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電子元件的制作方法_2

文檔序號:9383216閱讀:來源:國知局
(秒)的寫入電壓、讀取電壓、擦除電壓、讀取電壓對應的脈沖電壓列(周期 為20s,頻率為對應50mHz)之時的電流特性的圖。
[0041] 圖21是對于實施例1中制作的樣品的特性的評價結果,是表示將一組寫入電壓、 讀取電壓、擦除電壓、讀取電壓的脈沖列中需要的時間的倒數定義為頻率時,120°C、空氣中 的作為施加寫入電壓后施加讀取電壓之時的On狀態的電流值與施加擦除電壓后施加讀取 電壓之時的Off狀態的電流值之比的、0n/0ff比的頻率依賴性的圖。
[0042] 圖22是表示實施例2中制作的樣品的SEM像的圖。
[0043] 圖23是表示實施例2中制作的樣品的第一次電流電壓特性的圖。
[0044] 圖24是表示實施例2中制作的樣品成形后的電流電壓特性的圖。
[0045] 圖25是表示對于實施例2中制作樣品,施加與分別每個5s(秒)的寫入電壓、讀 取電壓、擦除電壓、讀取電壓對應的脈沖電壓列(周期為20s,頻率為對應50mHz)之時的電 流特性的圖。
[0046] 圖26㈧是示出將實施例1中制作的樣品浸漬六甲溴銨水溶液前后的電流電壓特 性的圖,圖26(B)是示出將實施例2中制作的樣品浸漬六甲溴銨水溶液前后的電流電壓特 性的圖。
[0047] 圖27是示出在作為參考例制作的樣品中向正負偏壓方向掃描電壓時的電流電壓 特性的圖,(A)是表示第一次測量結果的圖,(B)是表示第二次以后的測量結果的圖。
[0048] 圖28是表示對于作為參考例制作的樣品,在室溫、空氣中,施加與分別每個 5s (秒)的寫入電壓、讀取電壓、擦除電壓、讀取電壓對應的脈沖電壓列(周期為20s,頻率 為對應50mHz)之時的電流特性的圖。
[0049] 圖29是示出實施例3中用碘無電解鍍金制作的納米間隙電極之間的電流電壓特 性的圖,(A)是表示電流電壓特性的圖,(B)是表示施加脈沖電壓列時的電流特性的圖。
[0050] 附圖標記說明
[0051] 1 :基板
[0052] 2 :絕緣層
[0053] 3A、3B、4A、4B :金屬層
[0054] 5A :納米間隙電極(一方的電極)
[0055] 5B :納米間隙電極(另一方的電極)
[0056] 6:鹵素尚子
[0057] 10 :電子元件
【具體實施方式】
[0058] 下面,參照附圖對本發明實施方式進行說明。但是,本發明實施方式可以在權利要 求所記載的發明范圍內進行適當變更實施。
[0059] [電子元件的構成]
[0060] 圖1是示出本發明的實施方式涉及的電子元件的構成的圖,(A)是剖視圖,(B)是 俯視圖。本發明的實施方式涉及的電子元件10包括:基板1 ;設在基板1上的絕緣層2 ;在 絕緣層2上以具有納米間隙長度的方式設置的一方的電極5A和另一方的電極5B ;以及在 一方的電極5A和另一方的電極5B的至少一方的電極上設有的鹵素離子6。在這里,納米間 隙長度是數nm,如0. 3nm~12nm的大小。一方的電極5A和另一方的電極5B構成納米間隙 電極。
[0061] 基板1可以使用Si基板等各種半導體基板。絕緣層2可以由Si02、Si 3N4等形成。 一方的電極5A和另一方的電極5B可以由Au、Al、Ag、Cu、Ni等形成。一方的電極5A和另 一方的電極5B還可以通過依次層積粘合層3A、3B和金屬層4A、4B而形成。在這里,粘合層 3A、3B可以由Ti、Cr、Ni等形成,金屬層4A、4B可以在粘合層3A、3B上由Au、Al、Ag、Cu、Ni 等其他或相同金屬形成。
[0062] 鹵素離子6是溴離子、氯離子、碘離子。存在于納米間隙電極之間且有助于電傳導 的鹵素離子6,并不是按照均等的數量配置在一方的電極5A和另一方的電極5B,而是偏向 某一方配置。
[0063] [電子元件的特性]
[0064] 說明圖1所示電子元件的特性。圖2示出圖1所示電子元件的電流電壓特性。橫 軸為電壓V(V),縱軸為電流I (A)。電子元件10的一方的電極5A和另一方的電極5B之間 施加電壓。在另一方的電極5B接地的狀態中,向一方的電極5A掃描電壓。增加正偏壓則 增加電流,達到某電壓后減少也不會變為原來的電流波形。并且,增加負偏壓,超過某電壓 則變為負微分電導的區域。即,某負偏壓時,可能會使一方的電極5A和另一方的電極5B之 間的鹵素離子6的狀態發生變化。如圖1所示,電子元件10的電流電壓波形繪制出從正 值到負值和/或從負值到正值連續改變一次或多次電壓時,電流波形呈不對稱的滯后現象 (Hysteresis)。因此,通過在任何一個電極表面上吸附有鹵素離子,有助于電傳導的納米間 隙之間的電極結構成為電性(Electrically)不對稱。
[0065] 在這里,說明為什么能得到如圖2所示的電流-電壓特性。
[0066] 認為之所以能得到如圖2所示電流-電壓特性是因為通過對納米間隙電極之間 施加電壓,間隙之間存在的鹵素離子的原子價發生變化,其結果是產生氧化還原反應;或者 間隙之間存在的鹵素離子的數量發生變化,其結果是有助于傳導的鹵素離子的數量發生變 化,從而使納米間隙電極之間的導電性發生變化。從下面描述的、納米間隙電極之間存在的 鹵素離子的數量將影響電導率中可以得到上述啟示。并且,還認為是通過對納米間隙電極 之間施加電壓使離子迀移,因此導電性發生變化。
[0067] 因此,作為施加到電子元件10-方的電極5A中的電壓的大小,如果寫入電壓是 Vwito、讀取電壓是Vraad、擦除電壓是VCT_,則以寫入電壓V" lta<0〈讀取電壓Vraad〈擦除電 壓vCTasf3,或者,寫入電壓v witf3〉〇〉讀取電壓V md〉擦除電壓V CT3sf3成立的方式設置各電 壓。那么,電子元件10可以作為存儲元件使用,還可以作為開關元件使用。
[0068] [電子元件的制造方法]
[0069] 對圖1所示電子元件的制造方法進行說明。首先,第一步驟是在基板1上形成第 一絕緣層2。其次,第二步驟是通過分子尺(molecular ruler)無電解鍍法形成納米間隙電 極 5A、5B〇
[0070] 例如,第一絕緣層2上成對形成隔開間隔的金屬層3A、3B,使其具有比納米間隙寬 的間隙。其次,將基板1浸漬在無電解鍍液。無電解鍍液是在含有金屬離子的電解液中混 合還原劑和界面活性劑而制備的。當該無電解鍍液中浸漬基板1,則金屬離子被還原劑還 原,析出金屬到金屬層3A、3B的表面形成金屬層4A和4B,金屬層4A和4B之間的間隙變得 狹窄,無電解鍍液中含有的界面活性劑被化學吸附到通過析出形成的金屬層4A、4B。界面 活性劑將電極之間的間隙長度(簡稱為"間隙長度")控制在毫微米大小。通過還原劑還原 電解液中的金屬離子而析出金屬,因此這種手法被分類為無電解鍍法。通過電鍍在金屬層 3A、3B上形成金屬層4A、4B,可得到電極對5A、5B。如此,根據將納米間隙電極5A、5B表面 的為保護基的界面活性劑分子作為分子尺使用的無電解鍍法(以下稱為"分子尺無電解鍍 法"),通過界面活性劑的分子控制間隙長度。這樣可以精確形成納米間隙電極5A、5B的同 時,根據將鹵素離子作為反荷離子(Counter ion)具有的各種界面活性劑,可以將原鹵素離 子配置在納米間隙電極5A、5B。
[0071] 然后,第三步驟是通過紫外線(UV)清潔和/或O2等離子體灰化,灰化處理在表面 附著的分子。此時,界面活性劑的反荷離子呈吸附到一方的電極5A、另一方的電極5B的狀 態,通過在一方的電極5A、另一方的電極5B中施加電壓,改變離子狀態,或離子迀移,或這 兩種都發生。
[0072] 如上所述,可以制作本發明實施方式涉及的電子元件10。
[0073] 在這里,對第二步驟進行詳細的說明。
[0074] 混合溶液的鍍液中包含實現分子尺功能的界面活性劑、混合有析出金屬陽離子的 水溶液如氯化金(III)酸水溶液和還原劑。優選地,該混合液包含如下述的酸。
[0075] 作為分子尺例如使用作為界面活性劑的烷基三甲基溴化銨 (Alkyltrimethylammonium Bromide)分子。具體地,烷基三甲基溴化銨可以使 用十烷基三甲基溴化銨(DTAB :Decyltrimethylammonium Bromide)、十二烷基 三甲基溴化銨(LTAB :Lauryltrimethylammonium Bromide)、十四烷基三甲基 溴化銨(MTAB :Myristyltrimethylammonium Bromide)、十六烷基三甲基溴化 銨(CTAB :Cetyl
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