pb、Al、Mg、W、Yb、Zn、CNT (碳奈米管)、石墨烯及導電聚合物(例如PEDOT:PSS)。 在本發明之闡釋性實施例之以下闡述中，相同或類似的組件及元件係藉由相同或類似參考號來表示，其中在個別情形下避免重複闡述該等組件或元件。該等圖僅以圖解方式繪示本發明之標的物。 圖1顯示電子組件之第一實施例之側面剖面圖。 圖1中所繪示之電子組件(10)係佈置於外部基板(12)上，該外部基板可為(例如)在其面向電子組件(10)之其他部件之側上設有絕緣體(14)之晶圓。外部基板(12)由上文所述材料組成且選自(例如)元素半導體，例如矽(Si)、鍺(Ge)、呈金剛石、石墨或石墨烯形式之碳；化合物半導體，具體而言II-VI化合物半導體，例如硒化鎘(CdSe)、硫化鋅(ZnS)；金屬，例如金、銀、銅、鋁、鎂；或導電氧化材料，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鎵氧化物(IGO)、銦鎵氧化鋅(IGZO)、鋁摻雜之氧化鋅(AZO)或氟摻雜之錫氧化物(FTO)。較佳者係使用結晶矽作為基板，其中具有(100)表面之矽晶圓尤佳。表面定向於(100)處之矽晶圓在微電子學中用作習用基板且係以高品質及低比例之表面缺陷獲得。 絕緣體(14)可為(例如)氧化物，其中此可(例如)基於使用矽基板藉助將氧離子離子植入基板中獲得。第一電極(20)在圖1之實施例中係以垂直於繪製平面延伸之導體軌道之形式實施，其係佈置於絕緣體上。在圖1中所繪示之實施例中，第一電極(20)係呈金屬電極之形式。二極體(22)係呈(例如)齊納二極體(Zener diode)之形式且各自包含高度p摻雜之層(26)及高度n摻雜之層(24)，該等二極體係佈置於第一電極(20)上。在自p摻雜之層(26)至n摻雜之層(24)之過渡處形成二極體(22)之p-n接面。 分子層(18)係佈置於二極體(22)之側上，該二極體背離第一電極(20)而在本發明之此實施例中形成本發明之基板。分子層(18)較佳呈分子單層之形式且因此精確地位一層分子厚。 第二電極(16) (相對電極)與第一電極(20)一樣呈導體軌道之形式，其係佈置於背離二極體(22)之分子層18之側上。然而，第二電極(16)相對於第一電極(20)旋轉90°，使得產生十字型佈置。此佈置亦稱為縱橫式陣列，其中在此處選擇90°角度作為實例，且亦可想像出其中第二電極(16)及第一電極(20)以偏離直角某一角度交叉之佈置。切換元件(1)係由按此順序具有第二電極(16)、分子層(18)及第一電極(20)之層系統形成，該切換元件係佈置在第二電極(16)與第一電極(20)之間之每一交叉點處。在圖1中所繪示之實施例中，二極體(22)亦分配至每一切換元件(1)。 縱橫式陣列使得能夠藉由在相應第一電極(20)與第二電極(16)之間施加電壓來對每一切換元件(1)進行電尋址。經由二極體(22)，防止洩漏電流能在此處在毗鄰切換元件(1)上流動。 由於切換元件(1)之雙極性切換特徵，故二極體(22)之兩個極必須具有非線性特徵。為此，二極體(22)係呈(例如)齊納二極體之形式，其中出於此目的，p摻雜之層(26)亦及n摻雜之層(24)二者高度摻雜。 可根據微電子學藉助熟習此項技術者已知之結構化方法來產生電極(16, 20)之結構。舉例而言，可使用微影方法來產生第一電極(20)。其中，藉助蒸氣沈積將金屬層施加至絕緣體(14)。隨後用光阻劑塗覆金屬層，該光阻劑與欲產生之結構一起暴露。在顯影之後且若需要，烘焙抗蝕劑，例如藉由濕法化學蝕刻去除金屬層中不必需之部分。隨後例如使用溶劑去除剩餘抗蝕劑。 亦可使用印刷製程來產生第二電極(16)之結構，其中，以類似於習用印刷之方式，將導電材料施加至組件(10)或至分子層(18)。例如，諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT:PSS)等導電聚合物適於此目的。 產生電極(16, 20)、尤其第二電極(16)之另一可能係借助於陰影遮罩進行蒸氣沈積。在此方法中，將開口對應於欲產生電極(16, 20)之形狀之遮罩置於組件(10)上，且隨後藉由蒸氣沈積來施加金屬。金屬蒸氣僅能在組件(10)上在未由遮罩覆蓋之區域中沈澱並形成電極(16, 20)。 圖2顯示電子組件(10)之另一實施例。在圖2之實施例中，第一電極(20)由經摻雜的半導體材料組成，以便同時用作二極體(22)之一部分。此實施例係有利的，尤其係在使用絕緣體上矽晶圓作為外部基板(12)之情形下。絕緣體上矽晶圓具有其中依序佈置矽、二氧化矽及強力摻雜矽之層的層結構。可例如藉由以下方式產生此類型之基板：首先在矽基板中藉助離子植入於介於100 nm與10 μm之間之深度處植入氧離子。靠近表面植入摻雜原子以便建立p導電或n導電。在後續熱處理之後，隨後在一深度處形成二氧化矽層，此乃因所植入之氧離子與矽鍵結。矽用作基板(12)，同時二氧化矽層用作絕緣體(14)。藉助原則上自微電子學已知之習用結構化方法自摻雜矽層產生第一電極(20)。在此製程之接續部分中，亦可在絕緣體上矽晶圓之表面處直接產生p-n接面。為此，實施複數個離子植入步驟，其中，在第一步驟中，例如藉由體積植入產生p摻雜之層，且隨後藉助平坦表面植入產生n摻雜之層。 在圖2之實施例中，n摻雜之層(24)係佈置於第一電極(20)上，該層亦用作二極體(22)之一部分。因此，第一電極(20)經p摻雜以便連同n摻雜之層(24)一起形成具有p-n接面之二極體(22)。在此實施例中，n摻雜之層(24)形成本發明之基板。 如先前針對圖1所闡述佈置其他層，其中在每一情形下，繼而在第一電極(20)及第二電極(16)之交叉點處形成切換元件(1)。 通式I之化合物可藉由本身已知之方法(如文獻(例如標準著作，例如Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart)中所述)、確切而言在已知且適於該等反應之反應條件下來製備。此處可使用本身已知之變化形式，該等變化形式在此處不予更詳細提及。 若期望，起始材料亦可藉由不自反應混合物分離而原位形成，而是立即將其進一步轉化成通式I化合物。 本發明通式I化合物之合成在實例中以闡釋性術語來闡述。起始物質可藉由通常可獲取之文獻程序獲得或可自市面購得。 尤其適於本發明化合物之合成途徑係如下文參考方案1、2及3所闡釋且可參考工作實例來更詳細地解釋。 較佳藉由Michaelis-Arbuzov反應及後續酸催化之水解(方案1)來製備本發明之膦酸。方案 1 ： 在方案1中，X表示脫離基，較佳地Cl、Br、I、甲苯磺醯基或甲烷磺醯基，尤佳Br。 製備本發明之羥基雙膦酸之較佳合成方法闡述於M. Egorov,Eur. J. Org. Chem. 2011 , 7148-7154中；在尤佳製程中，首先使用兒茶酚硼烷衍生羧酸且隨後與參(三甲基矽基)亞磷酸鹽反應去羧，隨後甲醇解得到本發明之羥基雙膦酸鹽(方案2)。較佳根據A. Budinská、J.Václavík、V. Matousek及P. Beier，Org. Lett. 2016, 18, 5844-5847，且如方案3中所闡釋來製備含有全氟化間隔基團-Sp-之化合物。可以類似方式獲得除-CF2 CF2 -以外之鏈長度。方案 2 ： 方案 3 ： 本發明並非限於本文所闡述之闡釋性實施例及其中所強調之態樣。而是，在熟習此項技術者之行動之範圍內之多個修改形式在申請專利範圍所指示範圍內係可能的。 本發明係藉由實例進行更詳細解釋，而非將本發明限於該等實例。 除非另有明確指示，否則在每一情形下所有物理性質皆係並已根據「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」, Status 1997年11月, Merck KGaA, Darmstadt, Germany測定且適用於20℃之溫度，且∆n係在589 nm下測得且∆ε係在1 kHz下測得。 除非另有指示，否則個別化合物之液晶性質係在向列型主體混合物ZLI- 4792 (自Merck KGaA, Darmstadt購得)中以10%之濃度測定。實例 1. 合成實例 物質實例 1 ： 1-丁-3-烯氧基-2,3-二氟-4-[4-(4-甲基環己基)環己基]苯(CCY-5-O2V) 最初將14.6 g (40 mmol) 2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]酚引入100 ml甲醇中，隨後在50℃下添加最初8.9 ml甲醇鈉於甲醇中之30%溶液、6.7g (48 mmol) 4-溴-1-丁烯，並將該批料在回流下攪拌6 h且然後在室溫下攪拌過夜。在真空中去除溶劑，藉助矽膠與甲苯過濾殘餘物，並使粗產物自乙醇重結晶，得到無色固體狀1-丁-3-烯氧基-2,3-二氟-4-[4-(4-甲基環己基)環己基]苯。 相序：C 41 SmB 131 N 159 I。 Δε = -5.8物質實例 2 ： 1-丁-3-烯氧基-4-(4-丁氧基-2,3-二氟苯基)-2,3-二氟苯(YY-4O-O2V) 類似於物質實例1之合成，4-(4-丁氧基-2,3-二氟苯基)-2,3-二氟酚得到m.p. 73℃之無色固體狀1-丁-3-烯氧基-4-(4-丁氧基-2,3-二氟苯基)-2,3-二氟苯。 Δε = -11.9 物質實例3至5係以與物質實例1類似之方式來製備。物質實例 3 相序Tg - 75 C 58 SmB 120 N 175 I ∆ε = -5.7物質實例 4 相序Tg - 83 C 53 SmA1 127 SmA2 135 N 167 I物質實例 5 相序C 59 SmA 124 N 136 I物質實例 6 ： 3-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丙基膦酸 步驟1：1-(3-溴丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯(CCY-5-O3P) 將9.10 g (25.0 mmol) 2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]酚、2.4 ml (27.6 mmol) 3-溴-1-丙醇及6.89 g (26 mmol)三苯基膦溶解於150 ml THF中，在冰冷卻下逐滴添加5.50 ml (28 mmol)偶氮二甲酸二異丙基酯，並將混合物在室溫下攪拌過夜。隨後將200 ml水及100 ml MTB醚添加至批料中，並分離出水相並用MTB醚萃取三次。用水及飽和氯化鈉溶液洗滌合併之有機相並經硫酸鈉乾燥。在真空中去除溶劑，並藉由在矽膠上用正庚烷層析來純化殘餘物。自乙醇結晶得到無色晶體狀1-(3-溴丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯。 步驟2：1-(3-二乙氧基磷醯基丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯將1.00 g (2.06 mmol) 1-(3-溴丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯及1.1 ml (6.2 mmol)亞磷酸三乙酯在120℃下加熱18 h並在130℃下加熱8 h。隨後在球管中蒸餾出過量亞磷酸三乙酯，並在矽膠上相繼用甲苯/乙酸乙酯(1:1)及乙酸乙酯對殘餘物進行層析，得到非晶形無色固體狀1-(3-二乙氧基磷醯基丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯。 步驟3：3-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]-丙基膦酸將500 mg (0.921 mmol) 1-(3-二乙氧基磷醯基丙氧基)-2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯在100℃下在8 ml濃鹽酸中攪拌過夜。隨後在真空中將懸浮液蒸發至乾燥，用冷水及丙酮溶解並在真空中乾燥，得到無色固體狀3-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丙基膦酸。 相序C 117 SmX 220 (分解) 物質實例7至20係以與實例6類似之方式來製備。物質實例 7 相序C 116 (分解)物質實例 8 相序C 115 (分解)物質實例 9 相序C 154 (分解)物質實例 10 相序C 126 (分解)物質實例 11 相序C 62 SmX (分解)物質實例 12 相序C 115 SmX (分解)物質實例 13 相序Tg -17 C 84 SmX (分解)物質實例 14 相序Tg -17 C 84 SmX (分解)物質實例 15 相序C 137 SmX 197 I (分解)物質實例 16 相序C 137 SmX 197 I (分解)物質實例 17 相序C 88 SmX 161 I物質實例 18 相序C 114 SmX 145 I物質實例 19 相序C 105 SmX (分解)物質實例 20 相序C 104 SmX 135 I物質實例 21 ： 5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)-環己基]苯氧基]丁酸 步驟1：5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丁酸乙酯最初將2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]酚(6.0 g, 16.5 mmol)引入丙酮(60 ml)中，且在添加4-溴丁酸乙酯(6.4 g, 32.9 mmol)及K2 CO3 (4.5 g, 32.9 mmol)之後，在回流下加熱16 h。隨後過濾批料並蒸發，並藉助矽膠與二氯甲烷/庚烷(1:1)過濾殘餘物並自庚烷重結晶，得到無色晶體狀5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丁酸乙酯。 步驟2：5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丁酸將6.3 g (13.2 mmol) 5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)-環己基]苯氧基]丁酸乙酯溶解於THF (250 ml)中，添加1 M LiOH (40 ml, 3當量)，並將該批料在60℃下攪拌16 h。隨後添加250 ml水，並使用3當量2 N鹽酸酸化混合物。用MTB醚萃取混合物，並用水洗滌合併之有機相並經硫酸鎂乾燥。在真空中去除溶劑，並使殘餘物自60 ml二氯甲烷及100 ml甲醇之混合物重結晶，得到無色晶體狀5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)-環己基]苯氧基]丁酸。 相序：C 102 SmX 102 SmB 195 X 200 I (分解) 以下係以與物質實例21類似之方式獲得：物質實例 22 ： 5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)-環己基]苯氧基]戊酸相序：C 151 SmX 202 N 221 I (分解)物質實例 23 ： [3-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)-環己基]苯氧基]-1-羥基-1-膦醯基丙基]膦酸將兒茶酚硼烷於THF中之1 M溶液(1.35 ml, 1.35 mmol)在室溫下在氬下添加至546 mg (1.23 mmol) 5-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]丁酸中。將該批料在室溫下攪拌約1 h，直至不再觀察到氣體放出為止。隨後添加770 mg (2.58 mmol)參三甲基矽基亞磷酸鹽，並將該批料在室溫下攪拌過夜。在添加4 ml甲醇之後，將混合物再攪拌1 h，並在真空中去除溶劑。用一層二氯甲烷覆蓋殘餘物，並倒出溶劑。將已沈積之油狀物吸收於少量甲醇中並用***稀釋，並利用抽吸過濾出沈澱產物，用***洗滌並乾燥，得到無色晶體狀[3-[2,3-二氟-4-[4-(4-戊基環己基)環己基]苯氧基]-1-羥基-1-膦醯基-丙基]膦酸。物質實例 24 ： (4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)-1-羥基丁烷-1,1-二基)二膦酸 步驟1： 4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)丁醯氯將5.0 g (12 mmol) 4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)-苯氧基)丁酸及7.2 g亞硫醯氯(4.4 ml, 60 mmol)在回流下在20 ml 1,2-二氯乙烷(DCE)中加熱16 h。隨後在真空中蒸發該批料，且使4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)丁醯氯不經進一步純化即進一步反應。 步驟2： (4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)-1-羥基丁烷-1,1-二基)二膦酸。最初將5.2 g (12 mmol) 4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)丁醯氯引入30 ml四氫呋喃中，並在冰冷卻下逐滴添加7.9 g (26 mmol)參(三甲基矽基)亞磷酸鹽。2 h後，去除冷卻，並將該批料在室溫下攪拌8 h。在真空中蒸發溶液，並用甲醇將殘餘物溶解4 h。過濾出所獲得沈澱，用甲醇洗滌兩次並在真空中乾燥，得到m.p. 135℃之無色固體狀(4-(2,3-二氟-4-(4'-戊基-[1,1'-雙(環己烷)]-4-基)苯氧基)-1-羥基丁烷-1,1-二基)二膦酸。 以下係以類似方式獲得： 物質實例25相序C 170 (分解) 物質實例26物質實例27相序C 48 SmX 120 (分解) 類似於上文所闡述之合成，2,3-二氟氫醌單乙基醚得到以下化合物： 物質實例28M.p. 93℃。 物質實例29：[2-[2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯氧基]-1,1,2,2-四氟乙基]膦酸 步驟1： 1-(2-溴-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯最初在氬下將6.0 g (21 mmol) 2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)酚引入40 ml二甲亞碸中，並在室溫下逐份添加氫化鈉(1.0 g, 25 mmol, 於礦物油中之60%分散液)。在完成添加時，將批料攪拌30 min，緩慢添加1,2-二溴四氟乙烷(10.9 g)，且隨後將混合物在60℃下升溫6 h。冷卻後，用120 ml水稀釋該批料並用50 ml石油醚萃取三次。在真空中蒸發合併之有機相，並在矽膠上用石油醚對粗產物進行層析，得到無色固體狀1-(2-溴-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯。 步驟2： 1-(2-二乙氧基磷醯基-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯最初在-78℃下將2.0 g (4.3 mmol) 1-(2-溴-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯引入20 ml四氫呋喃(THF)中，並添加i- PrMgCl·LiCl於THF中之1.3 M溶液。3 min後，添加1.1當量於THF中之氯膦酸二乙酯，去除冷卻，並將批料在室溫下攪拌1 h。在水性後處理之後，在矽膠上用石油醚/乙酸乙酯(3:1)對粗產物進行層析，得到黃色油狀1-(2-二乙氧基磷醯基-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯。 步驟3： [2-[2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯氧基]-1,1,2,2-四氟乙基]膦酸在氬下將溴三甲基矽烷(5.20 g, 34 mmol)逐滴添加至1-(2-二乙氧基磷醯基-1,1,2,2-四氟乙氧基)-2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯(1.63 g, 3.4 mmol)中，並將混合物在回流下加熱12 h。隨後在高真空中去除揮發性組份，並用甲醇將粗產物在室溫下溶解8 h。隨後在真空中去除溶劑，得到無色固體狀[2-[2,3-二氟-4-(4-戊基環己基)苯氧基]-1,1,2,2-四氟乙基]膦酸。 相序C 65 SmX 112 N 140 I 如同物質實例19來製備下式之參考化合物。2. 使用實例 藉由 Si-C 連接衍生矽表面 原則上，此處矽表面之衍生係以與O. Seitz等人，Langmuir 22 (2006), 6915-6922類似之方式來實施。首先，在超音波浴中使用丙酮自矽基板去除有機雜質，且然後用食人魚溶液(piranha) (濃H2 SO4 /30% H2 O2 70:30)處理基板。在用水沖洗之後，用NH4 F水溶液處理基板且逐出氧且隨後用無氧水洗滌。在120℃下用衍生試劑於1,2-二氯苯中之10%溶液將現經氫封端之基板處理12 h，且嚴格逐出氧。液體衍生試劑亦可在無溶劑之情況下使用。隨後在超音波浴中用丙酮洗滌衍生基板，用異丙醇沖洗並在無塵環境中使用氮射流乾燥。程序 將剛剛產生之氫封端之晶片(8 mm × 8 mm × 575±25 µm，100定向，高度摻雜有硼)與經脫氣衍生試劑(例如來自物質實例1之1-丁-3-烯氧基-2,3-二氟-4-[4-(4-甲基環己基)環己基]苯於1,2-二氯苯中之10%(w/w)溶液)一起在氬沖洗之舒倫克器皿(Schlenk vessel)中在110℃下加熱18 h。自反應器皿去除現經有機改質之晶片，在超音波浴中用丙酮沖洗5 min，用丙酮及異丙醇沖洗，並在氮流中乾燥。在Eppendorf器皿中儲存所衍生晶片。藉由 Si-O 連接衍生矽表面 藉由形成Si-O連接來衍生矽表面較佳地藉由以下來實施：使用氧電漿進行親水化以便生成含有羥基之氧化矽表面，且隨後使用適宜衍生試劑(例如膦酸、磷酸、羧酸、醇、三烷氧基矽烷、三氯矽烷等)酯化。此類型之處理係在下文針對與膦酸反應之實例進行更詳細地解釋。 藉助氧化鋁夾層衍生矽表面 此處，矽晶圓係藉由ALD (原子層沈積)製程利用具有例如2 nm厚度之Al2 O3 層來塗覆，其可在第二步驟中使用已針對二氧化矽表面所闡述之適宜衍生試劑來衍生。在較佳製程中，Al2 O3 係藉由濕法化學方法借助於前體物質三甲基鋁及水沈積於晶圓表面上。此類型之處理係在下文針對與膦酸反應之實例進行更詳細地解釋。形貌及電表徵 量測多個偶極單層系統之憶阻切換性質，使得其可作為本發明之闡釋性實施例來驗證。所有層皆在p + Si (100)基板上製備。下表第三行中所指示之有機基團係作為單層達成，其中第二行中所指示之前體係用於此目的。 各個試樣上之電量測係如下文參考圖3至圖16所闡述。 圖3顯示表徵基板上之分子層之電性質之實驗設置。 圖3圖解顯示如何測定試樣(40)之電性質。試樣(40)包含基板(12)，已向該基板施加分子層(18)。基板(12)係導電的且在此處用作電極以便為分子層(18)提供電觸點。與量測儀器(34)之電連接在此處係經由可移動銅板(30)建立。為此，將試樣(40)置於銅板(30)上且其可藉由移動銅板(30)而相對於另一電極移動。用於電接觸分子層(18)之頂部側之另一電極係懸浮汞滴(32)，其同樣經由其懸浮物連接至量測儀器(34)。汞滴(32)之直徑通常為約150 μm。 在已將試樣(40)置於銅板(30)上之後，該銅板關於汞滴(32)移動，使得汞滴(32)接觸分子層(18)之表面。此使得能夠非破壞性地且無相互作用地測試試樣(40)之導電性。 為進行電量測，較佳將量測儀器(34)設計為電源量測單元，亦即量測儀器(34)提供經由電壓源(38)輸出電壓且同時經由電流量測單元(36)量測所得電流。 對於該等量測，在銅板(30)與汞滴(32)之間施加電壓且其有所變化，同時量測經過試樣(40)之電流。電壓在預定最大值Vmax 與預定最小值Vmin 之間週期性地變化，如圖4中所顯示。該等實驗係使用Keithley 2635類型之電源量測單元來實施。 圖4以舉例方式顯示多個週期(41)，其中所施加電壓在Vmax 與Vmin 之間週期性地變化，且形成鋸齒型電壓曲線。 經由量測儀器(34)將直流電壓施加至兩個電極(基板(12)及汞滴(32)，參見圖3)，且其隨時間在負最大電壓值與正最大電壓值之間以週期序列以恆定速率(例如5 mV/s)變化。三個該等週期(41)顯示於圖4中。量測並記錄經過欲表徵試樣(10)之所得電流。 各個試樣之所記錄電流顯示於以下圖中且在相關闡述中進行更詳細地解釋。 圖5顯示經過具有單層系統CCY-5-O4之三個不同試樣(50, 51及52)之記錄電流隨施加電壓而變化。 顯而易見基板之負預電壓之區中之特徵性、弱滯後性質。 此處量測之低電流於記憶體應用而言可能尤其有利。在憶阻器之情形下基於金屬絲之形成通常量測之開啟電流極高(100 mA區)且代表電子電路中之特定問題(例如功率消耗，放熱)。藉助Hg電極量測之CCY-5-O4系統之RHRS :RLRS 比率為約1.4 (讀取電壓-4 V)。在永久第二電極之情況下之電量測 代替Hg電極(參考圖3)，藉由陰影蒸氣沈積技術將包含Pb (200 nm)隨後Ag (150 nm)之永久的薄金屬薄膜施加至YY-4O-O4試樣。以此方式製備之上部電極(80 µm × 80 µm)設有量測針式觸點。在其他方面，類似於上文所闡述之佈置或程序來實施電量測。 圖6顯示此系統具有顯著滯後之特徵性切換性質，此可基於至少4個連續測試週期再現而不顯著劣化效應或試樣。為保護憶阻結構免受由過高電流引起之可能劣化或破壞，電流最大值限於+/- 10 mA (「電流順從性」)。RHRS :RLRS 之兩個電阻值之OFF/ON比率為約2 (在+0.05 V之讀取電壓下)或約70 (在-0.05 V下)。圖7顯示在電壓週期(71)內電阻(70)隨時間變化之特徵變化。使用膦酸之縱橫式陣列之產生及表徵 組件產生 組件之產生包含至少以下步驟： i. 處理晶圓以產生第一電極(20) ii. 沈積膦酸單層(18) iii. 施加第二電極(16) 製程步驟詳細闡述於下文中： i. 處理晶圓以產生第一電極(20) 起始材料係具有6英吋直徑之絕緣體上矽晶圓(「SOI晶圓」)，其在具有525 µm厚度以及[100]定向及約20Ω . cm之電阻率之輕微硼摻雜矽晶圓上在具有200 nm厚度之氧化矽層上具有帶有110 nm厚度以及[100]定向之矽層。 上部矽層已藉由離子植入高度摻雜硼(摻雜濃度c約5×1019 cm-3 ，電阻率ρ約1.4 mΩ.cm)。在摻雜之後，將晶圓分成尺寸為8 mm × 8 mm之正方形部件(「晶片」)。在每一情形下，首先在丙酮中且隨後在異丙醇中在超音波浴中將晶片清潔10 min。 藉由以下實施第一電極(20)之結構化用於產生矽導體軌道：光微影及隨後藉助反應性離子進行選擇性乾法蝕刻。在該實例中產生八個矽導體軌道。 為接觸矽導體軌道，在第二類似光微影步驟中藉由電子束蒸發將由鉻層(10 nm)、隨後金(130 nm)組成之正方形接觸區域(200)交替地施加至導體軌道之末端，並去除光阻劑。產生具有在每一情形下25 µm、35 µm及50 µm之矽導體軌道寬度之各種晶片。 ii.膦酸單層(18)之沈積 在每一情形下在超音波浴中在丙酮及異丙醇中將如上文所闡述剛剛產生之晶片再次清潔5 min，且隨後在70℃下用食人魚溶液處理。在用去離子水沖洗之後，用氧電漿處理晶片(200 W, 7 min)，在矽導體軌道上產生羥基聚集之二氧化矽層，此可使表面親水且使得其對(例如)膦酸具有反應性。 為在矽導體軌道(20)上沈積膦酸單層(18)，隨後用CCY-5-O3P (物質實例6)於四氫呋喃中之250 µM溶液浸塗晶片，然後在烘箱中在120℃下加熱過夜且然後用乙醇洗滌。此製程基本上對應於自文獻已知之「TBAG」方法且在該實例中得到CCY-5-O3P之自佈置單層(SAM) (18)。 iii.施加第二電極 在第一電極(20)上藉助陰影遮罩以5 Å/s之沈積速率將具有200 nm厚度之引線之第二電極(16)蒸氣沈積於如在步驟i.及ii.下所闡述產生之單層(18)上。陰影遮罩可在各個實施例中使用且具有寬度為25 µm、35 µm或50 µm之平行狹縫，該寬度對應於第一電極(20)之矽條帶之寬度，該等狹縫之末端具有較大的正方形切口，產生正方形接觸區域(160)，該等接觸區域與引線同樣在相同製程步驟中產生，用於稍後在導體軌道之末端接觸。在該實例中，垂直於八個矽導體軌道蒸氣沈積八個引線導體軌道，在各別交叉點處產生64個本發明切換元件(1)。 圖8a顯示以上文所闡述之方式產生之縱橫式陣列之圖解代表之平面圖，其中，出於澄清原因，分子層(18)之繪示已省略。圖8b顯示沿第二電極(16)之相同縱橫式陣列之縱剖面之側視圖。電量測及表徵 為接觸本發明之縱橫式陣列，用具有25 µm頂圓直徑之鈹/銅接觸針(90)安裝量測裝置。藉由在每一情形下使相應接觸區域(200)上之第一電極(20) (在本發明情形下包含矽)與第一接觸針(90)接觸及使相應接觸區域(160)上之第二電極(16) (在本發明情形下包含引線)與第二接觸針(90)接觸，可接續量測所有64個切換元件(1)。此類型之量測佈置係作為實例繪示於圖9中。對於本發明之縱橫式陣列之電表徵，使用Keithley 2635 SMU在真空(約3 . 10-6 毫巴(mbar), 20℃)中記錄週期性電流/電壓曲線。將各別第二電極(16)接地並將預電壓施加至各別第一電極(20)。量測結果 圖10a顯示在已如上文所闡述使用CCY-5-O3P產生之尺寸為50 × 50 µm2 之切換元件上之來自20個量測週期(101、102、103、104及105)之五個所選電流/電壓曲線。根據圖4電壓有所變化(三角形形狀)，在每一週期中自0 V開始至+2 V，自+2 V至0 V，然後自0 V至-2 V並返回至0 V。圖10b顯示在低預電壓區中來自圖10a之一部分之放大。除第一曲線(在0 V及0 A開始)以外之所有曲線皆由於充電電流而朝向0 A移位，在每一情形下端視電壓變化之方向及速度而定。如圖10a中之箭頭所指示，週期性電流/電壓曲線顯示明確的強烈不對稱憶阻特徵。 圖11顯示在低預電壓(自0 V至-150 mV之線性回歸)下自圖10b中所繪示之20個電流/電壓曲線之值導出之電阻值。所研究切換元件在週期之間具有在量測準確度之範圍內之恆定電阻值。切斷狀態(OFF)之電阻值較開啟狀態(ON)高約14倍。切換元件高度適於產生憶阻記憶體。參考量測 : 圖12顯示作為被動參考系統之烷基膦酸酯官能化(「C18-PA」) Si試樣之I/U特徵之兩個週期(120, 121)之記錄電流。未觀察到為憶阻系統之特徵之切換性質或滯後性質。整個電壓範圍內之弱滯後可歸因於電容性充電電流。具體而言，電阻值在低讀取電壓下在量測準確度之範圍內保持恆定(=不論組件之背景如何)。用於第一電極 (20) 之氮化鈦 ( 作為替代基板材料 ) 上之膦酸單層之表徵 單層之產生 將經30 nm氮化鈦層塗覆之p+-Si(100)晶圓分成尺寸為8 mm × 8 mm之晶片，且在每一情形下在超音波浴中在丙酮及異丙醇中清潔5 min。隨後用氧電漿(200 W)將晶片處理3 min且立即引入CCY-5-O3P於四氫呋喃/甲醇(1:1)中之1 mM溶液中。72 h後，自溶液去除晶片，用乙醇洗滌並進行研究。 測定以下性質： [1] 假定折射率n = 1.55 該等值指示利用CCY-5-O3P之自佈置單層可成功衍生TiN表面。第一電極 (20) 上使用氧化鋁夾層之膦酸單層之表徵 單層之產生 起始材料係具有525 µm之厚度及6英吋之直徑以及[100]定向之矽晶圓，該矽晶圓經硼高度p摻雜且具有約0.005 Ω. cm之電阻率。 藉由ALD (原子層沈積)製程用具有約2 nm厚度之Al2 O3 層塗覆矽晶圓。在沈積Al2 O3 之後，使用熟習此項技術者已知之「RCA」濕法化學清潔方法清潔晶圓，並將其浸泡至1% HF溶液中。此後立即將晶圓轉移至真空室中，在其中借助於前體物質三甲基鋁及水將Al2 O3 沈積於晶圓表面上。在200℃下約20個反應週期之後，已達到2 nm之期望層厚度。 在沈積Al2 O3 之後，將晶圓分成尺寸為8 mm × 8 mm之正方形部件(「晶片」)。在每一情形下，首先在丙酮中且隨後在異丙醇中在超音波浴中將晶片清潔5 min。然後用氧電漿處理晶片(100 W, 1 min)。 隨後將晶片浸泡至物質CY-5-O11P於THF中之溶液(0.04 mmol)中。72小時之後，自溶液去除晶片，用THF沖洗，使用氮乾燥，在烘箱中在120℃下退火24小時，用THF及甲醇之1:1混合物再次沖洗並使用氮再次乾燥。 在此預處理之後，使用Hg滴(32)作為第二電極(圖3)電表徵晶片。第一電極係銅塊(30)，其係導電連接至晶片(高度p摻雜之矽)之下側。量測結果 經由量測儀器(34)將在週期序列中隨時間在負電壓最大值(此處-3 V)與正電壓最大值(此處3 V)之間以恆定速率(此處20 mV/s)變化之直流電壓施加至兩個電極(30, 32)。圖4顯示此一週期(41)。量測並記錄經過欲表徵試樣(40)之所得電流。 各個試樣(40)之記錄電流繪示於圖13及圖15中且在下文進行更詳細解釋。 圖13顯示經過具有單層系統CY-5-O11P之試樣(40)之記錄電流隨施加電壓變化(電流/電壓曲線)。電流/電壓曲線代表三個接續週期內之電流值之平均值。 顯而易見基板之正預電壓區中之特徵滯後性質。在負預電壓區中，顯而易見電流低於正預電壓且實際上無滯後性質。電流/電壓特徵與二極體類似。如在圖13中可看出之二極體樣性質對於積體電路內之憶阻組件而言係尤其期望的。 此處量測之低電流對於記憶體應用而言可能尤其有利。在基於金屬絲形成之憶阻器之情形下量測之典型ON電流極高(100 mA區)且代表電子電路中之特定問題(例如功率消耗，放熱)。 在具有相對高電阻(RHRS )之狀態與具有相對低電阻之狀態(與前者相比)之間的藉助Hg電極量測之比率在下文稱為RHRS :RLRS 比率，其對於CY-5-O11P系統而言為約430。為測定RLRS 值，使電壓自0 V增加至3 V並自3 V變回至0 V。隨後使電壓在週期中以恆定速率(此處20 mV/s)增加，其中負最大電壓值為-0.1 V且正最大電壓值為0.1 V。可自此電壓週期之電流/電壓曲線之斜率讀出電阻。對於RHRS 值，使電壓自0 V改變至-3 V，然後自-3 V變回至0 V。隨後以與RLRS 值類似之方式測定電阻。CY-5-O11P單層系統之RLRS 及RHRS 值係繪示於圖14中。 上文針對電阻之測定所闡述之量測係獨立於圖13中所顯示之電流/電壓曲線之量測。該兩種量測相隔幾分鐘，在該時段期間未將電壓施加至組件。電阻狀態RLRS 及RHRS 在環境條件下係穩定的。結果顯示可將系統自具有高電阻之狀態可逆地切換為具有低電阻之狀態。因此，切換元件適於產生非易失性、憶阻記憶體。參考量測 作為比較，使用非側向氟化之參考化合物CP-5-O11P研究以類似方式產生之試樣(40)。 圖15顯示作為未氟化參考系統之Al2 O3 衍生晶片上之CP-5-O11P單層之電流/電壓特徵之三個週期之記錄及平均電流。 未觀察到具有低電阻之狀態且因此未觀察到為憶阻系統之特徵之切換性質。整個電壓範圍內之滯後均可歸因於電容性充電電流。具體而言，電阻值(圖16)在低讀取電壓下在量測準確度之範圍內保持恆定(獨立於通過圖15之切換週期)。
1‧‧‧切換元件
10‧‧‧電子組件
12‧‧‧外部基板
14‧‧‧絕緣體
16‧‧‧第二電極
18‧‧‧分子層
20‧‧‧第一電極
22‧‧‧二極體
24n+‧‧‧摻雜層
26p+‧‧‧摻雜層
30‧‧‧銅板
32‧‧‧汞滴
34‧‧‧量測儀器
36‧‧‧電流量測單元
38‧‧‧電壓源
40‧‧‧試樣
41‧‧‧週期
50‧‧‧試樣
51‧‧‧試樣
52‧‧‧試樣
70‧‧‧電阻
71‧‧‧電壓週期
90‧‧‧接觸針
101‧‧‧量測週期
102‧‧‧量測週期
103‧‧‧量測週期
104‧‧‧量測週期
105‧‧‧量測週期
120‧‧‧週期
121‧‧‧週期
160‧‧‧正方形接觸區域
200‧‧‧正方形接觸區域
210‧‧‧上升預電壓
220‧‧‧下降預電壓
圖1 顯示電子組件之第一實施例， 圖2 顯示電子組件之第二實施例， 圖3 顯示用於電學表徵之實驗設置之圖解代表， 圖4 顯示代表週期性變化電壓之圖解， 圖5 顯示經過三個各自具有由化合物CCY-5-O2V產生之單層系統之試樣之記錄電流， 圖6 顯示經過具有由化合物YY-4O-O2V產生之單層系統且具有包含Pb/Ag之第二永久電極之試樣之記錄電流， 圖7 顯示針對具有由化合物YY-4O-O2V產生之單層系統之試樣隨時間變化之所施加電壓及所量測電阻(一個量測週期)， 圖8a 顯示本發明之縱橫式陣列之平面圖， 圖8b 顯示本發明縱橫式陣列沿第二電極之縱剖面之側視圖， 圖9 顯示本發明切換元件之觸點之圖解代表， 圖10a 顯示經過具有由化合物CCY-5-O3P產生之單層系統且具有包含Pb之第二永久電極之試樣之記錄電流， 圖10b 顯示圖10a之大樣圖， 圖11 顯示對於多個切換週期本發明切換元件之開啟狀態(ON)及切斷狀態(OFF)之電阻， 圖12 顯示利用不可切換、非極性單層之參考量測， 圖13 顯示經過在Al2 O3 上具有由化合物CY-5-O11P產生之單層系統之試樣之記錄電流， 圖14 顯示在Al2 O3 上具有由化合物CY-5-O11P產生之單層系統之試樣之高電阻及低電阻之狀態， 圖15 顯示利用自化合物CP-5-O11P產生之不可切換的非氟化單層之參考量測， 圖16 顯示在Al2 O3 上具有由化合物CP-5-O11P產生之單層系統之試樣之恆定高電阻之狀態。

Claims (25)

  1. 一種電子切換元件(1)，其按以下順序包含 第一電極(20)， 接合至基板之分子層(18)，及 第二電極(16)， 其中該基板由該第一電極(20)及視情況位於此第一電極頂部上之一或多個層組成，且 其中該分子層基本上係由一或多種如下文所定義之式I化合物形成： R1 -(A1 -Z1 )r -B1 -(Z2 -A2 )s -Sp-G (I) 其中 R1 表示H、具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，另外其中該等基團中之一或多個CH2 基團可各自彼此獨立地以O原子並不直接彼此連接之方式經-CºC-、-CH=CH-、 -O-、-S-、-CF2 O-、-OCF2 -、-CO-O-、-O-CO-、-SiR0 R00 -、-NH-、-NR0 -或-SO2 -替代，且另外其中，一或多個H原子可經鹵素、CN、SCN或SF5 替代， R0 、R00 相同或不同地表示具有1至15個C原子之烷基或烷氧基，另外其中一或多個H原子可經鹵素替代， A1 、A2 在每次出現時相同或不同地表示具有4至25個環原子之芳香族、雜芳香族、脂環族或雜脂肪族環，其亦可含有稠環且其可經Y單取代或多取代， Y 在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、CN、SCN、SF5 或具有1至12個C原子之直鏈或具支鏈且在每一情形下視情況經氟化之烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰基氧基或烷氧基羰基氧基，較佳地F或Cl， L1 至L5 彼此獨立地表示F、Cl、Br、I、CN、SF5 、CF3 或OCF3 ，較佳地Cl或F，其中L3 另一選擇為亦可表示H， Z1 、Z2 在每次出現時相同或不同地表示單鍵、-CF2 O-、-OCF2 -、-CF2 S-、-SCF2 -、-CH2 O-、-OCH2 -、-C(O)O-、-OC(O)-、-C(O)S-、-SC(O)-、-CH2 -、-(CH2 )2 -、-(CH2 )3 -、-(CH2 )4 -、-CF2 -、-CF2 -CF2 -、-CF2 -CH2 -、-CH2 -CF2 -、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-(CH2 )3 O-、-O(CH2 )3 -、-CºC-、-O-、-S-、-C=N-、-N=C-、-N=N-、-N=N(O)-、-N(O)=N-或-N=C-C=N-， Sp 表示間隔基團或單鍵， G 表示-CH=CH2 、-OH、-SH、-SO2 OH、-OP(O)(OH)2 、-PO(OH)2 、-C(OH)(PO(OH)2 )2 、-COOH、-Si(ORx )3 或-SiCl3 ， Rx 表示具有1至6個C原子之直鏈或具支鏈烷基，且 r及s， 彼此獨立地表示0、1、2或3， 其中 r + s ≤ 4。
  2. 如請求項1之電子切換元件(1)，其中該第一電極(20)代表用於該分子層之該基板。
  3. 如請求項1之電子切換元件(1)，其中代表用於該分子層(18)之該基板的二極體(22)佈置於該第一電極(20)與該分子層(18)之間。
  4. 如請求項3之電子切換元件(1)，其中該二極體(22)包含n+摻雜層(24)及p+摻雜層(26)，其中該n+摻雜層(24)或該p+摻雜層(26)係連同半導電第一電極(20)一起設計為組合電極。
  5. 如請求項1或2之電子切換元件(1)，其中二極體(22)係佈置於該第二電極(16)與該分子層(18)之間。
  6. 如請求項1至5中任一項之電子元件(1)，其中在該基板與該分子層(18)之間佈置有夾層，其中該夾層係選自氧化或氟化材料且其中該分子層(18)係接合至此氧化或氟化夾層。
  7. 如請求項6之電子切換元件(1)，其中該氧化或氟化夾層係由TiO2 、Al2 O3 、HfO2 、SiO2 或LiF形成。
  8. 如請求項1至7中任一項之電子切換元件(1)，其中如請求項1中所定義之該式I化合物之錨定基團(G)係藉由物理吸附接合至該基板。
  9. 如請求項1至7中任一項之電子切換元件(1)，其中如請求項1中所定義之該式I化合物之該錨定基團(G)係藉由化學吸附接合至該基板。
  10. 如請求項1至7中任一項之電子切換元件(1)，其中如請求項1中所定義之該式I化合物之該錨定基團(G)係藉由共價鍵接合至該基板。
  11. 如請求項1至10中任一項之電子切換元件(1)，其中如請求項1中所定義之該式I化合物之該錨定基團(G)係選自基團-CH=CH2 、-PO(OH)2 及-C(OH)(PO(OH)2 )2 。
  12. 如請求項1至11中任一項之電子切換元件(1)，其中該分子層係分子單層。
  13. 如請求項1至12中任一項之電子切換元件(1)，其中該第一電極(20)係由選自元素半導體、第III族至第V族之化合物半導體、第II族至第VI族之化合物半導體、金屬及導電氧化材料之材料組成。
  14. 如請求項13之電子切換元件(1)，其中該第一電極(20)係由選自以下之材料組成：元素半導體Si、Ge、C (金剛石、石墨、石墨烯)、Sn (α改質)及Se；化合物半導體GaAs、InAs、InP、GaSb、TaN、TiN、MoN、WN及GaN、CdSe及ZnS；金屬Au、Ag、Cu、Al、W、Ta、Ti、Co、Mo、Pt、Ru及Mg；及導電氧化材料ITO、IGO、IGZO、AZO及FTO。
  15. 如請求項1至14中任一項之電子切換元件(1)，其中該第二電極(16)係由導電或半導電材料或複數種該等材料之組合組成，該等材料係選自Hg、In、Ga、InGa、Ag、Au、Cr、Pt、Pd、Au、Pb、Al、Mg、Zn、Yb、W、CNT、石墨烯及導電聚合物。
  16. 如請求項1至15中任一項之電子切換元件(1)，其中該第一電極(20)及該第二電極(16)係金屬導體或其中該第一電極(20)係半導電且該第二電極(16)係金屬導體。
  17. 一種電子組件(10)，其包含一或多個如請求項1至16中任一項之切換元件。
  18. 如請求項17之電子組件(10)，其中該組件(10)具有多個切換元件(1)，其中該等切換元件(1)之該等第一電極(20)及第二電極(16)形成縱橫式陣列。
  19. 如請求項17或18之電子組件(10)，其中該等切換元件係經設置以在具有高電阻之狀態與具有低電阻之狀態之間變化，其中高電阻與低電阻之間之商數係在10與100,000之間。
  20. 如請求項17至19中任一項之電子組件，其中其係經設計為憶阻組件。
  21. 一種操作如請求項17至20中任一項之電子組件(10)之方法，其特徵在於藉由將相應第一電極(20)設置成第一電位並將相應第二電極(16)設置成第二電位來將該電子組件(10)之切換元件(1)切換成高電阻之狀態，其中該兩個電極(16, 20)之間之電壓值大於第一切換電壓且該第一電位大於該第二電位，藉由將相應第一電極(20)設置成第三電位並將相應第二電極(16)設置成第四電位來將該電子組件(10)之切換元件(1)切換成低電阻之狀態，其中該兩個電極(16, 20)之間之電壓值大於第二切換電壓且該第四電位大於該第三電位，且藉由在相應電極(16, 20)之間施加值小於該第一及該第二切換電壓之讀取電壓並量測電流流動來確定切換元件之狀態。
  22. 一種如請求項1中所指示之分子層之用途，其係用於憶阻電子組件中。
  23. 一種產生如請求項1至16中任一項之切換元件之方法，其包含至少以下步驟： I. 產生第一電極(20)， II. 沈積包含一或多種式I化合物之單層(18)， III. 施加第二電極(16)。
  24. 一種式I之化合物， R1 -(A1 -Z1 )r -B1 -(Z2 -A2 )s -Sp-G (I) 其中 G 表示-OH、-SH、-SO2 OH、-OP(O)(OH)2 、-P(O)(OH)2 、-C(OH)(PO(OH)2 )2 、-COOH、-Si(ORx )3 或-SiCl3 ， 且其他取代基及參數具有在請求項1中所指示之含義。
  25. 一種式I之化合物， R1 -(A1 -Z1 )r -B1 -(Z2 -A2 )s -Sp-G (I) 其中 Sp 表示-O(CF2 )p1 -或-(CF2 )p1 -，且 p1 表示1至12之整數， 且其他基團及參數具有在請求項1中所指示之含義。
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