STMによるフラーレン空隙ならびにポリマーのナノ配列制御

使用 STM 控制富勒烯空隙和聚合物纳米阵列

基本信息

批准号：
20045012
负责人：
久保園芳博
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

フラーレン系分子とピセンを対象として、バルク、薄膜ならびにナノメータスケールでの構造と物性に関する研究を進めた。ナノメータスケールでの構造に関する研究としては、C60ならびにC70分子をシリコン基板上に配列させて、STMで観察しながらSTM探針を近づけて局所電界を印加し、配列構造を破壊する研究を進めた。次に、薄膜スケールでは、C60ならびにピセンを活性層とする電界効果トランジスタを作製した。とくに、電極を導電性高分子とするトランジスタデバイスを作製し、将来的なフレキシブルデバイスに向けた基礎的な研究を行った。ピセンFETは、酸素を暴露すると著しく移動度とオン電流が上昇する。このデバイスを酸素センサとして利用するためには、低電圧駆動を実現しなければならない。我々は、従来用いてきた400nmの膜厚を有するSiO2絶縁膜を40nmまで薄くするとともに、表面をフッ素系材料でコーティングして、ゲート電流を低下させて、ピセンFETの安定な低電圧駆動を達成した。また、パリレンと呼ばれる高分子膜を誘電絶縁膜としてピセンFETを作製し、絶縁膜表面での水の存在下で起こる「バイアスストレスによるトラップ準位の増大に伴う伝達特性でのヒステリシスの出現」を完全に抑えることに成功した。これによって、連続印加電圧によってピセンFETのオン電流が時間とともに減衰する現象をなくすことに成功した。ピセンFETに関連しては、水素暴露によるオン電流の減少効果なども見いだしている。ピセンのバルク結晶中にアルカリ金属原子を挿入して、20Kという有機物としては、著しく高い超伝導転移温度を有する物質を作製した。これは、ピセンの擬二次元的構造への金属挿入に基づいており、「ナノ空隙を金属原子で埋める化学」と言うことができる。この結果は、「有機物の超伝導の歴史に新たな一歩を記すもの」として、Natureにおいて公表された。また、各種の科学雑誌(Scientific Americanなど)で紹介された。

我们对基于富勒烯的分子和二烯在块体、薄膜和纳米尺度上的结构和物理性质进行了研究。在纳米级结构的研究中，我们进行了如下研究：将C60和C70分子排列在硅基板上，在用STM观察它们的同时，将STM探针靠近并施加局部电场以破坏排列的结构。接下来，我们在薄膜规模上制造了以 C60 和 picene 作为有源层的场效应晶体管。特别是，我们创建了具有导电聚合物电极的晶体管器件，并对未来的柔性器件进行了基础研究。当暴露于氧气时，Picene FET 的迁移率和导通电流显着增加。为了将该器件用作氧传感器，必须以低电压驱动。我们将传统使用的 400nm SiO2 绝缘膜减薄至 40nm，并在表面涂覆氟基材料，以降低栅极电流并实现 Picene FET 的稳定低电压驱动。此外，我们使用称为聚对二甲苯的聚合物膜作为电介质绝缘膜制作了Picene FET，并研究了存在“由于偏置应力导致陷阱能级增加而导致的传输特性中出现的滞后现象”。绝缘膜表面的水成功地完全抑制了它。结果，我们成功地消除了由于连续施加电压而导致 Pisen FET 的导通电流随时间衰减的现象。关于 Picene FET，我们还发现氢暴露会降低导通电流。通过将碱金属原子插入二烯的块体晶体中，我们创造了一种超导转变温度为 20 K 的材料，这对于有机材料来说是非常高的。这是基于将金属插入二烯的准二维结构中，可以被描述为“用金属原子填充纳米空隙的化学”。这一成果发表在《自然》杂志上，被称为“有机材料超导历史上的新一步”。各种科学杂志（《科学美国人》等）也对其进行了介绍。